DE3321866A1

DE3321866A1 - Tintenstrahl-aufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE3321866A1
Application number: DE19833321866
Authority: DE
Inventors: Tadayoshi Hiratsuka Kanagawa Inamoto; Hiroshi Machida Tokyo Sugitani; Masami Hiratsuka Kanagawa Yokota
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1983-12-22
Also published as: JPS58220754A; DE3321866C2; JPH0558898B2; US4521787A

Description

Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf und insbesondere einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zur Erzeugung von kleinen Tintentröpfchen, die für ein Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem verwendet werden sollen.

Tintens*.rahl-Auf zeichnungsköpfe, die für' Tintenstrahl-Aufzeichnungssysteme angewandt werden sollen, sind im allgemeinen mit sehr fein gestalteten Tintenausstoß-Auslässen (Öffnungen), Tintenkanälen und einem Teil zum Erzeugen eines Tintenausstoßdrucks versehen, der auf einem Teil des Tintenkanals vorgesehen ist.

Nach einem bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe werden sehr kleine Nuten auf einer Platte aus Glas oder Metall durch Einschneiden

VI1/22

Diiisilnt'i a.inh iMiimrinni KIo M.19H44 Bayer VeromaBnnk iMur-henl Kin S08 941 Postscheck (München! Kto. 670-43-804

-3- DE 3089

¹ oder Ätzen gebildet, und dann wird die Platte mit den Nuten mit einer entsprechenden Platte zur Bildung der Tintenkanäle verbunden.

Bei dem. nach einem solchen bekannten Verfahren hergestellten Kopf kann jedoch eine zu hohe Rauhigkeit der Innenwände der durch Schneiden hergestellten Tintenkanale gebildet werden oder es können Verzeichnungen infolge des Unterschiedes im Ätzungsausmaß gebildet werden, wodurch Tintenkanäle mit guter Genauigkeit kaum erhalten werden können und die Tintenausstoß-Eigenschaften der so hergestellten Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe unterliegen Schwankungen. Auch kann ein Absplittern oder eine Rißbildung der Platte während der Schneidarbeit leicht

!5 erfolgen^ was zu einer nachteilig schlechten Produktionsausbeute führt. Die Ätzarbeit umfaßt eine Reihe von Produktionsstufen, was zu einem nachteiligen Kostenanstieg führt. Der bei den vorstehend erwähnten bekannten Herstellungsmethoden übliche Nachteil während der Schichtbildung einer eingravierten Platte mit ausgebildeten Tintenkanal-Nuten und einer Deckplatte mit Antriebselementen, etwa piezoelektrischen Elementen und Heizelementen zur Erzeugung von Energie für den Tintenstrahl liegt darin, daß eine genaue Einstellung der gegenseitigen

^° Lage schwierig ist, so daß eine Massenproduktion bisher nicht möglich war.

In jüngerer Zeit ist ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes bekannt geworden, das diese Nachteile überwinden kann, bei dem die Tintenkanal-Wände aus einem gehärteten Film eines fotoeir.pfindlichen Harzes auf einem. Substrat gebildet werden, das mit Elementen zum Erzeugen des Tintenausstoßdrucks versehen ist, wobei eine Abdeckung über den Tintenkanälen vorgesehen ist (vergl. japanische Offenlegungsschrift Nr. 43876/1982.

-4- DE 3089

Der mit dem gehärteten Film aus einem fotoempfindlichen Harz hergestellte Tintenstrahl-Auf :;eichnungskopf ist insoweit gut, als er die Nachteile des bekannten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes, nämlich unzureichende Präzision der gefertigten Tintenkanäle, komplizierte Produktionsstufen und niedrige Produktionsausbeute vermeidet. Infolge der geringen Bindefestigkeit zwischen dem Substrat, das mit Elementen zum Erzeugen des Tintenausstoßdrucks darauf versehen ist, und den aus einem gehärteten Film eines fotoempfindlichen Harzes hergestellten Tintenkanalwänden, schrumpft die aus dem fotoempfindlichen Harz hergestellte Abdeckung beim Härten, wenn ein fotoempfindlicher Harzfilm als Abdeckung über den Tintenkanalwänden vorgesehen ist, wodurch die Tintenkanalwände

