DE60010638T2

DE60010638T2 - Kontinuierlich arbeitender tintenstrahldrucker mit mikroventil-umlenkmechanismus und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE60010638T2
Application number: DE60010638T
Authority: DE
Inventors: John A. Rochester Lebens; Christopher N. Rochester Delametter; David P. Rochester Trauernicht
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2020-12-12
Also published as: EP1112848B1; US20030067516A1; US6796641B2; EP1112848A2; US20030007039A1; US6474795B1; EP1112848A3; US6695440B2; DE60010638D1; JP2001199062A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet digital gesteuerter Druckvorrichtungen und insbesondere auf kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldruckköpfe, bei denen eine Vielzahl von Düsen auf einem Substrat angeordnet sind und bei denen das Drucken bzw. Nichtdrucken durch gesteuerte Umlenkung der Tinte beim Verlassen der Druckkopfdüse bewirkt wird.
Es wurden bereits viele unterschiedliche digital gesteuerte Drucksysteme erfunden, und viele von ihnen werden derzeit auch hergestellt. Diese Drucksysteme arbeiten mit den unterschiedlichsten Betätigungsmechanismen, Tintenarten und Aufzeichnungsmedien. Beispiele heute in Benutzung befindlicher Drucksysteme sind unter anderem: Elektrofotografische Laser-Drucker, elektrofotografische LED-Drucker, Punktmatrix-Impact-Drucker, Thermopapierdrucker, Filmaufzeichnungsgeräte, Thermowachsdrucker, Farbdiffusions-Thermotransferdrucker und Tintenstrahldrucker. Bisher haben diese elektronischen Drucksysteme die mechanischen Druckmaschinen jedoch nicht in wesentlichem Umfang verdrängt, obwohl dieses herkömmliche Verfahren sehr aufwändige Einrichtarbeiten erfordert und selten wirtschaftlich durchführbar ist, wenn nicht einige tausend Kopien einer gegebenen Seite zu drucken sind. Es besteht daher ein Bedarf an verbesserten digital gesteuerten Drucksystemen, die zum Beispiel in der Lage sind, Farbbilder hoher Qualität mit hoher Geschwindigkeit, kostengünstig und unter Verwendung von Normalpapier herzustellen.
Heute ist der Tintenstrahldruck zum Beispiel wegen seiner berührungsfreien Arbeitsweise, geringen Geräuschentwicklung, der Verwendung von Normalpapier und auch weil keine Tonerübertragung und keine Fixierung stattfinden, als herausragende Option im Bereich des digital gesteuerten elektronischen Drucks anerkannt. Tintenstrahldrucksysteme lassen sich unterteilen in solche, die mit einem kontinuierlichen Tintenstrahl arbeiten und solche, bei denen Tintentropfen nach Bedarf abgegeben werden. Das kontinuierliche Tintenstrahldrucken ist bereits mindestens seit 1929 bekannt; siehe US-A-1 941 001 , erteilt an Hansell.
USA-3 373 437, erteilt 1967 an Sweet et al., beschreibt eine Anordnung kontinuierlich arbeitender Tintenstrahldüsen, bei der die zu druckenden Tintentropfen selektiv geladen und in Richtung auf ein Aufzeichnungsmedium umgelenkt werden. Diese Technik ist als kontinuierliche Tintenstrahltechnik mit Binärumlenkung bekannt und wird von vielen Herstellern eingesetzt, darunter auch Elmjet und Scitex.
USA-3 416 153, erteilt 1966 an Hertz et al., beschreibt ein Verfahren zum Erzielen einer variablen optischen Dichte gedruckter Punkte beim kontinuierlichen Tintenstrahldruck mit Hilfe elektrostatischer Dispersion eines geladenen Tropfenstroms, um so die Anzahl der eine kleine Öffnung passierenden Tintentropfen zu modulieren. Diese Technik wird in Tintenstrahldruckern verwendet, die von Iris hergestellt werden.
USA-3 878 519, erteilt 1974 an Eaton, beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Synchronisieren der Tropfenbildung in einem Flüssigkeitsstrom mit Hilfe elektrostatischer Umlenkung mittels eines Ladetunnels und von Umlenkplatten.
