DE4406224C2

DE4406224C2 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Düsenplatte

Info

Publication number: DE4406224C2
Application number: DE4406224A
Authority: DE
Inventors: Kiyohiko Takemoto; Shuichi Yamaguchi; Akio Yanamori; Yukiyoshi Icyu
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2014-02-26
Also published as: GB2277299A; SG49044A1; JPH06246921A; FR2701895A1; DE4406224A1; US6390599B1; FR2701895B1; GB9403711D0; IT1266816B1; GB2277299B; ITTO940115A1; ITTO940115A0; JP3169032B2; US5863371A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Düsenplatte.

Bei einer Aufzeichnungsvorrichtung vom Tintenstrahltyp, welche durch das Ausstoßen von Tintentröpfchen aus einer Düse Bilder auf einem Aufzeichnungsmedium aufzeichnet, ergibt sich das Problem, daß eine Abweichung in der Flugrichtung der Tintentröpfchen auftritt, wenn die Umgebung der Düse von der Tinte benetzt ist.

Um diese Art von Problem anzugehen, wird in den Patentveröffentlichungen JP 55-65564 A und JP 57-107848 A eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der eine Behandlung zur Wasserabstoßung auf der Oberfläche der Düsenplatte in der Umgebung der Düse durchgeführt wird, um dadurch die Entstehung dieser Benetzung durch die Tinte zu unterdrücken. Es ist jedoch schwierig, die Behandlung nur auf die Oberfläche der Düsenplatte zu beschränken. Die JP 2-48953 A offenbart eine Methode, bei der eine mit einem wasserabstoßenden Agens auf Silicium-Basis imprägnierte Platte verwendet wird, um die Oberfläche der Düsenplatte abzuwischen, oder bei der durch ein poröses, mit einem wasserabstoßenden Agens imprägniertes Element Druck auf die Oberfläche der Düsenplatte ausgeübt wird.

Aufgrund der daraus resultierenden Auskleidung des inneren Teils der Düse mit einem Teil des wasserabstoßenden Agens berühren in diesem Fall die Tintentropfen, wenn sie mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse ausgestoßen werden, das wasserabstoßende Agens, das an einem Teil der inneren, die Düse umgebende Oberfläche anhaftet, und das Problem der deutlichen Störung in der Flugrichtung der Tintentröpfchen tritt unverändert auf.

Aus EP 0 521 697 A2 ist eine Düsenplatte mit Düsenöffnungen zum Ausstoßen von Tintentröpfchen und mit einem auf der Düsenplatte ausgebildeten wasserabstoßenden Überzug bekannt, der die Düsenöffnung derart umgibt, daß ein Teil der Oberfläche der Düsenplatte in der Umgebung der Düsenöffnung unbedeckt bleibt. Die Breite dieses unbedeckten Teils liegt zwischen ungefähr 30 und 80 µm.

Weiterhin ist es aus WO 92/13 720 A1 und EP 0 531 535 A1 (nachveröffentlicht, entspricht WO 92/13720 A1) bekannt, bei der Oberflächenbehandlung einer Düsenplatte für eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung einen Teil der Düsenplatte mit photosensitiven Harzmaterial zu beschichten, das durch die Bestrahlung von einer Lichtquelle gehärtet werden kann, um zu verhindern, daß sich eine wasserabstoßende Schicht an der Rückseite der Düsenöffnung ablagert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Düsenplatte bereitzustellen, bei dem eine wasserabstoßende Schicht auf der Oberfläche der Düsenplatte ausgebildet wird, wobei eine Auskleidung des Inneren der Düse mit dem wasserabstoßenden Material verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Düsenplatte nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Düsenplatte nimmt die auf ihrer Oberfläche in der Umgebung der Düsenöffnung ausgebildete, wasserabstoßende Schicht in einer solchen Weise auf, daß ein Teil der Oberfläche, welcher die Düse umgibt und dessen Breite 20% des Durchmessers der Düsenöffnung nicht übersteigt, unbeschichtet bleibt. Abweichungen im Flug der Tintentröpfchen können verhindert werden. Das Verfahren zur Oberflächenbehandlung der Düsenplatte umfaßt weiterhin die Verwendung eines auf die Oberfläche der Düsenplatte laminierten, durch Bestrahlung mit einer Lichtquelle härtbaren, photosensitiven Harzmaterials, wobei wenigstens ein Teil in den inneren Teil der Düse vordringt und der Teil des photosensitiven Harzes direkt oberhalb der Düse von einer hinter der Düsenplatte befindlichen Lichtquelle mit ausreichender Energie bestrahlt wird. Somit wird ein Teil des Harzes gehärtet, wobei dieser Teil eine Ausdehnung von wenigstens der des Düsendurchmessers, aber nicht größer als das 1,4-fache des Düsendurchmessers, besitzt. Nachdem dieser Teil des photosensitiven Harzes gehärtet ist, wird schließlich eine wasserabstoßende, deckende Schicht auf der Oberfläche der Düsenplatte ausgebildet, welche die Form des gehärteten Teils des photosensitiven Harzes integriert.

