DE60116538T2

DE60116538T2 - Methode zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstosskopfes

Info

Publication number: DE60116538T2
Application number: DE60116538T
Authority: DE
Inventors: Mahaiko Ohta-ku Kubota; Masanori Ohta-ku Takenouchi; Kiyomitsu Ohta-ku Kudo; Ryoji Ohta-ku Inoue
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: CN1195628C; CN1593925A; AU1973701A; ATE315478T1; CN100340407C; CN1316333A; US20010043255A1; JP3548536B2; EP1127693B1; AU777101B2; EP1127693A3; DE60116538D1; EP1127693A2; US6521137B2; CA2336731A1; KR20010082626A; JP2001301180A; CA2336731C; KR100388180B1; TW517011B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, aus welchem durch Bläschenbildung eine Flüssigkeit ausgestoßen wird. Genauer ausgedrückt, die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem beweglichen Element ausgerüsteten Flüssigkeitsausstoßkopfes, wobei das bewegliche Element durch den bei der Bläschenbildung erzeugten Druck ausgelenkt wird.
Die vorliegende Erfindung ist auf verschiedene Vorrichtungen übertragbar, zum Beispiel auf Drucker zum Drucken auf einem Aufzeichnungsmedium wie Papier, Fäden, Textilien, Gewebe, Leder, Metal, Plast, Glas, Holz, Keramik und anderen Materialien, auf Kopierer, Faxgeräte mit Kommunikationssystemen, Textautomaten mit einer Druckeinheit und auf ähnliche Geräte. Die Erfindung ist auch übertragbar auf industriell genutzte Aufzeichnungsgeräte, welche mit verschiedenen Verarbeitungsgeräten gekoppelt sind.
Der in der Beschreibung dieser Erfindung verwendete Begriff „Aufzeichnen" bezieht sich nicht nur auf das Drucken von Buchstaben, Graphiken und sinnvolle Bildern, sondern auch auf das Drucken von Mustern und bedeutungslosen Bildern.
STAND DER TECHNIK
Das Aufzeichnen auf herkömmliche Weise erfolgt nach dem Tintenstrahlverfahren, dem sogenannten Bläschenstrahlaufzeichnungsverfahren, bei welchem im Flüssigkeitskanal eines Aufzeichnungsgerätes in Form eines Druckers zum Beispiel Wärmeenergie oder eine andere Energieart erzeugt und durch die abrupte Volumenänderung des dabei erzeugten Bläschens Tinte aus einer Ausstoßöffnung auf ein Aufzeichnungsmedium ausgestoßen wird, um ein Bild auf diesem zu erzeugen. Die nach dem Bläschenstrahlaufzeichnungsverfahren arbeitenden Aufzeichnungsgeräte weisen im allgemeinen Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tinte, Flüssigkeitskanäle, welche mit den Ausstoßöffnungen verbunden sind, und in den Flüssigkeitskanälen angeordnete elektrothermische Umwandlungselemente zur Erzeugung der für das Ausstoßen von Tinte erforderlichen Energie auf, wie im amerikanischen Dokument 4,723,129 und in anderen Dokumenten offenbart.
Mit einem nach diesem Verfahren arbeitenden Aufzeichnungsgerät können qualitativ hochwertige Bilder mit hoher Geschwindigkeit und geräuscharm erzeugt werden. Bei dem in einem solchen Aufzeichnungsgerät verwendeten Kopf können die Ausstoßöffnungen in hoher Dichte angeordnet werden, so daß die Möglichkeit besteht, das Gerät kompakt auszuführen und Bilder in hoher Auflösung oder Farbbilder zu erzeugen. Durch diese Vorteile wird das Bläschenstrahlaufzeichnungsverfahren bei Büromaschinen wie Druckern, Kopierern, Faxgeräten und industriell genutzten Systemen wie Textildruckanlagen seit Jahren verbreitet angewendet.
Durch die umfassende Anwendung dieses Verfahrens auf vielen Gebieten steigen die Forderung nach Verbesserungen.
Um qualitativ hochwertige Bilder zu erhalten, wurde ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, bei welchem das Ausstoßen von Tinte mit hoher Geschwindigkeit bei stabiler Bläschenbildung gesteuert erfolgt, oder ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit verbesserter Flüssigkeitskanalkonfiguration zur Gewährleistung einer höheren Ausstoßgeschwindigkeit und eines schnelleren Auffüllens der Flüssigkeitskanäle nach dem Ausstoßen von Flüssigkeit vorgeschlagen.
Im japanischen Dokument 6-31918 ist ein Kopf offenbart, bei welchem der zusammen mit dem Bläschen erzeugten Gegenwelle (Druck entgegen Ausstoßrichtung) und somit der beim Ausstoßen eintretende Energieverlust berücksichtigt wurde und welcher entsprechend konstruiert ist, um das Entstehen von Gegenwellen zu verhindern. In Übereinstimmung mit der in diesem Dokument offenbarten Erfindung kann die Gegenwelle bis zu einem gewissen Grad vorübergehend unterdrückt werden. Da aber der Beziehung zwischen dem Wachsen des Bläschens und dem Dreieckabschnitt keine Beachtung geschenkt wurde, treten bei der erwähnten Erfindung Probleme auf, welche nachfolgend beschrieben werden.
