DE3546063A1

DE3546063A1 - Verfahren zur herstellung eines fluessigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes

Info

Publication number: DE3546063A1
Application number: DE19853546063
Authority: DE
Inventors: Hiromichi Urawa Saitama Noguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1986-07-03
Also published as: US4775445A; US4657631A; JPS61154947A; DE3546063C2; JPH0645242B2

Description

Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlauf zeichnung skopf es

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, der in einem TintenstrahlaufZeichnungssystem Verwendung findet und eine Aufzeichnungsflüssigkeit in der Form von Flüssig-S keitströpfchen ausstößt.

Ein in einem Tintenstrahlaufzeichnungssystem (einem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungssystem) Verwendung findender Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf besitzt üblicherweise eine feine Flüssigkeitsabgabeöffnung (hiernach nur als öffnung bezeichnet), eine Flüssigkeitsströmungsbahn und eine Einrichtung zur Erzeugung der Flüssigkeitsabgabeenergie, die entlang der Flüssigkeitsströmungsbahn angeordnet ist. Bislang konnte ein derartiger Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß feine Rillen auf einer Glasplatte, einer Metallplatte u.a. durch Schneiden oder Ätzen ausgebildet wurden und die Rillenplatte mit einer anderen geeigneten Platte verbunden wurde, um die Flüssigkeitsströmungsbahnen zu erzeugen. Bei einem nach dem vorstehend erwähnten herkömmlichen Verfahren hergestellten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf ist jedoch die Rauhigkeit der Innenwand der eingeschnittenen Flüssigkeitsströmungsbahn

zu hoch oder die Flüssigkeitsströmungsbahn ist aufgrund von unterschiedlichen Ätzgraden Spannungen ausgesetzt. Es ist daher mit Schwierigkeiten verbunden, eine Flüssigkeitsströmungsbahn mit einem konstanten Strömungsbahnwiderstand auszubilden, so daß daher die Flüssigkeitsabgabeeigenschaften eines auf diese Weise hergestellten Flüssigkeitsstrahlauf zeichnungskopfes nicht gleichmäßig sind.

Während des Einschneidens kann die Platte leicht reißen oder brechen. Somit ist die Ausbeute gering. Wenn ein Ätzvorgang ausgeführt wird, steigt die Anzahl der Herstellschritte an, was mit einer Zunahme der Herstellkosten verbunden ist. Darüberhinaus haben die vorstehend erwähnten herkömmlichen Verfahren die nachfolgend aufgeführten gerneinsamen Nachteile:

1. Eine Oberlagerungsplatte, in der ein Antriebselement, beispielsweise ein piezoelektrisches Element, ein elektrothermischer Wandler u.a., die erforderliche Energie für die Abgabe der Aufzeichnungsflüssigkeitströpfchen erzeugt, wird nicht genau auf die Rillenplatte gesetzt, in der die Flüssigkeitsströmungsbahn ausgebildet ist; und

2. es ist unmöglich, große Mengen zu produzieren.

Normalerweise befindet sich der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf in der Umgebung seines Einsatzes immer in Kontakt mit der Aufzeichnungsflüssigkeit. Bei dieser Auf-Zeichnungsflüssigkeit handelt es sich normalerweise um Tinte, die in erster Linie aus Wasser besteht, das in vielen Fällen nicht neutral ist, oder um Tinte, die in

erster Linie aus einem organischen Lösungsmittel besteht. Es ist daher wünschenswert, ein Material für den Flüssigkeitsstrahlauf zeichnungskopf zu verwenden, das durch den Einfluß der Aufzeichnungsflüssigkeit keine Reduzierung in seiner Festigkeit erfährt, und eine Aufzeichnungsflüssigkeit einzusetzen, die keinen schädlichen Bestandteil aufweist, der eine Verschlechterung der Eignung der Aufzeichnungsflüssigkeit bewirkt. Bei den herkömmlichen Verfahren konnte jedoch aufgrund von Beschränkungen des Behandlungsverfahrens etc. nicht immer ein Material gefunden werden, das diese Bedingungen erfüllt.

In der US-PS 4 412 224 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes beschrieben, das nachfolgend erläutert wird. Bei diesem bekannten Verfahren werden folgende Schritte hintereinander ausgeführt: (1) Unter Verwendung eines Negativ-Fotoresistes wird ein Resist-Muster ausgebildet, das die Flüssigkeitsströmungsbahn auf dem Substrat bildet, (2) der Seitenwandteil der Flüssigkeitsbahn wird auf galvanischem Wege auf dem Abschnitt, auf dem das vorstehend erwähnte Resist-Muster nicht vorhanden ist, ausgebildet, (3) das Resist-Muster wird vom Substrat entfernt, und (4) es wird eine Deckplatte vorgesehen.

Zur Entfernung des Resist-Musters vom Substrat (Schritt (3) ) läßt man das Muster jedoch nur in einer Flüssigkeit quellen, da sich das aus dem Negativ-Fotoresist bestehende Muster nicht in einer Flüssigkeit löst. Dies hat den Nachteil, daß das Muster teilweise am Substrat und der Flüssigkeitsströmungsbahnwand haften bleibt, so daß auf diese Weise die Genauigkeit in bezug auf die Abmessungen

der Flüssigkeitsbahn reduziert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes zur Verfügung zu stellen, das billig, genau und äußerst zuverlässig ist.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, gemäß dem die Flüssigkeitsströmungsbahn mit guter Ausbeute sehr genau mit großer Feinheit bearbeitet werden kann.