Es zeigen:

Fig. 1(a) bis 1(f) ein Diagramm eines Verfahrens zur Oberflächenbehandlung einer Düsenplatte;

Fig. 2 als Diagramm einen Querschnitt eines Beispiels einer nach obigen Verfahren hergestellten Düsenplatte;

Fig. 3 den Zusammenhang zwischen der Menge an photosensitivem Film, der in die Düse der Düsenplatte vordringt, und dem Grad der Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung; und

Fig. 4(a) bis (e) ein Diagramm eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer Düsenplatte.

Fig. 1(a) bis 1(e) zeigen ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Düsenplatte und Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer nach diesem Verfahren hergestellten Düsenplatte.

In den Fig. 1(a) bis 1(f) wird eine Düsenplatte 1 aus Materialien wie Metall, Keramik, Silicium, Glas oder Plastik, bevorzugt aus einem einzigen Metall wie Titan, Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Zinn, Gold; oder einer Legierung wie einer Nickel-Phosphor-Legierung, einer Zinn- Kupfer-Phosphor-Legierung (Phosphorbronze), einer Kupfer- Zink-Legierung, oder rostfreiem Stahl; aus Polycarbonat, Polysulfon, einem ABS Harz (Acrylnitril-Butadien-Styrol- Mischpolymerisat), Polyethylenterephthalat, Polyacetal; und verschiedenen photosensitiven Harzen hergestellt.

Die Düsenplatte 1 besitzt eine Vielzahl von Düsenöffnungen 4, von denen jede einen invertierten trichterförmigen Teil 4a an einer rückwärtigen Oberfläche 3 und einen dünn geöffneten Öffnungsteil 4b an einer Frontoberfläche 2 aufweist.

Zuerst wird ein photosensitiver Harzfilm 6, zum Beispiel der von Mitsubishi Layon hergestellte trockene Abdeckfilm Dialon FRA305-38 (Produktname), auf die Frontoberfläche 2 der Düsenplatte 1 laminiert. Dann wird der photosensitive Harzfilm 6 auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur (oberhalb 72 ± 1°C) aufgeheizt und Druck ausgeübt, so daß ein Teil des Films 6 auf der rückwärtigen Oberfläche 3 in den inneren Teil der Düse 4 in der Form eines Pfropfens 6a mit einer Länge von mehr als 8 µm vordringt (Fig. 1(a)).

Als nächstes wird die rückwärtige Oberfläche 3 der Düsenplatte 1 ultravioletter Strahlung ausgesetzt und der photosensitive Harzpfropfen 6a in dem inneren Teil der Düsenöffnung 4 gehärtet. Die ultraviolette Strahlung, welche durch den inneren Teil der Düsenöffnung 4 tritt und an der Oberfläche ankommt, wird so gebeugt, ablenkt und irregulär reflektiert, daß der photosensitive Harzfilm 6 gehärtet wird, um einen ausgedehnten Teil 6b zu bilden. Dieser ausgedehnte Teil 6b weist eine konzentrische, runde Form auf und besitzt wenigstens den Durchmesser des Düsenöffnungsdurchmesser d, wobei dieser Durchmesser nicht größer als das 1,4-fache des Düsenöffnungsdurchmessers d ist. Der ausgedehnte Teil 6b weist einen bevorzugten Durchmesser auf, der dem 1,2-fachen von d entspricht (Fig. 1(b)).

Der Durchmesser des ausgedehnten Teils 6b wird durch die Menge des in den inneren Teil der Düse 4 vorgedrungenen, photosensitiven Harzfilms 6 zusammen mit dem Grad der Bestrahlung beeinflußt; es wurden Versuche mit einer Standard- Düsenplatte (dies ist Düsenplatte 1 mit einer Plattendicke T von 80 µm, einem Düsendurchmesser d von 40 µm und einem trichterförmigen Teil der Düse 4 der Länge 35 µm) durchgeführt, bei denen die Menge E (Energie der Bestrahlung) an ultravioletter Strahlung - mit einer Wellenlänge von 365 nm -, welche auf die rückwärtige Oberfläche 3 der Düsenplatte gerichtet wurde, und die Menge an photosensitivem Harzfilm 6, welcher in den inneren Teil der Düse 4 vorgedrungen war, verändert wurde. Fig. 3 zeigt die Ergebnisse, die in diesen Tests erhalten wurden.