USA-4 346 387, erteilt 1982 an Hertz, beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der elektrischen Ladung von Tropfen, die durch das Aufbrechen eines unter Druck stehenden Flüssigkeitsstroms an einem Tropfenbildungspunkt gebildet werden, der innerhalb des einen elektrischen Potentialgradienten aufweisenden elektrischen Feldes liegt. Die Tropfenbildung wird an einem Punkt in dem Feld bewirkt, der der gewünschten vorgegebenen Ladung entspricht, die am Punkt der Tropfenbildung an die Tropfen angelegt werden soll. Neben Laderingen werden zum Umlenken der Tropfen auch Platten eingesetzt.
Herkömmliche kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldruckvorrichtungen arbeiten mit elektrostatischen Laderingen, die nahe an dem Punkt angeordnet werden, an dem die Tropfen in einem Strom gebildet werden. Auf diese Weise können einzelne Tropfen geladen werden. Die geladenen Tropfen können durch vorgesehene Ablenkplatten, zwischen denen ein großer Potentialunterschied besteht, umgelenkt werden. Zum Abfangen der geladenen Tropfen kann eine Rinne (gelegentlich auch als "Auffangrinne" bezeichnet) verwendet werden, während die nicht geladenen Tropfen frei auf das Aufzeichnungsmedium auftreffen können. Bei der vorliegenden Erfindung sind die elektrostatischen Tunnels und die Ladeplatten überflüssig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kontinuierlich arbeitende Hochleistungs-Tintenstrahldruckvorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, bei denen die Ausbildung der Tropfen und das Umlenken mit hoher Wiederholrate erfolgen können.
Gemäß einer weiteren Aufgabe soll die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Druckvorrichtung bereitstellen, das von den Vorteilen der Wahl solcher Fertigungstechnologien Gebrauch macht, die günstige Massen-Herstellungsverfahren ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren für den kontinuierlichen Tintenstrahldruck bereitzustellen, die keine elektrostatischen Ladetunnels oder Umlenkplatten benötigen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Steuern von Tinte in einem kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker bereitgestellt, in dem ein kontinuierlicher Tintenstrom aus einer Düse ausgestoßen wird, wobei die Vorrichtung die folgenden Elemente umfasst: Einen Vorrat an unter Druck stehender Tinte, eine Tintenvorratskammer, die eine Düsenöffnung zum Erzeugen eines kontinuierlichen Tintenflusses in einem Strom aufweist, Tintenfördermittel zwischen dem Tintenvorrat und der Vorratskammer zum Transportieren der Tinte zwischen dem Vorrat und der Kammer, wobei dieser Kanal einen ersten Tintenförderkanal und diesem benachbart einen zweiten Tintenförderkanal zum Transportieren der Tinte aufweist, und ein thermisch betätigtes Ventil, das in seinem geschlossenen Zustand verhindert, dass Tinte durch den zweiten Kanal fließt, und in seinem offenen Zustand das Fließen der Tinte durch den zweiten Kanal zulässt, wobei das Öffnen und Schließen des Ventils zu einem Umlenken des Tintenstroms von einer Druckrichtung in eine Nicht-Druckrichtung führt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines kontinuierlich arbeitenden Druckkopfes mit einer Reihe von Tintenstrahlvorrichtungen bereitgestellt, von denen jede einen ersten und einen zweiten Tintenförderkanal, eine Tintenvorratskammer mit einer Kammerwandung, die eine mit dem ersten Förderkanal ausgerichtete Düsenöffnung und ein thermisch betätigbares Ventil aufweist, das über dem zweiten Förderkanal angeordnet ist, derart, dass durch Schließen und Öffnen des Ventils ein aus der Düsenöffnung ausgestoßener Tintenstrom zwischen einer Druckrichtung und einer Nicht-Druckrichtung umgelenkt wird. Das Herstellungsverfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Siliziumsubstrats mit einer Vorder- und einer Rückseite, Ausbilden einer Reihe von ersten und diesen benachbarten zweiten Vertiefungen im Substrat, die dem ersten und zweiten Förderkanal entsprechen, und Aufbringen eines mit Muster versehenen, thermisch betätigbaren Ventils auf jeder der zweiten Vertiefungen. Außerdem umfasst das Verfahren die Schritte: Aufbringen eines Platzhaltematerials auf den Vertiefungen und Ausbilden eines Musters auf dem Material um einen Raum zu schaffen, der der Tintenvorratskammer entspricht, Aufbringen eines Kammerwandungsmaterials auf das Platzhaltematerial, um eine Tintenvorratskammerwandung zu bilden, Ätzen einer Düsenöffnung in die mit der ersten Wandung ausgerichtete Kammerwandung und Entfernen des Platzhaltematerials durch die Düsenöffnung hindurch und dadurch Ausbilden der Tintenvorratskammer, wobei das Ventil in der Kammer freiliegt. Ferner umfasst das Verfahren das Ätzen eines Kanals durch die Rückseite des Substrats hin zu den Vertiefungen, um den zur Tintenvorratskammer führenden ersten und zweiten Tintenförderkanal auszubilden.
