DE3713991C2

DE3713991C2 -

Info

Publication number: DE3713991C2
Application number: DE3713991A
Authority: DE
Inventors: Hiromichi Atsugi Kanagawa Jp Noguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-04-28
Filing date: 1987-04-27
Publication date: 1991-12-12
Also published as: JPH0698755B2; US5030317A; GB2189746B; GB2189746A; GB8709570D0; DE3713991A1; JPS62253457A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf für die Verwendung in einem Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem (Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungssystem) enthält im allgemeinen: eine feine Ausstoßöffnung für Aufzeichnungsflüssigkeit, einen Flüssigkeitskanal und einen zur Erzeugung der Energie für den Flüssigkeitsausstoß dienenden Abschnitt, der in einem Teil des Flüssigkeitskanals vorgesehen ist.

Aus der DE-OS 31 50 109 ist ein Tintenstrahlkopf mit einem Tinten-Strömungsweg und einer Tintenausstoßdüse zum Ausstoß von Tinte am Ende des Tinten-Strömungsweges bekannt; der Tinten-Strömungsweg wird durch eine Nut oder Ausnehmung gebildet, die mittels eines fotografischen Herstellungsverfahrens auf der Oberfläche eines Substrats erzeugt wird. Auf der so verarbeiteten Oberfläche des Substrates wird eine Platte z. B. durch Klebung angebracht.

In der DE-OS 33 21 308 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes beschrieben, der aus einem lichtempfindlichen Harz gebildete Tintenkanäle auf der Oberfläche eines Substrates und eine über die Kanäle laminierte Abdeckung aufweist. Die Tintenkanäle werden erzeugt, indem man das lichtempfindliche Harz belichtet und den nicht belichteten Teil entfernt, wodurch eine Schicht des lichtempfindlichen Harzes zurückbleibt, die noch ein Resthaftungsvermögen hat. Die Abdeckung wird unter Druck auf dem lichtempfindlichen Harz angebracht. Anschließend wird das lichtempfindliche Harz einem Aushärtungsvorgang unterzogen, wodurch die Abdeckung mit der Harzschicht und dem Substrat laminiert wird.

Die ältere, nachveröffentlichte DE-OS 35 46 063 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, das folgende Merkmale aufweist: Ausbilden einer festen Schicht, die einen Fotoresist aus einem positiv lichtempfindlichen Material enthält, auf einem Substrat in Abhängigkeit von dem Muster einer Flüssigkeitsströmungsbahn, Auffüllen der Ausnehmungen auf dem Substrat, wo die feste Schicht nicht vorhanden ist, mit einem Material zur Formung einer Flüssigkeitsströmungsbahnwand und darauf folgend Entfernen der festen Schicht vom Substrat.

Diese genannten Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahlaufzeichnungsköpfen sind jedoch insofern nicht befriedigend, als die damit hergestellten Tintenstrahlköpfe Flüssigkeitskammern aufwiesen, die in ihrer Größe und Höhe nicht frei gestaltbar sind.

Es ist insbesondere im Fall eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes, bei dem viele Ausstoßöffnungen und die damit in Verbindung stehenden Flüssigkeitskanäle in hoher Dichte angeordnet sind und die Aufzeichnungsflüssigkeit gleichzeitig aus diesen Ausstoßöffnungen ausgestoßen wird, so daß die ganze Breite eines Aufzeichnungspapiers abgedeckt wird, wichtig, daß das Volumen der Flüssigkeitskammer vergrößert wird, um die Zuführungsgeschwindigkeit der Aufzeichnungsflüssigkeit zu erhöhen und einen stabilen und gleichmäßigen Ausstoß der Aufzeichnungsflüssigkeit zu erzielen. Es ist in hohem Maße erwünscht, daß ein Verfahren zur Herstellung eines Aufzeichnungskopfes entwickelt wird, das sich für die Massenfertigung solcher Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe mit vielen in hoher Dichte angeordneten Ausstoßöffnungen eignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes bereitzustellen, das die vorstehend erwähnten Bedingungen erfüllt, bei dem ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf erhalten werden kann, dessen Flüssigkeitskammer frei gestaltbar ist, und bei dem die Kosten niedrig sind und die Genauigkeit und auch die Zuverlässigkeit hoch ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 bis 7 sind schematische Darstellungen zur Erläuterung des grundlegenden Aufbaus der Erfindung, wobei:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung des ersten Substrats vor der Bildung einer Feststoffschicht ist,

Fig. 2(A) ein schematischer Grundriß des ersten Substrats nach der Bildung der Feststoffschicht ist,

Fig. 2(B) ein schematischer Grundriß des zweiten Substrats ist,

Fig. 3(A) und 3(B) schematische Querrisse des ersten Substrats nach dem Aufbringen der Feststoffschicht und einer durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanz sind,

Fig. 4(A) und 4(B) schematische Querrisse des Laminats nach dem Aufbringen des zweiten Substrats sind,

Fig. 5(A) und 5(B) schematische Querrisse des Laminats nach dem Auflegen einer Maske sind,

Fig. 6(A) und 6(B) schematische Querrisse des Laminats nach der Entfernung der Feststoffschicht und der ungehärteten Bereiche der durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanz sind, und

Fig. 7 eine schematische perspektivische Darstellung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes im fertigen Zustand ist.