Die Ergebnisse zeigen, daß für den Fall, daß die Menge der Bestrahlung E in Bezug auf die in den inneren Teil der Düse 4 vorgedrungenen Menge t des Harzfilms 6 wesentlich kleiner war, der Durchmesser d des direkt über der Düse 4 ausgebildeten, ausgedehnten Teils 6b kleiner als der Düsendurchmesser d war, und außerdem, daß für den Fall, daß die Menge der Bestrahlung E in Bezug auf die in den inneren Teil der Düse 4 vorgedrungenen Menge t des Harzfilms 6 wesentlich größer war, der Durchmesser d größer als das 1,4-fache des Durchmessers d war. Ebenso zeigen die Ergebnisse, daß es, wie später beschrieben, unmöglich wurde, die Ablenkungen in der Flugrichtung der Tintentropfen zu vermeiden. Dementsprechend wurde die geforderte Menge an Bestrahlung E in Bezug auf die notwendige Menge t des in den inneren Teil der Düse 4 vorgedrungenen Harzfilms 6 zu den folgenden Werten bestimmt:

Für den Fall 18 ≦ t ≦ 30, ist der Bestrahlungswert E gleich 300 mJ/cm²

Für den Fall 30 < t ≦ 35, ist der Bestrahlungswert E gleich 600 mJ/cm²

Weiterhin verhindert der gemäß diesem Verfahren gebildete Harzpfropfen 6a, welcher eng an dem inneren Teil der Düse 4 anliegt, daß der ausgedehnte Teil 6b während des Vorgangs der Ausbildung der deckenden Schicht aus der Düse 4 fällt, und er verhindert auch das Eindringen von wasserabstoßenden, makromolekularem Harz in den inneren Teil der Düse 4. Zusätzlich dient der auf der Frontoberfläche der Düsenplatte ausgebildete, hervorragende, ausgedehnte Teil 6b als ein Mittel zur Formbildung während das Eutektoid-Beschichten durchgeführt wird.

Als nächstes wird ein photosensitives Harzmaterial 7, welches durch Bestrahlung mit einer Lichtquelle härtet, in flüssiger Form auf beide, die Frontoberfläche 2 und die rückwärtige Oberfläche 3 der Düsenplatte 1 aufgebracht, und durch die Bestrahlung der rückwärtigen Oberfläche 3 wird das photosensitive Harz 7 auf der rückwärtigen Oberfläche 3 in der Form einer Membran gehärtet (Fig. 1 (c)).

Als nächstes wird der verbliebene, nichtbestrahlte, photosensitive Harzfilm 6 auf der Frontoberfläche 2 der Düsenplatte 1 und das photosensitive Harzmaterial 7 mit einem Lösungsmittel entfernt und eine Säurereinigung durchgeführt (Fig. 1 (d)); dann wird die Düsenplatte 1 in eine elektrolytische Lösung eingetaucht, in welcher Nickelionen und Teilchen eines wasserabstoßenden, makromolekularem Harzes, wie Polytetrafluorethylen, durch elektrische Ladungen dispergiert sind, und eine deckende Schicht 8 wird auf der Frontoberfläche 2 der Düsenplatte 1 ausgebildet, während die Lösung gerührt wird (Fig. 1(e)).

Polytetrafluorethylen, Polyperfluoralkoxybutadien, Polyvinyliden, Polyfluorvinyl und Polydiperfluoralkylfumarat können einzeln oder in Kombination, wie das fluorenthaltende Makromolekül, für den Eutektoid-Beschichtungsprozeß verwendet werden. Es gibt keine besonderen Beschränkungen in Bezug auf die Matrix für die deckende Schicht 8; ein passendes Metall wie Nickel, Kupfer, Silber, Zink, Zinn kann ausgewählt werden. Bevorzugte Materialien beinhalten Nickel, Nickel- Kobalt-Legierungen, Nickel-Phosphor-Legierungen und Nickel- Bor-Legierungen mit einer guten Oberflächenhärte. Zudem sollten Materialien mit überlegener Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung gewählt werden.

Auf diese Weise bedecken die Polyfluorethylenteilchen gleichmäßig die gesamte Frontoberfläche 2 der Düsenplatte 1 mit Ausnahme der Teile, die die Düse 4 umgeben. Dort bleibt ein Bereich ohne Wasserabweisung 5 von konzentrischer, runder Form und mit einer Breite W von nicht mehr als 0,2 d (definiert durch die Form des auf der Frontoberfläche 2 der Düsenplatte 1 ausgebildeten, ausgedehnten Teils 6b) zurück.

