DE3224081A1

DE3224081A1 - Fluessigkeitsstrahl-aufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE3224081A1
Application number: DE19823224081
Authority: DE
Inventors: Masami Chiba Ikeda; Hiroto Matsuda; Haruyuki Tokyo Matsumoto; Akira Tanashi Tokyo Miyagawa; Masakazu Yokohama Kanagawa Ozawa; Hiroshi Machida Tokyo Sugitani
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-06-29
Filing date: 1982-06-28
Publication date: 1983-01-13
Also published as: US4752787A; DE3224081C2; GB2104452A; GB2104452B

Description

icnTu-c — RiiLJi ι Kir- ·— ΝΓι μ mc -- - Patentanwälte und r

IEDTKE UUHLING _-i\^NE . .. _: Vertreter beim EPA It

GJTl λ» * : - : ::.:*. - - Dipl.-Ing. H. Tiedtke RUPE - rELLMANN - U8RÄMS " "" Dipl.-Chem. G. Bühling

Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-lng. R Grupe

"O³O Ο L 081 Dipl.-lng. B. Pellmann

Dipl.-lng. K. Grams

Bavariaring 4, Postfach 8000 München Tel.: 0 89 - 53 96 Telex: 5-24 845 tipat cable: Germaniapatent M

28. Juni 1982 DE 2234 Canon Kabushiki Kaisha

Tokyo, Japan
Fl (iss igke itsstrahl -Aufze ichnungskopf

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf zum Erzeugen von kleinen Tröpfchen einer Flüssigkeit (hiernach als Tinte bezeichnet), der in einem sogenannten Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem Verwendung findet.

Ein derartiger Aufzeichnungskopf ist normalerweise mit einem feinen Tintenausstoß-Auslaß (oft als "öffnung" bezeichnet) als Kanal für die Tinte und einem Abschnitt zur Erzeugung des Tintenausstoßdruckes

an einem Teil des Tintenkanales versehen.

An dem Abschnitt zum Erzeugen des Tintenausstoßdruckes wird die Kraft zum Ausstoßen der Tinte dadurch gewonnen, daß auf die Tinte im Bereich

um diesen Abschnitt herum ein Druck aufgebracht wird, oder daß man auf die Tinte thermische Energie einwirken läßt.

Um eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit

und verbesserter Bildqualität zu erreichen, ist es erforderlich, daß der wiederholte Ausstoß der Flüssigkeitströpfchen über eine lange Zeitdauer

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

in beständiger und kontinuierlicher Weise durchgeführt und daß die Frequenz der Tröpfchenbildung durch den Aufzeichnungskopf (d.h. die Anzahl der gebildeten Tröpfchen pro Zeiteinheit = Tröpfchenbildungsfrequenz) sowie die Beständigkeit der Tröpfchenbildung verbessert

wi rd.

Es wird darüber hinaus in der Praxis gefordert, daß derartige Aufzeichnungsköpfe in einfacher Weise ausgebildet sind und in einfacher Weise mit einer

hohen Ausbeute hergestellt werden können.

Bei den Aufzeichnungsköpfen des Standes der Technik wurde diesen Erfordernissen jedoch nicht in ausreichender Weise Rechnung getragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf zu schaffen, der in bezug auf eine kontinuierliche Tröpfchenbildung über längere Zeit beständig ist und eine verbesserte

Tröpfchenbildungsfrequenz aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gelöst, der eine Flüssigkeitsausstoßleitung aufweist, die mit

einem Energieaufbringungsbereich zur Beaufschlagung der Flüssigkeit mit einer Ausstoßkraft, einern Einführbereich für die Flüssigkeit vom Einlaß der Flüssigkeit bis zum Energieaufbringungsbereich und einem Flüssigkeitsausstoßbereich vom Energieaufbringungsbereich

bis zu einem Flüssigkeitsausstoß-Auslaß versehen ist. Der Aufzeichnungskopf ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Querschnittsbereich der Leitung an dem Energie auf-

j bringungsbereich S. und der durchschnittliche Quer-

schnittsbereich der Leitung an dem Flüssigkeitseinführbereich S„ die Beziehung S„ / S. > 1 erfüllen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Sämtliche Teile können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, des wesentlichen Teiles eines in herkömmlicher Weise ausgebildeten Aufze ichnungskopfes;

F i guren
2 bis 5

schematische perspektivische Ansichten, teilweise im Schnitt, des wesentlichen Teiles von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäß ausgeb i1deten Aufze ichnungskopfes;

Figur 6 eine schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung eines mit einem Heizelement vei— sehenen Substrates;

die

Figuren

7 bis 13 Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, wobei Figur 8B ein Querschnitt durch Figur SA entlang Linie X-X' und Figur 10B ein Querschnitt durch Figur 10A entlang Linie Y-Y' ist, und

Figur 14 eine schematische perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäß ausgebildeten Aufzeichnungskopfes.

