DE3511381C2 - Flüssigkeitsstrahl-Schreibkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsstrahl- Schreibkopf - vor allem einen Tintenstrahl-Schreibkopf, der im folgenden auch als solcher bezeichnet wird -, bei dem die aus einer gehärteten dünnen Schicht (einem Film) aus lichtempfindlichem Harz gebildeten Wände der Strömungskanäle und/oder eine Flüssigkeits- bzw. Tintenkammer umgebenden Wände an der Oberfläche eines Substrats ausgestaltet sind, auf welchem Energiewandlerelemente für einen Tintenausstoß ausgestaltet sind, und bei dem an seiner Oberseite eine Deckplatte angeordnet ist.

Ein Tintenstrahl-Schreibkopf für Tintenstrahlschreibgeräte ist im allgemeinen mit winzigen Ausstoßöffnungen (Düsenöffnungen), mit Tintenkanälen und mit in einem Teil dieser Kanäle befindlichen Energiewandlerelementen für einen Tintenausstoß ausgestattet.

Zur Herstellung eines solchen herkömmlichen Schreibkopfes ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, wonach sehr kleine Nuten oder Rinnen in einem Träger aus Glas oder Metall durch einen Schneid- oder Ätzvorgang ausgebildet werden und dann der die Nuten aufweisende Träger mit einer geeigneten Platte zur Bildung der Tintenkanäle verbunden wird.

Jedoch ist bei einem nach diesem Verfahren hergestellten Kopf die Rauhigkeit der Innenwandflächen der durch einen Schneidvorgang ausgebildeten Tintenkanäle sehr groß, oder es wird in den Tintenkanälen auf Grund einer Verschiedenheit in der Ätzgeschwindigkeit bzw. im Ausmaß des Ätzens eine Verziehung oder Verwindung hervorgerufen, weshalb es schwierig ist, Tintenkanäle mit einem konstanten Kanal- oder Strömungswiderstand zu erhalten, woraus leicht Unregelmäßigkeiten in bezug auf den Tintenausstoßkennwert des Schreibkopfes bei seinem Gebrauch entstehen. Auch kann während des Schneidvorgangs sehr leicht ein Bruch oder ein Glätten des Trägers auftreten, so daß der Produktionsausstoß gering ist. Andererseits sind für die Durchführung des Ätzvorgangs eine Reihe von Herstellungsschritten erforderlich, was erhöhte Fertigungskosten zum Ergebnis hat.

Ferner ist ein den herkömmlichen Verfahren gemeinsamer Nachteil darin zu sehen, daß, wenn eine mit Strömungskanälen versehene Nutenplatte mit einer Platte verklebt werden soll, die mit Wandlerelementen, wie elektro-mechanischen Wandlerelementen (z. B. piezoelektrische Elemente) oder elektro-thermischen Wandlerelementen (z. B. Wärmeerzeugerelemente) als Energiewandlerelemente für einen Tintenausstoß, die eine auf die Tinte einwirkende Energie erzeugen, um die Tinte aus den Düsenöffnungen auszustoßen und fliegende Tröpfchen zu bilden, ausgestattet ist, diese Platten miteinander auszurichten, was für eine Massenproduktion ungeeignet ist.

Für einen Tintenstrahl-Schreibkopf, mit dem die oben genannten Nachteile zu überwinden sind, wurde beispielsweise durch die JP 57-43 876 (A) eine Konstruktion vorgeschlagen, wonach die Wände der Strömungskanäle aus einer aushärtenden dünnen Schicht (Film) eines lichtempfindlichen Harzes auf einem Substrat, an dem Tintenausstoßenergieerzeugungselemente angeordnet sind, ausgebildet und dann die Kanäle durch eine aufgesetzte Deckplatte abgeschlossen werden.

Dieser unter Verwendung eines lichtempfindlichen Harzes gefertigte Tintenstrahl-Schreibkopf ist hervorragend, soweit die Lösung der den herkömmlichen Köpfen anhaftenden Nachteile, wie niedrige Genauigkeit in der Oberflächengüte der Kanäle, komplizierte Fertigungsschritte und geringer Produktionsausstoß, erfolgt ist.

