DE3011919C2

DE3011919C2 -

Info

Publication number: DE3011919C2
Application number: DE3011919A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Yokohama Jp Shirato; Yasushi Sagamihara Kanagawa Jp Takatori; Toshitami Tokio/Tokyo Jp Hara; Yukuo Sagamihara Kanagawa Jp Nishimura; Michiko Tokio/Tokyo Jp Takahashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-03-27
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1991-12-05
Also published as: US4392907A; DE3011919A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Aufzeichnungskopf wird in Tintenstrahl- Aufzeichnungsgeräten eingesetzt, bei denen eine Aufzeichnungsflüssigkeit, wie z. B. Tinte, in Form von kleinen Tröpfchen aus einer kleinen Düse ausgestoßen und zur Aufzeichnung auf eine Aufzeichnungsoberfläche niedergeschlagen wird.

Mit Aufzeichnungsköpfen der vorstehend beschriebenen Art ist demententsprechend ein anschlagloses Aufzeichnen möglich, wobei die besonderen Vorteile dieses Aufzeichnungsverfahrens darin zu sehen sind, daß trotz hoher Aufzeichnungsgeschwindigkeit ein sehr geringer Geräuschpegel auftritt. Das Ausstoßen von Tinte aus dem Tintenausstoßabschnitt erfolgt durch gezielte und zeitlich gesteuerte Energieeinwirkung auf ein vorbestimmtes Volumen stromauf des Tintenausstoßabschnitts, wodurch eine vorbestimmte Tröpfchenmenge aus dem Tintenausstoßabschnitt herausgeschleudert wird.

Ein entsprechender Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf ist beispielsweise aus der DE-OS 26 49 970 bekannt. In diesem bekannten Fall wird die Energie auf die Druckflüssigkeit unter Zuhilfenahme von Kompressionskammern aufgebracht, denen jeweils eine Membran und ein Keramikschwinger zugeordnet ist, um kurzzeitige Druckanstiege an der Kompressionskammer zu realisieren. Der Schreibkopf ist in Sandwich-Bauweise aufgebaut und weist sich paarweise gegenüberliegend angeordnete Kompressionskammern auf, zwischen denen eine in etwa gleich große und nicht flüssigkeitsgefüllte sowie mit den Kompressionssystemen nicht fließverbundene Ausgleichskammer angeordnet ist. Wenn an die Keramikschwinger Spannungsimpulse angelegt werden, verformen sich diese und führen zu einer Verkleinerung der Kompressionsräume. Die dadurch entstehenden Druckwellen pflanzen sich in Richtung der Ausstoßdüse fort, um Aufzeichnungsflüssigkeit auszustoßen.

Es hat sich gezeigt, daß es mit einem derartien Aufbau des Aufzeichnungskopfs schwierig wird, die Ausstoßdüsen mit hoher Dichte anzuordnen, zumal die Aufbauteile des bekannten Aufzeichnungskopfs im Schweißverfahren miteinander verbunden werden.

Zur Verbesserung der Qualität des Druckbildes und im Zuge einer Erhöhung der Düsenanzahl pro Fläche wird in der DE-OS 28 43 064 bereits ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf vorgeschlagen, bei dem die Aufzeichnungsflüssigkeit, nämlich Tinte, aus einem äußeren Tinten-Versorgunstank in eine düsenförmige Flüssigkeitskammer unter einem Druck nachgeliefert wird, der noch keinen Tintenausstoß aus der Düse bewirkt. Vor der Düse ist eine Elektrode angeordnet, mit der nach Anlegen einer Spannung ein elektrostatischer Ausstoß von Aufzeichnungsflüssigkeit aus der Düse bewirkt werden kann. Mit diesem Aufbau gelingt es, die Flüssigkeitskanäle und den Anschluß zu einer Tintenversorgungskammer auf engerem Raum unterzubringen, wobei mittels eines Mikro- Schneiders bzw. -Fräsers Nuten in eine Trägerplatte mit einem sehr kleinen Teilungsabstand eingearbeitet werden. Mittels eines angeklebten Deckels werden diese Nuten dann zu Kanälen geschlossen.