Erfindungsgemäß soll ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes zur Verfügung gestellt werden, mit dem sich ein Kopf herstellen läßt, der keinen schädlichen Beeinflussungen durch die Aufzeichnungsflüssigkeit aus-gesetzt ist und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit sowie chemische Beständigkeit aufweist.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, der eine Flüssigkeitsströmungsbahn, eine mit der Flüssigkeitsströmungsbahn in Verbindung stehende Flüssigkeitsausstoßöffnung und ein Element zur Erzeugung der entsprechenden Flüssigkeitsausstoßenergie, das entlang der Flüssigkeitsströmungsbahn angeordnet ist, aufweist, gelöst, das die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Ausbilden einer festen Schicht, die einen Fotoresist eines positiven lichtempfindlichen Materials enthält, auf einem Substrat gemäß dem Muster der Flüssigkeitsströmungsbahn,

Cb) Auffüllen der Ausnehmungen auf dem Substrat, in denen die feste Schicht nicht vorhanden ist, mit einem Material zur Erzeugung einer Flüssigkeitsströmungsbahnwand und

(c) Entfernen der festen Schicht vom Substrat.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

die Figuren 1-6

in schematischer Weise Schritte von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und dabei im einzelnen

Figur

Figur 2A

Figur 2B

Figur

eine schematische Schrägansicht eines mit Elementen zur Erzeugung von Flüssigkeitsausstoßenergie versehenen Substrates vor der Ausbildung einer festen Schicht;

eine schemati'sche Draufsicht nach der Ausbildung der festen Schicht;

einen schematischen Schnitt entlang Linie A-A' in Figur 2A;

einen schematischen Schnitt an der gleichen Stelle wie bei Figur 2B nach Auflaminieren eines Materials zur Ausbildung einer Flüssigkeits-

strömungsbahnwand;

Figur

10 15 20

Figur

Figur einen schematischen Schnitt an der gleichen Stelle wie bei Figur 2B bei Verwendung eines flüsigen aushärtenden Materiales als Material zur Erzeugung der Flüssigkeitsströmungsbahnwand und nach dem Aushärten des Materials;

einen schematischen Schnitt an der gleichen Stelle wie bei Figur 2B nach dem Entfernen der festen Schicht;

eine schematische Schrägansicht eines vervollständigten Flüssigkeitsstrahlauf zeichnungskopf es; und

eine schematische Schrägansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten Flüssigkeitsstrahlauf zeichnungskopf es vor dem Anheften einer Deckplatte.

Die Figuren 1 bis 6 zeigen in schematischer Weise die grundlegenden Verfahrensschritte der Erfindung. Ferner zeigen diese Figuren ein Beispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf zwei öffnungen. Das erfindungsgemäße Verfahren schließt jedoch ebenfalls die Herstellung von Flüssigkeits-

Strahlaufzeichnungsköpfen mit einer Vielzahl von öffnungen hoher Dichte sowie die Herstellung von Flüssigkeitsstrahlauf zeichnungsköpf en mit nur einer öffnung ein. Darüberhinaus betrifft dieses Ausführungsbeispiel die Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsköpfes, durch dessen öffnung eine Flüssigkeit in eine entsprechende Richtung abgegeben wird, wie die Flüssigkeit strömt. Die Erfindung ist jedoch ebenfalls nicht auf einen solchen Fall beschränkt und umfaßt beispielsweise auch ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsköpfes, durch dessen öffnung die Flüssigkeit in eine Richtung abgegeben wird, die senkrecht zu der der Flüssigkeitsströmung verläuft.

Bei diesem Ausführungsbeispiel findet ein Substrat 1 Verwendung, das beispielsweise aus Glas, Keramik oder Metall etc. besteht, wie in Figur 1 gezeigt. Figur 1 zeigt eine schematische Schrägansicht eines solchen Substrates, auf dem eine Einrichtung zur Erzeugung von Flüssigkeitsabgabeenergie angeordnet ist, vor Ausbildung einer festen Schicht.

Es kann ein Substrat 1 ohne Beschränkungen hinsichtlich seiner Form, der Qualität des Materials u.a. verwendet werden, wenn das Substrat als Teil des Elementes zur Ausbildung der Flüssigkeitsströmungsbahn oder als Träger zur Ausbildung einer festen Schicht und der Flüssigkeitsströmungsbahnwand dient, wie nachfolgend beschrieben. Auf diesem Substrat 1 wird eine gewünschte Anzahl (in Figur 1 zwei) von Einrichtungen 2 zur Erzeugung der entsprechenden Flüssigkeitsabgabeenergie, bei denen es sich um elektrothermische Wandler oder piezoelektrische Elemente etc.

handelt, angeordnet. Die zur Erzeugung der Aufzeichnungsflüssigkeitströpfchen erforderliche Abgabeenergie wird der