In Fig. 3 bis 6 ist jede Darstellung (A) ein Querriß in der Lage, die der Linie A-A′ in Fig. 2 entspricht, und ist jede Darstellung (B) ein Querriß in der Lage, die der Linie B-B′ in Fig. 2 entspricht.

Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wobei nötigenfalls auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.

Fig. 1 bis 7 sind schematische Darstellungen, die zur Erläuterung des grundlegenden Aufbaus einer Ausführungsform der Erfindung dienen. Fig. 1 bis 7 zeigen jeweils ein Beispiel für den Aufbau des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes und seine Fertigungsschritte gemäß einem Verfahren der Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird ein Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf mit zwei Ausstoßöffnungen gezeigt. Die Erfindung kann in ähnlicher Weise auch auf einen Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf mit drei oder mehr in hoher Dichte angeordneten Ausstoßöffnungen oder auf einen Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf mit einer Ausstoßöffnung angewandt werden.

Bei dieser Ausführungsform werden zwei Substrate verwendet, die z. B. aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall hergestellt sind und von denen mindestens eines für Strahlen mit wirksamer Energie durchlässig ist. Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Beispiels für ein erstes Substrat vor der Bildung einer Feststoffschicht.

Ein solches erstes Substrat 1 dient als Werkstoff zur Bildung eines Teils bzw. des Bodens eines Flüssigkeitskanals und eines Teils bzw. des Bodens einer Flüssigkeitskammer und dient auch als Träger, wenn eine Feststoffschicht und eine durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbare Substanz aufgebracht werden, wie nachstehend erläutert wird. Es ist notwendig, daß das erste Substrat 1 für Strahlen mit wirksamer Energie durchlässig ist, wenn die Bestrahlung durch Strahlen mit wirksamer Energie, die nachstehend erläutert wird, von der Seite des ersten Substrats 1 her durchgeführt wird. Im übrigen gibt es jedoch z. B. für die Gestalt und für den Werkstoff des ersten Substrats 1 keine Einschränkung. Auf dem ersten Substrat 1 ist eine gewünschte Zahl von zur Erzeugung der Energie für den Flüssigkeitsausstoß dienenden Bauteilen 2 (zwei Bauteile 2 in Fig. 1) wie z. B. elektrothermische Wandlern oder piezoelektrischen Bauteilen angeordnet. Bei dem fertigen Aufzeichnungskopf wird einer Aufzeichnungsflüssigkeit durch solch ein Bauteil 2 eine zum Ausstoßen von Tröpfchen der Aufzeichnungsflüssigkeit dienende Ausstoßenergie zugeführt, und die Aufzeichnung wird durchgeführt. Wenn als zur Erzeugung der Energie für den Flüssigkeitsausstoß dienendes Bauteil 2 z. B. ein elektrothermischer Wandler verwendet wird, erhitzt dieser Wandler die in der Nähe des Wandlers befindliche Aufzeichnungsflüssigkeit, wodurch die Ausstoßenergie erzeugt wird. Wenn andererseits z. B. ein piezoelektrisches Bauteil verwendet wird, wird die Ausstoßenergie durch die mechanischen Schwingungen dieses Bauteils erzeugt.

Jedes dieser Bauteile 2 ist an eine (nicht gezeigte) Elektrode für die Zuführung eines Steuersignals angeschlossen, um das Bauteil betriebsfähig zu machen. Andererseits werden für die Bauteile 2 im allgemeinen verschiedene Arten von funktionellen Schichten wie z. B. eine Schutzschicht bereitgestellt, um z. B. die Haltbarkeit zu verbessern. Es ist offensichtlich, daß kein Problem hervorgerufen wird, wenn im Rahmen der Erfindung solche funktionellen Schichten bereitgestellt werden.

Auf den zur Bildung eines Flüssigkeitskanals vorgesehenen Bereich des ersten Substrats 1 einschließlich der Bauteile 2 und auf den zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereich, der mit dem zur Bildung eines Flüssigkeitskanals vorgesehenen Bereich in Verbindung steht, werden dann Feststoffschichten 3, wie sie z. B. in Fig. 2(A) gezeigt werden, aufgebracht bzw. laminiert.

Im Rahmen der Erfindung ist es nicht immer erforderlich, die Feststoffschicht sowohl auf den zur Bildung eines Flüssigkeitskanals vorgesehenen Bereich als auch auf den zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereich aufzubringen. Es genügt, daß die Feststoffschicht mindestens auf den zur Bildung eines Flüssigkeitskanals vorgesehenen Bereich aufgebracht wird. Vor der weiteren Erläuterung dieser Ausführungsform sei darauf hingewiesen, daß Fig. 2(B) ein Beispiel für ein zweites Substrat zeigt. In diesem Beispiel weist das zweite Substrat 4 in dem zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereich eine Aushöhlung 5 und zwei Flüssigkeitszuführungsöffnungen 6 auf. Die Darstellungen (A) in Fig. 3 bis 6 zeigen schematische Querrisse des ersten und des zweiten Substrats entlang der Linie A-A′ in Fig. 2. Die Darstellungen (B) in Fig. 3 bis 6 zeigen schematische Querrisse des ersten und des zweiten Substrats entlang der Linie B-B′ in Fig. 2.

