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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf und insbesondere
ein Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben Schicht auf einer Oberfläche einer
Düsenplatte
für einen
Tintenstrahldrucker.
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Allgemein
ist ein Tintenstrahldruckkopf eine Vorrichtung, die Tintentröpfchen an
einer gewünschten
Position auf einem Aufzeichnungsmedium ausstößt und dadurch ein gewünschtes
Farbbild druckt. Entsprechend einem Tintenausstoßverfahren kann der Tintenstrahldruckkopf
in einen thermischen Tintenstrahldruckkopf oder einen piezoelektrischen
Tintenstrahldruckkopf klassifiziert werden. Beim thermischen Tintenstrahldruckkopf
wird Tinte erwärmt,
so dass sich Tintenbläschen
bilden und die Expansionskraft der Bläschen bewirkt, dass Tintentröpfchen ausgestoßen werden.
Beim piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopf drückt die Deformation eines piezoelektrischen
Kristalls Tintentröpfchen
auf ein Aufzeichnungsmedium.
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine übliche Konstruktion
eines herkömmlichen
piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfs darstellt.
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Mit
Bezug zu 1 ist eine Strömungswegplatte 10 mit
Tintenströmungswegen
ausgebildet, darunter ein Verteiler 13, eine Mehrzahl von
Drosseln 12 und eine Mehrzahl von Druckkammern 11.
Eine Düsenplatte 20 ist
mit einer Mehrzahl von Düsen 22 ausgebildet,
die den jeweiligen Druckkammern 11 entsprechen. Ein piezoelektrischer
Aktuator 40 ist an einer Oberseite der Strömungswegplatte 10 angeordnet.
Der Verteiler 13 ist ein gemeinsamer Durchtritt, durch
den Tinte von einem Tintenreservoir (nicht gezeigt) in die Druckkammern 11 eingeführt wird.
Die Drosseln 12 sind einzelne Durchgänge, durch die Tinte vom Verteiler 13 in
die Druckkammern 11 eingeführt wird. Die Druckkammern 11 sind
mit Tinte gefüllt,
die ausgestoßen
werden soll, und sind auf einer oder beiden Seiten des Verteilers 13 angeordnet.
Die Volumen der Druckkammern 11 werden entsprechend der
Betätigung
des piezoelektrischen Aktuators 40 verändert, wodurch sich eine Druckveränderung
zum Tintenausstoß oder
zur Tinteneinführung ergibt.
Hierbei dienen die oberen Wände
der Druckkammern 11 der Strömungswegplatte 10 als
Vibrationsplatten 14, die durch den piezoelektrischen Aktuator 40 deformiert
werden können.
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Der
piezoelektrische Aktuator 40 beinhaltet eine untere Elektrode 41,
eine piezoelektrische Schicht 42 und eine obere Elektrode 43,
die auf der Strömungswegplatte 10 sequentiell
aufgeschichtet sind. Eine Siliciumoxidschicht 31 ist als
Isolationsfilm zwischen der unteren Elektrode 41 und der
Strömungswegplatte 10 ausgebildet.
Die untere Elektrode 41 ist auf der gesamten Oberfläche der
Siliciumoxidschicht 31 ausgebildet und dient als gemeinsame Elektrode.
Die piezoelektrische Schicht 42 ist auf der unteren Elektrode 41 so
ausgebildet, dass sie an einer Oberseite jeder der Druckkammern 11 positioniert
ist. Die obere Elektrode 43 ist auf der piezoelektrischen
Schicht 42 ausgebildet und dient als Antriebselektrode
zum Anlegen einer Spannung an die piezoelektrische Schicht 42.
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In
einem Tintenstrahldruckkopf der oben beschriebenen Konstruktion
beeinflusst eine wasserabweisende Oberflächenbehandlung der Düsenplatte 20 direkt
die Tintenausstoßleistung,
wie Richtung und Ausstoßgeschwindigkeit
von durch die Düsen 22 auszustoßenden Tintentröpfchen.
Das heißt,
zur Verbesserung der Tintenausstoßleistung müssen Innenflächen der
Düsen 22 hydrophil
sein und eine Oberfläche
der Düsenplatte 20 außerhalb
der Düsen 22 muss
wasserabweisend, d.h. hydrophob sein.