- ro -

Tintenflüssigkeit durch die Einrichtung 2 zugeführt. Wenn daher beispielsweise ein elektrothermischer Wandler als Flüsigkeitsabgabeenergieerzeugungseinrichtung 2 Verwendung findet, wird die Aufzeichnungsflüssigkeit auf der Ein-S richtung und in der Nachbarschaft von der Einrichtung erhitzt, um Abgabeenergie zu erzeugen. Wenn ein piezoelektrisches Element als Einrichtung 2 verwendet wird, wird die Abgabeenergie durch mechanische,^ Schwingungen dieses Elementes erzeugt.
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Eine Elektrode zur Eingabe eines gesteuerten Signales (in der Figur nicht gezeigt) ist an die vorstehend genannte Einrichtung 2, d.h. den elektrothermischen Wandler bzw. das piezoelektrische Element, angeschlossen, um diese zu betreiben. Normalerweise ist eine Funktionsschicht, beispielsweise eine Schutzschicht u.a., vorgesehen, um die Haltbarkeit der Einrichtung zur Erzeugung der Abgabeenergie zu verbessern. Auch bei der vorliegenden Erfindung kann eine derartige Funktionsschicht Verwendung finden. Bei dieser Ausführungsform wird die Einrichtung zur Erzeugung der Abgabeenergie auf dem Substrat vorgesehen, bevor die Flüssigkeitsströmungsbahn ausgebildet wird. Die Einrichtung kann jedoch auch zu irgendeinem anderen beliebigen Zeitpunkt auf dem Substrat angeordnet werden. 25

Als nächstes wird die feste Schicht 3 auf dem zur Ausbildung der Flüssigkeitsströmungsbahn bestimmten Abschnitt, auf dem die Einrichtung 2 zur Erzeugung der Abgabeenergie vorher angeordnet worden war, des Substrates hergestellt, wie in den Figuren 2 A und 2 B gezeigt. Figur 2A zeigt eine schematische Draufsicht nach der Ausbildung der festen Schicht. Figur 2B ist ein Schnitt entlang der strichpunktierten Linie A-A¹ in Figur 2A.

Die feste Schicht 3 wird vom Substrat 1 entfernt, nachdem ein Material zur Ausbildung der Flüssigkeitsströmungsbahnwand in der nachfolgend beschriebenen Weise vorgesehen worden ist. Es ist naturgemäß möglich, die Flüssigkeitsströmungsbahn in einer gewünschten Form auszubilden. Die für die Ausbildung der Flüssigkeitsströmungsbahn vorgesehene feste Schicht 3 kann in Abhängigkeit von der Form der Flüssigkeitsströmungsbahn ausgestaltet werden. >-Bei dieser Ausführungsform, bei der gemäß zwei Einrichtungen zur Erzeugung von Abgabeenergie Aufzeichnungströpfchen von zwei öffnungen abgegeben werden, umfaßt der durch Entfernung der festen Schicht gebildete Abschnitt zwei feine Flüssigkeitsströmungsbahnen und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer zur Zuführung einer Aufzeichnungsflüssigkeit zu den zwei Bahnen.

Gemäß der Erfindung handelt es sich bei dem die feste Schicht bildenden Material um ein positives lichtempfindliches Material. Ein solches Material hat diverse Vorteile: Ci) die Auflösung ist besser als bei einem negativen lichtempfindlichen Material, (ii) das Reliefmuster besitzt eine vertikale und glatte Seitenwandfläche und (iii) das Reliefmuster kann durch Verwendung einer Entwicklungsflüssigkeit oder eines organischen Lösungsmittels u.a. gelöst und entfernt werden. Daher stellt ein positives lichtempfindliches Material ein wünschenswertes Material zur Ausbildung der festen Schicht dar. Dieses Material kann entweder die Form einer Flüssigkeit oder die eines trockenen Filmes besitzen. Ein positives lichtempfindliches Material in der Form eines trockenen Filmes stellt das am meisten bevorzugte Material dar, da ein dicker Film von beispielsweise 10 - 100 pm erzeugt und die Filmdicke in einfacher Weise gesteuert werden kann. Ferner sind die Gleichmäßigkeit und die Handhabung ausgezeichnet.

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Als positives lichtempfindliches Material können beispielsweise die folgenden Materialien Anwendung finden: Materialien, die o-Naphthochinondiazide und alkalilösliche Phenolharze enthalten, und Materialien, die alkalilösliche Harze und Substanzen enthalten, die in der Lage sind, durch Photolyse letztendlich Phenol zu erzeugen, wie Diazoniumsalze, beispielsweise Benzoldiazoniumsalze. Von diesen Materialien kann beispielsweise ein Film Verwendung finden, der aus einer Polyesterlage und dem vorstehend erwähnten positiv lichtempfindlichen Material besteht, das die Polyesterlage überlagert und bei dem es sich um das Material "OZATEC R 225" (Handelsname der Firma Hoechst Japan Co.) handelt.

Die feste Schicht kann nach dem sogenannten Bilderzeugungsverfahren unter Verwendung eines positiven lichtempfindlichen Materiales hergestellt werden.

Erfindungsgemäß kann die feste Schicht so hergestellt werden, daß eine in einem Lösungsmittel lösliche Polymerschicht und eine Positiv-Fotoresistschicht einer gewünschten Dicke nacheinander auf einem Substrat 1 laminiert werden und daß ein Muster in der Positiv-Resistschicht ausgebildet wird, wonach die in einem Lösungsmittel lösliche Polymerschicht wahlweise entfernt wird.

Als in einem Lösungsmittel lösliches Polymer können beliebige hochpolymere Verbindungen Verwendung■finden, die in der Lage sind, durch Beschichtung einen Film zu erzeugen, wenn ein entsprechendes Lösungsmittel vorhanden ist, das das Polymer lösen kann.

Als Positiv-Fotoresist kann ein Material Verwendung finden, das ein Phenolharz vom Novolactyp und ein Naphthochinondiazid enthält u.a. .