Weiterhin werden durch die Verwendung eines passenden Lösungsmittels die Teile des photosensitiven Harzfilms 6, die als Pfropfen verwendet werden, und die Teile des photosensitiven Harzmaterials 7, die als Schutzmembran verwendet werden, gelöst und entfernt. Als nächstes wird durch Erhitzen der Düsenplatte 1 auf eine Temperatur (350°C oder höher) höher als der Schmelzpunkt des Polytetrafluorethylens eine harte, tinteabstoßende, deckende Schicht 8 auf der Frontoberfläche 2 der Düsenplatte 1 ausgebildet (Fig. 1(f)). Dabei wird ein Verziehen der Düsenplatte 1 dadurch vermieden, daß auf die Düsenplatte 1 eine Last ausgeübt wird.

Durch die Ausbildung der Düsenplatte auf diese Weise, unter Vermeidung jedes Eindringen von Material in den inneren Teil der Düse 4, wird, wie in Fig. 2 gezeigt, eine tinteabstoßende, deckende Schicht 8 nur auf der Frontoberfläche 2 ausgebildet.

Somit kann durch die Verwendung einer auf diese Weise hergestellten Düsenplatte 1 eine Aufzeichnung durchgeführt werden und Tintentröpfchen, die mit hoher Geschwindigkeit von der Düse 4 ausgestoßen werden, werden korrekt im Verhältnis zu dem Aufzeichnungsmedium fliegen. In dem Fall, in dem eine nicht wasserabstoßende Oberfläche 5 mit einer Breite, die 20% des Düsendurchmessers d nicht übersteigt, in der Umgebung der Düse 4 ausgebildet wird, wird daher überschüssige Tinte entweder entlang der inneren Wände der Düse 4 in den Tintenbehälter zurückgeführt oder sie verteilt sich gleichmäßig auf dem gesamten Umfang der nicht- wasserabstoßenden Oberfläche 5. Dadurch wird ein Bereich von gleichmäßiger Benetzung gebildet. Zusammengenommen bewirkt dies, daß eine Störung des Fluges der Tintentröpfchen vermieden wird. Außerdem haftet die auf der tinteabstoßenden, deckenden Schicht 8 verbliebene Tinte an Bereichen, wo sie den Flug der Tintentröpfchen nicht beeinflußt, welche durch die Oberflächenspannung in der Form einer Kugel gehalten werden. Die Tintentröpfchen fliegen somit unbeeinflußt von diesen Einflüssen korrekt in die Richtung der Achse der Düse 4.

Dieser Typ von Düsenplatte 1 - mit einem auf die Frontoberfläche 2 der Düsenplatte 1 aufgebrachten, tinteabstoßenden Überzug 8 (mit einer nicht-tinteabstoßenden Oberfläche 5 mit verschiedenen Durchmessern) - wurde in einen Tintenstrahldrucker des Typs "Tropfen auf Nachfrage" ("drop on demand"), welcher ein Piezowandler-Antriebssystem verwendet, eingebaut und es wurden Versuche durchgeführt, wobei Tintentröpfchen mit 0,1 µg pro Tropfen 100 mal in 30 Sekunden-Intervallen von einer Düse 4 mit einem Durchmesser von 40 µm ausgestoßen wurden und die sich ergebende Anzahl von Flügen, bei denen eine Abweichung in dem Flug der Tintentröpfchen auftrat, aufgezeichnet wurde.

Aus den obigen Ergebnissen entnahmen wir, daß für den Fall, daß die tinteabstoßende, deckende Schicht 8 direkt an die Kante der Düse 4 reicht, ein Teil der deckenden Schicht 8 in die innere Oberfläche der Düse 4 vordrang und sich nachteilig auf den Flug der Tintentröpfchen auswirkte. Für den Fall, daß eine nicht- wasserabstoßende Oberfläche 5 mit einer Breite W von mehr als 20% des Durchmessers d der Düse 4 in der Umgebung der Düse 4 ausgebildet wurde, haben wir weiterhin eine Abweichung in dem Flug der Tintentröpfchen gefunden, die der Abweichung entspricht, die in dem Fall auftrat, daß eine wasserabstoßende Behandlung auf der Frontoberfläche 2 der Düsenplatte 1 nicht durchgeführt wurde.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Verfahrens zur Behandlung der Oberfläche einer Düsenplatte.