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In
dieser Hinsicht ist es üblich,
eine hydrophobe Überzugsschicht
auf einer Oberfläche
einer Düsenplatte
auszubilden. Es sind verschiedene Verfahren zum Ausbilden einer
solchen hydrophoben Überzugsschicht
bekannt. Es gibt vor allem zwei Gruppen von herkömmlichen Ausbildungsmethoden für hydrophobe
Schichten: eine ist die Verwendung einer Beschichtungslösung zum
selektiven Beschichten einer Oberfläche eines spezifischen Materials und
die andere ist die Verwendung einer nicht selektiven Beschichtungslösung.
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2 stellt
ein Beispiel eines herkömmlichen
Tintenstrahldruckkopfes mit einer Schwefelverbindungsschicht als
hydrophobe Überzugsschicht auf
einer Oberfläche
einer Düsenplatte
dar.
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Mit
Bezug zu 2 wird zunächst eine Metallschicht 52 auf
einer Oberfläche
einer Düsenplatte 51 ausgebildet,
durch die eine Düse 55 gebohrt
ist. Dann wird eine Schwefelverbindungsschicht 53 auf einer
Oberfläche
der Metallschicht 52 durch Beschichten mit einer Schwefelverbindung
ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Schwefelverbindung nur
auf der Oberfläche
der Metallschicht 52 aufgetragen.
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Gemäß dieser
Technologie kann die Metallschicht 52 jedoch auch auf einer
Innenfläche
der Düse 55 zusätzlich zur
Oberfläche
der Düsenplatte 51 ausgebildet
werden. Außerdem
kann im Falle der Verwendung einer großen Anzahl von Düsen die
Metallschicht 52 an verschiedenen Bereichen für verschiedene
Teile der Düsen
ungleichmäßig ausgebildet
werden. In diesem Fall kann die Schwefelverbindungsschicht 53 auch
auf einer Innenfläche
der Düse 55 oder
ungleichmäßig ausgebildet
werden. Auf diese Weise kann, wenn die Schwefelverbindungsschicht 53,
die eine hydrophobe Überzugsschicht
ist, schlecht ausgebildet ist, die Umgebung der Düse 55 leicht
mit Tinte verunreinigt werden und es kann zu einer Beeinträchtigung
der Ausstoßleistung
von Tintentröpfchen
kommen, wie geringer Ausstoßgeschwindigkeit
oder ungleichmäßiger Ausstoßrichtung.
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3 stellt
ein Beispiel eines herkömmlichen
Tintenstrahldruckkopfes mit einer Fluorharz enthaltenden wasserabweisenden
Schicht auf einer Oberfläche
einer Düsenplatte
dar.
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Mit
Bezug zu 3 wird eine wasserabweisende
Schicht 90 auf einer Oberfläche einer Düsenplatte 70 ausgebildet.
Die wasserabweisende Schicht 90 ist gebildet aus einer
Nickelbasis 96, Fluorharzpartikeln 94 und einem
Hartmaterial 98. Eine Fluorharzschicht 92 ist
auf einer Oberfläche
der wasserabweisenden Schicht 90 ausgebildet. Eine solche wasserabweisende
Schicht 90 wird wie folgt ausgebildet: zunächst wird
ein Polymerharz in eine Düse 72 eingefüllt. Dann
wird die wasserabweisende Schicht 90 auf der Oberfläche der
Düsenplatte 70 ausgebildet
und das Polymerharz entfernt. Dementsprechend wird die wasserabweisende
Schicht 90 nur auf der Oberfläche der Düsenplatte 70 ausgebildet.
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Diese
Technologie beinhaltet jedoch einen mühsamen Prozess zum Entfernen
des in die Düse 72 eingefüllten Polymerharzes.
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Hierzu
offenbart die
japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. Hei.7-314693 ein
Verfahren zum Ausbilden einer wasserabweisenden Schicht auf einer
Oberfläche
einer Düsenplatte,
während
ein Gas durch eine Düse
eingeleitet wird, so dass eine wasserabweisende Beschichtung auf
einer Innenfläche der
Düse vermieden
wird. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine komplizierte Vorrichtung
und einen schwierigen Prozess, was die industrielle Anwendung schwierig
macht.