Nach der Durchführung aller weiteren Fertigungsschritte, die nachstehend erläutert werden, werden schließlich die Feststoffschichten 3 entfernt. Auf diese Weise werden in den Bereichen, wo die Feststoffschichten 3 entfernt wurden, ein Flüssigkeitskanal und eine Flüssigkeitskammer gebildet. Der Flüssigkeitskanal und die Flüssigkeitskammer können in einer gewünschten Gestalt gebildet werden. Auch die Feststoffschicht 3 kann in einer Gestalt gebildet werden, die mit der Gestalt des Flüssigkeitskanals und der Flüssigkeitskammer übereinstimmt. In diesem Beispiel ist der Flüssigkeitskanal in zwei Teile aufgeteilt, so daß Tröpfchen der Aufzeichnungsflüssigkeit aus zwei Ausstoßöffnungen ausgestoßen werden können, die entsprechend zwei zur Erzeugung einer Ausstoßenergie dienenden Bauteilen gebildet werden. Die Flüssigkeitskammer steht mit jedem Flüssigkeitskanal in Verbindung, damit ihm die Aufzeichnungsflüssigkeit zugeführt wird.

Als für die praktische Anwendung geeignete Substanzen und Maßnahmen, die angewandt werden, um solche Feststoffschichten 3 zu bilden, können beispielsweise Substanzen und Maßnahmen erwähnt werden, wie sie nachstehend erläutert werden.

(1) Ein photoempfindlicher Trockenfilm wird verwendet, um die Feststoffschichten in Übereinstimmung mit dem sogenannten Trockenfilm-Mustererzeugungsverfahren zu bilden.
(2) Eine Schicht aus einem lösungsmittellöslichen Polymer und eine Photoresistschicht, die eine gewünschte Dicke haben, werden in der erwähnten Reihenfolge auf das Substrat 1 aufgebracht. Nach der Bildung eines Musters aus der Photoresistschicht wird die Schicht aus dem lösungsmittellöslichen Polymer selektiv entfernt.
(3) Ein Harz wird aufgedruckt.

Als photoempfindlicher Trockenfilm, der in (1) erwähnt wurde, kann entweder ein Film des positiven Typs oder ein Film des negativen Typs verwendet werden. Im Fall der Verwendung eines Trockenfilms des positiven Typs wird z. B. geeigneterweise ein Trockenfilm des positiven Typs verwendet, der durch Bestrahlung mittels Strahlen mit wirksamer Energie in einer Entwicklungslösung löslich gemacht wird. Im Fall eines Trockenfilms des negativen Typs wird geeigneterweise ein Trockenfilm des negativen Typs verwendet, der zwar photopolymerisierbar ist, jedoch entfernt werden kann, indem er durch Methylenchlorid oder starkes Alkali gelöst oder abgeschält wird.

Es können auch die folgenden Mischungen verwendet werden: positiv wirkende Harzmischungen, beispielsweise Harzmischungen, die hauptsächlich aus Naphthochinondiazidderivat und einem Phenolharz des Novolaktyps bestehen; negativ wirkende Harzmischungen, beispielsweise Mischungen, die hautpsächlich aus Acryl-Oligomer unter Verwendung von Acrylester als reaktionsfähigem Radikal, einer thermoplastischen Hochpolymerverbindung und einem Sensibilisierungsmittel bestehen; Massen, die aus Polythiol, einer Polyenverbindung und einem Sensibilisierungsmittel bestehen, u. dgl.

Als lösungsmittellösliches Polymer, das in (2) erwähnt wurde, kannn irgendeine Hochpolymerverbindung verwendet werden, für die es ein Lösungsmittel gibt, in dem sie löslich ist, und aus der durch ein Auftragverfahren ein Beschichtungsfilm gebildet werden kann. Als Photoresistschicht, die bei dieser Ausführungsform verwendet werden kann, können typischerweise die folgenden Schichten erwähnt werden: Ein flüssiger Photoresist des positiven Typs, der aus Phenolharz des Novolaktyps und Naphthochinondiazid besteht; ein flüssiger Photoresist des negativen Typs, der aus einem Polyvinylcinnamat besteht; ein flüssiger Photoresist des negativen Typs, der aus einem Cyclokautschuk und Bisazid besteht; ein photoempfindlicher Trockenfilm des negativen Typs; wärmehärtbare und durch Ultraviolettstrahlen härtbare Druckfarben u. dergl.

Als Substanz für die Bildung der Feststoffschicht durch das in (3) erwähnte Druckverfahren können z. B. eine Lithographiefarbe, eine Siebdruckfarbe und ein Harz des Druckfarbentyps verwendet werden, die jeweils in trocknenden Systemen eingesetzt werden und z. B. dem Verdampfungstrocknungstyp, dem wärmehärtbaren Typ oder dem durch Ultraviolettstrahlen härtbaren Typ angehören.

