DE3011919A1 - Verfahren zur herstellung eines aufzeichnungskopfes - Google Patents

Description

TlEDTKE - BüHLING - KlNNE ΓορΓΑα)^{1 9 1} Grupe - Pellmann ^Dicl"^{ng HTiedlke}

Dipl.-Chei.i. G. Bühiing Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann

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27. März 1980

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Canon Kabushiki Kaisha
Tokyo, Japan

Verfahren zur Herstellung eines Aufzeichnungskopfes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines anschlaglosen Aufzeichnungsgerätes und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Aufzeichnungskopfes, der zur Verwendung in einen Tintenstrahlaufzeichnungsgerät geeignet ist, bei dem eine allgemein als Tinte bezeichnete Aufzeichnungsflüssigkeit als sehr kleine Tröpfchen aus einer kleinen Düse ausgestoßen und zur Aufzeichnung auf eine Aufzeichnungsoberfläche niedergeschlagen wird.

Von den verschiedenen anschlaglosen Aufzeichnungsverfahren hat sich in den vergangenen Jahren die Tintenstrahl-Aufzeichnung aufgrund verschiedener Vorteile am lebhaftesten entwickelt. Diese Vorteile sind beispielsweise ein sehr geringer Rauschpegel bei der Aufzeichnung sowie die Möglichkeit einer Hochgeschwindigkeits-Aufzeichnung und einer Aufzeichnung auf gewöhnlichen Papier ohne besonderen Fixiervorgang.

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Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 393Θ 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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Bei dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren wird eine

im allgemeinen als Tinte bezeichnete Aufzeichnungsflüssigkeit ausgestoßen. Demnach ist zur Durchführung des Ver- r fahrens ein Aufzeichnungskopf erforderlich, der eine Ausstoßdüse, die die Aufzeichnungsflüssigkeit in einem tröpfchenförmigen Zustand ausstößt und den Plug der Tröpfchen bewirkt, sowie einen Einlaß hat, durch den die Aufzeichnungsflüssigkeit eingeleitet wird. Der Aufzeich-IQ nungskopf kann in den verschiedensten Konstruktionen entsprechend den Grundprinzipien des Tröpfchenausstoßes realisiert werden.

Beispielsweise ist ein Aufzeichnungskopf bekannt, 1<- bei dem die Tinte aus einem äußeren Tinten-Versorgungstank in eine düsenförmige Flüssigkeitskammer unter einem Druck nachgeliefert wird, der keinen Tintenausstoß aus der Düse bewirkt. Bei diesem Aufzeichnungskopf wird eine Spannung an die Tinte in der Flüssigkeitskammer angelegt; eine Elektrode ist vor der Düse angeordnet, um einen elektrostatischen Ausstoß der Tinte aus der Düse zu bewirken .

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

Dementsprechend sind die meisten der bekannten Aufzeichnungsköpfe mit ungelösten Problemen bei der Konstruk-

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' tion, bei der Herstellung, beim Erzielen von Hochgeschwindigkeitsaufzeichnungen und/oder bei der Zusammensetzung des Gesamtsystems behaftet.

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

"Ό Diese technischen Schwierigkeiten bei der Herstellung verstärken sich noch im Falle von als Vielfachkopfanordnungen aufgebauten Aufzeichnungsköpfen, bei denen jedes Einzelteil kleiner ist und eine erhöhte Genauigkeit erfordert.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes, der die vorstehend erläuterten technischen Probleme löst, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines

^^υ Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes mittels eines zwar einfachen, aber dennoch eine hohe Präzision gewährleistenden Verfahrens zu schaffen.

Das zu schaffende Verfahren soll mit einer erhöhten

Ausbeute die Serienherstellung von Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfen ermöglichen, die eine Hochgeschwindigkeits-Aufzeichnung hoher Qualität erlauben. Hierzu soll ein praktisch durchführbares Verfahren zur Herstellung eines Vielfachdüsen-Aufzeichnungskopfes geschaffen werden, der

viele kleine Düsen mit einheitlichem Durchmesser und einheitlicher Form hat.

Erfindungsgemäß wird zur Herstellung eines Aufzeichnungskopfes, mit dem eine in einer Arbeitskammer befindliche

Aufzeichnungsflüssigkeit aus einer mit dieser Arbeitskammer verbundenen Düse als kleine Tröpfchen ausgestoßen und ζumindestens einen Teil der Tröpfchen auf einer Aufzeichnungs-

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fläche zum Erzielen der Aufzeichnung niedergeschlagen wird, ein Verfahren geschaffen, bei dem in einem Schritt X ein Teil a mit einer Bohrung zur Bildung der Arbeitskammer versehen wird, in einem Schritt Y eine Endöffnung der Bohrung mit einem anderen eine Zwischenversorgungskammer der Flüssigkeit bildenden Teil b verbunden wird, und in einem Schritt Z einem Teil c ein anderes Teil c zum Formen eines Schlitzes in der Nähe der anderen Endöffnung der Bohrung hinzugefügt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Figur IA, IB und IC in der in Fig. 1 gezeigten Verbindung Flußdiagramme für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Aufzeichnungskopfes .

Figur 2 bis 7 schematische Ansichten des Aufzeichnungskopfes in verschiedenen Verfahrensschritten,

Figur 8A, 8B, 8C und 9 Teilansichten des Aufzeichnungskopfes zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Klebemethode.

Figur 1OA und 1OB schematische Ansichten einer weiteren Ausführungsform, und

Figur 11A und 11B, 12 und 13 schematische Teilansichten des Aufzeichnungskopfes zur Erläuterung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im folgenden soll zunächst unter Bezugnahme auf Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für den Zusammenbau eines Vielfachkopfes erläutert werden.

In Figur 1A sind mit A und B Einzelteile bezeichnet, die die Arbeitskammer des Aufzeichnungskopfes bilden. 35

Figur 2 zeigt, daß das Einzelteil A aus einer ebenen Platte 1, die beispielsweise aus Glas, Quartz, einer Keramik,

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aus Kunststoff, einem Metall etc. bestehen kann, in der folgenden Weise erhalten wird: Nach dem Waschen wird die ebene Platte 1 auf einer Seite mit einer Verankerungsschicht 2 beschichtet, die im wesentlichen aus einem Epoxydharz besteht. Anschließend v/ird sie für 20 Minuten bei 100° C einer Wärmebehandlung unterzogen und die Verankerungs-" schicht 2 mit einer Klebstoffschicht 3 mit einer Dicke von 0,5 bis 10 um vorzugsweise von 1 bis 5 jum beschichtet. Die Klebstoffschicht 3 kann beispielsweise die folgende Zusammensetzung haben: Gewichtsteile

Epicote 1007 (Handelsname) 100

aromatische Amino-Aushärtungsmittel 5 Silan-Verbindungsmittel 5

Methylethylketon 300

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

Im allgemeinen haben die Rillen 4 einen Querschnitt im Bereich von 10 χ 10 μκι bis 150 χ 150 ^m und eine Teilung im Bereich von 30 bis 200 pm. Als Klebstoff ist nicht nur der mit der oben angegebenen Zusammensetzung möglich, sondern auch andere Klebstoffe, die Klebe wirkung während einer Wärmebehandlung zeigen. Solche Klebstoffe sind beispielsweise organische Verbindungen wie Epoxidharzklebstoffe, Phenolharz-Klebstoffe, Urethanharz-Klebstoffe, Silikonharz-Klebstoffe, Triazinharaklebstoffe oder BT-Klebstoffe, sowie anorganische Verbindungen, beispielsweise flüssige Silbersalze (siehe US-PS 3 089 799)

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oder niedrigschmelzende Gläser. Diese anorganischen Verbindungen v/erden häufiger £)ulverförmig als im flüssigen Zustand eingesetzt.

