DE3250115C2

DE3250115C2 - Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE3250115C2
Application number: DE3250115A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Sugitani; Hiroto Matsuda; Masami Ikeda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-07-09
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2002-07-09
Also published as: DE3250114C2

Abstract

Es wird ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf beschrieben, der zwei Flüssigkeitsaufnahmebereiche (9) aufweist, zwischen denen eine Mehrzahl jeweils mit beiden Flüssigkeitsaufnahmebereichen (9) kommunizierender, durch Zwischenwände getrennter, flüssigkeitsführender Bereich (10) angeordnet ist. Die Enden der flüssigkeitsführenden Bereiche sind jeweils mit einem der Flüssigkeitsaufnahmebereiche (9) derart verbunden, daß jedem Ende ein Wandabschnitt des entsprechenden Flüssigkeitsaufnahmebereichs (9) gegenüberliegt, wobei in jedem flüssigkeitsführenden Bereich (10) ein Energiewandlerelement angeordnet ist, dem eine Düsenöffnung zum Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen gegenüberliegt. Die beiden Flüssigkeitsaufnahmebereiche (9), die flüssigkeitsführenden Bereiche (10) und die Energiewandlerelemente sind in einer Substratschicht (3H) ausgebildet (Fig. 7A).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf.

Ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf ist bekannt durch die Veröffentlichung DE 29 37 742 A1. Dieser bekannte Flüs sigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf weist eine Mehrzahl von Flüssigkeitsaufnahmebereichen auf, die parallel zueinander verlaufen. Zwischen benachbarten Flüssigkeitsaufnahmeberei chen sind flüssigkeitsführende Bereiche angeordnet, in denen jeweils ein Energiewandlerelement angeordnet ist. Jedem Ener giewandlerelement liegt eine Düsenöffnung zum Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen gegenüber. Die zueinander parallelen flüssigkeitsführenden Bereiche mit den Energiewandlerelemen ten sind durch Zwischenwände voneinander getrennt. Die beiden Enden eines flüssigkeitsführenden Bereichs liegen direkt den Enden benachbarter flüssigkeitsführender Bereiche gegenüber.

Ein Nachteil des bekannten Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfes liegt darin, daß sich die Energiewandler elemente, die in benachbarten flüssigkeitsführenden Berei chen angeordnet sind, beim Ausstoßen von Flüssigkeit bzw. Tinte gegenseitig beeinflussen können, was dazu führen kann, daß die Aufzeichnungsqualität beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeits strahl-Aufzeichnungskopf zu schaffen, bei dem bei Anschluß von zwei Flüssigkeitsaufnahmebereichen an die beiden Enden jeweils flüssigkeitsführender Bereiche, die jeweils ein Ener giewandlerelement aufweisen, eine gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Energiewandlerelemente beim Ausstoß der Flüs sigkeit bzw. Tinte, welche die Aufzeichnungsqualität ver schlechtert, verringert wird.

Diese Aufgabe wird durch den Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ge kennzeichnet.

Es wird nachfolgend ein Ausführungs beispiel in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Die Fig. 1 bis 7B schematische Darstellungen des Aufbaues und der Herstellungsschritte eines Flüssig keitsstrahl-Aufzeichnurigskopfes, wobei die Figuren im einzelnen darstellen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des ersten Herstellungs schrittes;

Fig. 2A eine schematische perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des zweiten Herstel lungsschrittes;

Fig. 2B einen Teilschnitt entlang Linie X-X' in Fig. 2A;

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht zur. Verdeutlichung des dritten Herstell lungsschrittes;

Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht zur. Verdeutlichung des vierten Herstellungs schrittes;

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des fünften Herstellungs schrittes;

Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des sechsten Herstel lungsschrittes;

Fig. 7A eine schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung des Aufbaues eines fertigen Aufzeichnungskopfes; und

Fig. 7B einen Teilschnitt entlang Linie Y-Y' in Fig. 7A;

