DE3150109A1 - Tintenstrahlkopf - Google Patents
TintenstrahlkopfInfo
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Description
TINTENSTRAHLKOPF
Die Erfindung bezieht sich auf einen Tirttenstrahlkopf und
insbesondere auf einen Tintenstrahlkopf, wie er zur Erzeugung von Tintentröpfchen für das sog. "Tintenstrahl-Aufzeichungssystem"
verwendet wird. Ein Tintenstrahlkopf, der für Tintenstrahl-Aufzeichnungssysteme eingerichtet ist, ist
im allgemeinen mit einem feinen Tintenauslaß (Tintenausstoß-
düse), einem Tinten-Strömungsweg und Elementen versehen, die einen im Tinten-Strömungsweg aufgebauten Tinten-Ausstoßdruck
erzeugen.
Bisher sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahlkopf
en bekannt geworden, beispielsweise ein Verfahren, bei dem feine Nuten auf einer Glasplatte oder einer
Metallplatte durch einen Schneidevorgang oder durch einen
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Dresdner Bank (München) Klo 3919044
Postscheck (München) KIo. 670-43-804
- 4 - DE 1741
Ätzvorgang hergestellt werden; anschließend wird die so hergestellte Platte mit .einer anderen geeigneten Platte
zur Bildung eines Tinten-Strömungswegs zusammengeklebt oder gepreßt.
Mit herkömmlichen Verfahren hergestellte Tintenstrahlköpfe haben die folgenden Nächteile: .
Man erhält ημΓ schwerlich einen ;Tinten-Strömungsweg mit
einem konstanten Strömungswiderstand für die Tinte aufgrund
der Rauhheit der inneren Wandoberfläche des Tinten-Strömungswegs,
wenn dieser durchweinen Schneidvorgang her gestellt wird, oder aufgrund von Flecken im Strömungsweg,
die durch eine unterschiedliche'Ätzrate hervorgerufen
werden. Folglich variieren die Tintenstrahleigenschaften
des sich ergebenden Tintenstrahlkopfs.
Ferner wird bei einem Schneidvorgang die Platte leicht gebrochen oder versprengt, was zu· einer erniedrigten Produktionsrate
führt; bei einem Ätzvprgang sind nachteiligerweise viele Schritte erforderlich, so daß sich- hohe Produktionskosten
ergeben. ;.
Darüber hinaus; haben die herkömmlichen Verfahren den Nachteil,
daß die Positionierung der mit Nuten versehenen Platte'und der Deckplatte, die mit einem Antriebselement
zur Erzeugung der die Tinte betätigenden Energie, beispielsweise einem piezoelektrischem Element, einem wärmeerzeugenden
Element oder dergleichen versehen ist, außerordentlich schwierig ist, was zu einer geringen Ausbeute
bei der Serienherstellung führt; ferner schwankt die Qualität der sich ergebenden Tintenköpfe. Deshalb besteht
großes Interesse, einen Tin tens, trahlkopf -zu entwickeln,
3er 3ie genannten Probleme befriedigend löst.
Mit der vorliegenden Erfindung sollen die vorstehend ge-
- 5 - DE 1741
nannten Probleme gelost werden. Es ist Aufgabe der Erfindung,
einen Tintenstrahlkopf zu schaffen, der mit geringen Kosten genau gefertigt werden kann und der bezüglieh
der Tintenstrahleigenschaften hervorragende Eigenschaften hat. Ferner soll ein Tintenstrahlkopf geschaffen
werden, der einen Tintenstrahl-Strömungsweg aufweist, der fein mit präzisen und genauen Abmessungen und einer
hohen Ausbeute gefertigt ist, und bei dem ein Tintenstrahl mit stabilen Eigenschaften erzeugt wird. Darüber
hinaus soll ein Tintenstrahlkopf geschaffen werden, der eine sog. "Vielfachanordnung von Tintendüsen" aufweist,
die bezüglich der Eigenschaften des Tintenstrahls keine
Abweichungen zeigen.