Wenn ein Aufzeichnungskopf in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet und hergestellt wird, kann dessen Fähigkeit zur kontinuierlichen Bildung von Flüssigkeits-

tröpfchen über eine lange Zeitdauer in beständiger Weise aufrecht erhalten und dessen Tröpfchenbildungsfrequenz in signifikanter Weise verbessert werden.

Erfindungsgemäß ist das Verhältnis S₉ / S₁ > 1,

vorzugsweise 10 "= S₉ /S > 1. Die Beziehung 3 = S₉ /S - 1, 3 wird am meisten bevorzugt.

In Figur 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Wie in Figur 6 gezeigt ist, wurde früher das Substrat zur Montage eines Wärmeenergieaufbringungsabschnittes eines Aufzeichnungskopfes hergestellt, in dem eine SiOj-Schicht 607 einer Dicke von 3 um auf einem

10 mm χ 20 mm rechteckigen Aluminiumoxid-Substrat einer Dicke von 1 mm durch Bedampfen ausgebildet wurde. Danach wurde HfB₉ eines Heizelementes 603 bis zu einer Dicke von 1000 A und Al als Elektrode bis zu einer Dicke von 5000 A aufgedampft, wonach ein Ätzvorgang zur Aus

bildung eines Heizelementes 603 mit einer Breite von 50 μπα und einer Länge von 300 μιη und von Elektroden 608 und 609 mit Breiten von 50 μιη folgte. Schließlich wurde durch Aufdampfen eine SiO_-Sch!cht in einer Dicke von 5000 A aufgebracht.

Als nächster Schritt wurde auf ein ähnliches Substrat 201 wie in Figur 6 gezeigt eine mit Rillen versehene Platte 202 geklebt, die durch Fotoätzung einer 1 mm dicken fotosensitiven Glasplatte hergestellt worden

war, um eine Rille mit einer konstanten Tiefe von 75 μιη und einer Abmessung von 75 μιη χ 75 μιη am Ausstoß-Auslaß 206 auszubilden. Die Rille erweiterte sich in Richtung auf den Einlaß 205 für eine Flüssigkeit, so daß sie das Heizelement 203 überdeckte. Danach wurde

die Endfläche poliert. Schiießl ich wurde die Glasplatte zu einer geeigneten Größe geschnitten. Die zurechtgeschnittene Glasplatte wurde mit Hilfe eines Klebers an der Seite des Einlasses 205 befestigt, so daß eine Flüssigkeitskammer 204 gebildet wurde.

In Figur 2 sind ein Flüssigkeitsausstoßbereich 211, ein Energieaufbringungsbereich 212 und ein Flüssigkeitseinführbereich 213.dargestel1t. Diese drei Bereiche bilden die Flüssigkeitsauslaßleitung.

Wie man Figur 2 entnehmen kann, ist ein Rohr 210 zur Zuführung von Tinte an die Flüssigkeitskammer 204 angeschlossen. In Figur 3 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der das Substrat und die gemeinsame

Flüssigkeitskammer in ähnlicher Weise wie in Figur 2 gezeigt, ausgebildet sind, bei der jedoch der Flüssigkeitsausstoßabschnitt in der nachfolgend beschriebenen Weise hergestellt wurde. Eine Glasscheibe einer Dicke von 2 mm wurde mit Hilfe eines

Diamant-Schleifsteines zur Ausbildung einer Rille einer Tiefe von 1 mm und einer Breite von 75 μιη bearbeitet. Danach wurde eine Rille eingeschliffen, deren Tiefe zur Öffnungsseite hin geringer wurde, wobei die Rillentiefe am Öffnungsabschnitt 75 \im

betrug. Die auf diese Weise hergestellte Rillenplatte 302 wurde auf das Substrat 301 geklebt, so daß das Heizelement 303 von der Rille überdeckt wurde. Nach dem Polieren der Endfläche wurde eine Flüssigkeitskammer 304, ein Einlaß 305 für eine