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine gewünschte Anzahl (zwei in der Zeichnung) von Energiewandlerelementen 2, wie beispielsweise Piezoelementen, für die Ausbildung von "fliegenden" Tröpfchen auf einem geeigneten Substrat 1, beispielsweise aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall, angeordnet. Die Energiewandlerelemente werden im folgenden auch kurz als "Elemente 2" bezeichnet. Durch Unterdrucksetzung der Flüssigkeit in der Nachbar schaft der Elemente 2 wird ein entsprechender Ausstoßdruck für die Flüssigkeit erzeugt. An die Elemente 2 sind Elektroden zur Eingabe von Signalen angeschlossen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die mit den Elementen 2 versehene Oberfläche 1A des Substrates 1 wird als nächstes gesäubert und getrocknet, wonach eine Laminierung mit einem Trocken film-Fotoresist 3 (Filmdicke: etwa 25 µm bis 100 µm) folgt, bei dem es sich um einen lichtempfindlichen Harzfilm handelt, der auf etwa 80 bis 150 C° erhitzt ist und einen in Fig. 2B gezeigten Querschnitt aufweist. Der Fotoresist wird auf die Oberfläche 1A, die mit den Elementen 2 versehen ist, mit einer Geschwindigkeit von 121,9 cm/min unter einem Druck von 0,98 bis 2,94 bar aufgebracht. Fig. 2B zeigt einen Schnitt entlang Linie X-X' in Fig. 2A. Der Trockenfilm- Fotoresist 3 wird somit unter Druckaufbringung mit der Oberfläche 1A verklebt und kann von dieser auch bei Aufbringung eines größeren äußeren Druckes nicht mehr abgezogen werden.

Wie man Fig. 3 entnehmen kann, wird danach auf den auf der Oberfläche 1A vorgesehenen Trockenfilm-Foto resist 3 eine Fotomaske 4 aufgebracht, die ein gewünschtes Muster 4P aufweist. Über eine über der Fotomaske 4 angeordnete Lichtquelle 7 findet in Richtung der gezeigten Pfeile eine Belichtung statt. Das Muster 4P kann in ausreichender Weise die Bereiche der Elemente 2 auf dem Substrat 1 abdecken und läßt kein Licht durch.

Der Teil des Trockenfilm-Fotoresists 3, der durch das Muster 4P abgedeckt wird, wird nicht belichtet. Während dieses Vorganges ist es erforderlich, in üblicher Weise die Lage der Elemente 2 und des Musters 4P entsprechend aufeinander abzustimmen. Das Muster 4P entspricht Flüssigkeitsaufnahmebereichen 9 und flüssigkeitsführenden Bereichen 10 (siehe Fig. 7A), und die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Elemente 2 in den flüssigkeitsführenden Bereichen 10 angeordnet sein werden.

Nachdem in der vorstehend beschriebenen Weise belichtet worden ist, polymerisiert der außerhalb des Musters 4P angeordnete Teil des Fotoresistes 3, wobei er aushärtet und unlöslich gegenüber Lösungs mitteln wird. Der nicht belichtete Teil des Fotoresistes härtet nicht aus und bleibt löslich gegenüber Lösungs mitteln.

Nach dem Belichtungsvorgang kann der Trockenfilm-Foto resist 3 in ein flüchtiges organisches Lösungsmittel, wie beispielsweise Trichloräthan eingetaucht werden, um den nicht polymerisierten (ungehärteten) Fotoresist zu lösen, so daß der ausgehärtete Fotoresist-Film als Substratschicht 3H nur in den Bereichen außerhalb der Flüssigkeitsaufnahmebereiche 9 und der flüssigkeitsführenden Bereiche 10 verbleibt (Fig. 4). Danach wird zur Verbesserung der Lösungmittelwider standsfähigkeit des ausgehärteten Fotoresist-Filmes, der auf dem Substrat 1 verbleibt, ein weiterer Här tungsvorgang durchgeführt, vorzugsweise durch eine thermische Polymerisation (durch Erhitzen auf 130 bis 160°C über 10 bis 60 min), durch UV-Strahlung oder Kombinationen dieser Verfahren.