Gemäß der erwähnten Erfindung ist das Wärme erzeugende Element am Boden einer Ausnehmung angeordnet, so daß ein linear kommunikativer Zustand in bezug auf jede Ausstoßöffnung nicht erreicht werden kann. Da das Wachsen des Bläschens am Umfang jedes Scheitelpunktes des Dreieckabschnitts beginnen kann, wächst dieses vollständig in Richtung der Seite, welche einer Seite des plattenförmigen Abschnitts des Dreiecks gegenüber liegt, so daß das Erreichen einer stabilen Form des Flüssigkeitströpfchens nicht gewährleistet ist. Demzufolge wird das Wachsen des Bläschens in der Flüssigkeit so beendet, als sei kein plattenförmiges Element vorhanden, obwohl das der Fall ist. Da andererseits der gesamte Körper des plattenförmigen Elements vom Bläschen umschlossen wird, entstehen beim Nachströmen von Flüssigkeit zu dem am Boden der Ausnehmung angeordneten Wärme erzeugenden Element Turbulenzen in dieser, so daß ein Mikrobläschen in der Ausnehmung verbleibt, welches das auf dem Bläschenwachstum basierende Ausstoßprinzip negativ beeinflußt.
Im Dokument EP 436,047 ist vorgeschlagen worden, im Abschnitt zwischen der Ausstoßöffnung und dem Bläschenbildungsabschnitt ein erstes Ventil und zwischen dem Bläschenbildungsabschnitt und dem Tintenzuführabschnitt ein zweites Ventil anzuordnen und diese Ventile abwechselnd zu öffnen und zu schließen (dargestellt in den 4 bis 9). In diesem Fall müssen drei Kammern durch zwei geteilt werden, so daß die beim Ausstoßen eines Flüssigkeitströpfchens nachströmende Flüssigkeit ein langgestrecktes Ende hat. Dadurch besteht eine größere Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Satellitenpunkten als beim herkömmlichen Verfahren, bei welchem das Bläschen wächst, schrumpft und schließlich ganz verschwindet (dadurch kann das dem Verschwinden des Bläschens folgende Zurückziehen des Meniskus nicht genutzt werden). Mit dem Verschwinden des Bläschens strömt Flüssigkeit zum Bläschenbildungsabschnitt nach. Da aber erst bei Erzeugung des nächsten Bläschens Flüssigkeit zur Ausstoßöffnung gedrückt wird, sind ein starkes Variieren des Flüssigkeitsausstoßens und eine sehr geringe Ausstoßfrequenz zu verzeichnen. Dadurch ist die erwähnte Erfindung bisher noch nicht praktisch nutzbar.
Deshalb hat der Erfinder einige Neuerungen vorgeschlagen, bei welchen durch Verwendung eines beweglichen Elementes (plattenförmiges Element, dessen freies Ende auf die Ausstoßöffnung gerichtet und um einen Festpunkt schwenkbar ist) das Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen anders als auf her kömmliche Weise und effektiver erfolgt. Im japanischen Dokument 9-48127 ist eine Erfindung offenbart, welche sich auf das Begrenzung der Ausschwenkgröße des beweglichen Elements bezieht. Im japanischen Dokument 9-323420 ist eine Erfindung offenbart, welche sich auf die Positionsverschiebung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer in Richtung freies Ende des beweglichen Elements, d.h. in Richtung Ausstoßseite bezieht. Gemäß diesen Erfindungen wird das wachsende Bläschen zeitweilig vom beweglichen Element umgeben und dann sofort in Richtung Ausstoßöffnung freigegeben. Das heißt, den einzelnen Elementen des Bläschens, welche die Erzeugung eines Flüssigkeitströpfchens bewirken, und der Beziehung zwischen dem Bläschen und dem Flüssigkeitströpfchen wurde keine Beachtung geschenkt.
Der Anmelder hat im japanischen Dokument 10-24588 eine Neuerung offenbart, bei welcher ein Teil des Bläschenbildungsabschnitts nicht vom beweglichen Element bedeckt wird und das Wachsen des Bläschens, verursacht durch Druckwellenfortpflanzung (akustischen Wellen), das Ausstoßen von Flüssigkeit verursacht. Doch auch bei dieser Erfindung wurde den einzelnen Elementen des Bläschens, welche die Erzeugung eines Flüssigkeitströpfchens bewirken, und der Beziehung zwischen dem Bläschen und dem Flüssigkeitströpfchen, keine Beachtung geschenkt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Kopfes ist im Dokument EP-A-0976562 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Obwohl bekannt ist, daß der vordere Teil eines durch Filmsieden erzeugten Bläschens einen großen Einfluß auf das Ausstoßen von Flüssigkeit aus einem Ausstoßkopf hat, bei welchem die Ausstoßöffnungen und die Flüssigkeitskanäle auf ei ner Ebene angeordnet sind und keine Strömungsrichtungsänderung erfolgt, gibt es keine Erfindung, welche diesen Effekt in Betracht zieht.