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JP 10 235858 offenbart
ein Verfahren zum Ausbilden einer hydrophoben Beschichtung auf einer Düsenplatte
umfassend sequentielles Ausbilden von Gold- und Resistfilmschichten
auf einem Siliciumsubstrat, sequentielles und selektives Mustern
des Resistfilms und der Goldschichten, so dass Teile des Siliciumsubstrats
freigelegt werden, Entfernen des Rests der Resistfilmschicht, selektives Ätzen des
freigelegten Siliciumsubstrats zum Ausbilden von Düsen und
dann Eintauchen des Siliciumsubstrats in eine Schwefelverbindung,
so dass die hydrophobe Beschichtung gebildet wird. Bei diesem Verfahren
wird jedoch die gesamte Resistfilmschicht vor dem Eintauchen entfernt.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Ausbildung
einer hydrophoben Überzugsschicht
aus einer Schwefelverbindung auf einer Oberfläche einer Düsenplatte für einen Tintenstrahldruckkopf
zur Verfügung
gestellt, wobei das Verfahren umfasst: Vorbereiten einer Düsenplatte,
die mit einer Mehrzahl von Düsen
ausgebildet ist, Ausbilden einer Metallschicht auf einer Oberfläche der
Düsenplatte,
Ausbilden einer Materialschicht, die die Metallschicht bedeckt,
und selektives Ätzen
der Materialschicht, um einen Teil der auf einer Außenfläche der
Düsenplatte
ausgebildeten Metallschicht freizulegen, worin das Verfahren dadurch
gekennzeichnet ist, dass: die Metallschicht auf der Düsenplatte
ausgebildet wird, nachdem die Düsenplatte
mit der Mehrzahl von Düsen
ausgebildet ist, die Materialschicht selektiv geätzt wird, um einen Teil der
Materialschicht auf der Düsenplatte
zu behalten, welcher Teil in den Düsen gelegen ist, und das Verfahren
ferner selektives Ausbilden der hydrophoben Überzugsschicht auf dem freigelegten
Teil der Metallschicht durch Eintauchen der Düsenplatte mit der selektiv
geätzten
Materialschicht in eine Schwefelverbindung enthaltende Lösung umfasst.
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Die
Düsenplatte
kann ein Siliciumwafer sein. In diesem Fall kann das Verfahren ferner
Ausbilden einer Siliciumoxidschicht auf einer Oberfläche der Düsenplatte
und einer Innenfläche
jeder Düse
vor dem Vorgang zum Ausbilden der Metallschicht umfassen.
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Der
Vorgang zum Ausbilden der Metallschicht kann durch Sputtern oder
E-Strahlverdampfung durchgeführt
werden.
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Die
Metallschicht kann aus mindestens einem Metall ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu) und
Indium (In) gebildet werden. Bevorzugt wird die Metallschicht aus
Gold (Au) gebildet.
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Der
Vorgang zum Ausbilden der Materialschicht kann durch plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung
(PE-CVD) durchgeführt werden.
Die Materialschicht kann eine Siliciumoxidschicht sein.
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Der
Vorgang des Ätzens
der Materialschicht kann durch reaktives Ionenätzen (RIE) durchgeführt werden.
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Die
Schwefelverbindung kann eine Thiolverbindung sein.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine gleichmäßige hydrophobe Überzugsschicht leicht
und selektiv nur auf einer Außenfläche einer Düsenplatte
ausgebildet werden, wodurch die Ausstoßleistung von Tintentröpfchen durch
eine Düse verbessert
wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auf diese Weise ein einfaches Verfahren
zum selektiven Ausbilden einer gleichmäßigen hydrophoben Überzugsschicht
nur auf einer Außenfläche einer
Düsenplatte für einen
Tintenstrahldruckkopf zur Verfügung.
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Die
obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden besser ersichtlich durch eine ausführliche Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen
mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, in denen:
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1 eine
Schnittansicht ist, die eine übliche Konstruktion
eines herkömmlichen
piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfs darstellt;
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2 eine
Schnittansicht ist, die ein Beispiel eines herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfs
mit einer Schwefelverbindungsschicht als hydrophobe Überzugsschicht
auf einer Oberfläche
einer Düsenplatte
darstellt;
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3 eine
Schnittansicht ist, die ein Beispiel eines herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfs
mit einer Fluorharz enthaltenden wasserabweisenden Schicht auf einer
Oberfläche
einer Düsenplatte
darstellt; und
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4A bis 4E sequentielle
Schnittansichten sind, die ein Verfahren zum Ausbilden einer hydrophoben Überzugsschicht
auf einer Oberfläche einer
Düsenplatte
eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen.