Zur weiteren Anhebung der Düsendichte wird in der eigenen älteren Patentanmeldung P 30 05 394 ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Auch in diesem Fall erfolgt die Herstellung der einzelnen Aufzeichnungskopf-Funktionsbereiche durch separate Bearbeitung verschiedener Schichten bzw. Substrate, die dann unter Zuhilfenahme aushärtbarer Klebemittel zu einem kompletten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zusammengefügt werden. Bei der Herstellung derartiger Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe ergaben sich allerdings herstellungstechnische Probleme dahingehend, daß eine zunehmende Düsendichte mit einer überproportionalen Anhebung der Ausschußrate gekoppelt ist. Denn die Wahrscheinlichkeit, daß beim Herstellungsvorgang ein Flüssigkeitskanal fehlerhaft bzw. mit zu geringen Abmessungen oder Verengungen hergestellt wird, wird mit Verkleinerung der Abstände zwischen den einzelnen Kanälen zunehmend größer. Aus Wirtschaftlichkeitsüberlegungen heraus konnte deshalb bislang die Düsendichte nicht in dem erwünschten und durch die Bearbeitungsmöglichkeiten bereits erzielbaren Maße angehoben werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine fehlerhafte Verteilung des Klebstoffes, wie beispielsweise das Einfließen in Randbereiche, keine negativen Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit des Herstellverfahrens hat, so daß bei hoher Herstellungsgenauigkeit die Düsendichte angehoben werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Verfahrensschritt, bei dem die zu verbindenden Teile endgültig und unlösbar miteinander verbunden werden, erst dann durchgeführt, wenn das aushärtbare Harz einen solchen Zustand erreicht hat, daß es die Ausbildung der Flüssigkeitskanäle mit vergleichmäßigter Innenkontur nicht mehr stören kann. Dies bedeutet, daß beispielsweise dann, wenn nach dem Teilaushärten des Harzes festgestellt werden sollte, daß dieses sich teilweise an unerwünschten Stellen befindet, die Herstellung unterbrochen bzw. abgebrochen werden kann, bevor der gesamte Aufzeichnungskopf fertiggestellt ist. Produktionsfehler bzw. -störungen können deshalb in einem früheren Stadium korrigiert werden, in dem die Wiederverwendung der einzelnen Komponenten noch möglich ist. Die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens ist dadurch erheblich gesteigert und es wird die Möglichkeit eröffnet, die Flüssigkeitskanäle noch enger aneinanderrücken zu lassen, ohne Abstriche bezüglich der Präzision der Kanalführung in Kauf zu nehmen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich dadurch in besonderer Weise zur Herstellung von als Vielfachkopfanordnungen aufgebauten Aufzeichnungsköpfen mit im Vergleich zum Stand der Technik verkleinerten Einzelteilen.

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

Fig. 1A, 1B und 1C in der in Fig. 1 gezeigten Verbindung Flußdiagramme für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Aufzeichnungskopfes.

Fig. 2 bis 6 schematische Ansichten des Aufzeichnungskopfes in verschiedenen Verfahrensschritten,

Fig. 7A, 7B, 7C und 8 Teilansichten des Aufzeichnungskopfes zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Klebemethode.

Fig. 9A und 9B schematische Ansichten einer weiteren Ausführungsform, und

Fig. 10 und 11 schematische Teilansichten eines Aufzeichnungskopfes zur Erläuterung weiterer Möglichkeiten der Herstellung.

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

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

Fig. 2 zeigt, daß das Einzelteil A aus einer ebenen Platte 1, die beispielsweise aus Glas, Quarz, einer Keramik, 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 wird sie für 20 Minuten bei 100°C einer Wärmebehandlung unterzogen und die Verankerungsschicht 2 mit einer Klebstoffschicht 3 mit einer Dicke von 0,5 bis 10 µm vorzugsweise von 1 bis 5 µm beschichtet. Die Klebstoffschicht 3 kann beispielsweise die folgende Zusammensetzung haben:


Gewichtsteile
Epicote 1007 (Handelsname)
100
aromatische Amino-Aushärtungsmittel	5
Silan-Verbindungsmittel	5
Methyläthylketon	300