Vom Standpunkt der Verfahrensgenauigkeit, der leichten Entfernung und der Durchführbarkeit des Verfahrens her ist es optimal, einen positiven lichtempfindlichen Trockenfilm zu verwenden.
5

Das Substrat 1, das mit der festen Schicht 3 versehen ist, wird beispielsweise mit einem solchen Material 4 zur Ausbildung einer Flüssigkeitsströmungsbahnwand bedeckt, wie es in Figur 3 gezeigt ist. Figur 3 zeigt einen schematischen Schnitt an einer der Figur 2B entsprechenden Stelle, nachdem das die Flüssigkeitsströmungsbahnwand formende Material 4 aufgebracht worden ist.

Als Material zur Formung der Flüssigkeitsströmungsbahnwand kann vorzugsweise irgendein Material Verwendung finden, das das vorstehend erwähnte feste Material abdecken kann.

Da es sich bei diesem Material um ein Baumaterial zur Ausbildung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes durch Herstellung von Flüssigkeitsströmungsbahnen handeln soll, wird es vorgezogen, ein Material auszuwählen, das ausgezeichnete Adhäsionseigenschaften an einem Substrat, eine gute mechanische Festigkeit, gute Dimensionsbeständigkeit und einen guten Korrosionswiderstand aufweist.

Als solche Materialien finden vorzugsweise Flüssigkeiten Verwendung, die durch Hitzeeinwirkung, UV-Strahlung oder Elektronenstrahlen gehärtet werden können. Insbesondere werden vorzugsweise Epoxidharze, Acrylharze, Diglycoldialkylcarbonatharze, ungesättigte Polyesterharze, Polyurethanharze, Polyimidharze, Melaminharze, Phenolharze, Harnstoffharze u.a. verwendet. Ferner können Metalle Verwendung finden, die durch galvanische Abscheidung, Bedampfen,

Besprühen o.a. laminiert werden können,vie beispielsweise Cu, Ag, Au, Ni, Cr, Sn, Pb, Zn, Al, Ti u.a. Beim Bedampfen oder Besprühen können Verbindungen, wie Metalloxide, Sulfide u.a., Verwendung finden.
5

Erfindungsgemäß wird vom Standpunkt des Wirkungsgrades her vorzugsweise das vorstehend erwähnte flüssige aushärtende Material als Material zur Formung der Flüssigkeitsströmungsbahnwand eingesetzt.
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Wenn das vorstehend erwähnte flüssige aushärtende Material als Material zur Formung der FlüssigkeitstrÖmungsbahnwand verwendet wird, wird das Material in einer gewünschten Dicke mit Hilfe einer bekannten Technik, beispielsweise durch Streichbeschichten, Walzbeschichten, Sprühbeschichten u.a., auf das Substrat aufgebracht. Eine Beschichtung nach einer Entlüftung des Materiales wird bevorzugt, um das Mitführen von Luftblasen zu verhindern.

Wenn beispielsweise ein Material 4 zur Ausbildung der Flüssigkeitsströmungsbahnwand das Substrat in der in Figur gezeigten Weise überlagert und das Material aus dem vorstehend erwähnten aushärtenden Material besteht, wird es in einem vorgegebenen Zustand in einem solchen Stadium ausgehärtet, daß ein Fließen und ein Ausströmen der Flüssigkeit verhindert wird. Falls gewünscht, wird eine Pressplatte auf den oberen Abschnitt gebracht.

Figur 4 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform, bei der ein flüssiges Aushärten des Materials als Material zur Formung der Flüssigkeitsströmungsbahnwand verwendet wird, wobei der Schnitt an der gleichen Stelle wie bei Figur 2B geführt worden ist.

Wenn bei Raumtemperatur oder durch Erhitzen ausgehärtet wird, läßt man das Material 30 min bis 2 h stehen. Wenn mit

UV-Strahlung o.a. ausgehärtet wird, kann eine Strahlung über 10 min oder weniger das Material aushärten.

Das gemäß der Erfindung am meisten bevorzugte Verfahren zum Laminieren des Materiales 4 zur Formung der Flüssigkeitsströmungsbahnwand ist ein Aushärtungsverfahren, bei dem Epoxidharze mit einer Verbindung Verwendung finden, die in der Lage ist, durch aktive Strahlung eine Lewis-Säure, wie beispielsweise aromatische Diazoniumsalze, aromatische Oniumsalze u.a., freizusetzen.

Nach dem Aushärten wird die feste Schicht 3 von dem mit der festen Schicht 3 und dem Material 4 zur Formung der Flüssigkeitsströmungsbahnwand versehenen Substrat entfernt, um die Flüssigkeitsströmungsbahnen auszubilden.

Obwohl die Mittel zur Entfernung der festen Schicht 3 nicht kritisch sind, wird es beispielsweise bevorzugt, das Substrat in einer Flüssigkeit einzuweichen, die in der Lage ist, die feste Schicht 3 zu lösen und zu entfernen. Nach dem Entfernen der festen Schicht können, falls gewünscht, diverse Mittel zur Beschleunigung der Entfernung Verwendung finden, beispielsweise eine Ultraschallbehandlung, Sprühen, Erhitzen, Rühren u. ä.
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Als Flüssigkeit zum Entfernen können beispielsweise Verwendung finden: halogenenthaltende Kohlenwasserstoffe, Ketone, Ester, aromatische Kohlenwasserstoffe, Äther, Alkohole, N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid, Phenole, Wasser, wäßrige Lösungen von starkem Alkali u.a. Falls erforderlich, können zu der Flüssigkeit grenzflächenaktive Stoffe zugesetzt werden. Es wird bevorzugt, die feste Schicht desweiteren mit Licht zu bestrahlen, beispielsweise UV-Licht u.a. Es

wird ferner bevorzugt, die Flüssigkeit auf 40 - 60° C zu erhitzen.