Erfindungsgemäß wird ein Tintenstrahlkopf geschaffen,
der einen Tinten-Strömungsweg und eine Tinten-Ausstoßdüse zum Ausstoß der Tinte am einen Ende des Tinten-Strömungswegs
aufweist dnd der sich dadurch auszeichnet, daß der Tinten-Strömungsweg durch eine Nut bzw. eine Ausnehmung
gebildet wird, die auf der Oberfläche des Substrats durch ein fotographisches Herstellungsverfahren hergestellt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be- ·
schrieben. Es zeigen:
Figur 1 - 9 ein Beispiel für die Schritte, in denen der
erfindungsgemäße Tintenstrahlkopf hergestellt wird, und
30
Figur 10 - 14 ein weiteres Beispiel für die Schritte.
Mit dem verwendeten Ausdruck "fotographisches Herstellungsverfahren"
wird ein Präzisionsherstellungsverfahren 35
bezeichnet, bei dem Fototechniken, wie beispielsweise Druckmuster auf einem fotoempfindlichen Film zusammen mit
Ätz- und Plattierungsvorgängen verwendet werden, wie dies konkret in den folgenden Beispielen erläutert wird.
- 6 - DE 1741
In der Zeichnung ist mit Ausnahme, in Figur 9 ein schematischer
Querschnitt zur Erläuterung der Erfindung dargestellt.
;
Die Figuren 1-9 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel
der Herstellungsschritte für den Tintenstrahlkopf.
In Figur 1 sind eine gewünschte Zahl von Elementen 2,
die den Tinten-Ausstoßdruck erzeugen, beispielsweise
exotherme Elemente, piezoelektrische Elemente oder dergleichen f auf einem Substrat 1 angeordnet, das aus Glas,
Keramik, Kunststoffmaterialien,.Metall oder dergleichen
gefertigt ist? falls notwendig, Wird ein gegen Tinte widerstandsfähiger Film oder ein dünner dielektrischer
Film 3 aus SiO_, Ta3O5, Glas oder dergleichen aufgebracht.
Das Element 2 ist ferner mit einer nichtgezeigten Elektrode' für das Eingangssignal verbunden.
In Figur 2 wird als elektrisch leitender Film 4 ein dünner Film aus pu, Ni, Cr, Ti oder dergleichen auf dem
Substrat mit dem genannten Element 2 mittels eines Vakuumaufdampfverfahrens,
eines Sputter-Verfahrens, eines chemischen Plattierungsverfahrens oder dergleichen aufgebracht.
Der derart hergestellte elektrisch leitende Film dient zur Verbesserung des engen Kontakts mit -einer
Plattierungsschicht 7 (vgl. Figur 5).
Gemäß Figur 3 wird nach der Reinigung und dem Trocknen der Oberfläche des Substrats mit den" Elementen 2 ein getrockneter
Film 5 aus einem Fotplackmaterial mit einer Dicke von etwa 25 - 50 um, der auf etwa 80 ■" 105° C aufgeheizt
ist, auf das Substrat mit einer Rate von 0,5 4 feet/pro Minute bei einem druck von 1 - 30 kg/cm* aufgebracht.
a5 In diesem Schritt wird der trockene Film aus Fotolack 5 geschmolzen
und über der Fläche des Substrats fixiert, so daß er auch bei der Anlage eines gewissen äußeren Drucks
■ ■ - 7 - DE 1741
nicht von der Oberfläche abhebt.
Anschließend wird, wie in Figur 3 gezeigt wird, nachdem eine Fotomaske 6 mit einem geeigneten Muster auf dem getrockneten
Fotolackfilm 5, der auf dem Substrat vorgesehen ist, angeordnet worden ist, der Lack durch die Fotomaske
6 belichtet. Es ist notwendig; daß die Position des Musters und die. Position des druckerzeugenden EIements
mittels eines herkömmlichen Verfahrens ausgerichtet werden.
Figur 4 zeigt schematisch den Zustand» nach dem der nicht belichtete Abschnitt, d.h. der ungesicherte Teil des belichteten,
getrockneten Fotolackfilms 5 durch Auflösen mit einer speziellen' Auflösflüssigkeit entfernt worden
ist. Zu diesem Zeitpunkt wird kein sog. "Seitenätzen" hervorgerufen, und es kann eine höhere Verarbeitungsgenauigkeit
als bei einem herkömmlichen Verfahren erzielt werden. .
Gemäß Figur 5 wird das Substrat mit Ausnahme des Lackmusters
5 P elektrisch mit Ni oder Cu plattiert, bis die
elektroplattierte Schicht 7 die gewünschte Dicke erreicht.