Nachdem die Klebstoffschicht durch eine 5 Minuten dauernde Vortrocknung bei 100°C zur Hälfte ausgehärtet ist, wird eine bestimmte Zahl länglicher Rillen (Tintenkanäle) 4 auf der so beschichteten Oberfläche mit einem Diamant-Schneidewerkzeug, beispielsweise mit einem Disco 2H/5 (Handelsname) der Disco Corporation, geschnitten. Anschhließend 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 10×10 µm bis 150×150 µm und eine Teilung im Bereich von 30 bis 200 µm. Als Klebstoff ist nicht nur der mit der oben angegebenen Zusammensetzung möglich, sondern auch andere Klebstoffe, die Klebewirkung während einer Wärmebehandlung zeigen. Solche Klebstoffe sind beispielsweise organische Verbindungen wie Epoxidharzklebstoffe, Phenolharz-Klebstoffe, Urethanharz- Klebstoffe, Silikonharz-Klebstoffe, Triazinharzklebstoffe oder BT-Klebstoffe, sowie anorganische Verbindungen, beispielsweise flüssige Silbersalze (siehe US-PS 30 89 799) oder niedrigschmelzender Gläser. Diese anorganischen Verbindungen werden häufiger pulverförmig als im flüssigen Zustand eingesetzt.

Fig. 3 zeigt das getrennt hergestellte andere Einzelteil B. Aus der einen Querschnitt bei der Linie X-Y der Fig. 3 zeigenden Fig. 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 SiO₂-Schicht mit einer Dicke von 2 bis 3 µm), eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 7 (aufgesprühte HfB₂-Schicht mit einer Dicke von 50 bis 100 nm), eine Elektrodenschicht 8 (aufgedampfte Aluminiumschicht mit einer Dicke von 70 bis 80 nm), eine Schutzschicht 9 (aufgestäubte SiO₂-Schicht mit einer Dicke von 1 µm) und eine Füllschicht 10 (eine aus Parylen, Silikon oder Ta₂O₃ bestehende aufgestäubte Schicht) nacheinander aufgebracht und anschließend das Substrat in die gewünschten Abmessungen zurechtgeschnitten wird.

Bei dem vorstehend erläuterten Vorgehen wird die Elektrodenschicht 8 einem Musterätz-Schritt unterworfen, um, wie in Fig. 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 so gefertigen Teile A und B werden derart gegenseitig ausgerichtet, daß die Rillen 4 und die Widerstandsmuster 13 sich gegenüberliegen. Die Teile A und B werden in dieser in Fig. 5 gezeigten Lage festgehalten.

Anschließend wird zunächst die Klebstoffschicht 3 in einer weiteren 10 Minuten dauernden Wärmebehandlung bei ca. 100°C halbgehärtet und in einem Kontrollschritt geprüft, daß weder Ausrichtungsfehler vorliegen, noch die Rillen 4 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 Klebstoffschicht 3 durch eine 50 Minuten bei einer Temperatur 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 zugesetzt 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 Harzsschicht auf zumindestens eines der Teile 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.

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 Bauteilen zusammengefügt worden ist, vollständig ausgehärtet wird.

Vor allem bei der Herstellung eines Aufzeichnungskopfes, der eine Aufzeichnungsflüssigkeit in tröpfchenförmiger 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.

Dieses Klebeverfahren wird im folgenden weiter erklärt werden.

Fig. 7 zeigt die Schritte, in denen eine Fläche eines Substrats mit sehr kleinen Rillenmustern an ein anderes Bauteil geklebt wird.

In einem ersten in Fig. 8 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 bestimmten Flüssigkeiten oder Lösungsmitteln, jedoch keine vollständige Auflösung oder Schmelzen zeigt ("Setchaku Benran" (Verklebungs-Handbuch), Setchaku Kenkyukai und 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 Fig. 7B gezeigten Schritt werden sehr kleine Streifen (Tintenkante) 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 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 µm, wird die Dicke der aushärtbaren Harzschicht 102 in dem Bereich von 0,5 bis 10 µm, vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 5 µm gewählt.

In dem in Fig. 7C 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 den vorstehend erläuterten Schritten ist dadurch vorteilhaft, daß der Klebstoff ausschließlich 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.

In den Fig. 7A bis 7C 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. Fig. 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.

Bei den gezeigten Beispielen wird eine Harzschicht 102 auf Flächen 100C, 100D und 100E 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 Harzschicht 102 vollständig ausgehärtet wird.

Die Form der Bauteile 104′ bzw. 101′ ist nicht auf die in Fig. 7 oder 8 gezeigte Plattenform beschränkt, vielmehr können die Bauteile irgendeine räumliche Form haben.

