DE60030638T2

DE60030638T2 - Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs

Info

Publication number: DE60030638T2
Application number: DE60030638T
Authority: DE
Inventors: c/o Canon K. K. Takeshi Okazaki; c/o Canon K. K. Shunichi Watanabe; c/o Canon K. K. Tsutomu Abe; c/o Canon K. K. Koichi Omata; c/o Canon K. K. Hirotaka Miyazaki; c/o Canon K. K. Ryo Shimamura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: EP1072420A3; EP1072420B1; DE60030638D1; EP1072420A2; US6748657B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf zur Erzeugung von Bildern usw. auf einem Aufzeichnungsmedium und ein Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes. Genauer gesagt, die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung der Ausstoßöffnungen eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes.
Stand der Technik
Bei einem der herkömmlichen Verfahren zur Erzeugung der Ausstoßöffnungen eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes werden diese Öffnungen mittels Laserstrahlen in den Abschnitt der sogenannten Deckplatte eingebracht, welcher sich vor den die Flüssigkeitskanäle in der Deckplatte bildenden Nuten befindet.
Ein Verfahren dieser Art ist im Dokument EP-A-0495649 offenbart und weist die im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Merkmale auf.
Beim Einbringen der Ausstoßöffnungen von den Flüssigkeitskanälen aus werden die Laserstrahlen von den Nuten der Deckplatte reflektiert und treffen dadurch nicht im rechten Winkel (Bohrwinkel 0°), sondern unter einem Winkel von etwa 10° auf, so daß auch jede in den Ausstoßabschnitt eingebrachte Öffnung unter einem Winkel von etwa 10° zum jeweiligen Flüssigkeitskanal verläuft.
9 zeigt schematisch ein Beispiel des herkömmlichen Laserverfahrens. In 9 kennzeichnet das Bezugszeichen 1 eine durch Laserbestrahlung eingebrachte Düse, das Bezugszeichen 1a das als Ausstoßöffnung dienende Ende der Düse 1, das Bezugszeichen 2 einen Tintenzuführkanal, das Bezugszeichen 3 eine Platte mit den durch Laserbohren eingebrachten Ausstoßöffnungen, das Bezugszeichen 4 eine genutete Deckplatte, das Bezugszeichen 5 die Laserstrahlauftrefffläche, das Bezugszeichen 6 einen Laserstrahl, das Bezugszeichen 7 ein Heizelement (Wärme erzeugendes Element). Wie aus 9 hervor geht, beträgt der Lasereinfallwinkel im allgemeinen etwa 10° ± 1°.
Wenn die Ausstoßöffnung unter einem bestimmten Winkel zum Flüssigkeitskanal verläuft, wird zum Beispiel beim Zuführen von Tinte aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer zum Flüssigkeitskanal und von diesem zu der durch Laserbestrahlung erzeugten Ausstoßöffnung die Strömungsrichtung der Flüssigkeit verändert und dadurch ungleichmäßiges Strömen der Flüssigkeit verursacht. Durch das daraus resultierende Auftreffen der Flüssigkeit auf die Kanalwände wird das Flüssigkeitsausstoßen aus jeder Ausstoßöffnung instabil. Das heißt, daß die Ausstoßenergie streut und auch die Flugrichtungen des Haupttröpfchens und der dieses begleitenden Satellitentröpfchen differieren können.
Unter bestimmten Bedingungen treffen das Haupttröpfchen und dessen Satellitentröpfchen an unterschiedlichen Stellen auf das Aufzeichnungsmedium, so daß das aufgezeichnete Bild eine schlechte Qualität hat. Auch beim Vorwärts- und Rückwärtsdrucken mit einem Seriendrucker oder einem ähnlichen Drucker verläuft die Flugrichtung der Flüssigkeitströpfchen von der Ausstoßöffnung zum Aufzeichnungsmedium nicht senkrecht auf dieses, da die Strömungsbahn nicht rechtwinklig zur Ausstoß öffnungsplatte verläuft. Außerdem wird ist der Abstand zwischen den aufgetragenen Punkten bei der „Vorwärtsbewegung" des Schlittens anders als bei dessen „Rückwärtsbewegung", wodurch eine ungleichmäßige Dichte sich ergeben kann.