Unter den vorstehend erwähnten Gruppen von Substanzen wird der photoempfindliche Trockenfilm, der bei der in (1) erwähnten Maßnahme verwendet wird, unter Berücksichtigung der Genauigkeit der Bearbeitung, der Leichtigkeit der Entfernung und der Ausbeute bei der Bearbeitung bevorzugt, wobei die Verwendung eines Trockenfilms des positiven Typs besonders vorteilhaft ist. Die photoempfindliche Substanz des positiven Typs hat nämlich beispielsweise die Eigenschaften, daß ihre Auflösung der Auflösung der photoempfindliche Substanz des negativen Tpys überlegen ist und daß sie leicht ein Reliefmuster mit senkrechter und glatter Seitenwandoberfläche oder mit trapezförmiger oder umgekehrt trapezförmiger Querschnittsform bilden kann und für die Bildung des Flüssigkeitskanals optimal geeignet ist. Andererseits hat sie die Eigenschaften, daß das Reliefmuster z. B. durch eine Entwicklungsflüssigkeit oder ein organisches Lösungsmittel aufgelöst und entfernt werden kann. Im Rahmen der Erfindung wird die photoempfindliche Substanz des positiven Typs als Substanz für die Bildung der Feststoffschicht bevorzugt. Besonders in dem Fall, daß als photoempfindliche Substanz des positiven Typs z. B. Naphthochinondiazid und Phenolharz des Novolaktyps verwendet werden, wie es vorstehend erwähnt wurde, kann sie durch schwache wäßrige Alkalilösung oder durch Alkohol vollständig aufgelöst werden. Infolgedessen werden in dem zur Erzeugung einer Ausstoßenergie dienenden Bauteil keine Schäden verursacht, und gleichzeitig kann diese Substanz bei der Nachbearbeitung außerordentlich schnell entfernt werden. Unter den photoempflichen Substanzen des positiven Typs ist die als Trockenfilm geformte Substanz die vorteilhafteste, weil ihre Dicke auf 10 bis 100 µm eingestellt werden kann.

Wie es z. B. in Fig. 3(A) und 3(B) gezeigt wird, wird auf das mit den Feststoffschichten 3 gebildete erste Substrat 1 eine Schicht 7 aus einer durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanz so aufgebracht bzw. laminiert, daß die Feststoffschichten 3 bedeckt werden.

Es ist möglich, als durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbare Substanz eine Substanz zu verwenden, die die Feststoffschichten bedecken kann. Da diese Substanz jedoch als Werkstoff für einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf verwendet wird und an der Bildung des Flüssigkeitskanals und der Flüssigkeitskammer beteiligt ist, wird geeigneterweise eine Substanz ausgewählt und verwendet, die bezüglich der Haftung an dem Substrat, der mechanischen Festigkeit, der Formbeständigkeit und der Korrosionsbeständigkeit ausgezeichnete Eigenschaften hat. Als praktische Beispiele für solche Substanzen sind durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbare flüssige Substanzen geeignet, die durch Ultraviolettstrahlen und Elektronenstrahlen gehärtet werden. Unter diesen werden z. B. Epoxyharz, Acrylharz, Diglykoldialkylcarbonatharz, ungesättigtes Polyesterharz, Polyurethanharz, Polyimidharz, Melaminharz, Phenolharz oder Harnstoffharz verwendet. Als Werkstoff sind insbesondere Epoxyharz, bei dem durch Licht eine kationische Polymerisation initiiert werden kann, die Gruppe der Acryloligomere mit einem Acrylesterradikal, die durch Licht radikalisch polymerisiert werden können, Harze des Photo- Additionspolymerisationstyps, bei denen Polythiol und Polyen verwendet werden, ungesättigtes Cycloacetalharz u. dergl. geeignet, weil die Polymerisationsgeschwindigkeit hoch ist und auch die physikalischen Eigenschaften des Polymers ausgezeichnet sind.

Als praktisch anwendbares Verfahren zum Aufbringen der durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanz kann beispielsweise ein Verfahren erwähnt werden, bei dem die Substanz z. B. mit einem Auslaßgerät unter Verwendung einer Düse mit einer der Form des Substrats entsprechenden Form, mit einem Applikator, mit einer Gießauftragvorrichtung, mit einer Walzenauftragvorrichtung, mit einer Spritzauftragvorrichtung oder mit einer Schleuder- bzw. Zentrifugenauftragvorrichtung aufgebracht wird. Wenn eine flüssige härtbare Substanz aufgebracht wird, wird sie vorzugsweise in der Weise aufgebracht, daß nach dem Entgasen dieser Substanz eine Einmischung von Luftblasen vermieden wird.

Auf die Schicht 7 aus der durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanz, die sich auf dem ersten Substrat 1 befindet, wird dann das zweite Substrat 4 aufgebracht bzw. laminiert, wie es in Fig. 4(A) und 4(B) gezeigt wird. In diesem Fall kann in dem zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereich des zweiten Substrats 4 nötigenfalls eine Aushöhlung gebildet sein, die zur Erzielung eines gewünschten Volumens der Flüssigkeitskammer dient. Ähnlich wie im Fall des ersten Substrats 1 kann auch als zweites Substrat 4 ein gewünschter Werkstoff wie z. B. Glas, Kunststoff, photoempfindliches Harz, Metall oder Keramik verwendet werden. Das zweite Substrat 4 muß jedoch für Strahlen mit wirksamer Energie durchlässig sein, wenn die Bestrahlung durch Strahlen mit wirksamer Energie von der Seite des zweiten Substrats 4 her durchgeführt wird. Ferner kann in dem zweiten Substrat 4 vorher eine Zuführungsöffnung für Aufzeichnungsflüssigkeit gebildet werden.