25
In dem obengenannten Elektroplattierungsprozeß ist das
Elektroplattierungsbad, das für einen spannungslosen Niederschlag verwendet werden sollte, vorzugsweise ein Kupfer-Pyrophosphat
- Bad für eine Kupferplattierung und ein sog. Watt-Bad für eine Nickelplattierung.
Stellt man die Ebenheit der plattierten Oberfläche und die Gleichförmigkeit der Plattierungsdecke in Rechnung,
so ist es vorteilhaft, die Oberfläche abhebend zu schlei-. '
fen, bevor das Fotolackmuster 5 P entfernt wird (siehe
den Schritt in Figur 6).
- 8 - DE 1741
. Figur 6 zeigt schematisch den Zustand nach Entfernung des Fotolackmusters 5 P.
In dem Schritt, gemäß Figur T wird, wenn eine plattierte
Schicht 7, die vorher durch einen Elektroplattierungsvorgang
hergestellt worden ist und die aus Nickel oder Kupfer besteht, mit der Tinte eine Reaktion eingeht, die
zur Zerstörung der Tinte führt, ein Edelmetall, wie beispielsweise Au, Rh, Pt oder dergleichen mit einer Dicke
von 0,5 - 5 um aufgebracht, um eine gegen Tinte widerstandsfähige
Schicht 8 zu bilden, die eine derartige Reaktion verhindert. Eine derartige Behandlung ist natürlich
unnötig, wenn die Tinte, die in dem erfindungsgemäßen
Tintenstrahlkopf verwendet werden soll, nicht mit Ni oder Cu reagiert.
Im Anschluß an diese Schritte wird eine Platte 9 als
Deckel an der Oberfläche des so verarbeiteten Substrats 1, an dessen Innenfläche ein Tinten-Strömungsweg hergestellt
worden ist, durch eine Belebung oder durch eine Preßeinpassung angebracht (siehe Figur 8).
Ein typisches. Verfahren für einen Klebevorgang ist fol-
,
gendes:
(1) Nach einer Wirbelbeschichtung einer Platte 9 aus Glas, Keramik, Metall, Kunststoff oder dergleichen
mit einem Klebstoff aus Epoxyharz mit einer Dicke '
von 3 - 4 μπι wird der Klebstoff SS (siehe Figur 8)
durch Heizen halb ausgehärtet (sog. B-Zustand) und dann durch die Klebstoffwirkung an der plattierten
Schicht 7 angebracht; hieran schließt sich die vollständige Aushärtung der Klebstoffschicht SS-an,
35
oder
(2) Eine Platte 9 aus einem thermoplastischen Harz, wie
- 9 - DE 1741
einem Acrylharz, .· einem ABC-Harz, aus Polyethylen oder
dergleichen wird geheizt und dann direkt mit der genannten Plattierüngsschicht 7 versichmolzen.
Zur Verbindung mit einem nicht gezeigten Tinten-Zufuhr- · rohr wird ein Perforationsloch 10 vorgesehen (siehe Figur
9) .
Nachdem das Substrat 1 mit den Nuten £ür die feinen Tinten-Strömungswege
1 2' und den Tintenveirsorgungsraum 13
mit der Platte verbunden worden ist, wird der so verbundene Körper längs der strichpunktierten· Linie C-C inFigur
9 aufgeschnitten. Der Schneidevorgang erfolgt, um den Abstand zwischen dem Element 2 zur Erzeugung des Tintenstrahldrucks
und der Tintenstrahldüse 11 zu optimieren; der Bereich, der geschnitten werden soll, kann geeignet
gewählt werdein. Bei dem Schneidevorgang kann irgendein Schneideverfahren verwendet werden, wie es gewöhnlicherweise
in der Halbleiterindustrie zum Einsatz kommt. Anschließend wird der geschnittene Bereich geschliffen,
um die Oberfläche glatt" zu machen, und ein . nicht gezeigtes Tintenversorgungsrohr an dem Loch 10
zur Vervollständigung des Tintenstrahlkopfes angebracht.
■ Der fotoempfindliche Stoff, d.h., der Fotolack, der bei
dem vorigen Beispiel verwendet worden ist, ist ein sog. Trockenfilm, d.h. ein "Festkörper"-Film; die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht auf sog. Festkörper-Fotolacke
beschränkt, vielmehr können auch flüssige Fotolacke verwendet werden.