Figur 3 zeigt das getrennt hergestellte andere Einzelteil B. Aus der einen Querschnitt bei der Linie X-Y der Figur 3 zeigenden Figur 4 ist ersichtlich, daß das Einzelteil B dadurch erhalten wird, daß auf der . einen Oberfläche eines Substrates 5, das eine Dicke von etwa 0,6 mm hat und aus Aluminiumoxyd, einkristallinem Silizium oder einem Metall wie beispielsweise Aluminium, Eisen oder etwas ähnlichem besteht, eine wärmespeichernde Schicht (aufgesprühte SiO^-Schicht mit einer Dicke von

, r 2 bis 3 pm), eine v/ärmeer zeugende Widerstandsschicht 7 (aufgesprühte Hfß„-Schicht mit einer Dicke von 50 bis 1OC nm), eine Elektrodenschicht 3 (aufgedampfte Aluminiumschicht mit einer Dicke von 70 bis 80 rim) , eine Schutzschicht 9 (aufgestäubte SiO^-Schicht mit einer

2Q Dicke von 1 jam) und eine Füllschicht 10 (eine aus Parylen, Silikon oder Ta₂ ⁰? bestehende aufgestäubte Schicht) nacheinander aufgebracht und anschließend das Substrat in die gewünschten Abmessungen zurechtgeschnitten wird.

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

Die in Figur 4 gezeigte Schutzschicht 9 und die Füllschicht 10 sind unter bestimmten Umständen entbehrlich.

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Die so gefertigten Teile A und B werden derart gegenseitig ausgerichtet, daß die Rillen 4 und die Widerstandsmuster 13 sich gegenüberliegen. Die Teile Λ und B werden in dieser in Figur 5 gezeigten Lage festgehalten.

Anschließend wird zunächst die Klebstoffschicht 3 in einer weiteren 10 Minuten dauernden Wärmebehandlung bei ca. 100 C haltgehäi-tet und in einem Kontrollschritt geprüft, daß weder Ausrichtungsfehler vorliegen, noch'die Rillen zugesetzt sind. Ist. das Ergebnis negativ (Fall nein) werden die Einzelteile A und B getrennt und das Teil B zur Wiederbenutzung gewaschen, während das Teil A ausgeschieden wird. Treten keine Fehler auf (Fall ja), so wird die

, ς Klebstoffschicht 3 durch eine 50 Minuten bei einer Tempe-

ο
ratur von 100 C und zwei Stunden bei einer Temperatur

von 180 C dauernde Wärmebehandlung vollständig ausgehärtet. Anschließend wird der Kontrollschritt nochmals wiederholt, um zu bestätigen, daß keine der Rillen 4 zu- nn gesetzt ist. Treten keine Fehler auf, so wird der vervollständigte Arbeitskammer - Block C zu weiteren Herstellungsschritten weitergegeben.

Bei dem beschriebenen Verfahren, bei dem mehrere Teile zur Herstellung eines bestimmten Aufbaus mit einem aushärtbaren Harz aneinander geklebt werden, ist die Verwendung des vorstehend erläuterten Klebeverfahrens besonders vorteilhaft, das einen Schritt, bei dem eine aushärtbare Harzschicht auf zumindestens eines der Teile 3Q aufgebracht und in einen Zwischenzustand des Aushärtevorgangs gebracht wird, einen Schritt, bei dem ein Rillenmuster auf einer Oberfläche des mit der Harzschicht versehenen Bauteiles gebildet wird, und einen Schritt umfaßt', bei dem mehrere Bauteile durch Aushärten der Harzschicht zusammengeklebt werden.

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Auf diese Weise wird es möglich die Bauteile

ohne Schaden an den sehr kleinen Rillenmustern dadurch zusammenzusetzen, daß eine auf dem Bauteil, auf dem die Rillenmuster ausgebildet werden sollen, aufgebrachte
aushärtbare Harzschicht halb gehärtet wird, anschließend die Rillenmuster auf dem Bauteil mit der halb
gehärteten Harzschicht gebildet' werden und zuletzt die Harzschicht, nachdem das Bauteil mit den anderen Bau-,„ teilen zusammengefügt worden ist, vollständig ausgehärtet wird.

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

2Q Dieses Klebeverfahren wird im folgenden weiter erklärt werden.

Figur 8 zeigt die Schritte, in denen eine Fläche
eines Substrats mit sehr kleinen Rillenmustern an ein
anders Bauteil geklebt wird.

In einem ersten in Figur 8A.gezeigten Schritt wird eine aushärtbare Harzschicht 102 auf einer. Fläche 100A eines Substrats 101 aufgebracht und . halb gehärtet.

In der Fachsprache der wärmeaushärtbaren Harze wird dieser halb gehärtete Zustand die "B-Phase" genannt. Die "B-Phase" ist ein Zwischenzustand der wärmeaushärtbaren Reaktion, in dem das Harz ein kurzzeitiges Weichwerden bei Erwärmen oder ein Aufquellen bei Kontakt mit be-

stimmten Flüssigkeiten oder Lösungsmitteln,jedoch keine vollständige Auflösung oder Schmelzen zeigt ("Setchaku Benran" (Verklebungs-Handbuch), Setchaku Kenkyukai und

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Kobunshi Kankokai). In diesem Zustand zeigt das wärmeaushärtbare Harz nicht länger die Dünnflüssigkeit oder die Klebrigkeit des unausgehärteten Zustandes.

Auch bei lichtaushärtbaren Harzen ist es möglich, einen dieser "B-Phase" ähnlichen Zustand durch eine geeignete Bemessung der Belichtungs-Lichtmenge und des Aushärtmittels herzustellen.

In dem folgenden in Figur 8B gezeigten Schritt werden sehr kleine Streifen 103 beispielsweise mit einem mechanischen Werkzeug oder einem Laserstrahl auf einer Oberfläche 100B der in der "B-Phase" befindlichen Harzschicht

erzeugt. Zwar hängt die Dicke der Harzschicht von der 15

für die gebildeten Streifen erforderlichen Genauigkeit ab, jedoch sollte sie so dünn wie möglich sein, um eine genügende Klebungsfestigkeit zu erzielen. Bei einem typischen Beispiel mit dreidimensionalen Streifen mit

Abmessungen von 10 bis 100 um, wird die Dicke der aus-20

härtbaren Harzschicht 102 in dem Bereich von 0,5 bis 10 μια, vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 5 pm gewählt.

In dem in Figur 8C gezeigten Schritt wird das Substrat 101 mit den so gebildeten Mikrostreifen als Gesamtheit mit der Fläche, auf der sich die Streifen 103 befinden, an ein anderes Bauteil 104 geklebt. In diesem Schritt wird die aushärtbare Harzschicht, die sich bisher in dem "B-Phasen"-Zustand befand, durch Erwärmen auf eine „_. hohe Temperatur oder durch Lichteinstrahlung hoher Energie in den vollständig ausgehärteten Zustand gebracht.

Das Verfahren mit de μ vorstehend erläuterten Schritten ist dadurch vorteilhaft, daß der Klebstoff ausschließlich „c auf den gewünschten Stellen in einer leicht zu kontrollierenden Menge aufgebracht werden kann, und daß die Bauteile in dem Klebeschritt leicht lagemäßig ausgerichtet werden können.

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In den Figuren 8A bis 8C wurde von plattenförmigen Bauteilen ausgegangen. Die Vorteile des vorstehend erläuterten Klebeverfahrens treten besonders dann hervor, wenn die ausgebildeten Streifen und die für die Klebung vorgesehenen Stellen feiner sind und eine kompliziertere Struktur haben. Figur 9 zeigt ein anderes Beispiel, bei dem die Streifen und die Klebestellen räumlich in einer komplizierten Weise auf ein Bauteil 101' und ein anderes Bauteil 104' verteilt sind.

Hei den gezeigten Beispielen wird eine Harzschicht 102 auf Flächen 100C, 100D und 10OE des Bauteils 104' sowie auf Flächen 100F und 100G des Bauteils 101' aufgetragen. Nachdem die Harzschicht 102 in die "B-Phase" überführt worden ist, werden Rillenmuster 103" auf der Harzschicht 102 gebildet. Der endgültige Aufbau mit den gewünschten Streifen wird dadurch erhalten, daß die Bauteile 101' und 104" in einer bestimmten Weise zusammengesetzt werden und die Karzschicht 102 vollständig ausgehärtet v/ird.

Die Form der Bauteile 104' bzw. 101' ist nicht auf die in Figur 8 oder 9 gezeigte Plattenform beschränkt, __ vielmehr können die Bauteile irgendeine räumliche Form haben.