¹^ in Richtung der Schrumpfung der Abdeckung gezogen werden, bis sie von dem Substrat abgelöst werden. Selbst wenn die Verbindungskraft zwischen den Tintenkanalwänden und dem Substrat ausreichend ist, kann noch der Nachteil eintreten, daß die Tintenkanalwände in Schrumpfrichtung

²^ der Abdeckung gezogen werden, wodurch keine gewünschte Gestalt des Tintenkanals erreicht wird. Wenn ferner ein kalthärtender Klebstoff, ein warmhärtender Klebstoff oder ein fotohärtender Klebstoff angewandt wird, um eine Abdeckung über den Tintenkanalwänden vorzusehen, kann

²^ neben dem Nachteil, daß der Klebstoff in die Tintenkanäle unter Verstopfung fließen kann, so daß die Produktionsausbeute in merklicher Weise erniedrigt wird, ein weiterer Nachteil infolge des Unterschieds zwischen
der Benetzbarkeit des Tintenkanals und derjenigen der Abdeckung auftreten ; solche Klebstoffe haben Einfluß

auf die Genauigkeit der Auftreffpunkte der Tintentröpfchen oder auf die Ansprechfrequenz.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes, der genau und sehr zuver-

-5- DE 3089

lässig ist und einen Aufbau mit Tintenkcnälen aufweist, die getreu dem Vorbild mit hoher Präzision sehr genau ausgearbeitet sind. Erfindungsgemäß soll ferner der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf bei der Verwendung eine
ausgezeichnete Haltbarkeit und eine gute Dimensionsstabilität aufweisen, ohne daß ein Abschälen zwischen dem Substrat und den Kanalwänden erfolgt. Ferner soll der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf genaue Auftreffpunkte von Tintentröpfchen liefern und eine hohe Ansprechfrequenz besitzen.

Erfindungsgemäß besteht der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf aus einem Substrat und einem gehärteten Film eines fotoempfindlichen Harzes für die Bildung der Tintenkanäle und einer Abdeckung über den Kanälen, wobei die Abdeckung eine flache, aus UV-lichtdurchlässigem Material hergestellte Platte umfaßt, auf deren beiden Oberflächen ein fotoempfindlicher Harzfilm haftet.

²^ Die Fig. 1 bis 7 dienen zur Verdeutlichung der Herstellung des erfindungsgemäßen T:ntenstrahl-Aufzeichnüngskopfes.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden erfindungsge- ^ mäße Ausführungsformen näher erläutert:

In der in Fig. 1 gezeigten Stufe werden Elemente 2 zum Erzeugen eines Tintenausstoßdrucks, etwa hitzeerzeugende Elemente oder Piezoelemente in einer gewünschten Zahl

auf einem Substrat 1, etwa aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall angeordnet. Zur Verbesserung der Tintenbeständigkeit, der elektrischen Isolation usw. kann ferner gewUnschtenfalls ein Dünnfilm 3, etwa aus SiO₂, Ta₃O₅, Glas usw. aufgetragen werden. Die Elemente 2 zum Erzeugen

des Tintenausstoßdrucks werden durch Elektroden für den

-6- DE 3089

Eingang von Signalen verbunden, obwohl dies nicht in der Zeichnung gezeigt ist.

In der in Fig. 2 gezeigten nachfolgenden Stufe wird die 5 Oberfläche des DUnnfilmes 3 auf dem Substrat 1, die gemäß der in i^rig. 1 gezeigten Stufe erhalten worden ist, gereinigt und getrocknet und anschließend mit einem auf etwa 80 bis 105⁰C erhitzten Trockenfilm-Fotolack 4 (Filmdicke: etwa 25 bis 100 pm) beschichtet, wobei das Aufschichten auf die Dünnfilmschicht 3 bei einer Geschwindigkeit von 0,15 bis 1,22 m/min unter einem Druck von 1 bis 3 kg/cm erfolgt. Bei einer solchen Verfahrensweise wird der Trokkenfilm-Fotolack 4 mit der Dünnfilmschicht 3 verschmolzen. Nachdem eine Fotomaske 5 mit einem gewünschten Muster auf dem Trockenfilm-Fotolack 4, der auf der Substratoberfläche vorgesehen ist, aufgelegt worden ist, wird in der nächsten Stufe der Fotolack durch die Fotomaske 5, wie in der Fig. 2 gezeigt ist, bildmäßig belichtet. In dieser Stufe muß die Lage des Tintenausstoßdruck-Erzeugungselementes 2 genau entsprechend der Lage des obigen Musters in einer üblichen Weise eingestellt werden.