Außerdem wird durch das Kräuseln des transportierten Aufzeichnungsmediums eine Änderung des Abstandes zwischen dem Kopf und dem Aufzeichnungsmedium (Flugwegabweichung) verursacht. Dadurch können ebenfalls Unterschiede in den Auftreffstellen des Haupttröpfchens und dessen Satellitentröpfchen auftreten, welche eine ungleichmäßige Dichten verursachen.
Im japanischen Dokument 10-13980 ist eine Vorrichtung zum Steuern der Bohrwinkel usw. offenbart, welche durch Einstellen der Lichtdurchlaßmenge über eine Gradientmaske die Laserstrahlen örtlich oder schrittweise abschirmt. Das heißt, daß mit dieser Vorrichtung lediglich durch Erzeugen von Einstellmustern für die zur Bohrmaske zu leitende Lichtmenge die Bohrwinkel effektiv gesteuert werden. Dadurch wird im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren der Bohrwinkel nahezu horizontal eingestellt und somit eine stabile Ausstoßrichtung gewährleistet.
Genauer ausgedrückt, mit der Vorrichtung, bei welcher die Gradientmaske verwendet wird, werden in Übereinstimmung mit einer eventuellen Änderung der Dicke oder der Bohrungsfläche der Ausstoßöffnungsplatte die Muster des Gradientabschnitts nacheinander verändert und sollten auch bei einer Änderung der Düsenform sich entsprechen ändern. Hier sind aber dem auf einer Maske unterzubringenden Muster automatisch Grenzen gesetzt. Wenn die Anzahl an Mustern diese Grenze überschreitet, werden die Masken ausgetauscht. Auch wenn zur Fertigung eines langen Ganzzeilenkopfes die mit Laserstrahlen zu be handelnde genutete Deckplatte in mehrere Blöcke unterteilt wird, ist zum Erreichen der gleichen Bohrungskonfiguration aller Blöcken beim Bohren der Maskenmusteraustausch unumgänglich, weil die Dicke der Ausstoßöffnungsplatte sich von Block zu Block stark ändern kann.
Im japanischen Dokument JP-A-06-210858 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes offenbart. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein mit Ausstoßöffnungen zu versehendes plattenförmiges Element so auf einen Einstelltisch gelegt, daß zwischen der Reflektionsfläche des Einstelltisches und dem mit einer Ausstoßöffnung zu versehenden Abschnitt des plattenförmigen Elements ein Spalt vorhanden ist. Die Ausstoßöffnung wird mittels Laserlicht von der Seite eingebracht, welche nicht auf den Einstelltisch gerichtet ist. Der nach dem Einbringen der Ausstoßöffnung auf den Einstelltisch treffende Laserstrahl wird von diesem reflektiert und auf die diesem gegenüberliegende Fläche des plattenförmigen Elements gerichtet. Vom reflektierten Laserstrahl wird die Kante der Ausstoßöffnung abgeschmolzen und gerundet und dadurch die Ausstoßeigenschaft der Ausstoßöffnung verbessert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, mit welchem die durch die geneigte Ausstoßachse verursachte Abweichung der Flugrichtungen zwischen dem Haupttröpfchen und dessen Satellitentröpfchen sowie die Instabilität der Ausstoßrichtungen und Ausstoßleistung eliminiert werden und durch Verbesserung der Bildgleichheit beim Vorwärts- und Rückwärtsdrucken die Bildqualität insgesamt verbessert wird. Genauer ausgedrückt, eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines einfa chen und effektiven Verfahrens zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, welches die Erzeugung einer gleichmäßigen Form und Fläche jeder Ausstoßöffnung besonders bei einem langen Kopf gewährleistet und den Konstruktionsaufwand verringert.
Diese Aufgabe löst das im Anspruch 1 definierte Verfahren.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
In Übereinstimmung mit dieser Erfindung können die Düsen, welche vertikales Ausstoßen ermöglichen, mit einem einfacheren System als dem herkömmlichen erzeugt werden. Dadurch ist es möglich, das bei der genuteten Deckplatte (Deckplatte mit integriertem Ausstoßöffnungsabschnitt) schon lange bestehende Problem des möglichen Auftretens einer Abweichungen der Flugrichtung des Haupttröpfchens von jener der das Haupttröpfchen begleitenden Satellitentröpfchen durch die geneigte Ausstoßachse, einer instabilen Ausstoßrichtung und einer instabilen Ausstoßleistung zu beseitigen. Demzufolge kann die Bildgleichmäßigkeit beim Vorwärts- und Rückwärtsdrucken und somit die gesamte Bildqualität verbessert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch die Laserbearbeitung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Die 2A, 2B und 2C zeigen schematisch eine Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, aus welcher die Beziehung zwischen dem aus einer Ausstoßöffnung ausgestoßenen Tintentröpfchen und den Punktsatelliten hervor geht.