Flüssigkeit, ein Ausstoß-Auslaß 306, ein Tintenzuführrohr 310, ein Flüssigkeitsausstoßbereich 311, ein Energieaufbringungsbereich 312 und ein Flüssigkeitseinführbereich 313 erhalten.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Aufzeichnungskopfes nach dem Stand der Technik dargestel1t, bei dem S. = S„ ist und das auch nach dem Verfahren des in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiels hergestellt werden kann. Figur 1 zeigt einen Flüssigkeitsausstoßbereich 111, einen Energieaufbringungsbereich 112,einen Flussigkeitseinfuhrbereich 113, ein Substrat 101, eine Rillenplatte 102, ein Heizelement 103, eine Flüssigkeitskammer 104, einen Einlaß 105 für eine Flüssigkeit, einen Ausstoß-Auslaß 106 und ein Tintenzuführrohr 110. Von den Erfindern wurde eine Anzahl von Aufzeichnungsköpfen nach den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen hergestellt, die verschiedene Verhältniswerte zwischen dem durchschnittlichen Querschnittsbereich S„ der Leitung am Flüssigkeitseinführbereich und dem durchschnittlichen Querschnittsbereich S₁ der Leitung am .Energieaufbringungsbereich CS^/S.) aufwiesen. Die Spannungsgrenze, die eine beständige Flüssigkeitströpfchenbildung von 10 Impulsen oder mehr ermöglichte, wurde für jeden Aufzeichnungskopf bestimmt. Als Ergebnis wurde eine breitere Grenzspannungsbreite mit einem größeren S„ relativ zu S₁ erhalten. Es wurde ferner festgestellt, daß

¹ 5

der Ausstoß bei einem Verhältnis S. = S„ bei 3 x 10 Impulsen aufhörte.

Darüber hinaus wurde das Ergebnis gewonnen, daß die Grenzfrequenz der Tröpfchenbildung ebenfalls bei einem größerei S„ relativ zu S₁ höher war.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse in bezug auf die Grenzspannungsbreite bei beständiger Tröpfchenbildung bis auf 10 Impulse bei 1 Khz und in bezug auf die Grenzfrequenzen der Tröpfchenbildung

für Aufzeichnungsköpfe mit Verhältniswerten von 1j 1^ 3j 1,5; 2 und 3 wiedergegeben.

Breite des Spannungs- Grenzfrequenz der Spielraumes (V) Tröpfchenbildung CKHz)

1 keine (Ausstoß hörte bei o.8

3 x 105 Impulsen auf)

1.3 1 1

1.5 . 3 1.2

^{2 8 K8}

3 13 4.3

Wie vorstehend beschrieben, werden durch die vorliegende Erfindung große Vorteile in bezug auf eine verbesserte Zuverlässigkeit des Tröpfchenausstoßes durch Ansteigen der Grenzspannungsbreite, eine einfachere Ausbildung der Schaltung für den Energieaufbringungsabschnitt sowie eine Verkleinerung der Baueinheit gewonnen. Darüber hinaus wird eine verbesserte Grenzfrequenz erreicht, die eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht.

Bei den vorstehend beschriebenen Untersuchungen wurde

eine Tinte mit der nachfolgenden Zusammensetzung vei—

wendet, die vor ihrer Verwendung einem Fi1 trationsvoi—

gang ausgesetzt wurde:

Wasser 50 Teile

Diäthylenglycol 48 Teile

schwarzer Farbstoff 2 Teile

Das Heizelement besaß einen Widerstandswert von 105 Ohm. Die Flüssigkeitströpfchen wurden durch Anlegen von rechteckigen Impulsen von 5 usec. Dauer (45 V) ausgestoßen.

In den Figuren 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die in den Figuren 4 und 5 verwendeten Bezugsziffern weisen für

glelche Teile die gleichen letzten beiden Ziffern auf wie die in Figur 2 verwendeten Bezugsziffern. Bei diesen Ausführungsformen wurden völlig identische Vorteile gewonnen,, wie bei den in den Figuren und 3 gezeigten Ausführungsformen.