Deshalb haben die Erfinder dieser Neuerung intensive Untersuchungen zum Auslenken des beweglichen Elements und zum Verschieben eines erzeugten Bläschens durchgeführt, um die damit verbundenen technischen Probleme zu lösen. Auf die dabei erzielten Ergebnisse wird nachfolgend näher eingegangen.
In das Auslenken des beweglichen Elements wurden die Seitenwände des Flüssigkeitskanals und das Wachsen des Bläschens einbezogen. Die Untersuchungen haben ergeben, daß mit einem an den Seitenwänden des Flüssigkeitskanals angeordneten Anschlag für das bewegliche Element das Wachsen des Bläschens ohne Beeinträchtigung des Strömens der Flüssigkeit steuerbar ist und ein größerer Toleranzbereich in der Fertigung akzeptiert werden kann.
Je größer der Spalt zwischen dem beweglichen Element und den Seitenwänden des Flüssigkeitskanals gewählt wird, desto besser können Fertigungsabweichungen beim beweglichen Element toleriert werden. Bei einem zu großen Spalt zwischen dem beweglichen Element und den Seitenwänden des Flüssigkeitskanals kann das wachsende Bläschen in diesen eindringen und sich bis zur Oberseite des beweglichen Elements erstrecken. Deshalb sollte dieser Spalt so klein wie möglich gehalten werden. Wenn aber die Seitenwände des Flüssigkeitskanals mit dem erwähnten Anschlag für das bewegliche Element versehen werden, treten diese Probleme nicht auf. Wenn unter Beachtung der Fertigungstoleranzen des beweglichen Elements und der Kanalseitenwände ein großer Spalt (5 bis 8 μm zum Beispiel) gewählt wird, nimmt mit dem Wachsen des Bläschens und dem Auslenken des beweglichen Elements die Spaltbreite all mählich ab, welche bei etwa 3 μm das Eindringen des Bläschens beschränkt. Dadurch wird an der Stelle, an welcher das bewegliche Element den Anschlag berührt, das Eindringen des Bläschens in den Spalt verhindert, so daß das Bläschen sich nicht bis zur Oberseite des beweglichen Elements erstreckt.
Deshalb ist es wichtig, einen solchen Anschlag vorzusehen. Da das Wachsen des Bläschens von der Erzeugungsstelle bis zum obersten Punkt gesteuert wird, erfolgt das nur in geringem Grad entgegen Ausstoßrichtung in den Raum unterhalb des beweglichen Elements. Dieser Anteil beeinflußt die Ausstoßeffizienz nur wenig. Die Erfinder haben weitere Untersuchungen hinsichtlich rationellerer Nutzung der Auslenkung des beweglichen Elements durchgeführt. Diese Untersuchungen ergaben, daß das bewegliche Element bis auf etwa 20 μm zum Bläschenbildungsabschnitt entfernt ausgelenkt werden kann und die Möglichkeit besteht, einen Abschnitt des beweglichen Elements außerhalb des Bläschenbildungsabschnitts so zu konstruieren, daß dieser Druckwellen aufnimmt. Die Untersuchungen haben außerdem ergeben, daß der tatsächliche Auslenkpunkt des beweglichen Elements zwischen dessen Befestigungspunkt und dessen freiem Ende liegt. Weiterhin wurde ermittelt, daß durch Regulierung der dem Auslenken des beweglichen Elements folgenden Raumteilung Schwankungen korrigiert werden können.
Deshalb ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, bei welchem ein minimaler Spalt zwischen dem beweglichen Element und dem Anschlag an der Flüssigkeitskanalseitenwand präzise erhalten wird.
Dieses Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes mit zahlreichen Ausstoßöffnungen zum Flüssigkeitsausstoßen, mit Flüssigkeitskanälen, welche mit der jeweiligen Ausstoßöffnung verbunden sind und einen Bläschenbildungsabschnitt haben, mit Elementen zur Erzeugung der für die Bläschenbildung und das Bläschenwachstum erforderlichen Energie, mit Flüssigkeitszuführöffnungen, welche mit dem jeweiligen Flüssigkeitskanal und einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer verbunden sind, und mit beweglichen Elementen, dessen vorderer Abschnitt befestigt ist und dessen beweglicher Abschnitt zur Flüssigkeitszuführöffnung einen bestimmten Abstand hat, ist gekennzeichnet durch Erzeugen eines ersten Spaltbildungselements auf dem mit den Energie erzeugenden Elementen bestückten Elementsubstrat, durch Erzeugen eines beweglichen Elements auf dem ersten Spaltbildungselement und eines Fixierelements auf dem Elementsubstrat, durch Erzeugen eines zweiten Spaltbildungselements zur Gewährleistung eines Spaltes zwischen den Flüssigkeitskanalseitenwänden sowie der Flüssigkeitszuführöffnung und dem beweglichen Abschnitt des beweglichen Elements, durch Entfernen des ersten Spaltbildungselements bei Beibehaltung der engen Berührung zwischen dem zweiten Spaltbildungselement und dem beweglichen Element, durch Auftragen eines Wandmaterial auf das zweite Spaltbildungselement und/oder die Peripherie des beweglichen Elements, durch Bemustern des Wandmaterials zur Erzeugung der Flüssigkeitskanalwände zusammen mit den Flüssigkeitszuführöffnungen, und durch Entfernen des zweiten Spaltbildungselements. Dieses Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes kann außerdem den Schritt des Zusammenfügens des mit den Bläschenerzeugungselementen, den beweglichen Elementen, den Flüssigkeitskanalwänden und den Flüssigkeitszuführöffnungen versehenen Elementsubstrats und der mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer versehenen Deckplatte aufweisen.