Bei diesem Verfahren wird zuerst ein photosensitiver Harzfilm 6, welcher durch Bestrahlung von einer Lichtquelle gehärtet werden kann, auf die Frontoberfläche 2 der Düsenplatte 1 aufgebracht, außerdem wird ein photosensitives Harzmaterial 7, welches durch Bestrahlung von einer Lichtquelle gehärtet werden kann, auf die rückwärtige Oberfläche 3 der Düsenplatte 1 aufgebracht (Fig. 4(a)).

Als nächstes wird die gesamte Fläche der rückwärtigen Oberfläche 3 der Düsenplatte 1 ultravioletter Strahlung ausgesetzt, wodurch das photosensitive Harzmaterial 7 auf der rückwärtigen Oberfläche 3 und innerhalb der Düse 4 gehärtet und der Pfropfen 6a gebildet wird. Außerdem härtet die durch die Düse 4 tretende, ultraviolette Strahlung den Teil des photosensitiven Harzfilms 6 direkt über der Düse 4 in einer Ausdehnung von wenigstens dem Durchmesser d der Düse, wobei das 1,4-fache des Durchmessers d nicht überschritten wird, um somit den ausgedehnten Teil 6b auszubilden (Fig. 4(b)).

Als nächstes wird der nichtbestrahlte Teil des photosensitiven Harzfilms 6 auf der Frontoberfläche 2 der Düsenplatte mit einem Lösungsmittel gelöst und entfernt (Fig. 4(c)), dann wird unter Verwendung des ausgedehnten Teils 6b als Mittel zur Formgebung ein tinteabstoßender Überzug auf der Frontoberfläche 2 der Düsenplatte 1 ausgebildet (Fig. 4(d)).

Zuletzt wird das die Frontoberfläche 2 schützende, gehärtete, photosensitive Harzmaterial 7 auf der rückwärtigen Oberfläche 3 der Düsenplatte 1 durch Lösen in einem Lösungsmittel entfernt und die tinteabstoßende, deckende Schicht 8 somit auf der ganzen Frontoberfläche 2 der Düsenplatte 1 mit Ausnahme der Kante der Düse 4 ausgebildet (Fig. 4(e)).

Bei der zweiten Ausführungsform dieser Anmeldung wird durch Eutektoid-Beschichten auf der Oberfläche der Düsenplatte eine tinteabstoßende, deckende Schicht ausgebildet. Die Bildung dieser Schicht durch die Verwendung von Fluor enthaltendem, makromolekularem, wasserabstoßendem Material wäre jedoch genauso zufriedenstellend.

Claims

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Düsenplatte einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, umfassend die folgenden Schritte:

- die Frontoberfläche der Düsenplatte (1) wird mit einem photosensitiven Harzmaterial (6) laminiert, das durch die Bestrahlung von einer Lichtquelle gehärtet werden kann, und wenigstens ein Teil des photosensitiven Harz materials (6) dringt in den inneren Teil der Düse (4) vor;
- ein Teil des photosensitiven Harzmaterials direkt über der Düse (4) wird von der rückwärtigen Oberfläche der Düsenplatte (1) der Bestrahlung von einer Lichtquelle ausgesetzt und somit gehärtet, wobei die Bestrahlung ausreicht, um einen Teil des photosensitiven Harzmateri als (6) zu härten, dessen Ausdehnung von wenigstens der Größe des Düsendurchmessers, jedoch nicht größer als das 1,4-fache des Düsendurchmessers, ist; und
- eine wasserabstoßende, deckende Schicht (8) wird auf der oberen Oberfläche der Düsenplatte (1) ausgebildet, wobei der gehärtete Teil des photosensitiven Harzmateri als (6) als Mittel zur Formgebung der wasserabstoßenden, deckenden Schicht (8) verwendet wird.

2. Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Düsenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Bestrahlung von einer Lichtquelle härtbares, photo sensitives Harzmaterial (6) in Form eines photosensiti ven Harzfilms bereitgestellt und dieser Film einem Druck ausgesetzt wird, so daß ein Teil des Films in den inne ren Teil der Düse (4) vordringt.

3. Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Düsenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Bestrahlung von einer Lichtquelle härtbare, photo sensitive Harzmaterial (6) in Form eines photosensitiven Harzfilms und eines flüssigen, photosensitiven Harzmate rials (7) verwendet wird, der photosensitive Harzfilm wird auf die Frontoberfläche der Düsenplatte (1) aufge bracht, während das flüssige, photosensitive Harzmateri al (7) auf die rückwärtige Oberfläche der Düsenplatte (1) aufgebracht wird, wobei ein Teil in den inneren Teil der Düse (4) vordringt.