Wenn der Aufzeichnungskopf wie bei den in den Figuren 3 und 5 gezeigten Ausführungsformen ausgebildet wird, ist es möglich, einen Mehrfachkopf mit einer hohen Dichte von bis zu 10 Leitg/mm durch Ausbildung

einer Anzahl von Ausstoßbereichen innerhalb des gleichen Kopfes herzustellen, wodurch eine Aufzeichnung mit hoher Auflösung möglich gemacht wird. Eine derartige Ausführungsform ist ebenfalls von großem

(5 Vorteil in bezug auf die Verkleinerung von Aufzeich

nungsköpfen. Schließlich wird eine verbesserte Tröpfchenb i1 dungs-Frequenz erre icht·

In Verbindung mit den Figuren 7 bis 14 wird nunmehr

:0 eine andere Ausführungsform der Erfindung im einzelnen

beschrieben:

Die Figuren 7 bis 13 zeigen in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes nach der Erfindung in Verbindung

mit einem Verfahren zur Herstellung desselben..

Wie aus Figur 7 hervorgeht^, wird auf einem geeigneten Substrat 701, beispielsweise aus Glas, Keramik, Kunststoff^, Metall o.ä.^eine gewünschte Anzahl

(in der Figur 2) von Elementen 702 zur Erzeugung eines Tintenausstoßdruckes, wie beispielsweise Heizelemente oder piezoelektrische Elemente^ ordnet. Wenn beispielsweise ein Heizelement als Element zur Erzeugung des Tintenausstoßdruckes

Verwendung findet, erhitzt dieses die Tinte in

seiner Nachbarschaft^, wodurch der Tintenausstoßdruck erzeugt wird. Wenn piezoelektrische Elemente Verwendung finden^ führen die mechanischen Vibrationen dieser Elemente zur Erzeugung des Tintenausstoßdruckes. 5

An diese Elemente 702 sind Elektroden (nicht gezeigt) zur Eingabe von Signalen angeschlossen ν

Als nächstes wird die mit den Elementen 702 zur Erzeugung des Tintenausstoßdruckes versehene Fläche

des Substrates 701 gesäubert und getrocknet, wonach ein TrockenfiIm-Photoresist 703 (Filmdicke: etwa 25 um bis 100 um) auflaminiert wird, wobei dieser auf etwa 80 bis 105⁰C mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 4 Fuß/min unter einem Druck von 1 bis

3 kg/cm² auf der mit den Elementen 702 versehenen Substratfläche 701 A erwärmt wird (siehe die Figuren 8A, 8b, wobei 8B ein Querschnitt entlang Linie X-X' in Figur 8A ist). Der Trockenfilm-Photoresist 703 wird dann durch die erwähnte Druckaufbringung

an der Substratfläche 701 A befestigt. Er kann auch bei Aufbringung einer beträchtlichen äußeren Kraft nicht mehr von der Substratfläche 701A abgezogen werden.

Wie in Figur 9 gezeigt ist, wird danach auf den auf der Substratfläche vorgesehenen TrockenfiIm-Photoresist 703 eine Fotomaske 704 aufgebracht, die ein gewünschtes Muster 704 P aufweist. Danach findet mittels der Lichtquelle 5 über der Fotomaske

704 eine Belichtung statt. Das Muster 704 P entspricht dem Bereich^ der später die Tintenzuführungskammer, die Tintenauslaßleitung und den Flüssigkeitsausstoß-Auslaß bildet und läßt kein Licht durch.

Folglich wird der Trockenfilm-Photoresist 703 in

dem von dem Muster 704 P abgedeckten Bereich nicht belichtet. Bei diesem Vorgang ist es ebenfalls erforderlich^ in herkömmlicher Weise für eine Übereinstimmung zwischen der festgesetzten Position des Elementes 702 zur Erzeugung des Tintenausstoßdruckes und der Position des Musters 704 P zu sorgen. Kurz gesagt, es ist mindestens erforder 1 icf-L, dafür Sorge zu tragen, daß das Element 702 innerhalb der später ausgebildeten Tintenauslaßleitung angeordnet ist. Bei der in der vorstehenden Weise durchgeführten Belichtung polymerisiert der Fotowiderstand 703 außerhalb des Muster 704 P, wobei er aushärtet und unlöslich gegenüber Lösungsmitteln wird. Der nicht belichtete Fotowiderstand 703 härtet nicht aus und bleibt löslich.