Wenn ein flüssiger Fotolack zur Herstellung des fotoempfindlichen
Films auf dem Substrat verwendet wird, kann ein sog. "Quetschverfahren" (Squeezing) verwendet
werden. Das sog. "Quetschverfahren" ist ein Verfahren, das typischerweise zur Herstellung eines Relief-Bildes
- 10 - DE 1741
verwendet wird. Bei dem Quetschverfahren umgibt man ein Substrat mit einer Wand, die dieselbe Höhe hat wie die
gewünschte Dicke des fotoempfindlichen Stoffs; die über<schüssige
Menge des fotoempfindlichen Stoffs wird durch Quetschen entfernt. In diesem Fall ist die Viskosität
des Fotolacks vorzugsweise im Bereich zwischen 100 und 300 cps; die fföhe der das Substrat umgebenden Wand soll
unter Berücksichtigung der gewünschten Menge des Stoffs aufgrund der Lösungsmittelverdampfung bestimmt werden.
Wenn andererseits der Fotolack ein Festkörperlack ist,
wird ein Blatt des Lacks an dem Substrat durch einen
Heißpreßvorgarig angebracht. Bei der vorliegenden Erfindung
ist ein sog. Festkörperfilm-Fotolack vorteilhafter
aufgrund' der Handhabbarkeit und der leichten und präzisen Steuerung seiner Dicke.
Als fotoempfindliche Festkörpermassen können die von
Du pont de'Nemour & Co. unter dem Handelsnamen "RISTON"
210 R, 218R, 215, 3010, 3020 und dergleichen sowie die
von Hitachi Kiisei Co., Ltd. unter dem Handelsnamen PHOTEC
860A-25, 860AFT, 140FT und dergleichen gelieferten verwendet werden,
25
25
Darüber hinaus können als fotoempfindliehe Massen beispielsweise
eine Mischung aus Q-Naphtoquinon-Diazid und Novolac-Phenolharz, Polyvinyl-Cinnama.te-Harz, zyklisches
Gummi-Azid-Harz usw» sowie die meisten anderen Harze verwendet werden, die üblicherweise für Fotolithografien
. verwendet werden. Im allgemeinen sind fotoempfindliche
Massen der AC-Serie von Shiysley Products oder der OMR-Serie
von Tokyo Oka's Products sehr vorteilhaft.
3^ Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in
den Figuren 10 - 14 gezeigt.
- 11 - DE 1741
Figur 10 zeigt einen Querschnitt, und zwar insbesondere
ein Element 102 zur Erzeugung eines Tintenstrahldrucks, das auf einem Substrat 101 vorgesehen ist.
Gemäß Figur 11 wird das Substrat nach Figur 10 weiter dadurch behandelt, daß ein elektrisch leitender Film 103
auf dem Substrat 101, das dem Verfahren gemäß Figur 10 unterzogen worden ist, durch eine Filmherstellung, wie
beispielsweise einen chemischen Plattierungsvorgang, einen Vakuum-AufdampfVorgang, einem Sputter-Vorgang oder
dergleichen gebildet wird. Der elektrisch leitende Film 103.aus Cu, Ni, Cr oder Ti kann dazu benutzt werden, einen
engen Kontakt mit einem Plattierungsfilm 105 (siehe Figur 12) herzustellen und ist hierzu wirkungsvoll. Anschließend
wird ein fotolithograf ischfäs Verfahren, wie es bei dem vorigen Ausführungsbeispiel erläutert worden
ist, zur Herstellung eines Fotolackmusters 104 an den gewünschten Stellen ausgeführt; dieser Schritt ist durch
einen Elektroplattierungsvorgang zur Herstellung eines Plattierungsfilm 105 aus Cu, Ni oder dergleichen gefolgt
(siehe Figur 12). Das Fotolackmuster 104 wird dann entfernt; der belichtete Teil des elektrisch leitenden Films
103, der im Schritt gemäß Figur 11 zur Erzielung einer
elektrischen Leitfähigkeit hergestellt worden ist, wird ebenfalls- geätzt und entfernt (siehe Figur 13). Nach
der Durchführung der obigen Schritte wird der Tintenstrahlkopf durch Anbringen oder durch einen Preß-Anpaß-Vorgang
einer Platte 106 an der oberen Oberfläche des Substrats 101, das mit Nuten für die Tintenströmungswege
versehen ist, vervollständigt (siehe Figur 14).