Obwohl es in der vorstehenden Beschreibung nicht gezeigt wird, kann die Schicht 7 aus der durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanz insbesondere auch aufgebracht werden, nachdem das zweite Substrat auf die Feststoffschicht aufgebracht bzw. laminiert worden ist. Als Auftrag- bzw. Laminierverfahren wird in diesem Fall geeigneterweise ein Verfahren angewendet, bei dem z. B. nach dem unter Druck erfolgenden Aufkleben des zweiten Substrats 4 auf das erste Substrat 1 der Innendruck vermindert und dann die härtbare Substanz eingespritzt wird. Wenn das zweite Substrat 4 aufgebracht wird, ist es zum Einstellen der Dicke der Schicht 7 auf einen gewünschten Wert andererseits auch möglich, ein Verfahren anzuwenden, bei dem z. B. zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat ein Abstandshalter angeordnet wird oder am Rand des zweiten Substrats 4 eine Aushöhlung gebildet wird.

Auf diese Weise werden das erste Substrat, die Feststoffschicht, die Schicht aus der durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanz und das zweite Substrat aufeinanderfolgend laminiert, um ein einziges Laminat zu bilden. Danach wird auf die Seite desjenigen Substrats, das für Strahlen mit wirksamer Energie durchlässig ist, (in diesem Fall auf die Seite des zweiten Substrats 4) eine Maske 8 aufgelegt bzw. laminiert, wie es in Fig. 5(A) und 5(B) gezeigt wird, um den zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereich gegen Strahlen mit wirksamer Energie 9 abzuschirmen. Dann wird von oberhalb der Maske 8 her eine Bestrahlung durch die Strahlen mit wirksamer Energie 9 durchgeführt. Der in Fig. 5(B) gezeigte schwarze Bereich in der Maske 8 läßt die Strahlen mit wirksamer Energie nicht durch, während der weiß dargestellte Bereich der Maske 8 für die Strahlen mit wirksamer Energie durchlässig ist. Durch die Bestrahlung mittels der Strahlen mit wirksamer Energie 9 wird der bestrahlte Bereich der durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanz (d. h., der schraffierte Bereich 10 in Fig. 5) gehärtet, so daß eine gehärtete Harzschicht gebildet wird. Durch diese Härtung werden gleichzeitig das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 4 verbunden.

Als Strahlen mit wirksamer Energie können z. B. Ultraviolettstrahlen, Elektronenstrahlen oder sichtbare Lichtstrahlen verwendet werden. Da die Bestrahlung durchgeführt wird, indem die Strahlen mit wirksamer Energie durch das Substrat oder die Substrate durchgelassen werden, werden jedoch Ultraviolettstrahlen und sichtbare Lichtstrahlen bevorzugt. Die Ultraviolettstrahlen sind im Hinblick auf die Polymerisationsgeschwindigkeit am besten geeignet. Als Emissionsquelle für Ultraviolettstrahlen werden geeigneterweise solche angewendet, die Lichtstrahlen mit hoher Energiedichte emittieren, z. B. Hochdruck- Quecksilberlampen, Ultrahochdruck-Quecksilberlampen, Halogenlampen, Xenonlampen, Metallhalogenidlampen oder Kohlelichtbögen. Da der Parallelitätsgrad des von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahls hoch ist und seine Wärmeerzeugung gering ist, wird die Genauigkeit der Bearbeitung hoch. Es ist jedoch möglich, für die Ultraviolettstrahlen eine Lichtquelle anzuwenden, wie sie im allgemeinen bei der Druck-Photogravüre, bei der Bearbeitung einer gedruckten Leiterplatte und bei der Härtung einer lichthärtbaren Beschichtungssubstanz angewendet wird.

Als Maske für die Strahlen mit wirksamer Energie kann insbesondere im Fall der Anwendung von Ultraviolettstrahlen oder sichtbaren Lichtstrahlen z. B. eine Metallmaske, eine Silbersalz- Emulsionsmaske oder eine Diazomaske verwendet werden. Ferner ist es auch möglich, ein Verfahren anzuwenden, bei dem z. B. auf den zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereich lediglich eine schwarze Druckfarbenschicht aufgedruckt wird oder nur eine Dichtung aufgeklebt wird.

Wenn z. B. die Randoberfläche der Ausstoßöffnung nicht freiliegt, wird das Laminat nach seiner Härtung durch die Bestrahlung mittels der Strahlen mit wirksamer Energie nötigenfalls an einer gewünschten Stelle z. B. mit einer Plättchenschneidesäge unter Anwendung eines Diamant-Sägeblattes geschnitten, wodurch die Randoberfläche der Ausstoßöffnung freigelegt wird. Eine solche schneidende Bearbeitung ist jedoch nicht immer notwendig, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die schneidende Bearbeitung ist z. B. in dem Fall unnötig, in dem eine flüssige härtbare Substanz eingesetzt wird, eine Form verwendet wird, wenn diese Substanz aufgebracht bzw. laminiert wird, und der Randbereich der Ausstoßöffnung glatt geformt wird, ohne daß er verschlossen oder bedeckt wird.