Das für die Bildung der Harzschicht benutzte Harz kann irgendein wärmeaushärtbares oder lichtaushärtbares

„_n Harz sein, solange es nur den "B-Phasen"-Zustand annimmt. Beispiele für wärmeaushärtbare Harze sind Phenolharze, Resorcin, Harnstoffharze, Äthylen-, Harnstoff-, Melamin-, Benzoguanamin-, Furan-, Xylol-, BT-Harze, die durch eine Additions-Polymerisation von Triazinharz und Bismaleinid

λγ gebildet werden, Epoxiharze, ungesättigte Polyester, Polyurethane, Silikonharze, Polydiallylphthalat, oder Mischkondensate oder modifizierte Harze hiervon.

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Weiter kann auch ein Verbundklebstoff verwendet v/erden, der im wesentlichen aus einem wärmeaushärtbaren Harz mit einem Zusatz einer kleinen Menge eines thermoplastischen Harzes oder einem anorganischen Zusatz wie Zinkoxid, Titanoxid, Mika oder Glasfiber zur Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit, der elastischen Eigenschaften/der Formstabilität etc. des wärmeaushärtbaren Harzes zusammengesetzt ist. Beispiele für das Harz für solche Verbundklebstoffe sind Harnstoff-PoIyvinylacetat, Harnstoff-Polyvinylalkohol, Phenolharz-PoIyvinylacetat, Phenolharz-Polyvinylformal, Phcnolharz-Polyvinylbutyral, Phenolharz-Nitrilkautschuk, Phenolharz-Chloroprenkautschuk, Phenolharz-Nylon, Melaminharz-Acrylharz, Melaminhnrz-Polyvinylacetat, Melaminharz-Alkydharz, EpoxiJharz-Nylon, Epoxidharz-Polyamid, Epoxidharz-Acrylharz, Epox.idharz-Synthetischer-Kautschuk, Epoxidharz-Pclysulfide, Epoxidharz-Polyisocyanat,

Epoxidharz-Xylolharz und Epoxidharz-Phenolharz. Lichtaushärtbare Harze sind beispielsweise eine Mischung aus ungesättigten Polyesterharz und einem Monomer, einem Dimer oder einem Oligomer mit mindestens einer ungesättigten Doppelbindung in einem Molekül wie Methylmetacrylat, Styrol oder Diallylphthalat, oder einer Mischung aus einem ungesättigten Polyester und einem Harz wie Silikon, Urethan oder Epoxidharz, das so modifiziert ist, daß es mindestens eine ungesättigte Doppelbindung in einer Verbindungsradial - oder in einer Haupt-

molekülkette hat, und dem gegebenenfalls ein vorstehend erwähntes Monomer, Dimer oder Oligomer zugefügt ist. Diese Harze können durch ultraviolettes, sichtbares oder infrarotes Licht, vorzugsweise durch untraviolettes oder sichtbares Licht ausgehärtet v/erden.

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Diese Harze sind im Hinblick auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen die verwendete Aufzeichnungsflüssigkeit und gegen die verschiedenen Schritte der Wärmebehandlung geeignet ausgewählt und werden gewöhnlich mit einem geeigneten Ilärtungsmittel benutzt.

Im folgenden wird anhand der Figuren 10A und 10B ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Herstellung eines Aufzeichnungskopfes erläutert, bei dem der vorstehend erklärte Klebevorgang benutzt wird.

Der Aufzeichnungskopf ist grundsätzlich aus einer Rillenplatte 105 mit einer Vielzahl von Rillen 106, die die Flüssigkeitskammern bilden, und einem Substrat 107 mit Heizelementen, das an die Rillenplatte angeklebt wird und an das ein Block 109 anmontiert ist, der eine gemeinsame Kammer bildet, und aus einer Rohrleitung 110 zusammengesetzt, durch die die Aufzeichnungsflüssigkeit

aus einem Reservetank eingeleitet wird. Auf diese weise werden 20

Düsenöffnungen, die Tröpfchen ausstoßen, an der Stirnfläche der Rillenplatte 105 und des Substrates 107 gebildet, auf die der Pfeil XX zeigt. In dem Block 109 ist ein eine gemeinsame Kammer bildender Streifen ausgebildet, um eine gleichmäßige Nachlieferung der Aufzeichnungsflüssigkeit zu gewährleisten. Der in Verbindung mit den Figuren 8A, 8B, 8C und 9 erläuterte Klebeprozeß ist natürlich auch bei der Herstellung dieser gemeinsamen Kammer anwendbar.

Auf dem Substrat 107 sind Wärmeerzeugungsvorrichtungen angebracht, beispielsweise elektrothermische Umwandler, die die den Ausstoß der Aufzeichnungsflüssigkeit bewirkende Energie liefern. Diese Umwandler werden

durch eine Vielschichtstruktur auf einem wärmeleitenden 35

Substrat gebildet, das beispielsweise aus einem Metall

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oder aus Aluminiumoxyd bestehen kann. Die Umwandler bestehen aus einer wärmespeichernden Schicht 107-2, einer wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 107-3, einer Elektrodenschicht 107-4 und einer Schutzschicht 107-5. Aus der ^ Widerstandsschicht 107-3 und der Elektrodenschicht 107-4 werden mittels eines Ätzvorganges voneinander getrennte Strukturen mit einer Teilung gebildet, die gleich der Teilung der Rillen 106 auf der Rillenplatte 105 ist.

Zusätzlich sind eine Leitungsplatte 111 mit Leitungsanschlüssen lOOL^.IOOL^, die mit den Elektroden 107-4 zum Anlegen elektrischer Signale an die elektrothermischen Umwandler 108 verbunden sind, Signalerzeugungsmittel 112, beispielsweise ein Impulsumwandler zur Erzeugung eines Signales 100S, und eine Versorgungsrohrleitung 110 vorhanden, die die Aufzeichnungsflüssigkeit aus einem Reservetank 100R zu dem Aufzeichnungskopf transportiert und weitere Vorrichtungen 113, wie beispielsweise eine Pumpe, Filter etc. enthalten kann,

die das Aufzeichnungssystem vervollständigen. An dieser Stelle soll angemerkt werden, daß die elektrcthermischen Umwandler auf dem Substrat 107 natürlich in dem Fall entbehrlich sind, in dem die thermische Energie einer elektromagnetischen Welle wie z.B. einem Laserstrahl

entnommen wird, der von außerhalb der Flüssigkeitskammer angeordneten Strahlungsvorrichtungen selektiv ausgestrahlt wird.

Das vorstehend erläuterte Klebeverfahren ist nicht 30

nur bei der Herstellung eines Aufzeichnungskopfes verwendbar, bei dem die Flüssigkeit durch thermische Energie ausgestoßen wird, sondern auch bei der Herstellung eines Aufzeichnungskopfes, bei dem die Flüssigkeit durch die mechanischen Schwingungen eines piezoelektrischen Elementes

ausgestoßen wird, oder bei der Herstellung eines ähnlichen Kopfes, bei dem die durch kontinuierliche Schwin—

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gungen erzeugton Flüssigkeitströpfchen entsprechend dem Aufzeichnungssignal aufgeladen v/erden und der Flug zwischen Ablenkungselektroden erfolgt.

Das vorstehende Klebeverfahren soll durch die folgenden Beispiele weiter erläutert werden:

Beispiel 1

Eine Natriumglasplatte mit einer Dicke von 950 pm

wurde zunächst in dem erforderlichen Umfange gereinigt, und anschließend mit einem Klebstoff der unten stehenden Zusammensetzung mit einer Schleuderscheibe beschichtet, um die in Figur 8A gezeigte Klebstoffschicht. 102 herzustellen:

Epoxidharz

(Epikote 828, Shell Öl) 100 Gewichtsteile

p-Diaminodiphenylmethan 28,5 "

Methylethylketon 150

Toluol 150 "

Die Klebstoffschicht 102 wurde zunächst eine Zeitlang bei Raumtemperatur belassen, anschließend in einem Ofen 2o Minuten lang einer Wärmebehandlung von 100 C unterzogen, um die halb gehärtete "B-Phase" zu erhalten. Nach dem Trocknen hatte die Klebstoffschicht eine

Dicke von 5 pm.
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Anschließend wurden die Rillenmuster 103 (Figur 8B) mit einer Breite von 30 pm und einer Tiefe von 25 μια und einer Teilung von 60 ^am mit einem rotierenden Diamantmesser geschnitten, um die Rillenplatte 105 her-^OJ zustellen.