Figur 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die feste Schicht 3 durch Auflösung entfernt wird. Flüssigkeitszuführöffnungen 6 werden geformt, bevor die feste Schicht durch Auflösung entfernt wird, wonach die Entfernung der Schicht durchgeführt wird. Figur 6 zeigt eine schematische Schrägansicht des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes nach der Entfernung der festen Schicht. Figur 5 ist ein schematischer Schnitt an der gleichen Stelle wie bei Figur 2B nach Entfernung der festen Schicht 3.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die feste Schicht 3 in eine Flüssigkeit eingeweicht, die in der Lage ist, den Feststoff zu lösen, und wird durch die Flüssigkeitszuführöffnungen 6 gelöst und entfernt. Wenn die Spitzen der öffnungen nicht freiliegen, wird die aus dem Substrat, der festen Schicht und dem Material zur Formung der Flüssigkeitsströmungsbahnwand bestehende Einheit entlang der strichpunktierten Linie C-C in Figur 6 zertrennt, bevor die Entfernung mittels Auflösung durchgeführt wird, um auf diese Weise die Spitzen der öffnungen freizulegen.

Ein derartiges Abtrennen der Öffnungsspitzen der Substrateinheit ist jedoch nicht immer erforderlich. Wenn beispielsweise ein flüssiges aushärtendes Material als Material zur Formung der Flüssigkeitsströmungsbahn und eine Form zum Laminieren der Materialien verwendet wird, die Spitzenabschnitte der öffnungen nicht abgedeckt und flach ausgebildet sind, ist ein derartiges Abtrennen nicht erforderlich.

Wie vorstehend erläutert, wird ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf hergestellt, in dem gewünschte Flüssigkeits-

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strömungsbahnen S an gewünschten Stellen des Substrates 1, das mit Elementen 2 zur Erzeugung von Ausstoßenergie versehen ist, ausgebildet werden. Falls dies gewünscht wird, erfolgt nach dem Ausbilden der Flüssigkeitsströmungsbahnen eine Abtrennung entlang der Linie C-C in Figur 6. Diese Abtrennung wird durchgeführt, um den Abstand zwischen dem Element 2 zur Erzeugung der Flüssigkeitsausstoßenergie und der öffnung zu optimieren, wobei der abzutrennende Bereich wahlweise festgelegt werden kann. Falls gewünscht, können die Spitzen der öffnungen poliert und geglättet werden, um den Flüssigkeitsausstoß zu optimieren.

Wie in Figur 7 gezeigt, wird beispielsweise nach der Ausbildung der festen Schicht ein Material zur Formung der Flüssigkeitsströmungsbahnwand in einer gewünschten Dicke auf die feste Schicht laminiert. Danach wird die feste Schicht durch die vorstehend erwähnten Verfahren entfernt, um nur noch die Flüssigkeitsströmungsbahnwände 7 aus dem entsprechenden Material auszubilden. Danach wird eine gewünschte Deckplatte 9 auf das Material zum Formen der Flüssigkeitsströmungsbahn geheftet, um die Herstellung des Flüssigkeitsstrahlauf zeichnungskopf es zu beenden.

Figur 7 ist eine schematische Schrägansicht eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes vor dem Anheften der Deckplatte. Falls gewünscht, kann der Kopf entlang der Linie B-B¹ durchtrennt werden.

Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform die Strömungsbahnwand 7 und die feste Schicht die gleiche Höhe besitzen, kann die feste Schicht nach oder vor dem Anheften der Deckplatte 9 entfernt werden. Durch das Anheften der Deckplatte 9 nach dem Entfernen der festen Schicht kann die feste Schicht in

sicherer Weise entfernt werden,und es ist möglich, die
Produktionsausbeute sowie Produktivität zu verbessern.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Flüssigkeitsströmungsbahnbauteil können die Strömungsbahnwand 7 und die Deckplatte 9 voneinander getrennt, wie in Figur 7 gezeigt, oder einstückig miteinander ausgebildet sein, wie in Figur 6 gezeigt.

Es wird bevorzugt, die Strömungsbahnwand 7 und die Abdeckplatte 9 einstückig auszubilden, da auf diese Weise die Herstellschritte einfach sind. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, einen Kleber zu verwenden, so daß auf diese Weise
nicht der Nachteil auftritt, daß der Kleber in die Rillen fließt und diese verstopft sowie an den Elementen zur Erzeugung der Flüssigkeitsausstoßenergie haftet, so daß deren Funktion beeinträchtigt wird. Darüberhinaus kann eine hohe Dimensionsgenauigkeit erzielt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Beispiel 1

Nach dem in den Figuren 1 bis 6 gezeigten Verfahren wurden Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsköpfe hergestellt, die den in Figur 6 dargestellten Aufbau aufwiesen.