Dann werden nach der Beendigung der Bestrahlung durch die Strahlen mit wirksamer Energie die Feststoffschicht 3 und der Teil der Substanz 7, der noch nicht gehärtet ist, von dem Laminat entfernt, wie es in Fig. 6(A) und 6(B) gezeigt wird, wodurch ein Flüssigkeitskanal 11 und eine Flüssigkeitskammer 12 gebildet werden. Im Rahmen der Erfindung wird der Teil der Substanz 7, der sich in dem zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereich befindet, nicht durch die Strahlen mit wirksamer Energie bestrahlt, sondern dieser Teil der Substanz 7 wird im ungehärteten Zustand entfernt. Die Flüssigkeitskammer kann infolgedessen unabhängig von dem Flüssigkeitskanal frei gebildet werden, indem die Dicke der aus der Substanz 7 bestehenden Schicht, die auf die Feststoffschicht aufgebracht wird, beliebig eingestellt wird.

Für die Maßnahmen zur Entfernung der Feststoffschicht 3 und des nicht gehärteten Teils der Substanz 7 gibt es keine besondere Einschränkung. Vom praktischen Standpunkt aus wird jedoch vorzugsweise ein Verfahren angewandt, bei dem z. B. die Feststoffschicht 3 und der im ungehärteten Zustand befindliche Teil der Substanz 7 in eine Flüssigkeit eingetaucht werden, die dafür bestimmt ist, die Feststoffschicht 3 und den im ungehärteten Zustand befindlichen Teil der Substanz 7 aufzulösen, quellen zu lassen oder abzuschälen, wodurch sie entfernt werden. In diesem Fall ist es erforderlich, eine Maßnahme anzuwenden, durch die die Entfernung unterstützt wird, z. B. ein Ultraschallverfahren, ein Sprühverfahren, Erhitzen, Rühren, Schütteln oder Druckumlauf.

Als Flüssigkeit, die für die vorstehend erwähnten Entfernungsmaßnahmen verwendet wird, können z. B. halogenhaltige Kohlenwasserstoffe, Ketone, Ester, aromatische Kohlenwasserstoffe, Ether, Alkohole, N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid, Phenol, Wasser oder wasserhaltige Säure oder Alkali eingesetzt werden. Zu diesen Flüssigkeiten kann nötigenfalls auch eine oberflächenaktive Substanz hinzugegeben werden. Wenn andererseits als Feststoffschicht ein Trockenfilm des positiven Typs verwendet wird, wird die Feststoffschicht geeigneterweise wieder durch Ultraviolettstrahlen bestrahlt, um die Entfernung zu erleichtern. Im Fall der Verwendung einer anderen Substanz wird die Flüssigkeit vorzugsweise auf eine Temperatur von 40 bis 60°C erwärmt.

Fig. 6(A) und 6(B) zeigen den Zustand nach der Entfernung der Feststoffschicht 3 und des im ungehärteten Zustand befindlichen Teils der durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanz 7. Im Fall dieses Beispiels werden die Feststoffschicht 3 und der ungehärtete Teil der Substanz 7 in eine für ihre Auflösung bestimmte Flüssigkeit eingetaucht und aufgelöst und durch die Ausstoßöffnung des Aufzeichnungskopfes und die Flüssigkeits-Zuführungsöffnung 6 hindurch entfernt.

Fig. 7 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des durch die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte erhaltenen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes. Nach der Beendigung der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte kann der Rand einer Ausstoßöffnung 13 nötigenfalls auch geschnitten, poliert oder geglättet werden, um den Abstand zwischen dem zur Erzeugung der Energie für den Flüssigkeitsausstoß dienenden Bauteil 2 und der Ausstoßöffnung zu optimieren.

Die technischen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes werden nachstehend zusammengefaßt:

(1) Es kann eine genaue Bearbeitung durchgeführt werden.
(2) Die Einschränkung der Bearbeitung hinsichtlich der Gestalt des Flüssigkeitskanals und der Flüssigkeitskammer ist gering.
(3) Für die Bearbeitung ist keine besondere Erfahrung notwendig, und es wird eine hohe Massenproduktivität erzielt.
(4) Die Gruppe, aus der die Substanz, die durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbar ist, ausgewählt werden kann, ist groß, so daß als Werkstoff eine Substanz mit ausgezeichnetem Gebrauchswert verwendet werden kann.
(5) Der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf kann mit geringen Kosten hergestellt werden.
(6) Die große Flüssigkeitskammer, die für einen Aufzeichnungskopf erforderlich ist, der viele in hoher Dichte angeordnete Ausstoßöffnungen aufweist, kann leicht gebildet werden; die Bearbeitungsschritte sind einfach, und dieses Verfahren eignet sich zur Massenfertigung.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit dem in Fig. 7 gezeigten Aufbau wurde in Übereinstimmung mit dem in Fig. 1 bis 6 gezeigten Fertigungsverfahren hergestellt.