Getrennt hiervon wurden die in Figur 10A gezeigten

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elektrothermischen Umwandler mit wärmeerzeugenden Elementen mit einer Breite von 30 Jim, einer Länge von 100 pm und einer Teilung von 60 pm auf einem Aluminiumoxydsubstrat hergestellt, um das Substrat 107 zu erhalten. Die Rillen- ^ platte 105 und das Substrat 107 wurden nun derart ausgerichtet, daß die Rillen 106 der Rillenplatte 105 jeweils mit den elektrothermischen Umwandlern 108 auf dem Substrat 107 übereinstimmten.

Danach wurde der gesamte Aufbau in einem Ofen 3 Stunden lang einer Wärmebehandlung bei 180° C unterzogen, um die Klebstoffschicht 102 vollständig auszuhärten» Der in Figur 103 gezeigte Aufzeichnungskopf wurde durch Verbinden mit einem Block 109, der Rohrleitung 110 und einer Leiterplatte 111 erhalten.

Der so hergestellte Aufzeichnungskopf lieferte bei Verwendung von Schreibimpulsen einer Breite von 10 jusec

und einer Frequenz von 10 KHz bei einer Auf-

zeichnung auf Aufzeichnungspapier ein zufriedenstellendes Ergebnis.

Eine Untersuchung unter dem Mikroskop zeigte eine

gleichmäßige Klebung ohne Fortsätze des Klebstoffes in

die Flüssigkeitskammern.

Beispiel 2

Das Verfahren des Beispieles 1 lieferte, wenn p-Diaminodiphenylmethan durch folgende Substanzen ersetzt wurde, ebenfalls befriedigende Ergebnisse. Die folgende Tabelle 1 zeigt die Wärmebehandlungsbedingungen, bei denen der "B-Phasen"-Zustand und die endgültige Aushärtung der Ilarzschicht 102 erreicht wurde.

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	- 20 -	3011 DE 0302	319	Std.
	Tabelle 1
	Gewichtsteile	Vorheizen	Aushärten
m-Phenylendiamin	15	1000C/15 Min.	15O°C/6
Diaminodiphenyl- sulfon	30	12O°C/3O Min.	2OO°C/3

IP Dicyandiamid

Bortrifluorid-Monoethylamin

100°C/30 Min. 17O°C/3 Std. 100⁰C/20 Min. 2OO°C/4 Std.

Beispiel 3

Das Verfahren des Beispieles 1 lieferte ebenfalls gute Ergebnisse, wenn das dabei verwendete Harz durch einen Klebstoff mit der in Tabelle 2 gezeigten Zusammen-2Q Setzung ersetzt wurde. Der so hergestellte Aufzeichnungskopf zeigte eine ausreichende Klebefestigkeit ohne irgend einen Fluß des Harzes in die Flüssigkeitskaminer und lieferte ein befriedigendes Aufzeichnungsbild.

Tabelle

Gewichtsteile Vorheizen Aushärten

Epikote 10007

p-Diaminodiphenylmethan

Methylethylketon

Toluol

100 3

150 150

i00°C/7 Min. 18O°C/4 Std.

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Im folgenden sollen die in Figur 4 gezeigte Schutzschicht 9 und die Füllschicht 10 erläutert werden. Diese Schichten sind dazu vorgesehen, daß sie einen direkten

Kontakt der Widerstandsschicht 7 oder der Elektroden-5

schicht 8 mit der Aufzeichnungsflüssigkeit oder der Tinte verhüten, der zu einer Oxidation der Widerstandsschicht oder der Elektrodenschicht oder zu einer Zersetzung der Tinte führen würde. Bei dem beschriebenen Aufzeichnungskopf hat die Dicke der Schutzschicht 9 und der Füllschicht 10 einen merklichen Einfluß auf das thermische Ansprechvermögen des Tröpfchenausstoßes und auf den Aufzeichnungsenergiewirkungsgrad, da die durch die Widerstandsschicht 7 erzeugte thermische Energie durch die beiden Schichten durchtritt. Bei diesen Ausführungsbeispielen gilt, daß, je dünner die Schutzschicht und die Füllschicht 10 sind, umso besser das thermische Ansprechvermögen und umso geringer die erforderliche Schreibenergie ist, da die Wärmeleitung verbessert ist. Jedoch neigt eine durch Aufdampfen oder Aufsprühen hergestellte Schutzschicht, wie sie normalerweise bei der Herstellung von thermischen Aufzeichnungsköpfen benutzt wird, dazu_xdaß unbedeckte Abschnitte an dem Absatz zwischen der Elektrodenschicht 8 und der Widerstandsschicht 7 oder

„_ Löcher in der Schicht selbst auftreten, wenn die Dicke der Schicht verringert wird. Aus diesen Gründen ist eine gewisse Dicke bislang als notwendig erachtet worden, um nicht die Elektrodenschicht 8 oder die Widerstandsschicht 7 schädlichen Einflüssen auszusetzen, auch wenn hierdurch

2Q die thermischen Leitfähigkeitsbedingungen verschlechtert v/erden.

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

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der Tinte verhindert werden kann.

Nachdem die gewünschten Muster in der Elektrodenc schicht 8 und der Widerstandsschicht 7 gebildet worden sind, wird darauf eine erste Schutzschicht 9 mit einer Dicke von 0,01 bis 1 pm mittels Elektronenstrahl-^verdampfen oder-aufsprühen aufgebracht, die aus einem Oxid wie beispielsweise Berylliumoxid, Siliciumoxid,

IQ Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Tantaloxid oder Zirconoxid, einem Carbid wie beispielsweise Berylliumcarbid, einem Nitrid wie beispielsweise Tantalnitrid, Aluminiumnitrid oder Bornitrid, einem Borid wie beispielsweise Berylliumborid oder einem Sulfid wie beispielsweise

^5 Lanthansulfid, Praseodymsulfid, Neodymsulfid oder Ytterbiumsulfid besteht.

Die erste Schutzschicht 9 kann auch durch Sprühbeschichtung, Schleuderscheibenbeschichtung oder Tauchbeschichtung mit einer Dicke von 0,01 bis 1 ^um aus einem wärmebeständigen Harz hergestellt werden, beispielsweise aus Silikonharz, fluorierten Harzen, aromatischen Polyamiden, Additionspolymer is ierten Polymiden, Polybenzimidazol, Metallchelat-Polymeren, Titansäure-Estern, Epoxldharzen, Phthalharzen, wärmeaushärtbaren Phenolharzen, p-Vinyl-Phenolharzen, Triazinharzen, BT-Harzen (Addition-Polymerisation-Harze aus Triazinharzen und Bismaleinimid) etc.

Die erste Schutzschicht 9 ist nicht notwendigerweise eine Einfachschicht, sie kann auch aus mehreren Schichten zusammengesetzt sein. Das Vorhandensein von Löchern in den Schutzschichten 9 ist nicht das Hauptproblem bei den für die thermische Aufzeichnung verwandten thermisehen Aufzeichnungsköpfen gewesen. Im Falle der Tintendüsenaufzeichnung jedoch, bei der die Schutzschicht in

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direktem Kontakt mit der Flüssigkeit kommt_/kommt dem

Verhindern von Löchern in der ersten Schutzschicht 9 ein größerer Stellenwert in bezug auf die Lebensdauer des Aufzeichnungsgerätes zu.

Bei dem erläuterten Verfahren werden Fehlstellen, wie die Löcher, die in der ersten Schutzschicht 9 vorhanden sind, praktisch vollständig durch eine zweite Schutzschicht (oder Füllschicht) 10 aufgefüllt, die über der ersten Schutzschicht 9 aufgetragen wird. Somit wirkt die zweite Schutzschicht als Füllschicht für die erste Schutzschicht 9. Das zur Herstellung der Füllschicht 10 verwandte Harz hat vorzugsweise folgende Eigenschaften: (1) genügende Filmbildung, (2) blasenfreie Struktur mit geringer Lochbildung, (3) kein Quellen oder Auflösen in der verwendeten Tinte, (4) ausreichende Haftung an der ersten Schutzschicht, und (5) hohe thermische Widerstandsfähigkeit. Beispiele für bevorzugte Harze sind

„_n Silikonharze, fluorierte Harze, aromatische Polyamide, Polymide vom Additions-Polymerisationstyp, Polybensimidazol, Metallchelat-Polymere, Titansäure-Ester, Epoxidharze, Phtalharze, aushärtbare Phenolharze, ρ-Viny!phenolharze, Triazinharze und BT-Harze (Additionspolymerisations-

rpc harze aus Triazinharz und Bismalei.nimid).