Das auf diese Weise hergestellte Zwischenprodukt ist in Fig. 4 dargestellt. Als nächster Schritt wird die Oberfläche der ausgehärteten Substratschicht 3H gesäubert und getrocknet, wonach ähnlich wie bei dem vorangehenden Schritt eine Laminierung mit einem Trockenfilm-Fotoresist 5 (Filmdicke: etwa 25 µm bis 100 µm), der auf etwa 80 bis 150°C erhitzt wurde, auf der Substratschicht 3H mit einer Geschwindigkeit von 15,2 bis 121,9 cm/min unter einem Druck von 0,098 bar oder weniger erfolgt (Fig. 5). Durch diese weitere Laminierung des Trockenfilm-Fotoresistes auf der ausgehärteten Substrat schicht 3H soll spezielle Sorge dafür getragen werden, daß der Fotoresist 5 nicht in die flüssigkeitsführenden Bereiche mit den Elementen 2 durchsacken kann. Da ein derartiges Durchsacken bei dem in Verbindung mit dem vorangehenden Schritt beschriebenen Laminations druck auftreten kann, wird dieser Druck auf 0,098 bar oder weniger eingestellt.

Gemäß einem anderen Verfahren kann das Verkleben unter Druck auch dadurch durchgeführt werden, daß die Druck klebeeinrichtung, beispielsweise ein Walzenpaar, vorher mit einem Abstand versehen wird, der der Dicke des Substrats 1, der Substratschicht 3H und des Trockenfilm-Fotoresists 5 entspricht. Der Trockenfilm-Foto resist kann dadurch durch Druckeinwirkung mit der Substrat schicht 3H verklebt werden. Auch durch Einwirkung von äußeren Drücken ist es danach unmöglich, den Film wieder abzuziehen.

Wie man Fig. 6 entnehmen kann, wird nunmehr auf den neu aufgebrachten Trockenfilm-Fotoresist 5 eine Foto maske 6 mit einem gewünschten Muster 6P aufgelegt, wonach eine Belichtung von oberhalb der Fotomaske 6 durchgeführt wird. Das Muster 6P entspricht dem Be reich, der später Düsenöffnungen bildet und ist lichtundurchlässig. Der Trockenfilm-Fotoresist 5 wird daher in dem vom Muster 6P abgedeckten Bereich nicht belichtet. Während dieses Vorganges ist es erforderlich, in üblicher Weise für eine Ausrichtung zwischen der Lage der Elemente 2 die in den Fig. 5 und 6 weggelassen worden sind und der Lage des Musters 6P zu sorgen.

Wenn der Fotoresist 5 in der vorstehend erläuterten Weise belichtet wird, polymerisiert der außerhalb des Musters 6P befindliche Teil desselben aus, wobei er aushärtet und gegen Lösungsmittel unlöslich wird. Der nicht belichtete Teil des Fotoresistes 5 härtet nicht aus und bleibt gegenüber Lösungsmitteln löslich.

Nach dem Belichtungsvorgang kann der Trockenfilm- Fotoresist 5 in ein flüchtiges organisches Lösungs mittel, wie beispielsweise Trichloräthan, eingetaucht werden, um den nicht polymerisierten (nicht ausge härteten) Teil des Fotoresistes zu lösen. Auf diese Weise werden in dem ausgehärteten Fotoresist-Film 5H dem Muster 6P entsprechende Düsenöffnungen ausgebildet, wie die Fig. 7A und 7B zeigen (in Fig. 7A sind die Elemente 2 wegge lassen worden). Danach wird zur Verbesserung des Lösungs mittelwiderstandes des ausgehärteten Fotoresist-Filmes 5H, der auf der darunter befindlichen Substratschicht 3H verbleibt, ein weiterer Härtungsprozeß durchge führt, vorzugsweise durch thermische Polymerisation (durch Erhitzen auf 130 bis 160°C über 10 bis 60 min), durch UV-Strahlung oder durch Kombinationen dieser Ver fahren.