Das für die Bildung der Harzschicht benutzte Harz kann irgendein wärmeaushärtbares oder lichtaushärtbares 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 gebildet werden, Epoxidharze, ungesättigte Polyester, Polyurethane, Silikonharze, Polydiallylphthalat, oder Mischkondensate oder modifizierte Harze hiervon.

Weiter kann auch ein Verbundklebstoff verwendet werden, 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- Polyvinylacetat, Harnstoff-Polyvinylalkohol, Phenolharz- Polyvinylacetat, Phenolharz-Polyvinylformal, Phenolharz- Polyvinylbutyral, Phenolharz-Nitrilkautschuk, Phenolharz- Chloroprenkautschuk, Phenolharz-Nylon, Melaminharz- Acrylharz, Melaminharz-Polyvinylacetat, Melaminharz- Alkydharz, Epoxidharz-Nylon, Epoxidharz-Polyamid, Epoxidharz-Acrylharz, Epoxidharz-Synthetischer-Kautschuk, Epoxidharz-Polysulfide, 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 Hauptmolekülkette hat, und dem gegebenenfalls ein vorstehend erwähntes Monomer, Dimer oder Oligomer zugefügt ist. Diese Harze können durch ultraviolettes, sichtbares oder infrarotes Licht, vorzugsweise durch ultraviolettes oder sichtbares Licht ausgehärtet werden.

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 geeignete Härtungsmittel benutzt.

In folgenden wird anhand der Fig. 9A und 9B 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 (Tintenkanäle) 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 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 Fig. 7A, 7B, 7C und 8 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 Substrat gebildet, das beispielsweise aus einem Metall 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 100L₁, 100L₂, die mit den Elektroden 107-4 zum Anlegen elektrischer Signale an die elektrothermischen Umwandler 108 verbunden sind, Signalerzeugungsmittel 112, beispielsweise ein Impulswandler 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 elektrothermischen 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 nur bei der Herstellung eines Aufzeichnungskopfes verwendbar, bei dem die Flüssigkeit durch thermische Energie ausgestoßen wird, sondern auch bei Herstellung eines Aufzeichnungkopfes, bei dem die Flüssigkeit durch die mechanischen Schwingungen eines pizoelektrischen Elementes ausgestoßen wird, oder bei der Herstellung eines ähnlichen Kopfes, bei dem die durch kontinuierliche Schwingungen erzeugten Flüssigkeitströpfchen entsprechend dem Aufzeichnungssignal aufgeladen werden 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 µm wurde zunächst in dem erforderlichen Umfange gereinigt, und anschließend mit einem Klebstoff der unten stehenden Zusammensetzung mit einer Schleuderscheibe beschichtet, um die in Fig. 7A gezeigte Klebstoffschicht 102 herzustellen:

Epoxidharz (Epikote 828, Shell Öl)
100 Gewichtsteile
p-Diaminodiphenylmethan	28,5 Gewichtsteile
Methylethylketon	150 Gewichtsteile
Toluol	150 Gewichtsteile

Die Klebstoffschicht 102 wurde zunächst eine Zeitlang bei Raumtemperatur belassen, anschließend in einem Ofen 20 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 µm.

Anschließend wurden die Rillenmuster 103 (Fig. 8B) mit einer Breite von 30 µm und einer Tiefe von 25 µm und einer Teilung von 60 µm mit einem rotierenden Diamantmesser geschnitten, um die Rillenplatte 105 herzustellen.

Getrennt hiervon wurden die in Fig. 9A gezeigten elektrothermischen Umwandler mit wärmeerzeugenden Elementen mit einer Breite von 30 µm, einer Länge von 100 µm und einer Teilung von 60 µm auf einem Aluminiumoxydsubstrat hergestellt, um das Substrat 107 zu erhalten. Die Rillenplatte 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 Fig. 9B 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 µsec und einer Frequenz von 10 KHz bei einer Aufzeichnung 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 Harzschicht 102 erreicht wurde.

Tabelle 1

Beispiel 3

Das Verfahren des Beispieles 1 lieferte ebenfalls gute Ergebnisse, wenn das dabei verwendete Harz durch einen Klebstoff mit der in Tabelle 2 gezeigen Zusammensetzung ersetzt wurde. Der so hergestellte Ausfzeichnungskopf zeigte eine ausreichende Klebefestigkeit ohne irgendeinen Fluß des Harzes in die Flüssigkeitskammer und lieferte ein befriedigendes Aufzeichnungsbild.