Eine andere bevorzugte Methode der Filmbildung ist die Aufdampfung von Polyxylylen-Harzen oder Derivaten hiervon.

Weiter ist es möglich, eine Schicht auf der ersten

Schutzschicht durch Plasmapolymerisation verschiedener organischer Monomere herzustellen, wie Tüioharnstoff, Thioacetamid, Vinylferrocen, 1,3,5-Trichlorobenzol, Chlorbenzol, Styren, Ferrocen, Picolin/ Naphthalen, Pentamethylbenzol, Nitrotoluol, Acrylnitril, Diphenyl-Selenid, p-Toluidine, p-Xylol, N,N-Dimethyl-p-Toluidin, Toluol, Anilin, Diphenyl-Q.uecksilber, Hexamethylbenzol, Malonsäuredinitril, Tetra-

030041/0748

cyanoethylen, Thiophen , Benzol-Selenol, Tetrafluorethylen, Ethylen, N-Nitrosodiphenylamin, Acetylen, 1,2,4-Trichlorobenzol oder Propan. Bei der Verwendung der oben erwähnten wärmebeständigen Harze kann die Füllschicht 10 auch durch Auflösen eines solchen Harzes in einem Lösungsmittel und Auftragen des so erhaltenen Lösung durch Schleuderscheiben-Beschichtung, Spritzbeschichtung oder Tauchbeschichtung auf die erste Schutzschicht 9 sowie anschließende Trocknung hergestellt werden.

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

__n Wird ein Aufzeichnungskopf in Verbindung mit einer elektrisch leitenden Tinte, die Wasser als Lösungsmittel verwendet, benutzt, so sollte die erste Schutzschicht 9 und/oder die Füllschicht 10 vorzugsweise eine Dicke von ca. 0,1 bis 5 um haben, damit ein spezifischer Wider-

rtr stand von 5 χ 10 _Q.cm oder größer erreicht wird, um einem Kurzschluß durch die Tinte zu verhindern.

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

Bei dem vorliegenden Verfahren wird eine solch iso

lierende Schutzschicht mittels bekannter Verfahren herge stellt. Als Material für solche Schichten können beispielsweise verwendet werden Oxide von. übergangsmetallen,■ wie Titanoxid,

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DE 0302 1

Vanadiumoxid, Nioboxid, Molybdänoxid, Tantaloxid, Wolframoxid, Chromoxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid, Yttriumoxid oder Manganoxid, Metalloxide wie Aluminiumoxid, Calciumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid oder Siliciumoxid, Mischungen solcher Oxide, Nitride mit einem hohen Widerstand wie Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid oder Tantalnitrid, Mischungen solcher Oxide und Nitride und halbleitende Materialien wie

_in amorphes Silicium oder amorphes Selen, die hohen Widerstand bei Filmbildung mittels Aufstäuben, CVD-Verfahren, Aufdampfen, Beschichten nach Reaktionen in der Gasphase oder Beschichten aus der Flüssigkeit zeigen, sogar wenn sie als normaler Festkörper einen niedrigen Widerstand

, r haben. Die Dicke dieser Filme liegt im allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 5 μια, vorzugsweise von 0,2 bis 3 μια.

Die Schutzschicht 9 kann auch durch ein Harz gebildet v/erden, das folgende Eigenschaften hat: (1) aus-

2Q reichende Filmbildung, (2) blasenfreie Struktur mit geringer Lochbildung, (3) kein Quellen oder Auflösen in der verwendeten Tinte, (4) ausreichende Isolation durch den Film und (5) hoher thermischer Widerstand. Solche Harze sind Siliciumharze, fluorierte Harze, aromatische Polyamide, Polymide vom Additions-Polymerisationstyp, Polybenzimidazol, Metallchelat-Polymere, Titansäure-Ester, Epoxidharze, Phthalharze, wärmeaushärtbare Phenolharze, p-Viny!phenolharze, Triazinharze und BT-Harze (Additionspolymerisationsharze aus Triazinharzen und Bismaleinimid).

Weiter ist es möglich, die Schicht durch Aufdampfen von Polyxylylenharze.noder Derivaten hiervon herzustellen.

Auch kann die Schutzschicht durch Filmbildung mittels Plasmapolymerisation verschiedener organischer Monomere wie Thioharnstoff, Thioacetamid, Vinylferrocen, 1,3,5-Trichlorobenzol, Chlorbenzol, Styren, Ferrocen, Picolin, Naphthalen, Pentamethylbenzol, Nitrotoluol, Acrylonitril,

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DE 0302

Diphenyl-Selenid, p-Toluidin, p-Xylen, Ν,Ν-Dimethyl-p-Toluidin, Toluol, Anilin, Diphenyl-Quecksilber, Hexamethylbenzol, Malonsäuredinitril, Tetracyanethylen,

Triophen, Benzolselenol, Tetrafluorethylen, Ethylen, 5

N-Nitrosodiphenylaitiin, Acetylen, 1 ,2 , 4-Trichlorbenzol oder Propan hergestellt werden.

Die Wirkung der vorstehend erläuterten Schutzschichten v/ird im folgenden durch experimentelle Beispiele erläutert.

Experimentelle Beispiele 1 bis 9

Ein Substrat mit wärmeerzeugenden Elementen, wie es in einer vergrößerten Perspektiven Ansicht in Figur 11 A gezeigt ist, wurde auf die folgende Weise hergestellt:

Auf einem Aluminiumoxidsubstrat 212 wurden der Reihe nach eine wärmespeichernde SiOp-Schicht 213 (mehrere

_ ^Im)_x eine wärme speichernde ZrBrWiderstandsschicht 214 (80 nm) und eine Aluminium-Elektrodenschicht 215 (500 nm) aufgebracht. Durch selektives Ätzen wurden Heizwiderstände 214' mit einer Breite von 60 μτα und einer Länge von 75 jüm hergestellt. Durch ähnliches Ätzen v/urden

„η Steuerelektroden 215a und eine gemeinsame Elektrode 215b ausgebildet. Wie in Figur 11B gezeigt wurde, anschließend eine SiO₂-Schutzschicht 216 (0.01 pm) auf der Elektrodenschicht 215 aufgebracht. Auf die Schutzschicht 216 wurde v/ie in Tabelle 3 gezeigt, ein wärmebeständiges Harz aus

OQ dem flüssigen Zustand aufgebracht, im Vakuum getrocknet und unter den ebenfalls in Tabelle 3 angegebenen Bedingungen einer Wärmebehandlung unterzogen, um das Substrat für die experimentellen Beispiele 1 bis 9 herzustellen.

Getrennt hiervon wurde eine in Figur 12 gezeigte Rillenplatte 220 durch Einschneiden einer Vielzahl von Rillen 218 mit einer Breite von 70 μτα und einer Tiefe von 60 ^m und einer weiteren Rille 219, die die gemeinsame

030041/0746

DE 0302

Tintenkammer bildet, mit einem Mik roschneidgerät
hergestellt.

Das vorstehend erläuterte Substrat mit den wärmeerzeugenden Elementen und die Rillenplatte wurden zusammengeklebt, η ac η dem die wärmeerzeugenden Elemente und die Rillen ausgerichtet worden waren. Durch Anbringen einer Tintenversorgungs-Rohrleitung 221 zur Versorgung mit Tinte aus einem nicht dargestellten Tintenbehälter wurde der in Figur 13 gezeigte Schreibkopf--Block 222
vervollständigt. Weiter wurde der Block 222 mit einer
Leiterplatte verbunden, die die elektrische Verbindung zu den Steuereiektroden und der gemeinsamen Elektrode herstellte.

Der Tintentröpfchen-Ausstoß wurde mit Schreibimpulsen mit oiner

Impulsbreite von 10 jjsec.
«η und einer Impulsfrequenz von 10 KHz untersucht.

Die Zusammensetzung der Tinte war:

Wasser 70 Gewichtsprozente

Diethylenglykol 29 "
Schwarzer Farbstoff 1 "

Bei dem unter den vorstehenden Bedingungen durchgeführten Tröpfchenausstoßtest zeigte der Schreibkopf,
wie in Tabelle 3 zusammengestellt ist, eine hervorragende Lebensdauer zusammen mit einer genügenden Schreibqualität.