Ein weiteres charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, welcher aufweist: zahlreiche Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen einer Flüssigkeit, Flüssigkeitskanäle, welche mit der jeweiligen Ausstoßöffnung verbunden sind und einen Bläschenbildungsabschnitt zur Erzeugung eines Bläschens in der Flüssigkeit haben, Elemente zur Erzeugung der für die Bläschenbildung und das Bläschenwachstum erforderlichen Energie, Flüssigkeitszuführöffnung in der Anzahl der Flüssigkeitskanäle, welche mit diesen und einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer verbunden sind, und bewegliche Elemente, welche unterteilt sind in einen Fixierabschnitt und einen beweglichen Abschnitt, der so angeordnet ist, daß zwischen diesem und der Flüssigkeitszuführöffnung ein Spalt gebildet wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erzeugen einer ersten Spaltbildungsschicht auf dem mit den Bläschenbildungselementen bestückten Elementsubstrat zur Erzeugung eines ersten Spaltbildungselements und Bemustern dieser Schicht,
Erzeugen des Fixierabschnitts des beweglichen Elements in der gleichen Höhe wie das erste Spaltbildungselement auf dem Substratabschnitt, welcher vom ersten Spaltbildungselement nicht bedeckt wird,
Erzeugen des beweglichen Elements auf dem ersten Spaltbildungselement und des Fixierelements,
Erzeugen eines zweiten Spaltbildungselements zum Formen eines Spaltes zwischen den Seitenwänden des Flüssigkeitskanals und den Seitenflächen des beweglichen Abschnitts des beweglichen Elements sowie zwischen der Oberseite des beweglichen Abschnitts und der Flüssigkeitszuführöffnung,
Entfernen des ersten Spaltbildungselements bei Beibehaltung des engen Kontaktes zwischen dem zweiten Spaltbildungselement und dem beweglichen Element,
Auftragen eines Wandmaterials auf das zweite Spaltbildungselement und/oder die Peripherie des beweglichen Elements, Bemustern des Wandmaterials zum Erzeugen der Flüssigkeitskanalwände zusammen mit den Flüssigkeitszuführöffnungen und Entfernen des zweiten Spaltbildungselements. Dieses Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes kann außerdem das Zusammenfügen des mit den Bläschenbildungselementen, den beweglichen Elementen, den Flüssigkeitskanalwänden und den Flüssigkeitszuführöffnungen versehenen Elementsubstrats und der mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer versehenen Deckplatte aufweisen.
Das Erzeugen des zweiten Spaltbildungselements sollte vorzugsweise das Erzeugen einer zweiten Spaltbildungsschicht zum Bedecken des beweglichen Elements, Erzeugen einer Maskenschicht auf der zweiten Spaltbildungsschicht, Trockenätzen der zweiten Spaltbildungsschicht über die Maskenschicht und Erzeugen des zweiten Spaltbildungselements durch Naßätzen der zweiten Spaltbildungsschicht nach dem Trockenätzen aufweisen. Durch Unterteilung des Ätzens in einen Trockenätzvorgang und einen Naßätzvorgang kann das zweite Spaltbildungselement auf einfache Weise und in hoher Präzision erzeugt werden. Das Entfernen des ersten Spaltbildungselements sollte vorzugsweise zusammen mit dem Entfernen der Maskenschicht zur Erzeugung des zweiten Spaltbildungselements durch Naßätzen erfolgen. Für die Maskenschicht und den Film zur Erzeugung des ersten Spaltbildungselements sollte vorzugsweise das gleiche Material verwendet werden. Dadurch können die Anzahl an Herstellungsschritten und die Herstellungskosten verringert werden.
Für das erste Spaltbildungselement wird vorzugsweise Aluminium, Al/Cu, Al/Si oder eine andere Aluminiumlegierung, für das zweite Spaltbildungselement vorzugsweise TiW, W/Si, W oder eine andere Wolframlegierung verwendet. Die Wolframlegierung hat eine leichte Abschirmwirkung und kann deshalb beim Belichten als Maske dienen, ist andererseits beständig gegen die zum Entfernen des Al-Films, der Kunstharzschutzschicht usw. im allgemeinen verwendete Ätzlösung und bietet den Vorteil, daß das Ätzen selektiv und mit einer bestimmten Ätzlösung (Wasserstoffperoxid) erfolgen kann.
Das Bemustern des Wandmaterials zur Erzeugung der Flüssigkeitskanalwände und der Flüssigkeitszuführöffnungen sollte vorzugsweise photolithographisch bei Verwendung eines negativen Resists durchgeführt werden. Die Projektionsfläche des nicht photoempfindlichen Abschnitts des Maskenmusters, über welches das Belichten zur Erzeugung der Flüssigkeitskanalwände und der Flüssigkeitszuführöffnungen erfolgt, sollte breiter sein als die Projektionsfläche des auf dem beweglichen Element erzeugten zweiten Spaltbildungselements.