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Nachfolgend
werden beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich mit
Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bezugszeichen
in den Zeichnungen betreffen gleiche Bestandteilselemente. In den begleitenden
Zeichnungen sind die Abmessungen von Bestandteilselementen zur Deutlichkeit
und Übersichtlichkeit
der Darstellung vergrößert.
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Die 4A bis 4E sind
sequentielle Schnittansichten, die ein Verfahren zum Ausbilden einer
hydrophoben Überzugsschicht
auf einer Oberfläche
einer Düsenplatte
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen. Darin sind in einer gemeinsamen
Düsenplatte
einige zehn bis einige hundert Düsen
in einer oder mehreren Anordnungen angeordnet. Die 4A bis 4E zeigen
jedoch zum Zwecke der deutlicheren Darstellung nur eine der Düsen, die
in einer Düsenplatte
ausgebildet sind.
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Zunächst wird
mit Bezug zu 4A eine Düsenplatte 120 mit
einer Düse 122 vorbereitet.
Es ist bevorzugt, dass die Düsenplatte 120 ein
Siliciumwafer ist. Ein Siliciumwafer wird verbreitet bei der Herstellung
von Halbleiterbauteilen verwendet und ist bei der Massenproduktion
effektiv.
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Indessen
kann die Düsenplatte 120 auch
ein Glassubstrat oder ein Metallsubstrat anstelle eines Siliciumwafers
sein.
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Bevorzugt
ist eine Siliciumoxidschicht 131 auf einer Oberfläche der
Düsenplatte 120 und
einer Innenfläche
der Düse 122 ausgebildet.
Aufgrund ihrer Hydrophilie weist die Siliciumoxidschicht 131 Vorteile
darin auf, dass sie die Innenfläche
der Düse 122 hydrophil
macht und wenig Reaktivität
in Bezug auf Tinte aufweist. Die Siliciumoxidschicht 131 kann durch
Nass- oder Trockenoxidation der Düsenplatte 120 in einem
Oxidationsofen ausgebildet werden. Es kann auch chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
angewendet werden.
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Danach
wird mit Bezug zu 4B eine Metallschicht 132 auf
einer Oberfläche
der so vorbereiteten Düsenplatte 120 ausgebildet.
Wie oben beschrieben, wird, wenn die Siliciumoxidschicht 131 auf der
Oberfläche
der Düsenplatte 120 ausgebildet
ist, die Metallschicht 132 auf einer Oberfläche der
Siliciumoxidschicht 131 gebildet. Im Detail kann die Metallschicht 132 durch
Abscheiden eines metallischen Materials auf eine bestimmte Dicke
auf einer Oberfläche
der Düsenplatte 120 durch
Sputtern oder E-Strahlverdampfung abgeschieden werden. Hierbei ist
es bevorzugt, die Metallschicht 132 durch E-Strahlverdampfung
auszubilden, was bessere Ebenmäßigkeit
gewährleistet.
Ferner ist es bevorzugt, das metallische Material bei Drehung der
Düsenplatte 120 abzuscheiden.
Das metallische Material kann ein Metall sein, das eine Schwefelverbindung chemisch
absorbieren kann, was später
beschrieben wird, zum Beispiel Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu) oder
Indium (In). Insbesondere ist es bevorzugt, Gold zu verwenden, das
eine ausgezeichnete chemische und physikalische Stabilität aufweist.
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Indessen
kann beim in 4B gezeigten Vorgang die Metallschicht 132 zusätzlich zur
Außenseite
der Düsenplatte 120 auch
auf einer Innenfläche der
Düse 122 abgeschieden
werden. Darüber
hinaus kann die Me tallschicht 132 an verschiedenen Teilen einer
Mehrzahl von Düsen
ungleichmäßig ausgebildet
sein. In diesem Fall kann, wie oben beschrieben, eine ungleichmäßige hydrophobe Überzugsschicht ausgebildet
werden, wodurch sich die Ausstoßleistung
von Tintentröpfchen
mindert.
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Um
dieses Problem zu lösen,
beinhaltet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorgänge.
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Das
heißt,
mit Bezug zu 4C, es wird eine Materialschicht 133 ausgebildet,
die die Metallschicht 132 bedeckt. Bevorzugt ist die Materialschicht 133 eine
Siliciumoxidschicht, die die oben beschriebenen Vorteile aufweist.