Tabelle 2

Der Anbau eines Zwischenkammerblocks D für die Tintenversorgung, wie in Fig. 5 gezeigt, erfolgt anschließend an dem Zusammenbau des in Fig. 4 gezeigten Arbeitskammerblocks C.

Bei diesem Zusammenbau werden Querteile E bzw. E′ mit einem Klebstoff der unten stehenden Zusammensetzung beschichtet, anschließend, wie in Fig. 5 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

Während sich der Klebstof 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) werden die Teile E und E′ 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°C 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 30minütige Wärmebehandlung bei 60°C durchgeführt wird, um den Klebstoff auszuhärten.

Als nächstes wird ein Deckteil G mit Klebstoff 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 wenn kein Fehler auftritt (Fall ja) eine 30minütige Wärmebehandlung bei 60°C durchgeführt wird und anschließend eine weitere 10minütige Wärmebehandlung bei ca. 100°C, um das Aushärten des Klebstoffes zu vollenden.

Anschließend werden die Röhrenteile H und H′ 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 Kontrollabschnitt durchgeführt, um zu überprüfen, daß kein Klebstoff in die Teile H, H′ oder in die Zwischenkammer eingedrungen ist. Ist das Ergebnis negativ (Fall nein) werden die Teile wieder getrennt und für eine Wiederverwendung, wie oben erläutert, gereinigt. In dem Fall, daß kein Defekt auftritt (Fall ja), wird eine 30minütige Wärmebehandlung bei 60°C und anschließend eine 10minütige Wärmebehandlung bei 100°C durchgeführt wird, um das Aushärten zu vollenden.

Auf diese Weise wird die Verbindung des Zwischenkammerblocks D zu dem hinteren Abschnitt des Arbeitskammerblocks C vervollständigt. Anschließend wird die Vorderfläche 15 des Arbeitskammerblocks C, auf der sich die Ausstoßdüsen, befinden, mit Schleifstand 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 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.

Fig. 6 zeigt, daß der Schlitzblock I ein Bodenteil J, Seitenteile K und K′ sowie ein Vorderteil L hat.

Diese Teile werden an bestimmten Abschnitten mit Klebstoff beschichtet, dann entsprechend ausgerichtet angeordnet und für eine Minute einer Wärmebehandlung bei 60°C unterzogen, um den Klebstoff in einem halb gehärteten Zustand zu überführen. Nach einem Kontrollschritt, bei dem der korrekte Zusammenbau geprüft wird, werden die Teile J, K, J′ und L bei negativem Ergebnis (Fall nein) wieder getrennt und zur Wiederverwendung gereinigt. Liegt dagegen kein Fehler vor (Fall ja), wird eine 30minütige Wärmebehandlung bei ca. 60°C und eine weitere 10minütige Wärmebehandlung bei 100°C durchgeführt, um den Härtungsvorgang des Klebstoffes zu vollenden. Anschließend werden die Blöcke I und C entsprechend mit Klebstoff beschichtet, und dann wie durch die Pfeile in Fig. 6 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) werden die Blöcke wieder getrennt und wie vorstehend erläutert zur Wiederverwendung gereinigt. Liegt dagegen kein Fehler vor, (Fall ja) so wird eine 30minütige Wärmebehandlung bei 60°C und eine weitere 10minütige 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 H 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 Wiederverwendung gereinigt. Tritt dagegen kein Fehler auf (Fall ja) wird eine 30minütige Wärmebehandlung bei 60°C und eine weitere 10minütige 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 mit einer flexiblen gedruckten Schaltung verbunden.

Im folgenden soll ein Beispiel einer Tintenstrahl- Aufzeichnung mit dem so vervollständigten und in Fig. 6 dargestellten Aufzeichnungskopf erläutert werden. Zwar zeigt Fig. 6 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, H′ eingeleitet. Wird 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 aus dem nicht dargestellten Aufzeichnungträger 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, 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 eine thermische Energie verwendendes Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem. 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 Aufzeichnungskopf 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 Äthylenalkohol zusammengesetzt ist.