Zuerst wurde auf ein Glassubstrat, das mit elektrothermischen Wandlern (Material H_fB₂) als Elementen zur Erzeugung der

Flüssigkeitsausstoßenergie versehen war, eine lichtempfindliche Schicht einer Dicke von 50 pm durch Laminieren aufge-

bracht, die aus einem Positiv-Trockenfilm "OZATEC R 225" (Produkt der Firma Hoechst Japan K.K.) bestand. Eine Fotomaske mit einem Figur 6 entsprechenden Muster wurde auf die lichtempfindliche Schicht gebracht, und der übrige Abschnitt, in dem keine Flüssigkeitsströmungsbahnen ausgebildet werden sollten, wurde mit einer UV-Strahlung von 70 mJ/cm^a bestrahlt. Die Längen der Flüssigkeitsströmungsbahnen betrugen 3 mm. Danach wurde eine Sprühentwicklung mit 1 %-iger caustischer Sodalösung durchgeführt, um eine feste Reliefschicht einer Dicke von etwa 50 pm auf dem erwähnten Ab" schnitt des die elektrothermischen Wandler umfassenden Glassubstrates, auf dem die Flüssigkeitsströmungsbahnen ausgebildet werden sollten, zu erzeugen.

Nach dem gleichen Verfahren wir vorstehend beschrieben, wurden insgesamt drei Substrate mit einer darauf angeordneten Festschicht hergestellt. Danach wurde der ausgenommene Abschnitt eines jeden Substrates, in dem sich die feste Schicht nicht ausgebildet hatte, mit einem flüssigen Material gefüllt, das das in Tabelle 1 aufgeführte Aushärtungsvermögen besaß. Diese Behandlung wurde in der folgenden Weise durchgeführt:

Die entsprechenden Materialien zum Aushärten a, b, und c, die mit einem Katalysator vermischt waren (1 Gew.-I Methyläthylketonperoxid wurde bei b oder c zugesetzt) oder denen ein Härter zugesetzt war, falls erforderlich, wurden mit Hilfe einer Vakuumpumpe entgast. Die entgasten drei Materiaien wurden dann in einer Dicke von 100 pm mit Hilfe einer geeigneten Aufbringungseinrichtung auf die vorstehend erwähnten Substrate, auf denen die feste Schicht ausgebildet worden war, aufgebracht. Die drei verschiedenen Substrate ließ man dann 12 h lang bei 30° C stehen, um die auf den Substraten vorhandenen ent-

sprechenden flüssigen Materialien vollständig auszuhärten.

Nach dem Aushärten wurden die drei Substrate mit UV-Strahlung von 3.00OmJ/cm² bestrahlt, um die feste Schicht des Positiv-Trockenfilmes zu lösen. Nach der Lösungsbehandlung wurden die entsprechenden drei Substrate an der Stelle, wo die Öffnungen ausgebildet werden sollten, zertrennt, so daß eine freiliegende Endfläche ausgebildet wurde.

Die Substrate, deren Endfläche freilag, wurden dann in eine wäßrige 51-ige NaOH-Lösung eingetaucht, und es wurde in einem Ultraschallreinigungskessel eine Lösungsentfernungsbehandlung etwa 10 min lang durchgeführt. Nach dieser Behandlung wurden die entsprechenden Substrate 5 min lang mit reinem Wasser gespült und getrocknet.

	a)	Harz	Tabelle 1	Hersteller
20	b)	Epoxidharz	Handelsname	Ciba-Geigy A.G.
	c)	ungesättigtes Polyesterharz	Araldit CY230/HY956	Dainihon Ink K.K.
25		Acrylharz	Polylit CH304	Mitsubishi Rayon Co.
	Acrysirup

In keiner Flüssigkeitsströmungsbahn der drei auf diese Weise hergestellten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsköpfe

konnte ein restlicher Teil einer festen Schicht aufgefunden werden. Die entsprechenden Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsköpfe wurden in einer Aufzeichnungsvorrichtung montiert, und es wurden entsprechende Aufzeichnungen durchgeführt, wobei eine Tinte verwendet wurde, die aus reinem Wasser/ Glyzerin/Direct Black 154 (wasserlöslicher schwarzer Farbstoff) = 65/30/5 bestand. Es wurde ein beständiger Druck erhalten.

Beispiel 2

Ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit dem Aufbau der Figur 6 wurde hergestellt, indem Ni und Cr als Materialien zur Ausbildung der Flüssigkeitsströmungsbahnwände verwendet wurden.

Als erstes wurde eine lichtempfindliche Schicht einer Dicke von 25 μια aus einem Positiv-Trockenfilm "OZATEC R 225" (von der Firma Hoechst Japan K.K.) auf einem Glassubstrat ausgebildet, das mit elektrothermischen Wandlern (Material H^B-) als Elementen zur Erzeugung der Flüssigkeitsausstoßenergie versehen war. Dann wurde eine Glasfotomaske entsprechend Figur 6 aufgebracht, und der übrige Abschnitt, auf dem keine Flüssigkeitsströmungsbahnen ausgebildet werden sollten, tcrde mit einer UV-Strahlung von 40 mJ/cm² bestrahlt. Danach wurde eine Sprühentwicklung durchgeführt, indem eine ll-ige wäßrige caustische Sodalösung verwendet wurde, um eine feste Schicht einer Dicke von etwa 25 pm auf dem erwähnten Abschnitt des Glassubstrates einschließlich der elektrothermischen Wandler auszubilden, auf dem die Flüssigkeitsströmungsbahnen erzeugt werden sollten. Die auf diese Weise ausgebildeten Öffnungsabschnitte besaßen eine Länge von 2 mm, eine Breite von 20 pm und waren in Abständen von

30 μΐη angeordnet.