Da die Materialschicht 133 auch auf einer Oberfläche der
Metallschicht 132 ausgebildet werden muss, die auf der
Innenfläche
der Düsen 122 ausgebildet
ist, die eine geringe Breite aufweist, ist es bevorzugt, die Materialschicht 133 unter
Verwendung von plasmaverstärkter
chemischer Gasphasenabscheidung (PE-CVD) zu bilden, was für eine Struktur mit
einem relativ hohen Aspektverhältnis
geeignet ist. Auf diese Weise wird, wie in 4C gezeigt,
die gesamte Oberfläche
der auf einer Außenfläche der
Düsenplatte 120 und
einer Innenfläche
der Düse 122 ausgebildeten
Metallschicht 132 mit der Materialschicht 133 bedeckt.
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Danach
wird mit Bezug zu 4D die Materialschicht 133 selektiv
geätzt,
so dass die auf der Außenfläche der
Düsenplatte 120 ausgebildete
Metallschicht 132 freigelegt wird. Im Detail wird die Materialschicht 133 in
vertikaler Richtung in Bezug auf eine Oberfläche der Düsenplatte 120 trockengeätzt. Hierbei
ist es bevorzugt, die Materialschicht 133 durch reaktives
Ionenätzen
(RIE) zu ätzen,
was gute Ebenmäßigkeit
gewährleistet.
Auf diese Weise wird, wie in 4D gezeigt,
nur die auf der Außenseite
der Düsenplatte 120 ausgebildete
Materialschicht 133 selektiv geätzt und die auf der Innenseite
der Düse 122 ausgebildete
Materialschicht 133 bleibt. Als Folge davon wird die auf
der Außenseite
der Düsenplatte 120 ausgebildete
Metallschicht 132 freigelegt.
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Danach
wird, mit Bezug zu 4E, die Düsenplatte 120 in eine
Schwefelverbindung enthaltende Lösung
getaucht. Bei dieser Verfahrensweise wird eine Schwefelverbindung
in der Lösung
auf dem metallischen Material, zum Beispiel Gold, in der metallischen
Schicht 132 chemisch adsorbiert. Als Folge davon wird eine
hydrophobe Überzugsschicht 134 aus
einer Schwefelverbindung nur auf einer freigelegten Oberfläche der
Metallschicht 132 selektiv ausgebildet.
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Hier
bedeutet "Schwefelverbindung" den generischen
Ausdruck für
Verbindungen, die funktionelle Thiolgruppen enthalten, und Verbindungen,
die S-S-Bindungsreaktivität
für Disulfidbindung
aufweisen. Die Schwefelverbindung wird an der freigelegten Oberfläche der
Metallschicht 132 spontan und chemisch adsorbiert, so dass
sich eine monomolekulare Schicht einer etwa zweidimensionalen Kristallstruktur
bildet. Bevorzugt ist die Schwefelverbindung eine Thiolverbindung.
Die "Thiolverbindung" ist der generische
Ausdruck für
Mercaptogruppen (-SH) enthaltende organische Verbindungen (R-SH,
R ist eine Kohlenwasserstoffgruppe wie eine Alkylgruppe).
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Die
monomolekulare Schicht aus einer Schwefelverbindung ist zu dicht,
als dass sie von einem Wassermolekül durchdrungen wird, was die
monomolekulare Schicht wasserabweisend, d.h. hydrophob macht.
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Durch
die oben beschriebenen Vorgehensweisen, wie in 4E gezeigt,
wird die hydrophobe Überzugsschicht 134 nur
auf der Außenfläche der Düsenplatte 120 gleichmäßig ausgebildet.
Die Innenfläche
der Düse 122 ist
mit hydrophilen Siliciumoxidschichten 131 und 133 anstelle
der hydrophoben Überzugsschicht 134 ausgebildet.
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Wie
aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine gleichmäßige hydrophobe Überzugsschicht
se lektiv nur auf einer Außenfläche einer
Düsenplatte
ausgebildet. Deshalb wird die Tintenausstoßleistung wie die Ausstoßgeschwindigkeit
und Richtung von Tintentröpfchen
durch eine Düse
verbessert, wodurch sich die Druckqualität verbessert.
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Darüber hinaus
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung, im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren, eine hydrophobe Überzugsschicht
durch einen vereinfachten Prozess ausgebildet werden.
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Während die
vorliegende Erfindung insbesondere mit Bezug zu beispielhaften Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für die Fachleute,
dass verschiedene Veränderungen in
Form und Details hierzu vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert
ist.