In Fig. 3 ist zur Verdeutlichung diejenige Stufe gezeigt, bei -5 der der unbelichtete Teil des vorstehend belichteten Trockenfilm-Fotolackes 4 durch Auflösung mit einem Entwickler (wozu bestimmte organische Lösungsmittel, etwa Trichloräthen gehören) entfernt ist. Zur Verbesserung der Tintenbeständigkeit des belichteten Teils 4P des ^® Trockenfilm-Fotolacks, der auf dem Substrat 1 zurückbleibt, wird dann eine Hitzehärtungsbehandlung (beispiels weise durch Erhitzen bei 150 bis 25O°C, 30 Min. bis 6 Stunden lang) oder eine Bestrahlung mit UV-Strahlen (beispielsweise bei einer UV-Strahlen-Intensität von 50 bis 200 mw/cm' oder höher) darauf vorgenommen, um die Här-

-7- DE 3089

tungsreaktion ausreichend fortschreiten zu lassen» Sowohl die Anwendung einer Härtung mittels Wärme als auch mittels UV-Strahlen ist wirksam.

In Fig., 4 wird eine flache Platte 6 aus einem UV-Strahlen durchlässigen Material (beispielsweise Glas) deren beide Oberflächen mit fotoempfindlichen Harzfilmen (Trockenfilme) 7 beschichtet bzw. laminiert sind, auf die Kanalwände 4P als Abdeckung über die Tintenkanäle auf dem Substrat 1 aufgeklebt, so daß Nuten 8 für Tintenkanäle entstehen, di© durch den Trockenfilm-Fotolack 4P gebildet werden, der vollständig polymerisiert und gehärtet worden ist. Danach werden die auf der Flachplatte 6 aufgeschichteten Trockenfilme 7 einer UV-Bestrahlung (beispielsweise ρ bei einer UV-Strahlungsintensität von 50 bis 200 mW/cm oder höher) unterzogen, um die Trockenfilme 7 ausreichend¹ zu härten. Ferner kann eine zusätzliche Hitzehärtung (beispielsweise bei 130 bis 25O°C, 30 Min. bis 6 Stunden lang) in wirksamer Weise durchgeführt werden.

Als Material für die flache Platte 6 als Abdeckung über den Tintenkanälen können irgendwelche Materialien verwendet werden, die gegenüber UV-Strahlen bei einer zur Fotopolymerisation eines fotoempfindlichen Harzes zur Bildung der Tintenkanalwände wirksamen Wellenlänge durchlässig sind.,., und die nicht durch Schrumpf beanspruchung des fotoeempfindlichen Harzes leicht verformt werden. Für eine zweckmäßige Produktion und aus wirtschaftlichen Gründen sind jedoch Glas, Epoxyharze, Acrylharze, Vinylharze

° ■ und dergleichen bevorzugt.

Die Trockenfilme 7 müssen, an beiden Oberflächen der flachen Platte 6 kleben. Falls nur eine Oberfläche der flachen Platte 6 mit dem Trockenfilm nahe in Berührung gebracht wird, insbesondere auf der Seite

-8- DE 3089

der Tintenkanalwände^ann die Haftung zwischen der Abdekkung und den Tintenkanalwänden erhöht werden, jedoch wirkt die Schrumpfbeanspruchung, die aus der Polymerisationsverfestigung des Trockenfilms resultiert, auf die flache Platte unter Erzeugung einer Spannung, die eine Verwerfung der gesamten Abdeckung bewirkt, was zu einem Abschälen der Tintenkanalwande von dem Substrat führt. Es ist daher notwendig, daß der Trockenfilm 7 auch mit der gegenüberliegenden Oberfläche der flachen Platte 6 nahe in Berührung steht, so daß sich die Schrumpfkraft gegenseitig aufhebt. Der Fotopolymerisationsgrad des Trockenfilms durch UV-Strahlung an der Deckoberfläche und an der Unterseiten-Oberfläche wird sich im allgemeinen voneinander unterscheiden und daher ist es erwünscht, die Stärke und die Materialien dieser beiden Trockenfilme so auszuwählen, daß sich diese beiden Schrumpfkräfte in vorteilhafter Weise aufheben.