Das Substrat, auf dem die festen Schichten ausgebildet worden waren, wurde in eine Zerstäubungsvorrichtung vom Magnetron-Typ eingebracht, und eine dünne Schicht aus metallischem Cr mit einer Dicke von 0,1 pm wurde auf der Oberfläche des Substrates, wo die festen Schichten ausgebildet worden waren, hergestellt. Danach wurde das Substrat in ein Elektrolytbad mit einem pH von 4,5 getaucht, das in erster Linie Nickelchlorid und Nickelsulfat enthielt. Eine galvanische Abscheidung wurde bei 50° C über 60 min lang durchgeführt, wobei eine Nickelschicht mit einer Dicke von etwa 80 pm ausgebildet wurde.

Nachdem das Auflaminieren von Ni und Cr als Materialien zur " Formung der Flüssigkeitsströmungsbahnwände beendet worden war, wurden Einlasse zur Zuführung von Flüssigkeit perforiert, und das Ende der Öffnung wurde durch Zertrennen des Substrates freigelegt. Danach wurde das Substrat in ein Flüssigkeitsgemisch eingetaucht, das aus Äthanol/Dodecylbenzolsulfonsäure

(Gewichtsteilverhältnis 95 : 5) bestand,und es wurde in einem Ultraschallreinigungskessel eine Entfernungsbehandlung durch Auflösung über etwa 10 min durchgeführt. Nach dieser Behandlung wurde das Substrat über 5 min mit reinem Wasser ( 25 gespült und getrocknet.

Der auf diese Weise hergestellte Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf wurde in eine^ Auf Zeichnungsvorrichtung montiert, und es wurde ein Aufzeichnungstest über drei Monate durchgeführt. Hierbei traten keine Ausfällungen in den Tinten bzw. Ausstoßschwankungen durch Verstopfungen auf, und es wurde ein guter Druck erhalten. Ferner war kein Abblättern bzw. eine Verformung der Öffnungen o.a. zu beobachten.

Beispiel 3

Es wurde ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach dem Verfahren der Figuren 1 bis 6 hergestellt, der den in Figur 6 gezeigten Aufbau aufwies.

Zuerst wurde auf einem Glassubstrat, das mit elektrothermischen Wandlern (Material Η,γΒ^) als Elementen zur Erzeugung der Flüssigkeitsaüsstoßenergie versehen war, eine lichtempfindliche Schicht aus einem Trockenfilm hergestellt, indem ein Lumirror Q-8 0-Film (Handelsname der Firma Toray) mit 30 Teilen eines Phenolharzes vom Cresol-Novolac-Typ, 25 Teilen eines veresterten Produktes von Naphthochinon-(l,2)-Diazid-(2)-5-Sulfonsäure und 2,3, 4-Trihydroxybenzophenon, 15 Teilen von Polyäthylacrylat (durchschnittliches Molekulargewicht 8.000) und 30 Teilen einer Polyvinylmethylätherlösung (Lutonal A-25, Handelsname der Firma BASF) in Äthylenglycolmonomethyläther in einer Filmdicke nach dem Trocknen von 50 pm beschichtet wurde. Eine Fotomaske, die ein Muster entsprechend Figur 6 aufwies, wurde auf die lichtempfindliche Schicht gebracht, und der übrige Abschnitt, auf dem keine Flüssigkeitsströmungsbahnen ausgebildet werden sollten, wurde mit einer UV-Strahlung von 70 mJ/cm² bestrahlt. Die Längen der Flüssigkeitsströmungsbahnen betrugen 3 mm. Danach wurde eine Sprühentwicklung mit 1 l-iger caustischer Sodalösung durchgeführt, um eine feste Reliefschicht einer Dicke von etwa5 pm auf dem erwähnten Abschnitt des Glassubstrates einschließlich der elektrothermischen Wandler, auf dem die Flüssigkeitsströmungsbahnen ausgebildet werden sollten, zu erzeugen. Auf dem Substrat, auf dem die feste Schicht ausgebildet worden war, wurde ein flüssiges Material mit Aushärtungsvermögen laminiert. Die entsprechende Behandlung wurde wie folgt durchgeführt:

Ein aushärtbares Material, das aus fünf Teilen Triphenylsulfoniumhexafluoroborat mit der folgenden Struktur

50 Teilen Epoxidharz UVR-6100 (Hersteller: Union Carbide) und 45 Teilen Epoxidharz UVR-6351 (Hersteller: Union Carbide) bestand, wurde in einer Dicke von 100 μΐη auf das Substrat aufgebracht, auf dem die vorstehend erwähnte feste Schicht ausgebildet worden war. Das Substrat wurde mit einer UV-Strahlung einer Intensität von 40 mW/cm² und einer Wellenlänge von 365 nm über 60 see bestrahlt, um eine vollständige Aushärtung des flüssigen aushärtbaren Materiales auf dem Substrat zu bewirken.

Nach dem Aushärten wurde das Substrat mit einer UV-Strahlung von 3.000 mJ/cm² bestrahlt, um die feste Schicht des Positiv-Trockenfilmes zu lösen. Nach der Lösungsbehandlung wurde das Substrat an der Stelle, wo die öffnungen ausgebildet werden sollten, durchtrennt, und es wurde eine freiliegende Endfläche geformt.
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Das mit der freiliegenden Endfläche versehen Substrat wurde in eine 51-ige NaOH-Lösung eingetaucht, und die Entfernungsbehandlung durch Auflösung wurde in einem Ultraschallreinigungskessel etwa 10 min lang durchgeführt. Nach dieser Behandlung wurde das Substrat 5 min lang mit reinem Wasser gespült und getrocknet.