Diese und andere Aspekte, Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der beiliegenden Ansprüche und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer beispielhaften erfindungsgemäßen Druckvorrichtung;
2 einen schematischen Querschnitt durch ein Segment eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopfs, aus dem die erfindungsgemäßen Prinzipien ersichtlich sind;
3-17 die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopfs gemäß einem Merkmal der Erfindung in schematischer Darstellung.
Die nachfolgende Beschreibung richtet sich insbesondere auf Elemente, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind oder direkter mit ihr zusammenwirken. Es versteht sich, dass hier nicht besonders dargestellte oder beschriebene Elemente unterschiedliche, dem Fachmann bekannte Formen aufweisen können.
In 1 weist ein kontinuierlich arbeitendes Tintenstrahldrucksystem eine Bildquelle 10 auf, etwa einen Scanner oder Computer, der Rasterbilddaten, Bildbeschreibungsdaten in Form einer Seitenbeschreibungssprache oder andere Formen digitaler Bilddaten liefert. Diese Bilddaten werden mittels einer Bildverarbeitungseinheit 12, die die Bilddaten auch in einem Speicher speichert, in Rasterbitmap-Bilddaten umgewandelt. Eine Vielzahl von Ventilsteuerschaltungen 14 liest Daten aus dem Bildspeicher aus und legt zeitlich unterschiedliche elektrische Impulse an einen zum Druckkopf 16 gehörenden Satz elektrisch gesteuerter Mikroventile an. Diese Impulse werden zur richtigen Zeit der richtigen Düse im Druckkopf zugeführt, so dass aus dem kontinuierlichen Tintenstrom gebildete Tropfen Punkte in der durch die Daten im Bildspeicher bestimmten richtigen Position auf dem Aufzeichnungsmedium 18 ausbilden.
Das Aufzeichnungsmedium 18 wird mittels eines Aufzeichnungsmedium-Transportsystems 20 bezüglich des Druckkopfs 16 bewegt, wobei das Transportsystem durch eine Aufzeichnungsmedium-Steuerung 22 elektronisch gesteuert wird, die ihrerseits von einer Mikrosteuerung 24 gesteuert wird. In 1 ist das Aufzeichnungsmedium-Transportsystem nur schematisch dargestellt, und es sind viele verschiedene mechanische Ausbildungen möglich. Zum
Beispiel könnte als Aufzeichnungsmedium-Transportsystem 20 eine Übertragungswalze verwendet werden, um die Übertragung der Tintentropfen auf das Aufzeichnungsmedium 18 zu erleichtern. Die Übertragungswalzen-Technologie ist dem Fachmann bekannt. Bei seitenbreiten Druckköpfen ist es am einfachsten, das Aufzeichnungsmedium 18 an einem feststehenden Druckkopf vorbei zu bewegen. Bei Abtast-Drucksystemen ist es jedoch normalerweise zweckmäßiger, den Druckkopf in einer relativen Rasterbewegung entlang einer Achse (der Neben-Abtastrichtung) und das Aufzeichnungsmedium entlang der dazu orthogonalen Achse (der Haupt-Abtastrichtung) zu bewegen.