3 zeigt eine Mikroaufnahme von Düsenöffnungen, welche in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten werden können.
4 zeigt eine Mikroaufnahme der beim Vorwärts- und Rückwärtsdrucken in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugten Punkte.
5 zeigt vergrößert ein in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugtes Bild.
6 zeigt vergrößert ein mit einem herkömmlichen Kopf erzeugtes Bild als Vergleich zu dem in 5 dargestellten Bild.
7 zeigt ein Foto zu Tintenausstößen aus dem Kopf gemäß der ersten Ausführungsform, welches mittels einer Ausstoßbeobachtungsvorrichtung (CADVAMS) aufgenommen wurde.
8 zeigt ein Foto zu Tintenausstößen aus einem herkömmlichen Kopf, welches mittels einer Ausstoßbeobachtungsvorrichtung aufgenommen wurde, als vergleich zu dem in 7 gezeigten Foto.
9 zeigt schematisch die herkömmliche Laserbearbeitung.
10 zeigt schematisch die Auftreffstelle des direkten Laserstrahls und jene des in 1 angedeuteten reflektierten Strahls.
11 zeigt den experimentell ermittelten Wert und den logischen Wert als Beziehung zwischen der Dicke des SiO₂-Films und dem Laserlichtreflexionsvermögen.
12 zeigt eine Mikroaufnahme von Düsenöffnungen, welche in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten werden können.
13 zeigt schematisch einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf in perspektivischer Darstellung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
1 zeigt schematisch die Laserbearbeitung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. In 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 1 eine durch Laserbohren erzeugte Ausstoßöffnung, das Bezugszeichen 2 einen Tintenzuführkanal, das Bezugszeichen 3 ein plattenförmiges Element, welche mit Ausstoßöffnungen versehen wird, das Bezugszeichen 4 eine als zweite Grundplatte dienende genutete Deckplatte, das Bezugszeichen 5 die Laserauftrefffläche, das Bezugszeichen 6a die Fläche A des Laserstrahls, das Bezugszeichen 6b die Fläche B, das Bezugszeichen 6c die Fläche C, das Bezugszeichen 7 ein elektrothermisches Umwandlungselement zur Erzeugung der für das Ausstoßen von Tinte erforderlichen Wärmeenergie, d.h. ein als Energie erzeugendes Element dienendes Heizelement (Wärme erzeugendes Element).
Bei dieser Anordnung grenzen die als Reflexionsfläche dienende Lichtübertragungsfläche (Fläche A bei 6a), die Lichtabschirmfläche (Fläche B bei 6b) und die Direktlichtübertragungsfläche (Fläche C bei 6c) in der genannten Reihenfolge aneinander.
Wenn vom hinteren Ende des Tintenzuführkanals in Strömungsrichtung Licht unter einem bestimmten Winkel auf die Fläche A bei 6a trifft, erzeugt das Licht, welches von der Bodenfläche der in der zweiten Grundplatte vorhandenen Nut reflektiert wird, den oberen Teil der Ausstoßöffnung 1. Da bei 6b die Fläche B vorhanden ist, wird der obere Teil der Ausstoßöffnung 1 nur vom reflektierten Licht erzeugt. Der untere Teil der Düse wird von dem auf die Fläche C bei 6c treffenden Licht erzeugt.
Die vertikale Lage der gebohrten Öffnung 1 und die gewünschte Fläche der Öffnung werden durch Veränderung des Winkels des Werkstück (genutete Deckplatte 4) auf die Minute genau zum Laserstrahl und durch Veränderung des Werkstückabstandes zur Lichtquelle gesteuert. Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung sind die Lage des Werkstücks in X-, Y- und Z-Richtung und der Nullpunkt grundsätzlich frei wählbar. Unter Beachtung der Nutform (besonders der Bodenfläche der Nut), des Einfallwinkels, der Form der zu erzeugenden Öffnung 1 und des Bohrwinkels ist es möglich, die Position und die Neigung des auf den Bearbeitungstisch gelegten Werkstücks mittels der Software entsprechend einzustellen. Mit anderen Worten, durch den Winkel des vom Boden der Nut in der zweiten Grundplatte reflektierten Laserstrahls und den Winkel des in die Nut eintretenden Laserstrahls kann der Bohrwinkel gesteuert werden.