Dieses Verfahren erleichtert die Erzeugung des zum Schließen der Flüssigkeitszuführöffnung durch das bewegliche Element erforderlichen Anschlags und eines minimalen Spaltes zwischen dem beweglichen Element und dem Anschlag in hoher Präzision.
Der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellte Flüssigkeitsausstoßkopf ermöglicht sofortiges Unterbrechen der Verbindung zwischen dem Flüssigkeitskanal und der Flüssigkeitszuführöffnung durch das bewegliche Element während des anfänglichen isotropen Wachsens des erzeugten Bläschens, so daß der Flüssigkeitskanal im wesentlichen nur zur Ausstoßöffnung hin offen ist und das Ausbreiten der beim Wachsen des Bläschens erzeugten Druckwelle durch die Flüssigkeitszuführöffnung zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer verhindert wird. Da der größte Teil der Druckwelle auf die Ausstoßöffnung gerichtet ist, wird die Ausstoßkraft wesentlich vergrößert. Selbst wenn eine stark viskose Ausstoßflüssigkeit verwendet wird, um diese auf dem Aufzeichnungsmedium schnell zu fixieren und dadurch ein Vermischen der schwarzen Tinte und der Farbtinten an deren Grenze zu verhindern, kann diese zuverlässig und effektiv ausgestoßen werden. Wenn während des Aufzeichnens die Umgebungstemperatur sinkt und die Luftfeuchtigkeit abnimmt, steigt die Tintenviskosität in der Ausstoßöffnung, so daß besonders zu Aufzeichnungsbeginn das Ausstoßen nicht normal erfolgt. Doch auch unter solchen Bedingungen wird mit einem nach diesem Verfahren hergestellten Flüssigkeitsausstoßkopf effektives Ausstoßen von Flüssigkeit schon mit dem ersten Schuß gewährleistet. Durch die größere Ausstoßkraft kann die Größe der zur Bläschenbildung verwendeten Wärme erzeugenden Elemente oder die diesen zuzuführende Energiemenge verringert werden.
Da die Druckwellen nicht zur Flüssigkeitszuführöffnung und somit auch nicht zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer gelangen, wird auch kaum Flüssigkeit in diese Richtung strömen, so daß nach dem Ausstoßen eines Flüssigkeitströpfchens nur ein minimales Zurückziehen des Meniskus aus der Ausstoßöffnung zu verzeichnen ist. Dadurch wird der Flüssigkeitskanal schnell mit der erforderlichen Flüssigkeitsmenge aufgefüllt und somit eine hohe Ausstoßfrequenz gewährleistet.
Da das im Bläschenbildungsabschnitt gebildete Bläschen hauptsächlich in Richtung Ausstoßöffnung wächst, kollabiert dieses hinter der Mitte des Bläschenbildungsabschnitts. Demzufolge kann die Kollabierungskraft verringert und die Bläschenbildungsfähigkeit beibehalten werden. Daraus ergibt sich eine wesentlich längere Lebensdauer des Wärme erzeugenden Elements.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Längsschnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang des Flüssigkeitskanals.
2 zeigt die Schnittansicht 2-2 des in 1 dargestellten Kopfes.
3 zeigt die Schnittansicht 3-3 des in 1 dargestellten Kopfes.
4 zeigt die Längsschnittansicht des Kopfes, aus welcher die lineare Verbindung zu erkennen ist.
Die 5A und 5B zeigen eine Phase des Ausstoßvorgangs bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopf.
Die 6A und 6B zeigen die Fortsetzung des in den 5A und 5B dargestellten Ausstoßvorgangs.
Die 7A und 7B zeigen die Fortsetzung dieses Ausstoßvorgangs.
Die 8A bis 8E zeigen das isotrope Wachsen des erzeugten Bläschens aus dem in 5B dargestellten Zustand.
9 zeigt in Diagrammform die Beziehung zwischen der Zeit, in welcher das erzeugte Bläschen wächst, und dem Verhalten des in den 5A bis 7B dargestellten beweglichen Elements in den Bereichen A und B.
10 zeigt die Querschnittansicht des Elementsubstrats im Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der ersten Ausführungsform.
11 zeigt schematisch die Querschnittansicht des Elementsubstrats im Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der ersten Ausführungsform mit detaillierter Darstellung der Hauptelemente des Elementsubstrats.
Die 12A bis 12I zeigen Schritte zur Fertigung des Elementsubstrats für den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 13A bis 13I zeigen die Fortsetzung des in den 12A bis 12I dargestellten Fertigungsschritte.
Die 14A bis 14I zeigen die Fortsetzung der in den 13A bis 13I dargestellten Fertigungsschritte.
Die 15A bis 15C zeigen die Fortsetzung der in den 14A bis 14I dargestellten Fertigungsschritte.
Die 16A bis 16D zeigen die Schritte zur Fertigung der Deckplatte des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 17A und 17B zeigen das Zusammenfügen des Elementsubstrats und der Deckplatte des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 18A bis 18I zeigen eine Modifikation der Fertigung des Elementsubstrats für den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 19A bis 19I zeigen die Fortsetzung der in den 18A bis 18I dargestellten Fertigungsschritte.