Die Mikrosteuerung 24 kann auch einen Tintendruckregler 26 und Ventilsteuerschaltungen 14 steuern. In einem Tintenbehälter 28 befindet sich unter Druck stehende Tinte. Im nicht druckenden Zustand können die kontinuierlichen Tintenstrahl-Tropfenströme das Aufzeichnungsmedium 18 wegen einer Tintenrinne 17, die den Strom blockiert und einen Teil der Tinte mittels einer Rückführeinheit 19 zurückführen kann, nicht erreichen. Die Tintenrückführeinheit bereitet die Tinte wieder auf und führt sie in den Behälter 28 zurück. Tintenrückführeinheiten dieser An sind dem Fachmann bekannt. Der für die optimale Arbeitsweise erforderliche Tintendruck ist abhängig von einer Reihe von Faktoren, darunter der Geometrie und den thermischen Eigenschaften der Düsen und den thermischen Eigenschaften der Tinte. Ein konstanter Tintendruck lässt sich durch Anwendung eines Drucks auf den Tintenbehälter 28 unter Steuerung durch den Tintendruckregler 26 erreichen.
Die Tinte wird der Rückseite des Druckkopfs 16 über einen Tintenkanal 30 zugeführt. Vorzugsweise fließt die Tinte durch Schlitze und/oder Öffnungen, die durch ein Siliziumsubstrat des Druckkopfs 16 in seine vordere Fläche geätzt wurden, wo sich eine Vielzahl von Düsen und Heizelementen befinden. Da der Druckkopf 16 aus einem Siliziumsubstrat besteht, ist es möglich, Ventilsteuerschaltungen 14 in den Druckkopf zu integrieren.
In 2 ist ein Segment des Druckkopfs 16 schematisch im Querschnitt dargestellt. In der Darstellung umfasst der Druckkopf eine Tintenvorratskammer 40 mit einer Düsenöffnung 42, aus der Tinte unter Druck in einem auf das Aufzeichnungsmedium 18 gerichteten Strom ausgestoßen wird. Die unter Druck stehende Tinte wird der Tintenvorratskammer 40 aus dem Behälter 28 über den Kanal 30 mittels eines Tintenförderkanals 30 zugeführt, der für jede Tintendüse einen ersten Tintenförderkanal 44 und einen angrenzenden zweiten Tintenförderkanal 46 umfasst. Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich innerhalb der Tintenvorratskammer 40 über dem zweiten Kanal 46 ein in ausgezogenen Linien dargestelltes thermisch betätigtes Ventil 50, das den Tintenstrom durch den zweiten Kanal 46 blockiert. Wenn der Tintenstrom durch den Kanal 46 blockiert ist, wird die durch den ersten Kanal 44 fließende unter Druck stehende Tinte ohne Umlenkung als in ausgezogenen Linien dargestellter Strom 52 durch die Düsenöffnung 42 ausgestoßen. Die Düsenöffnung 42 ist vorzugsweise axial mit dem ersten Tintenförderkanal 44 ausgerichtet, während der zweite Tintenförderkanal gegenüber dem ersten Kanal in einer zur gewünschten Umlenkrichtung des Tintenstroms entgegengesetzten Richtung versetzt ist, wie dies durch die punktierte Linie 52a dargestellt ist. Wenn das Ventil 50 durch von den Signalsteuerschaltungen 14 kommende Signale derart aktiviert wird, dass es sich – wie durch die gestrichelten Linien 50a dargestellt – anhebt, fließt unter Druck stehende Tinte durch den zweiten Kanal 46, so dass ein durch die Vorratskammer 40 fließender seitlicher Strom entsteht, der sich mit der axial durch den ersten Kanal 44 zur Düsenöffnung 42 fließenden Tinte vereint. Der seitliche Strom führt dazu, dass der Strom 52 – wie durch die gestrichelte Linie 52a dargestellt – umgelenkt wird. Somit führt das Öffnen und Schließen des Ventils je nach der Position der Rinne 17 zum Umlenken des Tintenstroms zwischen einer Druckrichtung und einer Nicht-Druckrichtung.