Besonders bei Verwendung eines Bohrmaskenmusters für das Bestrahlen mit einem Laser sollte von den Lichtdurchlaßflächen des in 1 dargestellten Maskenmusters die Lichtabschirmfläche (Fläche B bei 6b) über die gesamte Lichtemissionsfläche in Anordnungsrichtung der Zuführkanäle nahe der Fläche des einfallenden Lichts (Fläche A bei 6a) liegen, welches zum Reflexionslicht wird.
Wenn die Erzeugung einer größeren Öffnung im engeren Bearbeitungsbereich gewünscht wird, ist das auf die in 10 dargestellte Weise, d.h. durch Umkehren der Bearbeitungsposition des Reflexionslichts und des direkten Lichts auf der in 1 angedeuteten Bearbeitungsfläche möglich.
Nach diesem Laserbearbeitungsverfahren kann die Öffnung 1 so eingebracht werden, daß in Strömungsrichtung deren Mittellinie parallel zur Oberseite (Strömungskanalerzeugungsseite) der ersten Grundplatte und rechtwinklig zur Vorderseite der Ausstoßöffnungsplatte 3 verläuft. Somit sind die genannten technischen Probleme gelöst.
Wie bereits erwähnt, werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Form der zweiten Grundplatte und Abschnitte der Ausstoßöffnungen vorzugsweise mittels des direkten Lichts auf der zur ersten Grundplatte weiter entfernten Seite und Abschnitte der Ausstoßöffnungen mittels des Reflexionslichts auf der zur ersten Grundplatte näher liegenden Seite erzeugt. Es besteht auch die Möglichkeit, für das direkte Licht und das Reflexionslicht die gleiche Bestrahlungsfläche zu wählen. Die Seitenflächen jeder Nut in der zweiten Grundplatte können auch mit einem Reflexionsfilm überzogen werden, um das einfallende Licht effektiver zu reflektieren.
Für den Bohrwinkel sollten nur der Winkel des vom Boden jeder Nut in der zweiten Grundplatte reflektierten Lichts und der Einfallwinkel des in die Nut einfallenden direkten Laserstrahllichts gesteuert werden. Der Bohrwinkel kann aber auch über das Verhältnis zwischen dem Reflexionslicht und dem direkten Licht gesteuert werden. Vorzugsweise sollte aber der von den Wänden jeder Nut in der zweiten Grundplatte reflektierte Laserstrahl und die Ausgangsleistung des direkten Lichts einander angeglichen werden.
Als Lichtquelle kann ein Excimerlaser, ein Femtolaser oder ein ähnlicher Laser verwendet werden.
Die zweite Grundplatte sollte vorzugsweise aus Silizium oder einem ähnlichen Material gefertigt werden. Die Nuten können auch durch Mikrobearbeitung effektiv in die zweite Grundplatte eingebracht werden.
Die 2A, 2B und 2C zeigen schematisch eine Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, aus welcher die Beziehung zwischen dem aus der Ausstoßöffnung 1a ausgestoßenen Tintentröpfchen und den Punktsatelliten hervor geht. Von diesen Figuren zeigt die 2A die konventionelle Art. Da in diesem Fall die Tintenströmungsrichtung sich unmittelbar vor dem Ausstoßen der Tröpfchen ändert, tritt eine Geschwindigkeitsänderung der Tinte ein, so daß die Haupttröpfchen nicht in die beabsichtigte Richtung ausgestoßen werden und die Ausstoßrichtung der Satellitentröpfchen von jener der Haupttröpfchen abweicht. 2B zeigt nahezu senkrechtes Ausstoßen. Doch auch in diesem Fall unterscheidet der Ausstoßwinkel der Haupttröpfchen sich von jenem der Satellitentröpfchen.
2C zeigt das Ausstoßen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall erfolgt das vertikale Ausstoßen genauer als in dem in 2B dargestellten Fall (die Tintenströmungsrichtung vor dem Heizelement und die Ausstoßrichtung der Tintentröpfchen verlaufen rechtwinklig zu der mit den Ausstoßöffnungen versehenen Fläche). Hier wurde durch das geneigte reflektierte Licht des Laserstrahls 6 das Bohren realisiert.