Im Patentanspruch 1 wird von einem Stand der Technik ausgegangen, wie er in der DE 33 26 781 A1 gezeigt ist. Aus dieser Druckschrift ist ein Flüssigkeitsstrahl- Schreibkopf dieser Gattung bekannt, bei dem auf ein Substrat ein gehärteter lichtempfindlicher Harzfilm für die Bildung von Tintenströmungsbahnen und Räumen und eine Deckschicht auf die Strömungsbahnen aufgeschichtet werden. Die Dicke der Wände, die die Tintenströmungsbahnen und Räume abgrenzen, beträgt dabei nicht mehr als das 15fache der Dicke der gehärteten Filmschicht. Weiterhin sind Nuten und Rillen (7-4) für die Verminderung der Berührflächen vorgesehen. Das Verhältnis von Filmschichtdicke zu Wanddicke und das Vorsehen von Nuten und Rillen dient der Verhinderung des Ablösens an den Schichtungs-Grenzflächen.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde einen Flüssigkeitsstrahl-Schreibkopf zu schaffen, der bei einfachem Aufbau eine Herstellung mit verringertem Ausschuß erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die technischen Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Durch die Dimensionierung der Breite der Stege und der Stützwände und das nach außen hin offene Gestalten der von den Stützwänden umgebenen Räumen kann beim Aufbringen der Deckplatte kein Überdruck in diesen Räumen entstehen, der andernfalls zur Bildung von Lufteinschlüssen in der Verbindungsschicht führen könnte. Somit wird mittels eines einfachen Aufbaus des Aufzeichnungskopfes die Qualität der Verbindung verbessert und gleichzeitig die Ausschußhäufigkeit verringert.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung für den Aufbau eines Tintenstrahl-Schreibkopfes.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kommen die unten beschriebenen Klebevorgänge, die Vorgänge zum Anbringen einer lichtempfindlichen Harzschicht an der Verbindungsfläche der Deckplatte 7 deren Verbinden mit der oberen Fläche der aus einer gehärteten, lichtempfindlichen Harzschicht gebildeten Wandteile 6A, 6B und 6C und das sensibilisierende Härten zur Anwendung. Das Substrat 1 besteht aus Glas oder Keramik. Eine gewünschte Anzahl von Energiewandlerelementen 2 für den Tintenausstoß wird auf dem Substrat 1 angebracht; an die Elemente 2 wird ein (nicht gezeigtes) Verdrahtungsteil für die Signalzufuhr angeschlossen.

Die Wandteile 6A, 6B und 6C sind aus einer härtenden, lichtempfindlichen, dünnen Harzschicht gebildet, wobei die Wandteile 6C Stützwände sind, die mit der Tinte nicht unmittelbar in Berührung sind, jedoch im Hinblick auf das Anbringen der Deckplatte 7 an notwendigen Stellen vorgesehen werden. Die diese Wandteile 6A, 6B, 6C bildenden lichtempfindlichen Harzschichten können nach einem bekannten photolithographischen Verfahren gefertigt werden.

Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Wandbreiten LA, LB und LC der Wandteile 6A, 6B und 6C einander im wesentlichen gleich.

Die Deckplatte 7 (Fig. 1) besteht aus Glas oder Keramik und ist mit einem Harzfilm 8 aus lichtempfindlichem Harz versehen. Zur Verbindung der den Harzfilm 8 aufweisenden Deckplatte 7 mit den oberen Flächen der Wandteile 6A, 6B und 6C kann ein Verfahren, wie es nachfolgend erläutert wird, zur Anwendung kommen.

Im Fall von Wärmeerzeugungselementen wird die in den Kanälen 3, in denen einzelne Energiewandlerelemente 2 vorgesehen sind, nahe diesen Energiewandlerelementen 2 befindliche Flüssigkeit abrupt erhitzt, so daß die Energie zum Ausstoßen der Tinte erzeugt wird und die Tinte aus den am Ende der Kanäle 3 ausgebildeten Ausstoßöffnungen 4 ausgespritzt wird.

In der Deckplatte 7 sind Tintenzuführöffnungen 9 vorhanden.