Im folgenden soll ein Verfahren, mittels dessen der Druckkopf gemäß 2 nach einem Merkmal der Erfindung hergestellt werden kann, unter Bezugnahme auf 3 bis 16 beschrieben werden. Zunächst wird, wie in 3 dargestellt, eine Oxidschicht 80 auf ein Siliziumsubstrat 82 vorzugsweise mit einem Dickenbereich von 0,1 bis 1,0 Mikron aufgebracht. Auf diese Oxidschicht wird, wie in der Draufsicht gemäß 4 zu erkennen ist, durch Aufbringen eines Musters und Ätzen eine Anordnung rechteckig geformter Öffnungen 84 aufgebracht. Die Öffnungen können wie dargestellt versetzt sein, um den Zugang zu elektrischen Anschlüssen von gegenüberliegenden Seiten des Substrats aus zu ermöglichen. Natürlich handelt es sich hierbei nur um schematische, nicht maßstaubgerechte Darstellungen, die die Schritte des Herstellungsverfahrens verdeutlichen sollen. Als nächstes wird, wie in 5 dargestellt, mittels einer bekannten Rotationsbeschichtungstechnik eine Abdeckschicht 86 auf das Substrat 82 aufgebracht und lithografisch mit einem Muster versehen. Durch das Ätzen dieses Musters in das Siliziumsubstrat 82 werden Substratvertiefungen 90 und 92 im Substrat 82 vorzugsweise im Tiefenbereich von 1 bis 100 Mikron geschaffen, wie dies in 6 zu erkennen ist. Aus diesen Vertiefungen werden schließlich die ersten und zweiten Tintenförderkanäle 44 bzw. 46. Bei der in 6 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Vertiefung 90 als zylindrisches Loch ausgebildet, während die Vertiefung 92 als rechteckiger Schlitz ausgebildet ist, aber natürlich können auch andere Ausführungsformen verwendet werden.
In 7 wird die Abdeckschicht 86 entfernt, und auf dem Substrat 82 wird eine konforme zweite Oxidschicht 94 aufgebaut. Da die zweite Oxidschicht thermisch aufgebaut wird, erfolgt dieser Aufbau an der Schnittstelle zwischen dem Substrat 82 und der ersten Oxidschicht 80. Tatsächlich wird also die zweite Oxidschicht unter der ersten Oxidschicht mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 1 Mikron aufgebaut. In 8 wird eine erste Platzhaltematerialschicht 100 aufgebracht. Die aufgebrachte Schichtdicke reicht aus, die Substratvertiefungen 90 und 92 sowie auch die rechteckig geformten Öffnungen der modifizierten Oxidschicht 80 vollständig auszufüllen. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht diese Schicht aus Polysilizium. Alternativ kann auch Polyimid verwendet werden. Anschließend wird die erste Platzhaltematerialschicht 100 bezüglich der Oxidschicht 80 gemäß 9 durch chemisch-mechanisches Polieren planarisiert. Mittels des chemisch-mechanischen Polierverfahrens wird die erste Platzhalteschicht 100 bis zur modifizierten Oxidschicht 80 weggeätzt, so dass eine planarisierte erste Platzhalteschicht 100a entsteht.
In 10 wird anschließend eine dritte Oxidschicht 102, vorzugsweise im Dickenbereich zwischen 0,1 bis 1 Mikron, aufgebracht. Diesem Vorgang folgt, wie in 10 und 11 dargestellt, das Aufbringen und Mustern einer unteren Ventilbetätigungsschicht 104. Kriterien für die untere thermische Betätigungsschicht 104 sind i) ein hoher Wärmedehnungskoeffizient, ii) ein spezifischer Widerstand zwischen 3 und 1000 μΩ-cm, iii) ein hohes Elastizitätsmodul, iv) geringe Massendichte und v) geringe spezifische Wärme. Metalle wie Aluminium, Kupfer, Nickel, Titan und Tantal sowie Legierungen dieser Metalle erfüllen diese Anforderungen. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Metall aus einer Aluminiumlegierung. In 12 wird anschließend eine obere Betätigungsschicht 106 aufgebracht, wonach die Bereiche oberhalb der planarisierten ersten Platzhalteschicht 100a entfernt werden, mit Ausnahme des auf die untere Betätigungsschicht 104 aufgebrachten Materials und eines kleinen Schutz- Bereichs 106a angrenzend an die untere Betätigungsschicht 104. Die dritte, nicht durch die obere Betätigungsschicht 106 geschützte Oxidschicht 102 wird bei diesem Verfahrensschritt ebenfalls entfernt. Kriterien für die obere Betätigungsschicht 106 sind i) ein niedriger Wärmedehnungskoeffizient und ii) dass die Schicht elektrisch isolieren sollte. Diese Anforderungen werden von dielektrischen Materialien wie Oxiden und Siliziumnitrid erfüllt. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das dielektrische Material aus einem Oxid. Der Schutzbereich 106a sowie die dritte Oxidschicht 102 schließen die untere Betätigungsschicht 90 vollständig ein und schützen sie so vor der Tinte.