In Fig. 5 ist eine schematische, perspektivische Ansicht

der Kopfgestaltung nach Vollendung der in Fig. 4 gezeigten Stufe verdeutlicht. In Fig. 5 bedeutet 8-1 eine Tintenzufuhrkammer, 8-2 enge T intenf Heß-Kanäle und 9 Durchgangsöffnungen für die Verbindung der in der Figur nicht gezeigten Tintenzufuhrröhrchen zur Tintenzufuhrkammer 8-1.

Wie vorstehend beschrieben, wird nach Vollendung der Verbindung zwischen dem Nuten aufweisenden Substrat und

der flachen Platte der Frontteil des resultierenden Kop-30

fes entlang der in Fig. 5 gezeigten Linie C-C abgeschnitten. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen dem Element 2 zur Erzeugung des Tintenausstoßdrucks und dem Tintenausstoß-Ausgang 8-3 in den engen Tintenfließkanälen 8-2 optimal gemacht werden und der abzuschneidende Bereich kann gewünschtenfalls in zweckmäßiger Weise be-

-9- DE 3089

stimmt werden. Für dieses Abschneiden kann das in der Halbleiterindustrie üblicherweise verwendete WürfelabsJDhneide-Verfahren angewandt werden.

In Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie Z-Z¹ in Fig. 5 gezeigt. Die Schnittfläche wird glatt poliert und die Tintenzufuhrröhrchen werden auf die Öffnungen 9 montiert j um den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf fertigzustellen (Fig. 7).
10

Bei Ausführungsformen, wie sie in den vorstehend beschriebenen Figuren gezeigt sind, wurde als fotoempfindliche Masse (Fotolack) zur Herstellung der Nuten und der Filme auf der Abdeckung der Tintenkanäle Massen vom Trockenfilmtyp, nämlich ein Feststoff angewandt, worauf die vorliegende Erfindung jedoch nicht begrenzt ist, sondern es kann auch eine flüssige fotoempfindliche Masse eingesetzt werden.

Zur Bildung des Beschichtungsfilms aus dieser fotoempfindlichen Masse kann im Falle einer flüssigen , fotoempfindlichen Masse ein Verfahren angewandt werden, bei dem ein bei der Herstellung von einem Reliefbild verwendeter Gummiquetscher ausgenutzt wird, nämlich ein Verfah-

²^ ren, bei dem eine Wand mit einer Höhe entsprechend der gewünschten Filmdicke der fotoempfindlichen Masse um das Substrat angeordnet wird und der Überschuß der Masse mittels eines Gummiquetschers entfernt wird. Hier kann die fotoempfindliche Masse vorzugsweise eine Viskosität von 100 cp bis 300 cp (0,1 bis 0,3 Pa s)aufweisen. Die Höhe der Wand, die um das Substrat angeordnet werden soll, wird unter Berücksichtigung der Verdampfung der Lösungsmittelkomponente der fotoempfindlichen Masse bestimmt.

«Η ¥ V

-10- DE 3Ö89

Im Falle einer festen fotoempfindlichen Masse erfolgt andererseits das Beschichten des Substrats durch Heißpressen. Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, eine fotoempfindliche Masse vom Festfilmtyp einzusetzen, da die Herstellung der Nuten oder die Haftung an einem Substrat unter dem __ Gesichtspunkt der Handhabung vorteilhaft ist und weil eine leichte und genaue Steuerung der Filmdicke möglich ist. Zu solchen Feststoffmaterialien gehören fotoempfindliche Harze, die unter den folgenden Warenzeichen im Handel erhältlich sind: Permanent Photopolymer Coating RISTON, Solder Mask 730S, 740S, 730FR, 740FR und SMl, -* hergestellt von Du Pont Co. und Photec SR-IOOO, SR-2000 und SR-3000, hergestellt von Hitachi Kasei Co.. Daneben ^ können als fotoempfindliche Masse im Rahmen der vorlie- —— genden Erfindung eine Reihe von fotoempfindlichen Massen . „.^ eingesetzt werden, die allgemein in der Fotolithografietechnik angewandt werden, etwa fotoempfindliche Harze, Fotolacke usw.. Diese fotoempfindlichen Massen können i: beispielsweise enthalten: Diazoharze, p-Diazochinone