Die in der Beschreibung dieser Erfindung verwendeten Begriffe „rechtwinklig", „senkrecht" und „parallel" bedeuten im wesentlichen rechtwinklig, senkrecht bzw. parallel. Beim tatsächlichen Drucken treten keine Probleme auf, wenn nur einer der entsprechenden Winkel etwa 1,8° beträgt. Es wird jedoch angestrebt, unter Einbeziehung der Konstruktionstheorie keinerlei Abweichungen zuzulassen.
Die Nuten zur Erzeugung der Strömungskanäle 2 können auch durch Gießen, Laserbearbeitung usw. in die Deckplatte 4 eingebracht werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Zusammenkleben der mit Ausstoßöffnungen versehenen Platte und der mit Nuten versehenen Deckplatte (zweite Grundplatte) ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf erzeugt. Durch Speisen der Wärme erzeugenden Elemente mit Elektroenergie werden in der Flüssigkeit über diesen Bläschen gebildet, deren Energie das Ausstoßen von Flüssigkeit aus den genannten Düsen bewirkt. 13 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf. Dieser Tintenstrahlaufzeichnungskopf wird durch Zusammenkleben der Grundplatte 602 und der Deckplatte 608 erzeugt. Auf der Grundplatte 602 sind Energie erzeugende Elemente zum Erzeugen der für das Ausstoßen von Tinte erforderlichen Energie angeordnet. In diesem Fall sind das elektrothermische Wandler 601 zur Erzeugung von Wärmeenergie. Die Deckplatte 608 ist mit Nuten 603 versehen, welche die Tintenströmungskanäle bilden und den elektrothermischen Wandlern 601 gegenüber angeordnet sind. Die Deckplatte 608 weist als integralen Bestandteil ein Element 605 auf, in welchem die mit den Nuten 603 verbundenen Tintenausstoßöffnungen 604 angeordnet sind. Die in einem Rahmen 607 vorhandene gemeinsame Tintenkammer 606 speist die Tintenströmungskanäle mit Tinte.
Mit dem Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird besonders bei Verwendung des beschriebenen Aufzeichnungskopfes, bei welchem durch Wärmeenergie fliegende Tintentröpfchen erzeugt werden, eine ausgezeichnete Aufzeichnungsqualität erreicht.
Grundlage und Prinzip dieses Verfahrens bilden zum Beispiel jene, welche in den amerikanischen Dokumentationen 4,723,129 und 4,740,796 offenbart sind. Dieses Verfahren kann sowohl mit einer sogenannten Nachbedarf-Aufzeichnungsvorrichtung als auch mit einer kontinuierlich betriebenen Aufzeichnungsvorrichtung realisiert werden. Besonders effektiv ist eine Nachbedarf-Aufzeichnungsvorrichtung, weil jeder der einem mit Tinte gefüllten Flüssigkeitskanal oder Blatt gegenüber angeordneten elektrothermischen Wandler durch mindestens ein Signal angesteuert werden kann, um in Übereinstimmung mit den Aufzeichnungsinformationen Wärmeenergie zu erzeugen, dadurch über der Wärmewirkungsfläche des Aufzeichnungskopfes eine abrupte Temperaturerhöhung und somit Filmsieden zu erreichen, damit jedem der Ansteuersignale entsprechend ein Bläschen in der Flüssigkeit (Tinte) gebildet wird. Mit dem Wachsen und Komprimieren jedes Bläschens wird durch die entsprechende Ausstoßöffnung Flüssigkeit (Tinte) ausgestoßen und dabei mindestens ein Tröpfchen erzeugt. Als Ansteuersignal wird vorzugsweise ein Signal in Impulsform gewählt, weil dieses momentanes und angemessenes Wachsen und Komprimieren des Bläschens und somit ausgezeichnetes Ausstoßen von Flüssigkeit (Tinte) gewährleistet.
Ansteuersignale in Form von Impulsen sind in den amerikanischen Dokumenten 4,463,359 und 4,345,262 offenbart. Die Temperaturerhöhungsrate der Wärmewirkungsfläche, mit welcher ausgezeichnete Ausstoßbedingungen erreicht werden, ist im amerikanischen Dokument 4,313,124 offenbart.