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

030041/07VÖ

- 28 -

> ΙΟ⁹ ΙΟ⁸ - ίο⁹ < ΙΟ⁵

DE 0302 3011919

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	Verwendetes Harz	Tabelle 3
Bspl.	Silikon harz	Handelsname
1	KS-700 (Shin- etsu Chemical)

Herstellungsbedingungen
Dicke (Wärmebehand- Lebens-

(μΐη) ^{lung) dauer}

fluoriertes Harz

Epoxidharz

KS-701 (Shinetsu Chemical)

KS-737 (Shinetsu Chemical)

Daiflcn D45S (Polychlortrifluorethylen-(Dispersion)

(Daikin Co.)

Neoflon ND-3 (Tetrafluorethy-¹ lene-Hexafluorprofylen copolymer Lack

(Daikin Co.)

Neoflon ND-2 (T etraf lucroethylene-riexaflaoropropylene copolymer Lack) (Daikin Co.)

Epikote #1001 (Shell Chemical) Dicyandiamid 250°C/l Std. A

0.5 200°C/l Std. A 0.1 200°C/40 min. B

26O⁰C/ 1 Std. A

200°C/l Std. · a

350°C/l Std. a

150°C/30 min. Λ

8	Epikote #1001 (Shell Chemical) p,p · -dianüncdi- phenyl methan	0.3	165	0C 4 ötc
9 Polyimid	Pyre ML (du Pont)	1	300	°C/1 Stc
Rsf.
1. 3
*· A
C

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DE 0302

Anmerkung:

Bei dem Referenzmuster wurde auf der SiO'-Schutzschicht (0.01 um) keine weitere Schicht aus

wärmebeständigen Harz aufgetragen.

Experimentelle Beispiele 10 bis

Die SiO^-Schutzschicht 216 bei den vorstehenden Beispielen 1 bis 9 kann durch die in der Tabelle 4 aufgeführten Materialien ersetzt werden, die durch die ebenfalls in Tabelle 4 aufgeführten wärmebeständigen ausgehärteten Harze bedeckt werden, ura in ähnlicher Weise wie bei den experimentellen Beispielen 1 bis 9 hergestellte Substrate zu erhalten.

Die erhaltenen Aufzeichnungsköpfe wurden auf eine ähnliche Weise getestet, dia Ergebnisse sind gleichfalls in Tabelle 4 zusammengestellt.

	Tabelle 4	L. 1. Schicht	(Dicke in jim)	2. Schicht	(Dicke in jum)	Lebens dauer
3spj	Berylliumoxid	(0,1)	Polyamid	(0,5)	A
10	Aluminiumoxid	(0,5)	Silikonharz	(0,5)	A
11	Zirkoniumoxid	(0,08)	fluoriertes Harz	(D	A
12	Tantalnitrid	(0,05)	fluoriertes Harz	(D	A
13	Berylliumborid	(0,2)	Silikonharz	(0,8)	B
14	Lanthansulfid	(0,1)	BT-Harz	(0,8)	A
15	Neodymsulfid	(0,8)	Epoxidharz	(0,5)	A
16	Silikonharz	(0,1)	Epoxidharz	(0,5)	B
17	Polyimid	(0,5)	p-Vinyl- phenolharz	(0,1)	A
18

030041/0748

	- 31 -	DE 0302	301	ND-3	1913
19	Epoxidharz (0,1)	Silikonharz	(1)	#1001 +	A
20	fluoriertes (0,3) Harz	Polyamid	(0,8)		B
21	Polyimid (0,5)	Epoxidharz	(D	A
22	BT-Harz (0,08)	ET-Harz	(D	A
23	p-Vinylphenol- (1) Harz	Polybenzimidazol (0,1)	B
Anmerkung: Silikonharz:	KS-701
	: Neoflon
	Epikote	Dicyandiamid
	Pyre ML
fluoriertes Harz
Epoxidharz:
Polyimid:

Experimentelle Beispiele 24 bis

Ein Substrat mit wärmeerzeugenden Elementen, wie es vergrößert perspektivisch in Figur 11A dargestellt ist, wurde auf die folgende Weise hergestellt:

Auf einem Aluminiumoxydsubstrat 212 wurden nacheinander eine wärmespeichernde Si0_o-Schicht 213 {5 μ) eine wärmeerzeugende ZrB_-Widerstandsschicht 214 (80 nm) und eine Aluminiumelektrodenschicht 215 (500 nm) aufgetragen. Durch selektives Ätzen wurden Heizwiderstände 214' mit einer Breite von 40 μτα und einer Länge von 200 μια hergestellt. Weiter .wurden Steuerelektroden 215a und eine gemeinsame Elektrode 215b durch ähnliches Ätzen ausgebildet. Anschließend wurde, wie in Tabelle 5 zusanmengestellt, eine Schutzschicht 216 auf den Elektroden 215a, 215b und auf den Heizwiderständen 214' aufgetragen.

Getrennt hiervon wurde eine in Figur 12 gezeigte Rillenplatte 220 dadurch hergestellt, daß auf einer

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DE 0302

Glasplatte 217 mit einem MikroschneidgeräteB eine Vielzahl von Rillen 218 (mit einer Dreite von 40 jam und einer Tiefe von 40 jam ) und eine weitere Rille 219 eingeschnitten wurden, die die gemeinsame Tintenkammer bildete.

Das vorstehend erläuterte Substrat mit den Heizwiderständen und die Rillenplatte wurden zusammengeklebt,-nachdem die Heizwiderstände mit den Rillen ausgerichtet waren. Vielter wurde eine Tintenversorgungs-Rohrleitung 221 zur Tintenvorcorgung aus einem nicht dargestellten Tintenbehälter angebracht und so der in Figur 13 gezeigte Aufzeichnungskopf-Block vervollständigt.

VJeiter wurde der Aufzeichnungskopf 222 mit einer

Leiterplatte verbunden, die die elektrischen Verbindungen mit den Steuerelektroden und der gemeinsamen Elektrode herstellte. Der Tintentröpfchen-Ausstoß wurde mit rechteckigen Schreibimpulsen mit einer Spannung von 40 Volt und einer impulsbreite von 10 _usac und einem Impulstibstand von 200 usec untersucht. D..e Zusammensetzung der verwendeten Tinte war

Wasser 70 Gewichtsprozent

Diäthyleriglycol 29 Gewichtsprozent

Schwarzer Färb- 1 Gewichtsprozent stoff

Bei dem unter den vorstehenden Bedingungen durchgeführten on

Tröpfchenausstoßtests zeigte der Schreibkopf eine hervorragende Lebensdauer, die in Figur 5 zusammengestellt ist, zusammen mit einer genügenden Schreibqualität.

Bei diesen Beispielen wird die Lebensdauer durch

die Zahl der elektrischen Impulse ausgedrückt, die wiederholt an den Schreibkopf anlegbar waren. Hierbei bedeutet

03 0 DA 1/074 ß

ORIGINAL INSPECTED

DE 0302

11919

A > ίο⁹

B 10⁸- 10⁹

C < 10

Bspl. Schutzschicht

Tabelle

Spezif.

(Dicke Widerstand Lebensin jam) ( /1cm) dauer

24 25 26 27 28

29 30

31 32

33

(1 ,0) 6 χ 10"

(1,2) (0,5)

(0,8)

(1,0)

5 χ 1O⁷

aufgesprühtes (0,5) 1O^; Titanoxid

aufgesprühtes Niobiumoxid

aufgesprühtes Molybdänoxid

aufgesprühtes Hafniumoxid

aufgesprühtes Mullit (3Al₂O₃.2SiO₂)

aufgesprühtes

Forsterit

(2MgO-SiO₂)

aufgesprühtes

Zirkon

(ZrO₂-SiO₂)

aufgesprühtes (0,3) 10' Yttriumoxid

aufgesprühtes ,

Strontiumoxid (0,2) 10

Aluminiumnitrid- (0,7) >.1θ' schicht, die durch
reaktives Aufsprühen
mit einem Aluminiumtarget gebildet v/urde

.10

(0,7) ~10

A A

B A

0300A1/0748

DE 0302 1

aufgesprühtes (1,5) 1O⁸ A Bornitrid

aufgedampftes (0,8) 5 χ 10 B Selen

Elektronenstrahl- (1,5) ΙΟ⁷ Β verdampfen

einer 1:1 Mischung von
Tantaloxid und Lanthanoxid ο

Siliconharz-Be- (1,0) >10 A ]0 schichtung (KS-700;