In den Fig. 10 und 11 ist eine weitere Ausführungsform eines Aufzeichnungskopfs 222 gezeigt, der aus einer Rillenplatte 220 dadurch hergestellt wird, daß auf einer Glasplatte 217 mit einem Mikroschneidgerät eine Vielzahl von Rillen (Tintenkanäle) 218 (mit einer Breite von 40 µm und einer Tiefe von 40 µm) und eine weitere Rille 219 eingeschnitten werden, die die gemeinsame Tintenkammer bildet.

Das vorstehend erläuterte Substrat wird mit den Heizwiderständen und der Rillenplatte zusammengeklebt, nachdem die Heizwiderstände mit den Rillen ausgerichtet wurden. Ferner kann eine Tintenversorgungs-Rohrleitung 221 zur Tintenversorgung aus einem nicht dargestellten Tintenbehälter angebracht werden, wodurch der in Fig. 11 gezeigte Aufzeichnungskopf-Block vervollständigt ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl- Aufzeichnungskopfs, der mehrere Anordnungen von Tintenkanälen mit jeweils einer Ausstoßöffnung sowie einer Tintenzuführöffnung aufweist, wobei im Verlauf der Tintenkanäle ein Energiewandlerelement in Form eines elektrothermischen oder elektromechanischen Wandlers für einen Tintenausstoß aus der Austoßöffnung vorgesehen ist und wobei die jeweiligen Tintenkanäle dabei die Tintenzuführöffnung mit einer Tintenversorgungskammer in Verbindung stehen und dadurch gebildet werden, daß zumindest plattenförmige Bauteile zur Ausbildung der Tintenkanäle an ihren Kontaktflächen zusammengefügt werden, der an die Flüssigkeitskanäle angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) auf eine der Kontaktflächen (1, 5; 104, 101′, 101′; 105, 107) zwischen den Bauteilen ein aushärtbares Harz aufgetragen wird, das zunächst teilausgehärtetet wird,
b) die Aneinanderfügung der Bauteile im teilausgehärteten Zustand des Harzes erfolgt und anschließend
c) ein zweiter Aushärteschritt durchgeführt wird, bei dem das teilausgehärtete Harz zur Fertigstellung der Klebeverbindung zwischen den Bauteilen voll gehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aushärtbare Harz auf eine zuvor aufgebrachte Verankerungsschicht (2) aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitskammerblock (C; 222) in diese die Tintenkanäle (Rillen 4; 103, 103′; 106; 212) mit zumindest einem weiteren Block (D; I; 109) verklebt wird, indem auf die Berührungsflächen des Arbeitskammerblocks oder des zumindest einen weiteren Blocks ein aushärtbares Harz aufgetragen wird, das zunächst teilausgehärtet wird, die Aneinanderfügung der Blöcke im teilausgehärteten Zustand des Harzes erfolgt und anschließend ein zweiter Aushärteschritt durchgeführt wird, bei dem das teilausgehärtete Harz zur Fertigstellung der Klebeverbindung zwischen den Blöcken voll ausgehärtet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Arbeitskammerblocks eine erste Platte, auf der das Energiewandlerelement aufgebracht ist, mit einer zweiten Platte verklebt wird, die in einem vorbestimmten Abstand, der gleich dem Abstand der Energieerzeugungselemente ist, nutenförmige Ausnehmungen (Rillen 4; 14; 103; 103′; 106; 218) Ausbildung der Flüssigkeitskanäle aufweist, wobei die Kontaktflächen von den sich gegenüberliegenden Abschnitten der ersten und der zweiten Platte 1, 5; 104, 101; 104′, 101′; 105, 107) gebildet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (4; 14; 103; 103′, 106; 218) in die erste oder die zweite Platte eingebracht werden, nachdem die aushärtbare Harzschicht teilweise ausgehärtet worden ist.

6. Vorrichung nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem stromab gelegenen, düsenseitigen Ende des Arbeitskammerblocks (C) ein Schlitzblock (I) angebracht ist, der in Einheit mit dem Arbeitskammerblock (C) eine Tintenablaufrinne (16) im Bereich der Düsenöffnungen (14) ausbildet.

7. Vorrichtung nach dem Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem stromauf gelegenen, tintenzuführöffnungsseitigen Ende des Arbeitskammerblocks (C) ein Tintenversorgungskammerblock (D) angebracht ist, der in Einheit mit dem Arbeitskammerblock (C) eine Tintenversorgungskammer ausbildet.