Die 20A bis 20I zeigen die Fortsetzung der in den 19A bis 19I dargestellten Fertigungsschritte.
Die 21A bis 21C zeigen die Fortsetzung der in den 20A bis 20I dargestellten Fertigungsschritte.
Die 22A bis 22N zeigen Schritte zur Fertigung des Elementsubstrats für den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
23 zeigt die Längsschnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang des Flüssigkeitskanals.
24 zeigt die Schnittansicht 24-24 des in 23 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfes.
Die 25A bis 25D zeigen den Flüssigkeitsausstoßkopf in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
26 zeigt einen Flüssigkeitsausstoßkopf vom Seitenausstoß-Typ, auf welchen die vorliegende Erfindung übertragbar ist.
27 zeigt in Diagrammform die Beziehung zwischen der Fläche des Wärme erzeugenden Elements und der Tintenausstoßmenge.
Die 28A und 28B zeigen die Längsschnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. 28A zeigt einen Kopf, welcher einen Schutzfilm aufweist, 28B einen Kopf ohne Schutzfilm.
29 zeigt die zum Ansteuern des Wärme erzeugenden Elements verwendete Wellenform gemäß der vorliegenden Erfindung.
30 zeigt schematisch den Aufbau einer mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung bestückten Flüssigkeitsausstoßvorrichtung.
31 zeigt im Blockschaltbild den Aufbau einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, welche mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung bestückt ist und welcher das Flüssigkeitsausstoßprinzip gemäß der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt die Längsschnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang des Flüssigkeitskanals.
2 zeigt die Schnittansicht 2-2 des in 1 dargestellten Kopfes. 3 zeigt die Schnittansicht 3-3 des in 1 dargestellten Kopfes, bei welchem am Punkt Y1 die Mittellinie durch die Ausstoßöffnung zur Deckplatte 2 hin verschoben ist. Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopf, welcher eine gemeinsame Flüssigkeitskammer aufweist, wird die Deckplatte 2 auf die Flüssigkeitskanalwände 10 des Elementsubstrats 1 laminiert. Durch Zusammenfügen der beiden plattenförmigen Elemente 1 und 2 werden die Flüssigkeitskanäle 3 erzeugt, welche an einem Ende mit der entsprechenden Ausstoßöffnung 7 verbunden, am anderen Ende geschlossen sind. Auf dem Elementsubstrat 1 ist in jedem Flüssigkeitskanal 3 ein Wärme erzeugendes Element 4 angeordnet. Beim Ansteuern des Wärme erzeugenden Elements 4 wird von diesem schnell Wärme erzeugt und dadurch im Bereich 11 über diesem in der Flüssigkeit ein Bläschen gebildet.
Das Element 5A ist mit Flüssigkeitszuführöffnungen 5 in der Anzahl der Flüssigkeitskanäle 3 versehen, welche mit einer einzigen gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 verbunden sind. Mit anderen Worten, von dieser gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 werden die einzelnen Flüssigkeitskanäle 3 mit Flüssigkeit in der aus der jeweiligen Ausstoßöffnung 7 ausgestoßenen Menge versorgt.
Zwischen jedem Flüssigkeitskanal 3 und der dazu gehörenden Flüssigkeitszuführöffnung 5 ist im wesentlichen parallel zu diesen ein bewegliches Element 8 angeordnet. Zwischen dem beweglichen Element 8 und der über diesem liegenden Fläche S der Flüssigkeitszuführöffnung 5 ist ein winziger Spalt α (zum Beispiel 10 μm oder kleiner) vorhanden. Das freie Ende und/oder die beiden Seiten des beweglichen Elements 8 ragen/ragt etwas über die Peripherie des Abschnitts S der Flüssigkeitszuführöffnung 5 (3). Wie aus 2 hervor geht, ist zwischen dem beweglichen Element 8 und dem mit den Flüssigkeitszuführöffnungen 5 versehenen Element 5A ein Spalt γ vorhanden. Die Breite des Spaltes γ ist abhängig von der Teilung, in welcher die Flüssigkeitskanäle angeordnet sind, sollte aber so groß wie möglich gewählt werden, damit das bewegliche Element 8 den Abschnitt S zuverlässig überdeckt. Bei dieser Ausführungsform sind die Spalte α und γ jeweils 3 μm breit. Die Breite W1 des zwischen den Flüssigkeitskanalwänden 10 angeordneten beweglichen Elements 8 ist größer als die Breite W2 des Abschnitts S, so daß dieser vom beweglichen Element zuverlässig überdeckt wird. Wie aus 3 hervor geht, liegt der mit dem Bezugszeichen 8A gekennzeichnete Abschnitt des beweglichen Elements 8 vor dem Abschnitt S der Flüssigkeitszuführöffnung 5. Wie aus 3 ebenfalls hervor geht, wird das bewegliche Element 8 über den Umfang des Abschnitts S ohne Behinderung frei in den Flüssigkeitskanal 3 ausgelenkt. Auf diese Weise kann durch den im wesentlichen geschlossenen Abschnitt S ein Zurückströmen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitskanal 3 zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 verhindert werden, während das Nachströmen von Flüssigkeit in den Flüssigkeitskanal möglich ist. Bei dieser Ausführungsform ist das bewegliche Element 8 parallel zum Elementsubstrat 1 angeordnet. Das freie Ende 8B des beweglichen Elements 8 liegt über dem Wärme erzeugenden Element 4, während dessen anderes Ende vom Fixierelement 9 gestützt wird. Das Fixierelement 9 bildet gleichzeitig das geschlossene Ende, d.h. das der Ausstoßöffnung gegenüberliegende Ende des Flüssigkeitskanals 3.