Für- den Fall, daß die aus dem Tintenstrahlkopf ausgestoßene
Tinte elektrische Leitfähigkeit besitzt oder ehemisch mit dem Material der Plattierungsschicht 105 reagiert,
wird ein dielektrischer und korrosionsbeständiger Film, beispielsweise SiO2, Si3N4, Ta3O5 oder derglei-
- 12 - DE 1741
·
chen (nicht gezeigt) als tintenbeständige Schicht mit einer
Dicke von 2-5 "um durch ein Vakuum-Auf dampf verfahren,
ein Sputter-Verfahren, ein CVD-Verfahren oder dergleichen gebildet. Es ist zu beachten, daß der Gesaiataufbau
des vollständigen Tintenstrahlkppfs ähnlich dem in Figur
9 gezeigten ist, der in einer auseinandergezogenen Darstellung zum besseren Verständnis dargestellt ist.
Tinten-StrÖmungswege sowie Tintenstrahldüsen können auf
beiden Seiten des "Substrats 1 bzw. 101 mit einem ähnlichen
Foto-Herstellvorgang, wie er bereits früher erläutert worden isst, hergestellt werden, obwohl ein derartiges
Ausführungsbeispiel nicht in den vorigen Beispielen gezeigt ,ist.
Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung, die vorstehend
im einzelnen erläutert worden sind, können wie folgt zusammengefaßt werden: ·
!
(1) Da die Abmessungsgenauigkeit bei der Herstellung des Tinten-St.pömungswegs äußeret hoch ist, sind die Fluktuationen
der Tintenstrahleigenschaften aller Düsen sehr gering und die Tintenstrahleigenschaft kann für
lange Zeit stabil gehalten werden.
(2) Bei dem Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahlkopfs
wird ein Klebstoff selten verwendet und eine flüssige Säure, insbesondere eine starke Säure wie
beispielsweise Flußsäure oder dergleichen nicht verwendet;
deshalb ergeben sich keine Verstopfungen der Düse bzw. der Tinten-Strömungswege und auch keine
Verschlechterung der Wirkungsweise aufgrund« der Zerstörung des Elements zur Erzeugung des Tintenstrahl-
drucks,und die Qualität ist hoch.
(3) Da das Hauptverfahren zur Herstellung des Tinten-
- 13 - DE 1741
strahlkopfs ein Potoherstellungsverfahren ist, ist es
möglich, viele Köpfe mit stabilen und genauen Abmessungen gleichzeitig herzustellen und wirksame Viel-5
fach-Tintenstrahlköpfe hoher Dichte herzustellen.
Beschrieben wird ein Tintenstrahlkopf, der aus einer
Vielfach-Tinten-Strömungswegen sowie Tinten-Ausstoßdüsen
besteht; die Tinten-Strömungswege sind mittels 10 eines Fotoherstellverfahrens hergestellt.
-Atf.
Leersei, te
Claims (6)
- Patentansprüche■iTintenstrahlkopf mit einem Tinten-Stränungsweg und einer Tintenausstoßdüse zum Ausstoß von Tinte am einen Ende des Tinten-Strömungsweges, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenstrahlkopf
durch eine Nut bzw. Ausnehmung gebildet wird, die mittels eines Photo-Herstellverfahrens auf der Oberfläche eines Substrats (1 ; 101) gebildet wird. - 2. Tintenstrahlkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem Material besteht, das Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall sein kann.
- 3. Tintenstrahlkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche der Nut aus einem Metall besteht, das mittels eines Elektroplattierungsverfahrens niedergeschlagen ist.
- 4. Tintenstrahlkopf nach einem der Anspruches 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche der Nut aus einem Material besteht, das entweder Nickel oder Kupfer sein kann.Deutsche Bank (München) KIo 51/61070Dresdner Bank !München) KIo 3'Πΐ 01ΊPoslscriocK IMlinrlion) KIo 070-Ί3-Β04V/^m £* mm
- 5. Tintenstrahlkopf nach einem c|er Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitender Film auf dem Substrat vorgesehen ist.5 -
- 6. Tintenstrahlkopf nach einem der-Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element zur Erzeugung eines Tintepstrahldrucks (2; 102) vorher auf dem Substrat angeordnet ist.
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