Für den Aufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine Kombination aus Ausstoßöffnungen, elektrothermischen Wandlern und Flüssigkeitskanälen (linear oder rechtwinklig) verwendet wird, kann auch der in den amerikanischen Dokumenten 4,558,333 und 4,459,600 offenbarte Aufbau, bei welchem die Wärmewirkungsflächen in einem gekrümmten Abschnitt liegen, gewählt werden.
Die vorliegende Erfindung ist besonders effektiv übertragbar auf den im japanischen Dokument 59-123670 offenbarten Aufbau, bei welchem ein gemeinsamer Schlitz als Ausstoßöffnung für zahlreiche elektrothermische Wandler dient, und auf den im japanischen Dokument 59-138461 offenbarten Aufbau, bei welchem für jede Ausstoßöffnung eine Ausnehmung zum Absorbieren der aus der Wärmeenergie resultierenden Druckwelle vorgesehen ist.
Der genannte Effekt ist noch deutlicher erkennbar, wenn die vorliegende Erfindung auf einen die gesamte Aufzeichnungsbreite des Aufzeichnungsmediums überdeckenden Ganzzeilendruckkopf übertragen wird. Ein solcher Ganzzeilendruckkopf kann aus einzelnen Druckköpfen zusammengesetzt oder ein einstückig gefertigter Druckkopf sein.
Außerdem besteht die Möglichkeit der Verwendung eines austauschbaren Druckkopfes in Chipform, welcher mit der Druckerhauptbaugruppe elektrisch verbunden ist und von dieser mit Tinte versorgt wird, oder eines Druckkopfes in Kartuschenform mit integriertem Tintenbehälter.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Aufzeichnungskopf auch mit einer Regeneriervorrichtung und einer Hilfsvorrichtung ausgerüstet werden, um ständig stabiles Ausstoßen zu gewährleisten. Eine solche Vorrichtung ist zum Beispiel eine Abdeckvorrichtung, eine Reinigungsvorrichtung, eine Saug- oder Komprimiervorrichtung oder eine Vorheizvorrichtung in Form von elektrothermischen Wandlern oder ähnlichen Heizelementen, wobei diese auch kombiniert verwendet werden können. Vorausstoßen, welches unabhängig vom normalen Ausstoßen durchgeführt wird, trägt ebenfalls zum stabilen Aufzeichnen bei.
Die vorliegende Erfindung ist auch übertragbar auf einen Drucker, mit welchem nicht nur mit schwarzer Tinte gedruckt, sondern auch Mehrfarbendrucken und Vollfarbendrucken durchgeführt wird, unabhängig davon, ob der verwendete Druckkopf ein einstückig gefertigter oder ein aus mehreren Einzelköpfen zusammengesetzter Kopf ist.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen dieser Erfindung wurde Tinte als Flüssigkeit zugrunde gelegt, welche unterhalb Raumtemperatur sich im starren Zustand befindet, bei Raumtemperatur flüssig wird. Da beim Tintenstrahldrucken die Tintentemperatur in einem Bereich zwischen 30 und 70°C gesteuert wird, kann eine Tinte verwendet werden, welche beim Senden der Aufzeichnungssignale in den flüssigen Zustand übergeht.
Es kann aber auch eine Tinte verwendet werden, welche nur durch Wärmeenergie flüssig wird, wobei der Energieverbrauch beim Verflüssigen eine Temperaturerhöhung oder ein Verdampfen der Tinte verhindert. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Tinte verwendet werden, welche nur durch Wärmeenergie, d.h. beim Senden der Aufzeichnungssignale flüssig und in diesem Zustand ausgestoßen wird, aber bereits beim Auftreffen auf dem Auszeichnungsmedium zu erstarren beginnt. Eine solche Tinte kann in flüssiger oder fester Form in Vertiefungen oder Poren eines den elektrothermischen Wandlern gegenüber angeordneten Blattes gespeichert werden, wie im japanischen Dokument 54-56847 oder 60-71260 offenbart. Die vorliegende Erfindung ist besonders effektiv, wenn in den genannten Tinten Filmsieden realisiert werden kann.