Folglich kann je nach der Form des Musters 704 P der nicht ausgehärtete Bereich des Fotowiderstandes

703 frei geändert werden.

Nach dem Belichtungsvorgang kann der Trockenfilm-Photo.resist 703 in ein flüchtiges organisches Lösungsmittel, wie beispielsweise Trichloräthan, eingetaucht werden, um den nicht polymerisierten (nicht gehärteten) Photoresist zu lösen, wobei ein in Figur 10A gezeigter ausgesparter Abschnitt, der dem Muster

704 P entspricht, auf dem ausgehärteten Film 703 gebildet wird. Danach findet ein weiterer Aushärtungsvorgang statt, um die Lösungsmittelbestandigkeit des ausgehärteten Photoresist - Filmes 703 H, der auf dem Substrat 701 verbleibt, zu verbessern. Eine derartige Härtung kann vorzugsweise durch thermische Polymerisation (durch Erhitzen auf 130 bis 16O⁰C über 10 bis 60 min), durch UV-Strahlung oder durch eine Kombination dieser Verfahren erreicht werden.

Von diesen auf diese Weise im ausgehärteten Photoresist - Film 703 H ausgebildeten ausgenommenen Abschnitten entspricht der Abschnitt 70 6—1 der Tintenzuführungskammer im fertigen Flüssigkeitsstrahlkopf, während der Abschnitt 706-2 der Tintenauslaß-

leitung entspricht. Figur 10B zeigt hierbei einen Querschnitt durch Figur 10A entlang Linie Y-Y-*.

Nachdem auf diese Weise die Wände für die Tintenzuführungskammer 706-1, die Tintenauslaßleitung 706-2

o.a. auf dem Substrat 701 ausgebildet worden sind, wird eine flache Platte 707, die eine Decke bildet, mit der Oberfläche des Substrates verklebt, wie in Figur 11 gezeigt ist. Ein derartiger Klebevorgang kann in den nachfolgend beschriebenen Weisen durchge-

. führt werden:

1. Eine flache Platte aus Glas, Keramik, Metall, Kunststoff o.a. wurde mit einem Epoxidharzkleber in einer Dicke von 3 bis 4 |.im Schleudern-

beschichtet, wonach eine Vorerhitzung folgte, um den Kleber in das sogenannte B-Stadium zu überführen. Danach wurde der Kleber auf den ausgehärteten Photoresist - Film 703 H lamjniert, wonach er vollständig ausgehärtet wurde.

2. Eine flache Platte aus einem Thermoplast. wie beispielsweise Acrylharz, ABS-Harz, Polyäthylen u.ä wurde durch Erhitzen geschmolzen und direkt mit dem ausgehärteten Photoresist - Film 703 H ver

klebt.

Wie man den Figuren entnehmen kann^, ist die flache Platt 707 mit einem Durchgangsloch 708 versehen, um eine Ver·^ bindung mit dem Tintenzuführungsrohr Cnicht gezeigt)

herzustellen. Nachdem die Anbindung der flachen Platte an das mit den ausgesparten Abschnitten versehene Substr

beendet worden ist, wird das Element entlang Linie C-C abgeschnitten. Dies wird durchgeführt^, um das Intervall zwischen dem Element 702 zur Erzeugung des Tintenausstoßdruckes und dem Ausstoß-Auslaß 709 (Figur 12) in der Tintenauslaßleitung 706-2 optimal zu halten. Der abzutrennende Abschnitt kann in geeigneter Weise bestimmt werden. Bei der Durchführung dieses Abtrennvorganges kann das in der Haibleiterindustrie verwendete Schneideverfahren von Chips Anwendung finden.

Figur 12 zeigt einen Schnitt durch Figur 11 entlang Linie Z-Z'.

Die Schnittfläche wird durch Polieren geglättet,

und ein Tintenzuführungsrohr 710 (Figur 13) wird am Durchgangsloch 708 (Figuren 11 und 12) befestigt. Auf diese Weise wird ein fertiger Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf erhalten (Figur 13).

Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen wurde als fotosensitives Material zur Herstellung der ausgesparten Abschnitte (Fotoresist = lichtunempfindliche Deckmasse) ein Trockenfilm, d.h. ein Feststoff verwendet. Die 1 ichtunempfindl iche'Deckmasse ist

jedoch nicht auf ein derartiges Material begrenzt; es ist vielmehr auch möglich, ein flüssiges fotosensitives Material zu verwenden. Bei dem Verfahren zur Beschichtung des Substrates mit dem Film aus dem fotosensitiven Material kann bei Verwendung

eines flüssigen fotosensitiven Materials eine Quetscheinrichtung Anwendung finden^ wie sie bei der Herstellung eines Reliefbildes verwendet wird. Hierbei werden Wände der gleichen Höhe wie die gewünschte Filmdicke aus dem fotosensitiven Material um das Substrat

herum vorgesehen,und überschüssiges Material wird mit Hilfe einer Quetscheinrichtung entfernt.

In diesem Fall kann das verwendete fotosensitive Material eine Viskosität im Bereich von 100 cp bis 300 cp aufweisen* Bei der Festlegung der Höhe der Wände, die um das Substrat herum angeordnet werden, muß man den durch Verdampfung des Lösungs

mittels im fotosensitiven Material verursachten Gewichtsverlust berücksichtigen.

Bei Verwendung eines festen Material wird eine fotosensitive Schicht unter Erhitzung und Druckauf

bringung auf das Substrat laminiert und mit diesem verklebt.

Bei der vorliegenden Erfindung wird es aus Gründen einer besseren Handhabung sowie einer leichteren

und genaueren Dickensteuerung bevorzug^ ein festes Material zu verwenden. Ein derartiges Materia] kann im Handel erhältiichefotosensitive Harze enthalten, die unter den Bezeichnungen PERMANENT PHOTOPOüYMER COATING RISTON SOLDER MASK 730 S₇ 740 S₇ 730 FR₇

740 FR und SM 1 von der Firma E,I. Du Pont de Nemours Corporation verkauft werden. Ferner kann eine große Anzahl von anderen fotosensitiven Materialien bei der Erfindung Verwendung finden, wie beispielsweise fotosensitive Harze, Fotoresistmaterialien u.a.j

die auf dem Gebiet der Photolithografie üblich sind» Beispiele dieser fotosensitiven Materialien sind:
Diazoharz, p-Diazochinon₇ Photopolymerisate vom; .

P ho t ο poly me ri sat ionstyp unter Verwendung von Vinyl-

monomeren und Polymerisationsinitiatoren, Photopolymerisate vom Dimerisationstyp unter Verwendung von Polyviny1 ζinnamat und einem Sensibilisator, Gemische aus o-Napthochinondiazid und Phenolharz vom Novolactyp, Gemische aus Polyvinylalkohol und

Diazoharz, Photopolymerisate vom Pol yäthertyp^, die durch Copolymerisation von 4-Glycidy1äthy1enoxid

gebildet werden und Benzophenon. oder Gl yc i dy Ichal kon^, Copolymerisate aus NL,N-D imethy lmethacry 1 amid und beispielsweise Acryl amidbenzophenon, photosensitive Harze vom ungesättigten Polyestertyp (d.h. APR von Asahi Kasei K. K., Tebista von Teijin K. K.^, Sonne von Kansai Paint K.K.)_; photosensitive Harze vom ungesättigten Urethan-Oligomer-Typ^ photosensitive Materialien aus einem Gemisch eines bifunktionel1 en Acrylmonomeren, eines Photopolymerisat ionsiηitators und eines Polymeren, Photoresistmaterialien vom Bichromattyp, chromfreie wasserlösliche Photoresistmaterial ien, Photoresistmaterial ien vom Polyvinylzinnamattyp, Photoresistmaterialien vom zyklisierten Kautschuk-Azid-Typ usw.

Bei dem fertigen Aufzeichnungskopf (Figur 13) ist mit 706*-3 der Tinteneinlaß in eine T i ntenausl aßl e i tung, mit 706-21 der Tinteneinführbereich in der Tintenauslaßleitung,mit 706-22 der Energieaufbringungsbereich und mit 706-23 der Tintenausstoßbereich gekennzeichnet.