In keiner Flüssigkeitsströmungsbahn des auf diese Weise hergestellten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes wurden

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irgendwelche Reste der festen Schicht festgestellt. Der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf wurde desweiteren in einer Aufzeichnungsvorrichtung montiert, und es wurde eine Aufzeichnung durchgeführt, indem eine Tinte verwendet wurde, die aus reinem Wasser/Glycerin, Direct Black 1S4 (wasserlöslicher schwarzer Farbstoff) = 65/30/5 bestand, wobei ein beständiger Druck enthalten wurde.

Wie vorstehend beschrieben, werden durch die Erfindung die folgenden Vorteile erreicht:

(1) Da die Hauptverfahrensschritte zur Herstellung des Kopfes auf einer sog. Drucktechnik, d.h. einer Mikrotechnik unter Verwendung von Fotoresists, lichtempfindlichen Trocken-

VS filmen u.a., beruhen, können Teile des Kopfes, an die sehr hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt werden, sehr einfach in einem gewünschten Muster ausgebildet werden und viele Köpfe mit dem gleichen Aufbau können gleichzeitig hergestellt werden.

(2) Da als Materialien zur Ausbildung des Kopfes solche verwendet werden,die durch eine Aufzeichnungsflüssigkeit, die aus einer nicht neutralen wäßrigen Lösung besteht oder organische Lösungsmittel als Medium erhält, nicht negativ beeinflußt werden und darüberhinaus ausgezeichnete Adhäsionseigenschaften sowie eine gute mechanische Festigkeit besitzen, kann die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Aufzeichnungsvorrichtung verbessert werden.

(3) Die relativ wenigen Herstellschritte führen zu einer hohen Produktivität.

(4) Da solche Verfahrensschritte oder Behandlungen der Kopfspitze wie Durchtrennen,Schleifen u.a. nicht unbedingt

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erforderlich sind, können eine erhöhte Ausbeute oder niedrigere Kosten erreicht werden.

(5) Da die Ausrichtung der Hauptteile schnell und genau durchgeführt werden kann, kann ein Kopf mit einer hohen Dimensionsgenauigkeit und einer hohen Ausbeute hergestellt werden.

(6) Durch ein einfaches Verfahren können Köpfe einer Mehrfachanordnung mit hoher Dichte hergestellt werden.

(7) Die Dicke der Rillenwände, die die Flüssigkeitsströmungsbahnen begrenzen, kann ohne Schwierigkeiten gesteuert werden, so daß daher Flüssigkeitsströmungsbahnen mit gewünschten Abmessungen (beispielsweise der Rillentiefe) in Abhängigkeit von der Dicke der festen Schicht erhalten werden können.

(8) Eine kontinuierliche Massenproduktion ist möglich.

(9) Da Ätzlösungen (starke Säuren, wie Fluorwasserstoffsäure u.a.) nicht unbedingt erforderlich sind, ist das Verfahren sicherer und sauberer.

Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes vorgeschlagen, das die folgenden Schritte umfaßt: (a) Ausbilden einer festen Schicht, die einen Fotoresist aus einem positiven lichtempfindlichen Material enthält, auf einem Substrat in Abhängigkeit von dem Muster einer Flüssigkeitsströmungsbahn, (b) Auffüllen der Ausnehmungen auf dem Substrat, wo die feste Schicht nicht vorhanden ist, mit einem Material zur Formung einer Flüssigkeitsströmungsbahnwand und (c) Entfernen der festen Schicht vom Substrat.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, der eine Flüssigkeitsströmungsbahn, eine Flüssigkeitsausstoßöffnung, die mit der Flüssigkeitsströmungsbahn in Verbindung steht, und ein Element zur Erzeugung der Flüssigkeitsausstoßenergie, das entlang der Flüssigkeitsströmungsbahn angeordnet ist, aufweist, g ekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Ausbilden einer festen Schicht, die einen Fotoresist aus einem positiven lichtempfindlichen Material enthält, auf einem Substrat gemäß dem Muster der Flüssigkeitsströmungsbahn,

(b) Auffüllen der Ausnehmungen auf dem Substrat, wo die feste Schicht nicht vorhanden ist, mit einem Material zur Formung einer Flussigkeitsströmungsbahnwand und

(c) Entfernen der festen Schicht vom Substrat.

Verfahren nach Anspruch l,dadurch gekennzeichne t, daß es sich bei dem positiven lichtempfindlichen Material um einen lichtempfindlichen Positiv-Trockenfilm handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Material zur Formung der Flüssigkeitsströmungsbahn um ein flüssiges aushärtbares Material handelt.
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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Material zur Formung der Flüssigkeitsströmungsbahn um ein Metall oder eine Metallverbindung handelt.

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5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände der Flüssigkeitsströmungsbahn und die obere Wand der Flüssigkeitsströmungsbahn einstückig hergestellt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche Ibis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß in Schritt (b) die Seitenwände der Flüssigkeitsströmungsbahn und danach die obere Wand der Flüssigkeitsströmungsbahn ausgebildet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennze ichnet, daß nach Schritt (c) ein zusätzlicher Schritt zur Ausbildung einer oberen Wand der Flüssigkeitsströmungsbahn durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor Schritt (c) die feste Schicht mit Licht bestrahlt wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit UV-Strahlung bestrahlt wird.