Zunächst wurde auf einem Glassubstrat (mit einer Dicke von 1,1 mm) als erstem Substrat ein elektrothermischer Wandler (aus HfB₂ hergestellt) als zur Erzeugung der Energie für den Flüssigkeitsausstoß dienendes Bauteil gebildet. Dann wurde auf das erste Substrat eine photoempfindliche Schicht mit einer Dicke von 50 µm, die aus einem Trockenfilm des positiven Typs bestand, aufgebracht. Über die photoempfindliche Schicht wurde eine Maske mit einem Muster, wie es in Fig. 7 gezeigt wird, gelegt. Die photoempfindliche Schicht wurde mit Ausnahme der zur Bildung eines Flüssigkeitskanals und einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereiche durch Ultraviolettstrahlen von 70 mJ/cm² bestrahlt. Die Länge des Flüssigkeitskanals wurde auf 3 mm eingestellt.

Dann wurde eine Sprühentwicklung unter Verwendung einer wäßrigen, 5%igen Natriummetasilicatlösung durchgeführt. Auf dem Glassubstrat einschießlich des elektrothermischen Wandlers wurde in den zur Bildung eines Flüssigkeitskanals und einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereichen eine Relief-Feststoffschicht mit einer Dicke von etwa 50 µm gebildet.

In Übereinstimmung mit den vorstehend beschriebenen Fertigungsschritten wurden insgesamt drei Substrate, auf die jeweils eine Feststoffschicht aufgebracht worden war, gebildet. Auf die Substrate mit den gebildeten Feststoffschichten wurden die durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren flüssigen Substanzen, die in Tabelle 1 gezeigt werden, durch das folgende Verfahren aufgebracht:

Jede der in Tabelle 1 gezeigten, durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanzen A bis C wurde dem Katalysator beigemischt und unter Anwendung einer Vakuumpumpe entschäumt. Danach wurden die drei vorstehend erwähnten Arten von entschäumten Substanzen unter Anwendung eines Applikators auf die ersten Substrate, auf die die Feststoffschichten aufgebracht worden waren, so aufgetragen, daß die aufgetragenen Schichten jeweils eine Dicke von 70 µm (von der oberen Oberfläche der Substrate aus gerechnet) hatten.

Dann wurde auf jedes der ersten Substrate, auf die die drei vorstehend erwähnten Arten von durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanzen aufgetragen worden waren, als zweites Substrat ein Glassubstrat mit einer Dicke von 1,1 mm in Übereinstimmung mit der Lage des zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereichs aufgebracht. Jedes der Glassubstrate hatte in dem zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereich eine 0,3 mm tiefe Aushöhlung und wies in der Mitte der Aushöhlung ein Durchgangsloch für die Zuführung der Aufzeichnungsflüssigkeit (eine Flüssigkeits-Zuführungsöffnung) auf.

Dann wurde auf die obere Oberfläche des zweiten Substrats des Laminats eine Filmmaske aufgeklebt. Von oberhalb des zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereichs her wurde mit einer Ultrahochdruck-Quecksilberlampe eine Bestrahlung durch Lichtstrahlen durchgeführt, wobei der zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehene Bereich durch die Filmmaske gegen die Strahlen mit wirksamer Energie abgeschirmt wurde. Zu dieser Zeit betrug die integrierte Intensität der Lichstrahlen mit in der Nähe von 365 nm liegenden Wellenlängen 1000 mW/cm². Dann wurde die Filmmaske entfernt, und die Ausstoßöffnung wurde derart zur Bildung ihrer Randoberfläche geschnitten, daß sich der elektrothermische Wandler in einer 0,7 mm von dem Rand der Ausstoßöffnung entfernten Lage befand.

Die drei Laminate mit den freiliegenden Randoberflächen der Ausstoßöffnungen wurden jeweils in Ethanol eingetaucht. Ethanol wurde in die Flüssigkeitskammer eingefüllt. Der Auflösungs- und Entfernungsvorgang wurde etwa 3 min lang in einer Ultraschall-Reinigungsvorrichtung durchgeführt, wobei die Randoberflächen der Ausstoßöffnungen mit Ethanol in Berührung standen. Nach der Beendigung der Auflösung und der Entfernung wurde eine Reinigung unter Verwendung einer wäßrigen, 5%igen NaOH-Lösung und von reinem Wasser durchgeführt. Die Laminate wurden danach getrocknet und unter Anwendung der Hochdruck- Quecksilberlampe mit 10 J/cm² bestrahlt. Auf diese Weise wurden die durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbaren Substanzen vollständig gehärtet.

In keinem der Flüssigkeitskanäle der drei Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungsköpfe, die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt worden waren, war ein Rückstand der Feststoffschicht vorhanden. Die Höhe des Flüssigkeitskanals der erhaltenen Aufzeichnungsköpfe betrug etwa 50 µm, während die Flüssigkeitskammer eine Höhe von etwa 0,37 mm hatte. Diese Aufzeichnungsköpfe wurden an einer Aufzeichnungsvorrichtung angebracht, und es wurde eine Aufzeichnung durchgeführt, wobei eine Tintenstrahlaufzeichnungstinte verwendet wurde, die aus reinem Wasser/Glycerin/Direct Black 154 (wasserlöslicher schwarzer Farbstoff) = 65/30/5 (Masseteile) bestand. Das Tintenstrahldrucken konnte in stabiler Weise durchgeführt werden.