In 13a wird eine zweite Platzhalteschicht 110 aufgebracht und lithografisch mit einem Muster versehen. Die zweite Platzhalteschicht schließt die rechteckig geformte Öffnung 84 (13b) mit dem thermisch betätigten Ventil 50 und der Substratvertiefung 90, 92 ein. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht dieses Material aus mittels Licht musterungsfähigem Polyimid. Dieses Material kann durch Rotationsbeschichtung beschichtet und mittels Masken-Belichtung und Entwicklung gemustert werden. Anschließend wird das Material bei 350° Celsius gehärtet, um eine Schicht vorzugsweise im Dickenbereich von 2 bis 10 Mikron zu erhalten. Durch leichtes erneutes Ätzen in einem Sauerstoffplasma kann die endgültige Dicke korrigiert und die Oberfläche gereinigt werden. Nach dem anschließenden Entfernen bildet das von dieser zweiten Platzhalteschicht eingenommene Volumen dann die Tintenvorratskammer 40 aus (2).
In 14 wird anschließend eine dicke Kammerwandschicht 112 aufgebracht, deren bevorzugte Dicke so gewählt ist, dass alle Regionen zwischen der zweiten Platzhalteschicht 110 aufgefüllt werden und oberhalb der zweiten Platzhalteschicht 110 eine Dicke größer als 1 Mikron entsteht. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht dieses Material aus einer Oxidschicht. Aber auch andere Materialien wie Siliziumnitrid oder Oxynitride können zur Ausbildung der Kammerwandschicht 112 verwendet werden, ebenso wie Kombinationen dieses Materials. Die Schicht kann dann mittels chemisch-mechanischen Polierens planarisiert werden, wobei die bevorzugte endgültige Dicke der Kammerwandschicht 112 über der zweiten Platzhalteschicht 110 größer als 1 Mikron ist.
In 15 wird die Kammerwandschicht 112 anschließend mit einem Muster versehen und geätzt, um die Düsenöffnung 42 für das Ausstoßen der Tinte auszubilden. Durch das Ätzen wird auch eine zweite Durchgangsöffnung 116 in der Kammerwand und in der oberen Betätigungsschicht 106 ausgebildet, so dass der elektrische Kontakt mit der unteren Betätigungsschicht 104 hergestellt werden kann, wodurch wiederum das thermisch aktivierte Ventil 50 aktiviert wird. Anschließend wird gemäß 16 die Rückseite des Siliziumsubstrats 82 mit einem Muster versehen, und es werden Tintenzuführkanäle 30 in das Siliziumsubstrat 10 geätzt, bis diese auf die die Böden der Vertiefungen 90 und 92 bedeckende Oxid-Abdeckschicht 94 auftreffen. Dann werden die erste Platzhalteschicht 100a und die zweite Platzhalteschicht 100 durch die Düsenöffnung 42 hindurch mittels Plasma-Ätzmitteln entfernt, die die Kammerwandschicht 112 nicht angreifen. Durch diesen Schritt wird die Tintenvorratskammer 40 geschaffen, die Platzhalteschicht aus den Vertiefungen 90 und 92 entfernt und das aus der unteren Betätigungsschicht 104 und der oberen Betätigungsschicht 106 bestehende thermische Betätigungselement 50 (2) freigelegt. Bei Polyimid-Platzhalteschichten wird hierzu ein Sauerstoff-Plasma verwendet. Bei Polysilizium-Platzhalteschichten wird XeF₂ (Xenon-Difluorid) oder SF₆ (Schwefel-Hexafluorid) verwendet. Schließlich wird die die Böden der Vertiefungen 90 und 92 bedeckende Oxid-Abdeckschicht 94 durch Ätzen von der Rückseite des Siliziumsubstrats 10 her entfernt, wodurch die ersten und zweiten Tintenförderkanäle 44 und 46 (17) entstehen. Nach dem Freilegen des thermischen Ventilbetätigungselements durch Entfernen der Platzhalteschichten befindet sich die untere Schicht 104 des Betätigungselements in einem Spannungszustand, der das Betätigungselement veranlasst, sich zur Öffnung des