Nachfolgend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Die Herstellung eines Tintenstrahlkopfes erfolgt nach dem in 1 dargestellten Verfahren, bei welchem das Reflexionslicht eines Excimerlasers genutzt wird. Die als Flüssigkeitskanäle dienenden Nuten in der aus Polysulfon gefertigten Deckplatte werden beim Gießen geformt. Die tiefste Stelle jedes Flüssigkeitskanals beträgt 0,060 mm, die Tiefe der Laserbehandlungsfläche 0,052 mm, die Tiefe des hintersten Flüssigkeitskanalabschnitts 0,040 mm, die Flüssigkeitskanallänge 0,350 mm, die Größe jedes Heizelements (Wärme erzeugendes Element) 0,023 × 0,110 mm², die Dicke der mit Ausstoßöffnungen zu versehenden Platte 0,035 mm und der Abstand zwischen deren Kante und dem Heizelement 0,120 mm.
Die Ausdehnung des einfallenden Laserstrahls im Raum beträgt auf einer Seite in vertikaler Richtung 1,6°, auf einer Seite in horizontaler Richtung 1,2°. Der Behandlungsgradient beträgt 5°. Die mit einem Laserstrahl durchgeführte Behandlung des Werkstücks erfolgt mit einer Leistung von 1 mJ/cm pro Impuls, wobei der Laser über eine dreigeteilte Linse konzentriert wird.
Bei dieser Anordnung trifft der Laserstrahl unter einem Winkel von 7° auf die erste Grundplatte. Dann wird auf einer Seite der mit Ausstoßöffnungen zu versehenden Platte bei einem Behandlungsgradienten von 78° eine Öffnung (Düse) ge formt, deren Mittelachse rechtwinklig zu der genannten Ebene und parallel zur ersten Grundplatte verläuft. Die Fläche der auf diese Weise erzeugten Öffnung beträgt 400 μm² ± 30 μm². 3 zeigt eine Mikroaufnahme der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erreichbaren Form der Öffnung.
Mit 64 Düsen × 360 dpi (etwa 14 Punkte/mm) dieser Art wird ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf für einen Seriendrucker versehen. Dadurch wird gewährleistet, daß die beim Vorwärts- und Rückwärtsdrucken erzeugten Punkte nicht durch Satelliten beeinträchtigt werden. 4 zeigt eine Mikroaufnahme der beim Vorwärts- und Rückwärtsdrucken in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform erzeugten Punkte, 5 eine Vergrößerung des in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform erzeugten Bildes und 6 eine Vergrößerung des mit einem herkömmlichen Kopf erzeugten Bildes. Ein Vergleich von 6 mit 5 zeigt, daß bei dieser Ausführungsform der freie Raum zwischen dem Haupttröpfchen und dessen Satellitentröpfchen besser definiert ist.
7 zeigt eine Aufnahme der bei einem Kopf der ersten Ausführungsform erfolgten Ausstoßvorgänge, beobachtet mit einer Ausstoßbeobachtungsvorrichtung (CADVAMS), 8 eine Aufnahme der bei einem herkömmlichen Kopf erfolgten Ausstoßvorgänge, ebenfalls mit der genannten Beobachtungsvorrichtung beobachtet. Ein Vergleich von 8 mit 7 zeigt, daß mit der vorliegenden Ausführungsform vertikales Ausstoßen, wie in 2c simuliert, möglich ist.
(Zweite Ausführungsform)
Die Herstellung eines Tintenstrahlkopfes erfolgt nach dem in 1 dargestellten Verfahren, bei welchem das Reflexionslicht eines Excimerlasers genutzt wird. Wie 9 zeigt, sind die Bearbeitungsposition des reflektierten Licht und die des direkt einfallenden Lichts vertauscht. Die Deckplatte ist aus Silizium gefertigt. Die als Strömungskanäle dienenden Nuten wurden durch mechanisches Mikrobearbeiten erzeugt. Hier beträgt die Tiefe jedes Strömungskanals 0,030 mm, dessen Länge 0,200 mm, die Größe des Heizelements 0,023 × 0,88 mm², die Dicke der mit Ausstoßöffnungen zu versehenden Platte 0,025 mm und der Abstand von der Plattenkante bis zum Heizelement 0,065 mm. Die Wandflächen der Nut, von welchen das Licht reflektiert wird, sind mit einem SiO₂-Film überzogen. Die Filmdicke, bei welcher das Reflexionsvermögen nahezu das Maximum erreicht, beträgt 120 nm, wie experimentell ermittelte und logische Werte ergaben.
11 zeigt in Diagrammform die experimentell ermittelten und die logischen Werte des Laserlichtreflexionsvermögens als Funktion der Dicke des SiO₂-Films.