Mit den einzelnen Strömungskanälen 3 steht eine Flüssigkeits- oder Tintenkammer (Raum 5) in Verbindung, um die sich eine umgebende Wand 6B zieht, während zwischen den Kanälen 3 Kanalwände 6A liegen.

Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Wandbreiten betreffende Bedingungen in hohem Maß das Auftreten des oben angedeuteten Nachteils oder Mangels an der Verbindungsfläche beeinflussen, wurden Klebeversuche unter Veränderung der Breiten der einzelnen aus dem erwähnten lichtempfindlichen, härtenden und filmartigen Harz gebildeten Wände bei der Verbindung der Deckplatte 7 mit dem Substrat 1 durchgeführt.

Die Verklebebedingungen und das Ergebnis der Zustandsprüfung nach dem Verkleben sind in der Tabelle am Ende der Beschreibung aufgeführt.

Die Prüfung nach dem Kleben wurde durch Betrachten von der Oberfläche der Deckplatte 7 her mit einem metallurgischen Mikroskop ausgeführt. Es wurden die Stellen, an denen Mängel, z. B. Restluft, vorhanden waren, gezählt.

Wie aus der Tabelle deutlich wird, trat bei den Beispielen, bei denen das Abmessungsverhältnis zwischen dem schmalsten und dem breitesten Teil der Kanalwände, der umgebenden Wand und der Stützwand 6C, die aus dem gehärteten, lichtempfindlichen Harz gebildet sind, drei oder größer ist, d. h. die Versuche Nr. 1, 2, 6, 7 und 8, eine Anzahl von Mängeln auf, während bei den Beispielen, bei denen dieses Abmessungsverhältnis zwei oder geringer ist, d. h. die Versuche Nr. 3, 4, 5, 9, 10 und 11, die Anzahl der Mängel stark vermindert ist. Insbesondere ist bei den Beispielen, bei denen das Abmessungsverhältnis eins ist, d. h. die Versuche Nr. 4 und 10, und bei den Beispielen, bei denen das Abmessungsverhältnis LA/LB zwei ist, d. h. die Versuche Nr. 5 und 11, die Anzahl der Mängel bemerkenswert gering, so daß man sagen kann, daß die Zuverlässigkeit an der verbundenen Fläche sehr hoch ist.

Als Klebeverfahren wurde vorher der Fall genannt, wonach ein lichtempfindlicher Harzfilm 8 an der Verbindungsfläche der Deckplatte 7 angebracht und die Deckplatte 7 mit der oberen Fläche der oben beschriebenen Wände aus gehärtetem, lichtempfindlichen Harz verbunden und anschließend Licht zur Einwirkung gebracht wird, um das Härten auszuführen. Dies ist jedoch nicht auf ein mit diesem Klebeverfahren erzeugtes Produkt beschränkt, sondern es kann selbstverständlich ein Erzeugnis auch nach dem folgenden Verfahren gefertigt werden:

• 1. Auf die Verbindungsfläche der Deckplatte 7 wird im Spin- Beschichtungsverfahren ein Epoxy- oder Akryl-Klebemittel mit einer Stärke von 3-4 µ aufgebracht, die Deckplatte 7 wird mit den oberen Flächen der Wände aus lichtempfindlichem, gehärteten Harz verbunden und das Klebemittel wird ausgehärtet.
• 2. Das unter Punkt 1. genannte Klebemittel wird im Spin- Beschichtungsverfahren aufgebracht, es wird vorbereitend erhitzt und in eine sog. B-Stufe überführt, die Deckplatte 7 wird mit den oberen Flächen der aus lichtempfindlichem Harz gebildeten Wände verbunden und das Klebemittel wird ausgehärtet.
• 3. Die aus einem thermoplastischen Harz, wie Akrylharz, ABS-Harz oder Polyäthylen bestehende Deckplatte 7 wird unmittelbar mit den oberen Flächen der Wände aus lichtempfindlichem Harz unter Wärmeeinwirkung verschmolzen.

Wenn eine gehärtete Filmschicht aus lichtempfindlichem Harz als Deckplatte 7 zur Anwendung kommt, so kann auch ein lichtempfindlicher Harzfilm 8 mit einer Wand aus einer lichtempfindlichen, härtenden Harzschicht in einfacher Weise verklebt werden, worauf das lichtempfindliche Harz durch Licht ausgehärtet werden kann.