Die Herstellungsschritte für den Aufzeichnungs kopf werden vervollständigt, indem an einen Flüssigkeits anlaß 8 ein Flüssigkeitszuführrohr angeschlossen wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform findet als Energie erzeugendes Element für die Tröpfchenbildung beispielsweise ein piezoelektrisches Element Verwendung. Dies stellt jedoch keine Begrenzung dar. Beispielsweise kann auch ein Element verwendet werden, das thermische Energie als Tröpfchenbildungsenergie er zeugt.

Zusammengefaßt lassen sich mit dem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf die nachfol genden Vorteile erreichen:

1. 1.) Da der Hauptschritt der Herstellung des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes auf fotolithografischen Techniken basiert, kann die Ausbildung von kleinen Teilen des Aufzeichnungskopfes in äußerst einfacher Weise mit einem gewünschten Muster erfolgen. Darüber hinaus ist es möglich, eine Anzahl von Aufzeichnungsköpfen der gleichen Form zur gleichen Zeit herzustellen.
2. 2.) Durch eine relativ geringe Anzahl von Herstellungs schritten kann eine gute Produktivität erzielt werden.
3. 3.) Die Ausrichtung der Hauptteile zueinander kann in einfacher und sicherer Weise erfolgen, so daß sich Aufzeichnungsköpfe mit einer hohen Dimen sionsgenauigkeit mit guter Ausbeute herstellen lassen.
4. 4.) Ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit mehreren Düsenöffnungen und einer hohen Dichte kann durch ein einfaches Verfahren hergestellt werden.
5. 5.) Es ist eine kontinuierliche Produktion und Massen produktion möglich.
6. 6.) Da kein Ätzmittel (beispielsweise starke Säuren, wie Fluorwasserstoffsäure) verwendet werden muß, ist das Verfahren äußerst sicher und hygienisch.
7. 7.) Es wird im wesentlichen kein Kleber benötigt, so daß keine Gefahr eines Verstopfens der flüssigkeitsführenden Bereiche durch Ausfließen des Klebers oder Anhaften des Klebers an den Energiewandlerelementen gegeben ist, was die Funktionsweise des Aufzeichnungskopfes beein trächtigen könnte.
8. 8.) Da die kleinen Hauptteile des Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfes durch fotolithografische Techniken hergestellt werden, die in einem sauberen Raum durchgeführt werden, wie er normalerweise in der Halbleiterindustrie Verwendung findet kann das Eindringen von Staub in das Innere des Aufzeichnungskopfes während seines Zusammenbaues minimal gehalten werden.

Claims

1. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit zwei Flüssig keitsaufnahmebereichen (9), zwischen denen eine Mehrzahl je weils mit beiden Flüssigkeitsaufnahmebereichen (9) kommuni zierender, durch Zwischenwände getrennter flüssigkeitsführen der Bereiche (10) angeordnet ist, deren Enden jeweils mit ei nem der Flüssigkeitsaufnahmebereiche (9) derart verbunden sind, daß jedem Ende ein Wandabschnitt des entsprechenden Flüssigkeitsaufnahmebereichs (9) gegenüberliegt, wobei in je dem flüssigkeitsführenden Bereich (10) ein Energiewandlerele ment (2) angeordnet ist, dem eine Düsenöffnung zum Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen gegenüberliegt, und wobei die bei den Flüssigkeitsaufnahmebereiche (9), die flüssigkeitsführen den Bereiche (10) und die Energiewandlerelemente (2) in einer Substratschicht (3H) ausgebildet sind.

2. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, wo bei die flüssigkeitsführenden Bereiche (10) parallel zueinan der angeordnet sind und die Energiewandlerelemente (2) im we sentlichen im Zentrum des jeweiligen flüssigkeitsführenden Bereichs (10) liegen.

3. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwischenwände durch Aushärten eines licht empfindlichen Kunstharzes geformt sind.