Wie aus den 1 und 3 hervor geht, ist bei dieser Ausführungsform der Abschnitt S, durch welchen Flüssigkeit in den Flüssigkeitskanal 3 strömt, von drei Seiten der Flüssigkeitszuführöffnung 5 und vom Endabschnitt 9A des Fixierelements 9 umgeben.
Wie aus 4 hervor geht, ist bei dieser Ausführungsform zwischen dem als elektrothermisches Umwandlungselement dienenden Wärme erzeugenden Element 4 und der Ausstoßöffnung 7 kein Hindernis in Form eines Ventils vorhanden. Das heißt, daß eine lineare Flüssigkeitsströmung gewährleistet ist und die bei der Bläschenbildung erzeugten Druckwellen sich in Ausstoßrichtung linear ausbreiten. Dadurch bleiben die Ausstoßrichtung der Flüssigkeitströpfchen und die Ausstoßgeschwindigkeit äußerst stabil. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sollten die Ausstoßöffnung 7 und das Wärme erzeugende Element 4 auf einer geraden Linie liegen, um die genannten idealen Ausstoßbedingungen zu schaffen. Dadurch strömt von außen durch die Ausstoßöffnung auf das Wär me erzeugende Element 4 gesehen (4) keine Flüssigkeit in den Flüssigkeitskanal zurück.
Nachfolgend wird das Ausstoßen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben. Die 5A bis 7B zeigen in sechs Schritten das Ausstoßen von Flüssigkeit aus dem in den 1 bis 3 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopf. In diesen Figuren kennzeichnet das Bezugszeichen M den von der Flüssigkeit gebildeten Meniskus.
5A zeigt den Ausgangszustand, d.h. den Zustand vor dem Speisen des Wärme erzeugenden Element 4 mit Elektroenergie. In diesem Zustand ist zwischen dem beweglichen Element 8 und dem Flüssigkeitskanal 3 sowie der Flüssigkeitszuführöffnung 5 ein winziger Spalt (10 μm oder kleiner) vorhanden.
In 5B ist der Zustand dargestellt, in welchem ein Teil der im Flüssigkeitskanal 3 geführten Flüssigkeit vom Wärme erzeugenden Element 4 erwärmt wird und das durch Filmsieden gebildete Bläschen 21 isotrop wächst. „Isotropes Wachsen des Bläschens" bedeutet im wesentlichen gleichmäßiges vertikales Wachsen des Bläschens an verschiedenen Stellen der Bläschenbildungsfläche.
Im Anfangsstadium des isotropen Wachsens des Bläschens 21 schließt das bewegliche Element 8 die Flüssigkeitszuführöffnung, so daß auch der Flüssigkeitskanal 3 bis auf die Ausstoßöffnung 7 im wesentlichen geschlossen ist. In diesem Zustand ist das bewegliche Element 8 um die Größe h1 zur Ausstoßöffnung 5 hin ausgelenkt.
6A zeigt den Zustand, in welchem das gebildete Bläschen 21 weiter gewachsen ist. Da, wie bereits erwähnt, der Flüssigkeitskanal 3 bis auf die Ausstoßöffnung 7 im wesentlichen geschlossen ist, strömt keine Flüssigkeit zur Flüssigkeitszuführöffnung 5. Dadurch kann vom Bläschenbildungsabschnitt 11 aus das Bläschen 21 hauptsächlich in Richtung Ausstoßöffnung 7, aber nicht in Richtung Flüssigkeitszuführöffnung 5 wachsen. Der Volumenanteil des Bläschens 21 im Bereich der Flüssigkeitszuführöffnung 5 ist mit dem Bezugszeichen Vr gekennzeichnet.
Das in den 5A, 5B und 6A dargestellte Wachsen des Bläschens wird nachfolgend anhand der 8A bis 8E detailliert beschrieben. Wie aus 8A hervor geht, wird beim Ansteuern des Wärme erzeugenden Elements Filmsieden auf diesem ausgelöst. Das mit dem Filmsieden gebildete Bläschen wächst isotrop weiter. Dieser in den 8B und 8C dargestellte Zustand wird Halbkissenzustand genannt. Mit dem Schließen des Flüssigkeitskanals 3 zur Flüssigkeitszuführöffnung 5 hin strömt keine Flüssigkeit mehr in diese Richtung. Dadurch wächst das Bläschen hauptsächlich in Richtung Ausstoßöffnung, wie aus den 6A, 8D und 8E hervor geht.