Wird ein lichtempfindlicher Harzfilm 8 für die Verbindung der Deckplatte 7 verwendet, so ist es ferner erwünscht, lichtempfindliche Harzfilme 8 an den einander gegenüberliegenden Flächen der Deckplatte 7 vorzusehen, und zwar deshalb, weil die aus dem Härten der lichtempfindlichen Harzfilme 8 rührende Kontraktionskraft od. dgl. ausgeglichen wird, was es möglich macht, eine zuverlässigere Verbindung zu erreichen.

Selbstverständlich kann das Härten des lichtempfindlichen Harzes nicht nur durch Anwendung von Lichtenergie bewerkstelligt werden, sondern auch durch Anwendung von Wärmeenergie zusammen mit Lichtenergie.

Wie beschrieben wurde, werden Kanäle und/oder eine mit diesen in Verbindung stehende Flüssigkeitskammer zwischen Wandteilen 6A, 6B die aus einer gehärteten Filmschicht eines lichtempfindlichen Harzes gefertigt sind, gebildet, wobei an den Wandteilen ein Substrat 1 und eine Deckplatte 7 vorhanden sind. Die maximale Breite der Wandteile des Tintenstrahl-Schreibkopfes, der als unitärer Schreibkopf gefertigt werden kann, beträgt das Doppelte oder weniger als das Doppelte der minimalen Wandbreite, weshalb bei einem Verbinden der Deckplatte 7 mit den oberen Flächen der substratseitigen Wandteile 6A, 6B und 6C das Auftreten von Mängeln, wie zurückbleibende Blasen, unterdrückt werden kann, um das Aufrechterhalten eines guten Haft- oder Klebezustands zu gewährleisten, so daß im Ergebnis ein in hohem Maß zuverlässiger und betriebssicherer Tintenstrahl-Schreibkopf geschaffen wird.

Ferner wird nicht nur das Abschälen oder Abheben der Deckplatte 7, sondern auch ein Verziehen des Tintenstrahl-Schreibkopfes, das aus dem Unterschied im Haftflächenbereich resultiert, ausgeschaltet, so daß also ein betriebssicherer Tintenstrahl-Schreibkopf mit ausgezeichneten Aufzeichnungskennwerten erhalten wird.

Tabelle

Claims (7)

1. Flüssigkeitsstrahl-Schreibkopf mit einem Substrat (1), das aus einer gehärteten Filmschicht eines lichtempfindlichen Materials gebildete Stege (6A, 6B) zur Begrenzung von Kanälen (3) und Räumen (5) für Tinte und Stützwände (6C) aufweist, deren obere Fläche mit einer Deckplatte (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Breite (LA, LB, LC) der Stege (6A, 6B) und der Stützwände (6C) das zweifache oder weniger als das zweifache der minimalen Breite der Stege (6A, 6B) bzw. der Stützwände (6C) beträgt, wobei die maximale Breite (LA, LB, LC) kleiner gleich 200 µm ist und, daß von den Stützwänden (6C) gebildete Räume zur Belüftung nach außen hin geöffnet sind.

2. Flüssigkeitsstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützwände (6C) eine die Stege (6A, 6B) umgebende Wand bilden.

3. Flüssigkeitsstrahl-Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten der Kanäle (3) und Räume (5) eine gleiche Anzahl von Stützwänden (6C) angeordnet ist.

4. Flüssigkeitsstrahl-Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (6A, 6B) und Stützwände (6C) gleiche Breite besitzen.

5. Flüssigkeitsstrahl-Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Breite der Stege (6A, 6B) und Stützwände (6C) kleiner als ungefähr 100 µm ist.

6. Flüssigkeitsstrahl-Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (7) einen für die Verbindung härtbaren fotoempfindlichen oder einen thermoplastischen Harzfilm (8) auf der den Stegen (6A, 6B) und Stützwänden (6C) zugeordneten Seite aufweist.

7. Flüssigkeitsstrahl-Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Deckplatte (7) und den Stegen (6A, 6B) und Stützwänden (6C) eine Klebeschicht vorhanden ist.