Shinetsu Chemical)
Vakuumgetrocknet und
bei 25O°C 1 Stunde
wärmebehandelt ο

Siliconharz (1,0) >JO A (KS-701;

Shinetsu Chemical)
bei 200°C 1 Std.
wärmebehandelt

fluoriertes Harz

Daiflon D45S _R

(Polychlortrifluoro- (1.0) >10 A

__ ethylen Dispersion;

^Z[J Daikin Co.) bei 260 C
1 Std. wärmebehandelt

fluoriertes Harz

Neoflon ND-2 ₈

(Tetrafluorethylene- (1,5) ^10 A

hexafluoro-propylen
„_ς Copolymer Lack;
^/ö Daikin Co.), bei 35O°C

1 Std. wärmebehandelt

Epoidharz Epikote (n t\ >_1n8 _R

it 1001 ^lU/j; =

(Shell. Chemical) und
Dicyandiamid

3Q bei 150°C 30 Minuten
wärmebehandelt

Polyamid pyre ML (1,0) >10⁸ A (DuPont)

bei 300 C 1 Stunde
wärmebehandelt
35

Ref. 1 keine - C

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-as- 3011319

DE 0302

Die Ergebnisse der vorstehenden experimentellen

Beispiele zeigen klar, daß das Vorhandensein einer Schutzschicht die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfes

wesentlich erhöht. Der Anbau eines Zwischenkaitunerblocks 5

D für die Tintenversorgung, wie in Figur G gezeigt, erfolgt anschließend an dem Zusammenbau des in Figur 5 gezeigten Arbeitskammerblocks C.

Bei diesem Zusammenbau werden Querteile E bzw. E¹ 10

mit einem Klebstoff der unten stehenden Zusammensetzung beschichtet, anschließend, wie in Figur 6 gezeigt, mit dem Arbeitskammerblock C ausgerichtet und für eine Minute einer Wärmebehandlung bei ca. 60 C unterzogen, um den Klebstoff in einen halb gehärteten Zustand

zu überführen:

Klebstoff: Epikote #'828 (Shell Chemical) 100 Gewichtsteile Epomate Epomate B-002 (Ajinomoto Co.) 40 Gewichtsteile

^^u Während sich der Klebstoff in diesem Zustand befindet, wird ein Kontrollschritt durchgeführt, um zu überprüfen, daß weder Zusammenbaufehler vorliegen, noch daß Klebstoff fälschlicherweise in andere Teile geflossen ist. Ist das

Ergebnis negativ (Fall nein) v/erden die Teile E und E¹ nc.

wieder von dem Block C getrennt und für eine Wiederverwendung gereinigt. Liegt dagegen kein Defekt vor (Fall ja) wird für etwa 30 Minuten bei 60 eine Wärmebehandlung durchgeführt, um den Klebstoff zu härten.

Anschließend wird das hintere Endteil F mit Klebstoff bestrichen, in einer ähnlichen Weise ausgerichtet und für eine Minute bei 60° C einer Wärmebehandlung unterzogen, .um den Klebstoff halb zu härten. In ähnlicher Weise wird ein Kontrollschritt durchgeführt, und bei

negativem Ergebnis (Fall nein) das Teil wie oben erläutert gereinigt, während dann, wenn kein Fehler auftritt (Fall ja) eine 30-minütige Wärmebehandlung bei 60 durchgeführt

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- 36 - _DE 0302 30119

wird, um den Klebstoff auszuhärten.

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

Anschließend werden die Röhrenteile · H und H¹ in die vorgegebenen Stellen des so hergestellten Blocks eingesetzt,· der Spalt um die Röhrenteile wird mit Klebstoff aufgefüllt. Das Härten schreitet in diesem Falle langsam fort. Anschließend wird ein Kontrollschritt durchgeführt., um zu überprüfen, daß kein Klebstoff in die Teile H, H¹ oder in die Zwischenkammer eingedrungen ist. Ist das Ergebnis negativ (Fall nein) werden die Teile wieder getrennt und für eine Wiederverv/endung_/wie oben erläutert gereinigt. In dem Fall, daß kein Defekt auftritt (Fall ja), wird eine 30-minütige Wärmebehandlung bei 60 C und anschließend eine 10-minütige Wärmebehandlung bei 100 C durchgeführt wird, um das Aushärten zu vollenden.

Auf diese Weise wird die Verbindung des Zwischenkammerbloeks D zu dem hinteren Abschnitt des Arbeitskammerblocks C vervollständigt. Anschließend wird die Vorderfläche 15 des Arbeitskammerblocks C, auf der sich die Ausstoßdüsen befinden, mit Schleifsand (^1000 oder höher) 'glatt geschliffen. Nach dem Schleifen wird die Anordnung gereinigt, um Schleifsand und andere Fremdteilchen zu entfernen, die in die Rillen 4 durch Düsen 14 während

030041/074«

DE O?O2

des Schleifens eingedrungen sind. Hierauf wird in einem Kontrollschritt geprüft, ob die Vorderfläche 15 vollständig eben und die Rillen 4 gereinigt sind, und wenn das Schleifen noch nicht vollständig ist, werden das Schleif- und der Reinigungsschritt wiederholt. Der Kontrollschritt'.wird erneut wiederholt, und im Falle eines negativen Ergebnisses (Fall nein) der vorhergehende Schritt wiederholt. Liegt dagegen kein Defekt vor, (Fall ja) so wird die aus den Blöcken C und D bestehende Anordnung getrocknet. Bei dem folgenden Herstellungsschritt wird ein Schlitzblock I mit Düsen an der Vorderfläche 15 angebracht .

Figur 7 zeigt, daß der Schlitzblock I ein Bodenteil

J, Seitenteile K und K¹ sowie ein Vorderteil L hat.

Diese Teile werden an bestimmten Abschnitten mit Klebstoff beschichtet, dann entsprechend ausge·

^_n richtet angeordnet und für eine Minute einer Wärmebehandlung bei 6O°C unterzogen, um den Klebstoff in einen halb gehärteten Zustand zu überführen. Nach einem Kontrollschritt, bei dem der korrekte Zusammenbau geprüft wird, werden die Teile J, K, K¹ und L bei negativem Ergebnis (Fall nein)

„c wieder getrennt und zur Wiederverwendung gereinigt. Liegt dagegen kein Fehler vor (Fall ja), wird eine 30-minütige Wärmebehandlung bei ca. 60° C und eine weitere 10-minütige Wärmebehandlung bei 100° C durchgeführt, um den Härtungsvorgang des Klebstoffes zu vollenden. Anschließend werden

2Q die Blöcke I und C entsprechend mit Klebstoff beschichtet, und dann wie durch die Pfeile in Figur 7 gezeigt, ausgerichtet. . Anschließend werden sie 30 Minuten bei Raumtemperatur stehengelassen, um einen halbgehärteten Zustand des Klebstoffes zu erreichen. In einem danach durchgeführten Kontrollschritt wird geprüft, daß kein Klebstoff in die Düsen 14 oder in die Schlitze 16 des Blocks I geflossen ist. Ist das Ergebnis negativ (Fall nein)

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DE 0302

werden die Blöcke wieder getrennt und wie vorstehend erläutert zur Wiederverwendung gereinigt. Liegt dagegen kein Fehler vor, (Fall ja) so wird eine 30-minütige Wärmebehandlung bei 60° C und eine weitere 10-minütige Wärmebehandlung bei 100° C durchgeführt, um den Härtungsvorgang des Klebstoffes zu vollenden.

Anschließend wird eine Röhre M in eine bestimmte Stelle eingesetzt, der Spalt um sie herum wie vorstehend bei dem Teil II mit Klebstoff ausgefüllt und die Anordnung etwa 30 Minuten bei Raumtemperatur stehengelassen. In einem darauffolgenden Kontrollschritt wird geprüft, daß kein Klebstoff ausgeflossen ist, und, wenn das Ergebnis negativ ist (Fall nein) die Teile wieder getrennt und zur Wieder-

verwendung gereinigt. Tritt dagegen kein Fehler auf (Fall ja) wird eine 30-minütige Wärmebehandlung bei 60 C und eine weitere 10-minütige Wärmebehandlung bei 100 C zur Vervollständigung des Aushärtungsvorganges des Klebstoffes _- durchgeführt. Auf diese Weise wird ein vollständiger Aufzeichnungskopf hergestellt.