zweiten Tintenförderkanals hin zu biegen, wodurch Leckagen im ausgeschalteten (geschlossenen) Zustand des Betätigungselements minimiert werden. Wichtiger ist jedoch, dass eine geringe Leckage im ausgeschalteten Zustand toleriert werden kann. Durch eine solche minimale Leckage wird eine leichte Ablenkung des Tintenstroms 52 und damit eine Anfangs-Umlenkvorspannung bewirkt. Dadurch wird jedoch die Funktion nicht wesentlich beeinflusst, denn wirklich wichtig ist die Veränderung der Umlenkung des Tintenstroms zwischen dem geschlossenen und dem geöffneten Zustand des thermischen Betätigungselements.

Claims

Vorrichtung zum Steuern von Tinte in einem kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker, in dem ein kontinuierlicher Tintenstrom aus einer Düsenöffnung (42) ausstoßbar ist, gekennzeichnet durch: einen Vorrat (28) an unter Druck stehender Tinte; einer Tintenvorratskammer (40), die eine Düsenöffnung (42) aufweist zum Erzeugen eines kontinuierlichen Tintenflusses in einem Strom; Tintenfördermittel zwischen dem Vorrat (28) und der Tintenvorratskammer (40) zum Transportieren von Tinte zwischen dem Vorrat und der Kammer, wobei die Tintenfördermittel einen ersten Kanal (44) und diesem benachbart einen zweiten Kanal (46) zum Transportieren der Tinte aufweisen; und durch ein thermisch betätigtes Ventil (50), das in seinem geschlossenen Zustand verhindert, dass Tinte durch den zweiten Kanal fließt, und in seinem offenen Zustand das Fließen der Tinte durch den zweiten Kanal (46) zulässt; wobei das Öffnen und Schließen des Ventils zu einem Umlenken des Tintenstroms (52) von einer Druckrichtung in eine Nicht-Druckrichtung führt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung mit dem ersten Kanal ausgerichtet und der zweite Kanal gegenüber dem ersten Kanal in einer Richtung versetzt ist, die der Umlenkrichtung des Tintenstroms entgegengesetzt ist.
Verfahren zur Herstellung eines kontinuierlich arbeitenden Druckkopfes mit einer Reihe von Tintenstrahlvorrichtungen, von denen jede einen ersten und einen zweiten Tintenförderkanal aufweist, eine Tintenvorratskammer mit einer Kammerwandung, die eine mit dem ersten Förderkanal ausgerichtete Düsenöffnung und ein thermisch betätigbares Ventil aufweist, das über dem zweiten Förderkanal angeordnet ist, derart, dass durch Schließen und Öffnen des Ventils ein aus der Düsenöffnung ausgestoßener Tintenstrom zwischen einer Druckrichtung und einer Nicht-Druckrichtung umgelenkt wird, gekennzeichnet durch die Schritte: Bereitstellen eines Siliciumsubstrats mit einer Vorder- und einer Rückseite; Ausbilden einer Reihe von ersten und diesen benachbarten zweiten Vertiefungen im Substrat, die dem ersten und zweiten Förderkanal entsprechen; Aufbringen eines mit Muster versehenen, thermisch betätigbaren Ventils auf jeder der zweiten Vertiefungen; Aufbringen eines Platzhaltematerials auf den Vertiefungen und Ausbilden eines Musters auf dem Material, um einen Raum zu schaffen entsprechend der Tintenvorratskammer; Aufbringen eines Kammerwandungsmaterials auf das Platzhaltematerial, um eine Tintenvorratskammerwandung zu bilden; Ätzen einer Düsenöffnung in die mit der ersten Wandung ausgerichtete Kammerwandung; Entfernen des Platzhaltematerials durch die Düsenöffnung hindurch und dadurch Ausbilden der Tintenvorratskammer, wobei das Ventil in der Kammer offen ist; und Ätzen eines Kanals durch die Rückseite des Substrats hin zu den Vertiefungen, um den zur Tintenvorratskammer führenden ersten und zweiten Tintenförderkanal auszubilden.