Die Ausdehnung des in den Raum fallenden Laserstrahls beträgt in vertikaler Richtung 2,0°, in horizontaler Richtung 1,5°. Der Einfallwinkel beträgt 6,0°. Die Laserstrahlleistung auf der Bearbeitungsfläche beträgt 1 J/cm² pro Impuls. Unter diesen Bedingungen wird eine Öffnung mit einer Fläche von etwa 320 μm² erzeugt. 12 zeigt eine Mikroaufnahme der Form jeder der in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugten Düsenöffnung.
Mit 2400 Düsen × 600 dpi (etwa 23 Punkte/mm) dieser Art wird ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf für einen Seriendrucker versehen. Wie bei der ersten Ausführungsform wird auch hier gewährleistet, daß die Punkte nicht durch Satelliten beeinträchtigt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, welcher eine erste Grundplatte (602) mit darauf angeordneten Energie erzeugenden Elementen (7) zur Erzeugung der für das Ausstoßen von Tinte erforderlichen Energie und eine an der ersten Grundplatte (602) befestigte zweite Grundplatte (4) aufweist, wobei die zweite Grundplatte (4) mit Nuten (603) zur Erzeugung von Tintenströmungskanälen (2) entsprechend den Energie erzeugenden Elementen (7) und einem Element (3) zur Erzeugung von Tintenausstoßöffnungen (1) vor den Nuten (603) versehen ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen der Ausstoßöffnungen (1) durch Einbringen von Bohrungen in das Element (3) mittels Laserstrahlen von dessen an die Nuten (603) grenzenden Bearbeitungsfläche (5) aus und Erzeugen der Strömungskanäle (2) durch Ankleben der ersten Grundplatte (602) an die mit den Nuten (603) versehne zweite Grundplatte (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßöffnungen (1) durch Einbringen von Bohrungen in das Element (3) mittels der von den Wänden der Nuten (603) reflektierten Laserstrahlen und der direkt auf das Element (3) treffenden Laserstrahlen erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei die Abschnitte der Aus stoßöffnungen (1), welche von der ersten Grundplatte (602) weiter entfernt liegen, durch das direkt einfallende Licht, die Abschnitt der Ausstoßöffnungen (1), welche näher an der ersten Grundplatte (602) liegen, durch das Reflexionslicht erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei der vom direkten Licht bestrahlte Abschnitt und der vom Reflexionslicht bestrahlte Abschnitt auf jeder der Bearbeitungsflächen (5) gleich sind.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei die Wände jeder Nut (603) mit einem das Licht reflektierenden Film überzogen sind.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei die Mittelachse jeder durch Laserstrahlen in das Element (3) eingebrachten Ausstoßöffnung (1) in Tintenströmungsrichtung rechtwinklig zur Frontfläche des Elements (3) und parallel zu der den Strömungskanal in der ersten Grundplatte (602) bildenden Fläche verläuft.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei zur Erzeugung jeder Ausstoßöffnung der Bohrwinkel durch den Winkel des von der Bodenfläche der Nut (603) reflektierten Laserlichts und den Winkel des in die Nut (603) direkt einfallenden Laserlichts gesteuert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei der Bohrwinkel über das Leistungsverhältnis zwischen dem Reflexionslicht und dem direkten Licht gesteuert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei die Leistung des Reflexionslichts und die des direkten Lichts übereinstimmen.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei zum Bestrahlen mit Laserlicht ein Bohrmaskenmuster verwendet wird und auf dem Bohrmaskenmuster ein Lichtabschirmbereich vorhanden ist, welcher in Anordnungsrichtung der Strömungskanäle den gesamten Lichtemissionsbereich zwischen den Lichtdurchlaßbereichen für das Licht, welches Reflexionslicht wird, und den Lichtdurchlaßbereichen für das Licht, welches direktes Licht wird, bedeckt.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei das Licht der Laserstrahlen Excimerlaserlicht ist.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei das Licht der Laserstrahlen Femtosekunden-Laserlicht ist.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Grundplatte (4) aus Silizium gefertigt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei die Nuten (603) in der zweiten Grundplatte (4) durch Mikrobearbeiten erhalten werden.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei die Nuten (603) in der zweiten Grundplatte (4) durch Gießen erhalten werden.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1, wobei die Nuten (603) in der zweiten Grundplatte (4) durch Laserbearbeitung erhalten werden.