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

Im folgenden soll ein Beispiel einer Tintenstrahl-Aufzeichnung mit dem so vervollständigten und in Figur 7 dargestellten Aufzeichnungskopf erläutert v/erden. Zwar ο« zeigt Figur 7 die verschiedenen Blöcke des Aufzeichnungskopfes in einer auseinandergezogenen Darstellung, es versteht sich jedoch von selbst, daß diese Blöcke beim Einsatz des Aufzeichnungskopfes fest miteinander verbunden sind.

Als erstes wird die Aufzeichnungstinte in jede

Arbeitskammer 4 durch die Teile H, H¹ eingeleitet. Wird

030041/074«

DE 0302

eine impulsförmige Spannung angelegt, erzeugt der nicht gezeigte Heizwiderstand einen thermischen Impuls, der eine plötzliche Zustandsänderung der Tinte verursacht.

Diese Zustandsänderung übt aufgrund der Druckwelle

eine Kraft auf die Tinte aus. Hierdurch wird Tinte in einem tröpfchenförmigen Zustand aus der mit der Arbeitskammer 4 verbundenen Düse 14 ausgestoßen. Dieses Tröpfchen wird auf dem nicht dargestellten Aufzeichnungsträger niedergeschlagen und bewerkstelligt die Aufzeichnung. Die aus der Düse 14 auslaufende Tinte neigt dazu, auf die Wände um die Düse 14 zu fließen. Dies führt zu der Bildung eines Tintenfilmes in der Nähe der Düse 14 _f der möglicherweise den Tröpfchenausstoß behindert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird diesem Phänomen dadurch vorgebeugt, daß ein Schlitz 16 in der Nähe der Düse 14 angebracht ist. Dieser Schlitz dient dazu den Tintenfilm

aufgrund seiner Saugwirkung zu beseitigen. Auf diese Weise bleibt die Größe und die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Tröpfchen extrem stabil.

Die vorstehenden Ausführungen behandelten ein thermische Energie verwendendes Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem.

„_ς Das beschriebene Verfahren ist natürlich genauso anwendbar bei anderen TintenstrahlaufZeichnungssystemen, bei denen der thermisch wirkende Teil beispielsweise durch einen mechanischen Schwingungserzeuger wie eine piezoelektrische Vibrationsschicht ersetzt ist. Weiter ist der Aufzeichnungs-

OQ kopf nicht auf die in der Zeichnung gezeigten Ausführungen beschränkt. Ein Beispiel für die Tinte ist eine zweiprozentige Dispersion eines schwarzen Farbstoffes in einem Lösungsmittel, das im wesentlichen aus Äthylalkohol zusammengesetzt ist.

Wie vorstehend ausführlich erläutert, ist das beschriebene Verfahren vorteilhaft bei der Herstellung von

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DE 0302

Aufzeichnungsköpfen mit einer hervorragenden Tröpfchenausstoß-Ausbeute, einem geringen Leistungsverbrauch, einer hohen Stabilität des Tröpchenausstoßes, einer Gleichmäßigc keit der ausgestoßenen Tröpfchen und einem sehr guten

Ansprechvermögen auf die Eingangssignale. Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine sehr genaue Herstellung in einem einfacheren Herstellungsverfahren und die Herstellung eines Vielfachdüsen-Aufzeichnungskopfes hoher Dichte in einem IQ einfachen und sicheren Herstellungsverfahren. Vor allem aber ermöglicht der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Aufzeichnungskopf das kontinuierliche Ausstoßen extrem stabiler Tintentröpfchen mit einer sehr hohen Geschwindigkeit

030041/tmS

-IM·

Leerseite

Claims (15)

1. ilEDTKE - BüHUNG - KlNNE .

   r> ■ D D;pl.-Ing. M.Tiedtke

   URUPE - TELLMANN Dipi.-Chem. G. Bühling

   Dipl.-Ing. R. Kinne " ~ Dipl.-Ing. R Grupe

   *3 Π 1 1 Q 1 Q Dipl.-Ing. B. Pellmann

   Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

   Tel.: 089-539653

   Telex: 5-24845 tipat

   cable: Germaniapatent München

   27. März 1980 DE 0302

   Patentansprüche

   Verfahren zur Herstellung eines AufzeichnungskopfeTT, durch den eine in einer Arbeitskammer befindliche Aufzeichnungsflüssigkeit in Form kleiner Tröpfchen aus einer mit der Arbeitskammer verbundenen Düse ausgestoßen wird, wobei zumindest ein Teil zur Herstellung der Aufzeichnung auf einer Aufzeichnungsoberfläche abgelagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schritt X ein mit einer durchgehenden Bohrung versehenes Teil a hergestellt wird, das die Arbeitskammer bildet, bei einem Schritt Υ eine Öffnung der Bohrung mit einem anderen Teil b, das eine Zwischenversorgungskammer für die Flüssigkeit bildet, verbunden wird, und bei einem Schritt Z ein Teil c an einem anderen Teil c angebracht wird, so daß ein Schlitz in der Nähe der anderen Öffnung der Bohrung gebildet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt X eine Vielzahl von plattenförmigen Teilen einstückig verbunuen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt X eine Vielzahl von im wesentlichen parallelen Bohrungen in dem Teil a hergestellt wird.

   Mü/13 030041 /074·

   Deutsche Bank (München) Kto 51/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 _ Posischeck (München) KIo. 670-43-804

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4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt X zum Erzielen eines bestimmten Aufbaus durch Verbinden einer Vielzahl von Teilen mit einem aushärtbaren Harz einen Schritt bei dem eine aushärtbare Harzschicht auf mindestens einem dieser Teile aufgebracht wird, einen Schritt, bei dem diese Harzschicht in einen Zwischenzustand des Aushärtvorgangs überführt wird, und einen Schritt umfaßt, bei dem Rillen auf einer Fläche des Teiles, das die Harzschicht trägt, gebildet werde"n und bei dem die Harzschicht, während sie in Kontakt mit den anderen Teilen ist, ausgehärtet wird, so daß eine Klebung der Teile erzielt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichriet, daß ein ebenes wärmeerzeugendes Element auf zumindestens einem der plattenförmigen Teile angebracht ist.
6. §. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Bohrungen mit einem ebenen wärmeerzeugenden Element versehen ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte X, Y und Z in der genannten zeitlichen Abfolge ausgeführt werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Schritte X, Y und Z die Teile a, b und c einstückig verbunden werden.
9. 9. Verfahren zur Herstellung eines Aufzeichnungskopfes, durch den eine in einer Arbeitskammer befindliche Aufzeichnungsflüssigkeit in Form kleiner Tröpfchen aus einer mit der Arbeitskammer verbundenen Düse ausgestoßen und zumindest ein Teil der Tröpfchen zur Herstellung der Aufzeichnung auf einer Aufzeichnungsoberfläche abgelagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem

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   Schritt X¹ ein die Arbeitskammer bildendes Teil a¹ mit einer durchgehenden Bohrung durch Aufbringen einer aushärtbaren Harzschicht auf einer Oberfläche eines ersten Einzelteils, durch Erzeugen einer Rille auf der die Harzschicht tragenden Oberfläche und durch Aushärten der Harzschicht hergestellt wird, wobei währenddessen die die Harzschicht tragende Oberfläche in Kontakt mit einem zweiten Einzelteil seht, so daß die Einzelteile verbunden werden, bei einem Schritt Y¹ die eine Öffnung der Bohrung mit einem anderen Teil b¹ verbunden wird, das eine Zwischenversorgungskammer der Flüssigkeit bildet, und bei einem Schritt Z¹ an dem Teil a¹ ein Teil c¹ angebracht wird, so daß ein Schlitz in der Nachbarschaft der anderen Öffnung der Bohrung gebildet wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Einzelteile plattenförmig ist.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichriet, daß bei dem Schritt X¹ eine Vielzahl von im wesentlichen parallelen Bohrungen in dem Teil a' hergestellt worden.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt X¹ ein ebenes Heizelement auf der Oberfläche des zweiten Einzelteils angebracht wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Bohrungen mit einem ebenen Heizelement versehen wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte X¹, Y¹ und Z¹ in der genannten zeitlichen Abfolge durchgeführt werden.

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15. 15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schritte X¹, Y¹ und Z¹ alle Teile a¹, b¹ und c¹ einstückig verbunden sind.

    030041/0748