Die anderen Bezugsziffern entsprechen denen der Figuren 11 und 12 und dienen zur Bezeichnung von gle ichen Te i1 en,

Es wurde eine Anzahl von Aufzeichnungsköpfen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele hergestellt, die unterschiedliche Verhältniswerte zwischen dem durchschnittlichen Querschnittsbereich S„ der Leitung am Flüssigkeitseinführbereich und dem durchschnittlichen Querschnittsbereich S. der Leitung am Energieaufbringungsbereich, d.h. S^/S.^aufwiesen und es wurde die Spannungsgrenze, die eine beständige Tröpfchenbildung von 10 Impulsen oder mehr ermöglichte, bei jedem Kopf gemessen. Es wurde dabe.i bei größeren S. relativ zu S. ein breiterer Spannungsspielraum erhalten. Bei S₁ = S₉ wurde gefunden^ daß der Ausstoß

bei 3x10 Impulsen aufhörte.

Es wurde ebenfalls festgestellt, daß die Grenzfrequenz der Tröpfchenbildung bei größerem S„ relativ zu S. ebenfalls höher war.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse in bezug auf die Breite des Spannungspielraumes bei einer beständigen Tröpfchenbildung bis hinauf auf 10 Impulse bei 1 KHz und in bezug auf die

Grenzfrequenzen der Tröpfchenbildung für Aufzeichnungsköpfe mit Verhältniswerten S„/S. von 1y 1,3; 1,5; .2 und 3 aufgeführt.

^2^1 Breite des Spannungs- Grenzfrequenz der

- Spielraumes (V) Tröpfchenbildung CKHz

1 keine (Ausstoß höi-te 0.8 bei 3 x 105 Impulsen

auf)

¹·^{3 1 1}

1.5 3 1.2

2 8 1.8

3 13 4.3

₂c Wie vorstehend erläutert, werden durch die Erfindung

signifikante Vorteile in bezug auf eine verbesserte Beständigkeit des Tröpfchenausstoßes durch Vergrößerung der Breite des Spannungsspielraumes und in bezug auf eine einfachere Ausbildung der Schaltung für den Energie-

,_n aufbringungsbereich sowie eine Verkleinerung der Einheit

erreicht. Darüber hinaus wird eine verbesserte Grenzfrequenz erzielt, die eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht,

,j. Bei den vorstehend beschriebenen Untersuchungen wurde

eine Tinte der nachfolgenden Zusammensetzung eingesetzt,

die vor ihrer Verwendung einem Filtrationsvorgang unterzogen wurde:

Wasser 50 Te i1e

Diäthylengl ycol 48 Teile

schwarzer Farbstoff 2 Teile,

Das Widerstandsheizelement , das zur Erzeugung des Tintenausstoßdruckes verwendet wurde, besaß einen Widerstandswert von 150 Ohm. Die Tröpfchen wurden

durch Beaufschlagung mit rechteckigen Imp.ulsen einer Dauer von 5 psec (45 V) ausgestoßen.

In Figur 14 ist eine andere Ausführungsform der voi— liegenden Erfindung beschrieben.

Bei dem in Figur 14 gezeigten Ausf ührungsbe i sp ie 1, bei dem der Verhältniswert zwischen dem durchschnittlichen Querschnittsbereich S_ der Leitung am Tinteneinführungs bereich und dem durchschnittlichen Querschnittsbereich

S. der Leitung am Energieaufbringungsbereich, d.h. S^/S größer als 1 ist, wurde der Querschnittsbereich"des Tinteneinführungsbereiches 760-21 in der Tintenauslaßleitung 706-2 in einer Richtung etwa senkrecht zum Substrat 701 erweitert. Die Bezugsziffern der anderen

Teile entsprechen denen der Figuren 11 und 12, Um eine derartige Erweiterung zu erreichen^, können die Schritte der vorstehenden Beispiele vom Laminationsschritt des Trockenfi1m-Photoresistes an bis zum Schritt des Lösens des nicht polymerisierten (nicht ausgehärteten) Photo-

resistes durch Eintauchen in Tr ichloräi-.han doppelt oder mehrfach durchgeführt werden, während das Muster in geeigneter Weise verändert wird. Auf diese Weise können in vorteilhafter Weise Mehrfachaufze i chnungsköpfe hergestellt werden, welche Tintenausstoßöffnungen

aufweisen, die in einer hohen Dichte von bis zu 10 Leitungen/mm angeordnet sind.