²^ und weitere Materialien vom Fotopolymerisationstyp, etwa ₍ ..· solche, die Vinylmonomere und Polymerisationsinitiatoren Γ|- anwenden, Fotopolymere vom Dimerisationstyp, die Polyvinylcinnamat usw. mit Sensibilatoren anwenden, Mischungen von o-Naphthochinon-diazid und Phenolharze* vom Novolak-

²^ typ, Mischungen vom Polyvinylalkohol und Diazoharzen, ^ Fotopolymere vom Polyethertyp, . die durch Copolymerisation M von 4-Glycidy!ethylenoxid mit Benzophenon erhalten wurden "} oder Glycidylcalcone, ein Copolymer von N,N-Dimethylmeth- ?■ acrylamid mit Benzophenon, fotoempfindliche Harze vom " "**3p ungesättigten Polyestertyp (etwa APR (Asahi Kasei), _£j;

Tevista (Teijin), Sonne (Kansei Paint), etc.), fotoempfindliche Harze vom ungesättigten Urethanoligomertyp, fotoempfindliche Massen aus Mischungen von bifunktionel- --r^s len Alkylmonomeren mit Fotopolymerisationsinitiatoren ^; "f* und Polymeren, Fotolacke vom Dichromattyp, wasserlösliche

-11- DE 3089

Fotolacke vom nicht-Chromtyp, Fotolacke vom Polyvinylcinnamattyp, Fotolacke vom cyclisierten Kautschuk-Azid-Typ usw. .

Das fotoempfindliche Material für die. Tintenkanalabdekkung und die Tintenkanäle sollte vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise das gleiche sein.

Wie; vorstehend im Detail beschrieben, hat die vorliegende Erfindung die nachstehend aufgeführten Effekte:

1. Die Hauptstufe zur Herstellung des Tintenstrahl-

1 i

Aufzeichnungskopfes verwendet die sogenannte fotolithografische Technik, wodurch ein sehr fein gestalteter Kopfbereich mit einem gewünschten Muster in sehr einfachejr Weise gebildet werden kann. Ferner kann eine Reihe von Köpfen mit dem gleichen ,Aufbau und der gleichen Leistung gleichzeitig hergestellt werden.

2. Da kein Klebstoff zwischen dem Substrat und den Tintenkanalwänden und zwischen den Tintenkanalwänden und seiner Abdeckung verwendet wird, v/ird keinerlei Unannehmlichkeit _; etwa eine Funktionsstörung durch Verstopfen der Tintenkanäle durch den Klebstoff oder durch Haften
der Tinte an dem Ausstoßdruck-Erzeugungselement verursacht.

3. Das Ausgleichen der Schrumpfungskräfte bei der

Härtung der beiden fotoempfindlichen Harzfilme auf der

flachen Platte beseitigt die Innenbeanspruchung innerhalb des Kopfes, so daß keinerlei Abschälung„ Deformation oder Versetzen der Bauelemente erfolgt, was zu einem sehr haltbaren Tintenstrahlkopf mit langer Lebensdauer

führt.
35

-12- DE 3089

¹ 4. Da die flache Platte und die fotoempfindlichen Harzfilme für die Abdeckung Über den Fließkanälen lichtdurchlässig sind, kann die Bewegung der Tintentröpfchen innerhalb des Tintenstrahlkopfes visuell beobachtet wer-

5 den, was eine leichte Wartung des Kopfes gewährleistet.

Claims

Patentansprüche

1. Tintenstrahl-Auf zeichnungsko'pf, gekennzeichnet durch ein Substrat und einen gehärteten FiJm aus einem fotoempfindlichen Harz für die Bildung von Tintenkanäien und eine Abdeckung über den Kanälen, wobei die Abdeckung eine flache Platte aus einem UV-lichtdurchlässigen Material umfaßt, auf deren beiden Oberflächen ein fotoempfindlicher Harzfilm haftet.

2. Tintenstrahl-Aufzeichnungskcpf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoempfindliche harz ein Harz vom Trcckenfilmtyp ist.

3. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zum Erzeugen des Tintenausstoßdrucks auf dem Sustrat angeordnet sind.

VII/22

nrnsdnnr Bank (Münrhpnr KIn

Rnver i/mtiinshank »Miinrhnm Kto

Postscheck (München) Kto. 670-43-804