Verfahren zum Herstellen eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopfes mit einer Einrichtung zum Steuern der Umlenkung eines Tintenstroms zwischen einer Druckrichtung und einer Nicht-Druckrichtung, gekennzeichnet durch die Schritte: Bereitstellen eines Siliciumsubstrats mit einer Vorder- und einer Rückseite; Aufbringen einer ersten Oxidschicht auf der Vorderseite des Substrats, das mit einem Muster versehen und derart geätzt ist, dass eine Reihe von Öffnungen entsteht; Bereitstellen einer Schutzschicht in den Öffnungen, wobei die Schutzschicht derart mit einem Muster versehen und geätzt ist, dass in jeder Öffnung eine erste und eine dieser benachbarte zweite Vertiefung entsteht entsprechend dem ersten und zweiten Tintenförderkanal im Druckkopf; Erzeugen einer konformen zweiten Oxidschicht, die zumindest freie Oberflächen des Substrats in den Öffnungen bedeckt, einschließlich der Innenflächen der Vertiefungen; Aufbringen einer ersten Platzhalteschicht, welche die Vertiefungen derart auffüllt, dass deren Niveau planar mit dem der zweiten Oxidschicht verläuft; Aufbringen einer ersten, elektrisch leitfähigen Betätigungsschicht, die mit einem Muster versehen ist derart, dass sie die zweite Vertiefung bedeckt; Aufbringen einer zweiten, elektrisch isolierenden Betätigungsschicht, die mit einem Muster versehen ist derart, dass die erste Betätigungsschicht umhüllt ist; Aufbringen einer zweiten Platzhalteschicht, die mit einem Muster versehen ist derart, dass sie einen Raum schafft, der einer Tintenvorratskammer im Druckkopf entspricht; Aufbringen einer dritten Oxidschicht für die Kammerwandung auf der mit einem Muster versehenen zweiten Platzhalteschicht, um dadurch eine Wandung für die Tintenvorratskammer zu bilden; Versehen einer Tintendüsenöffnung mit einem Muster und Ätzen des Musters in der der ersten Vertiefung gegenüberliegenden Kammerwandung; Entfernen der ersten und zweiten Platzhalteschicht durch die Tintendüsenöffnung hindurch, um damit die Tintenvorratskammer derart auszubilden, dass das Ventil innerhalb der Kammer geöffnet ist; und Ätzen der Rückseite des Substrats und der zweiten Oxidschicht in den Unterseiten, um den in die Tintenvorratskammer führenden ersten und zweiten Tintenförderkanal auszubilden.
Verfahren zum Steuern der Umlenkung eines von einem kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker abgegebenen Tintenstroms, gekennzeichnet durch die Schritte: Transportieren eines ersten Tintenstroms von einem Vorrat an unter Druck stehender Tinte über einen ersten Tintenförderkanal durch eine Tintenvorratskammer bis hin zu einer Düsenöffnung, um einen Ausstoß eines nicht umgelenkten Tintenstroms aus dem Druckkopf zu erzeugen; und gesteuertes Transportieren eines zweiten Tintenstroms vom Vorrat mit der unter Druck stehenden Tinte über einen zweiten Tintenförderkanal durch die Tintenvorratskammer hindurch bis zur Düsenöffnung, um einen seitlichen Tintenstrom zu erzeugen, der auf den ersten Tintenstrom in der Vorratskammer auftrifft und dadurch bewirkt, dass der ausgestoßene Tintenstrom in einer Richtung umgelenkt wird, die sich vom auftreffenden seitlichen Tintenstrom weg erstreckt.