In bezug auf die Herstellung der Aufzeichnungsköpfe der Ausführungsbeispiele der Figuren 7 bis 14 können die nachfolgenden Vorteile aufgeführt werden:·

1.Da der Hauptschritt der Herstellung des Aufzeich

nungskopfes auf der fotolithografischen Technik fußt, kann die Ausbildung von kleinen Teilen des Kopfes mit einem gewünschten Muster in äußerst einfacher Weise erfolgen. Darüber hinaus ist es durch die Ausbildung von mehreren Schichten aus

fotosensitivem Material möglich, einen Aufzeichnungskopf herzustellen, bei dem der Querschnittsbereich der Tintenausstoß-Öffnungen in einer Richtung etwa senkrecht zum Substrat geändert wird.

Ferner ist es möglich^, eine Anzahl von Aufzeichnungs-

köpfen mit dem gleichen Aufbau zur gleichen Zeit herzustel1 en.

2. Durch eine relativ geringe Anzahl von Verfahrensschritten wird eine gute Produktivität erzielt.

3. Die Lagegenauigkeit der Hauptteile kann in einfacher und sicherer Weise erreicht werden, so daß sich Aufzeichnungsköpfe mit hoher Genauigkeit bei guter Produktivität herstellen lassen.

4. Durch ein einfaches Verfahren kann ein Mehrfach-Aufzeichnungskopf hoher Dichte hergestellt werden.

· 5. Die Dicke der Wand, die den Tintenkanal begrenzt,

kann in einfacher Weise gesteuert werden^ so daß es daher möglich ist, Tintenkanäle mit gewünschten Abmessungen (einschließlich der Kanaltiefe) in Abhängigkeit von der Dicke der verwendeten fotosensitiven Schicht (Harz) herzustellen.

6. Es ist eine kontinuierliche Massenproduktion mögl i ch,

7. Da kein Ätzmittel (starke Sauren, wie beispielsweise Fluor-Wasserstoff o,ä.) erforderlich i St_-, ist das Verfahren sicher und hygienisch einwandfrei,

8. Da im wesentlichen kein Klebemittel verwendet werden muß^ existieren keine Probleme in bezug auf eine Verstopfung der ausgesparten Abschnitte durch Ausfließen des Klebemittels oder in bezug auf eine Anhaftung des Klebemittels am Element für die Druckerzeugung zum Tintenausstoß^ die zu einer Verschlechterung der Funktionsweise des Aufzeichnungskopfes führen.

Diese Vorteile werden mit einem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeich* nungskopf erreicht, der eine Flüssigkeitsauslaßleitung aufweist, bei der das Verhältnis zwischen dem durchschnittlichen Querschnittsbereich der Leitung am Flüssigkeitseinführbereich und dem durchschnittlichen Querschnittsbereich der Leitung am Energieaufbringungsbereich größer als 1 ist.

Claims

Patentansprüche

1 .
2.

Flüssίgkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer Flüssigkeitsauslaßlei tung^, die einen Energieaufbringungsbereich zur Beaufschlagung der Flüssigkeit mit einer Ausstoßkraft, einen Fl üss i gke i tse infü'ht-bere ich vom Einlaß für die Flüssigkeit bis zu dem Energieaufbringungsbereich und einen Flüssigkeitsausstoßbereich vom Energieaufbringungsbereich bis zu einem Flüssigkeitsausstoß-Auslaß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der durchschnittlichen Querschnittsfläche S„ der Leitung am Flüssigkeitseinführbereich (213) und der durchschnittlichen

Querschnittsfläche S der Leitung am Energieaufbringungsbereich (212) die Beziehung S₂/S > 1 erfüllt.

Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Energieraufbringungsbereich (212) ein Heizelement (203) angeordnet ist,.
3. Aufzeichnungskopf nach Anspruch \, dadurch gekennzeichnet, daß der Verhäl tin i swert (x) ;
folgende Beziehung erfüllt:

daß der Verhäl tin i swert (x) zwischen S„ und S. die

10 *

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Diesdner Bank (München- Klo 3939 B44

Posischeck (München) KIo 670-43-804
4. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn^- zeichnet, daß die Wand, die die Fl üss i gke i tsausl aß·^ leitung bildet,, aus einem ausgehärteten Film eines lichtempfindlichen Harzes besteht, das auf die Oberfläche

des Substrates (201) aufgebracht ist, 5
5. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand, die die Flüssigkeitsauslaßleitung bildet, aus einem ausgehärteten Film eines TrockenfiIm-Photoresistmaterials besteht^ das auf die Oberfläche des Substrates (201) aufgebracht

ist.