Beispiel 2

Ein Vielkanal-Aufzeichnungskopf mit 3600 Flüssigkeitskanälen wurde in Übereinstimmung mit den in Fig. 1 bis 6 gezeigten Fertigungsschritten hergestellt. Die Abmessungen der Flüssigkeitskanäle wurden derart eingestellt, daß der Zwischenraum zwischen den Flüssigkeitskanälen 130 µm betrug und die Flüssigkeitskanäle eine Breite von 45 µm und eine Höhe von 50 µm hatten. Ähnlich wie in Beispiel 1 wurde als erstes Substrat ein Glassubstrat mit einer Dicke von 1,1 mm verwendet. Als durch Strahlen mit wirksamer Energie härtbare Substanz wurde die Substanz A von Tabelle 1 verwendet. Die Substanz A von Tabelle 1 wurde in einer Dicke von 0,8 mm auf eine 0,3 mm dicke Polyesterfolie, die als Träger diente, aufgebracht, und durch Bestrahlung und Entwicklung wurde in dem zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereich eine Aushöhlung mit einer Tiefe von 0,8 mm gebildet. Ferner wurde in diesem Bereich eine Flüssigkeits-Zuführöffnung gebildet. Das erhaltene Substrat wurde als zweites Substrat verwendet. Die anderen Bedingungen waren dieselben wie in Beispiel 1. Auf diese Weise wurde ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf hergestellt. Die Höhe der Flüssigkeitskammer betrug etwa 0,87 mm.

Bei dem erhaltenen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf wurde die Schwankung der Querschnittsabmessungen der Ausstoßöffnungen von 100 der 3600 Flüsigkeitskanäle gemessen, wobei festgestellt wurde, daß diese Abmessungsschwankungen sehr gering waren. Dann wurde der erhaltene Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf an einer Aufzeichnungsvorrichtung angebracht, und es wurden Aufzeichnungsversuche durchgeführt. Als Aufzeichnungsflüssigkeit wurde reines Wasser/Diethylenglykol/Direct Black 154 = 65/30/5 (Masseteile) verwendet. Der pH dieser Aufzeichnungsflüssigkeit wurde durch Zugabe von KOH auf 10,8 eingestellt.

Die Druck- und Photodruckversuche wurden unter Verwendung von Papier mit dem Format A4 durchgeführt, wobei der Tintenausstoß stabil und mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden konnte. Bei der Betrachtung des Aufzeichnungskopfes nach der Beendigung der Aufzeichnungsversuche stellte sich heraus, daß in den Flüssigkeitskanälen z. B. weder eine Verformung noch eine Abschälung aufgetreten war. Es wurde eine gute Haltbarkeit erzielt.

Tabelle 1

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes, mit einer Flüssigkeitsausstoßöffnung, einem Flüssigkeitskanal zum Führen der Flüssigkeit zu der Flüssigkeitsausstoßöffnung, einer Flüssigkeitskammer zum Liefern der Flüssigkeit in denFlüssigkeitskanal, sowie einem Element zur Erzeugung der Flüssigkeitsausstoßenergie, insbesondere in Form eines elektrothermischen Wandlers, das dem Flüssigkeitskanal zugeordnet ist, wobei folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

1) Ausbilden einer Feststoffschicht, die eine Substanz aus einem licht- oder wärmeempfindlichen Material enthält, auf einem ersten Substrat gemäß einem vorgegebenen Muster für wenigstens den zur Bildung eines Flüssigkeitskanals vorgesehenen Bereichs,
2) Auflaminieren einer die Feststoffschicht bedeckende und die Bereiche auf dem ersten Substrat, wo die Feststoffschicht nicht vorhanden ist, auffüllende, durch Strahlenenergie härtbare Substanz und eines darüber aufgebrachten zweiten Substrats,
3) Auflegen einer Maske auf dasjenige des ersten oder zweiten Substrats, das für Strahlenenergie zur Durchführung eines Härtevorgangs durchlässig ist, um dadurch bei Bestrahlung der härtbaren Substanz einen entsprechend dem Muster der Maske von der Härtung ausgenommenen Bereich zu schaffen, der der Bildung der Flüssigkeitskammer dient, wobei gleichzeitig durch die Härtung das erste und das zweite Substrat mittels der härtbaren Substanz verbunden werden,
4) Entfernen der Feststoffschicht und des von der Aushärtung durch Strahlenenergie ausgenommenen Bereich der härtbaren Substanz.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffschicht aus einer organischen Hochpolymersubstanz gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Hochpolymersubstanz ein photoempfindliches Harz des positiven Typs verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Substrat in dem zur Bildung einer Flüssigkeitskammer vorgesehenen Bereich eine Ausnehmung aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffschicht auf dem gesamten Bereich aufgebracht wird, indem die Flüssigkeitskanäle und die Flüssigkeitskammer gebildet werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfernung eine Flüssigkeit verwendet wird, durch die die Feststoffschicht und der von der Aushärtung durch Strahlenenergie ausgenommene Bereich der härtbaren Substanz aufgelöst, quellen gelassen oder abgeschält werden kann.