Der nicht wachsende Teil des vom Wärme erzeugenden Element 4 gebildeten Bläschens ist mit dem Bezugszeichen B, der wachsende Teil dieses Bläschens mit dem Bezugszeichen A gekennzeichnet. Wie aus 8E hervor geht, ist das maximale Volumen des nicht wachsenden Bläschenteils (B) mit dem Bezugszeichen Vr gekennzeichnet.
In 6B ist der Zustand dargestellt, in welchem der Teil A des Bläschens weiter in Richtung Ausstoßöffnung gewachsen ist, während dessen Teil B zu schrumpfen beginnt. Mit dem Verschwinden des Bläschenteils B kehrt das bewegliche Element 8 durch dessen Elastizität in den Ausgangszustand zu rückt, so daß dessen freies Ende die Flüssigkeitszuführöffnung 5 freigibt und somit die Verbindung zwischen dem Flüssigkeitskanal 3 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 wieder hergestellt wird.
7A zeigt den Zustand, in welchem der Teil A des Bläschen 21 im wesentlichen das mit dem Bezugszeichen Vf gekennzeichnete Maximalvolumen erreicht hat, während dessen Teil B fast vollständig verschwunden ist. In diesem Zustand ist das lang gestreckte Ende des vor dem Ausstoßen aus der Ausstoßöffnung stehende Tröpfchen 22 noch mit dem Meniskus M verbunden.
7B zeigt den Zustand, in welchem das Bläschen 21 bereits wieder geschrumpft ist und das Tröpfchen 22 sich vom Meniskus M gelöst hat. Sobald der Teil A des Bläschens 21 zu schrumpfen beginnt, wird eine Kraft entwickelt, welche die in der Ausstoßöffnung 7 vorhandene Flüssigkeit in den Flüssigkeitskanal 3 zurückzieht. Dadurch wird auch der Meniskus M aus der Ausstoßöffnung 7 in den Flüssigkeitskanal 3 zurückgezogen und dabei das Tröpfchen 22 schnell von der Flüssigkeitssäule getrennt. Mit dem Schrumpfen des Bläschens strömt aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 durch die Flüssigkeitszuführöffnung 5 schnell Flüssigkeit in den Flüssigkeitskanal 3 nach. Dadurch wird das Zurückziehen des Meniskus M in den Flüssigkeitskanal 3 rapid gestoppt, so daß dieser relativ langsam wieder die Ausgangslage, d.h. die Lage vor Beginn der Bläschenbildung erreicht. Dabei verhindert das bewegliche 8 ein Schwingen des Meniskus M. Die maximale Auslenkgröße des freien Endes des beweglichen Elements 8 in Richtung Bläschenbildungsabschnitt 11 ist mit dem Bezugszeichen h2 gekennzeichnet.
Mit dem vollständigen Verschwinden des Bläschens 21 nimmt das bewegliche Element 8 die in 5A gezeigte Normalstellung wieder ein. Das Zurückschwenken des elastischen beweglichen Elements 8 in diese Stellung ist in 7B durch den nach oben gerichteten Pfeil dargestellt. In diesem Zustand ist auch der Meniskus M wieder in die Ausstoßöffnung 7 zurückgekehrt.
Nachfolgend wird anhand von 9 auf die Beziehung zwischen der zeitlichen Volumenänderung des Bläschens und dem Verhalten des beweglichen Elements in den Bereichen A und B gemäß den 5A bis 7B näher eingegangen. Die in 9 dargestellten Kurven A und B beziehen sich auf die zeitliche Volumenänderung des Bläschens im Bereich A bzw. im Bereich B.
Wie aus 9 hervor geht, tritt bei der das Volumenwachstum des Bläschens repräsentierenden parabolischen Kurve A der Maximalwert auf. Mit anderen Worten, im Zeitraum zwischen dem Entstehen und dem Verschwinden des Bläschens wird das Bläschenvolumen zunächst größer, erreicht zu einem bestimmten Zeitpunkt das Maximum und wird wieder kleiner. Dagegen ist im Bereich B der Zeitraum zwischen dem Entstehen und dem Verschwinden des Bläschens kürzer als im Bereich A. Demzufolge ist in diesem Bereich das Maximalvolumen des Bläschens kleiner und wird früher erreicht als im Bereich A. Das heißt, zwischen A und B gibt es große Unterschiede.
Wie aus 9 hervor geht, ist im Anfangsstadium ein übereinstimmendes Wachsen der Bläschenvolumina zu verzeichnen, so daß die Kurven A und B sich überlagern. Mit anderen Worten, das isotrope Wachsen der Bläschen (Halbkissen) tritt im Anfangsstadium auf. Ab einem bestimmten Zeitpunkt weicht die Kurve B von der Kurve A nach unten ab, d.h., der Teil B des Bläschenvolumens schrumpft, während der Teil A des Bläschenvolumens auf ein Maximum ansteigt.
Wie aus 1 hervor geht, überdeckt das freie Ende des beweglichen Elements einen Teil des Wärme erzeugenden Elements. Im Abschnitt (1) des in 9 dargestellten Diagramms wird das bewegliche Element in Richtung Flüssigkeitszuführöffnung ausgelenkt. Im Abschnitt (2) dieses Diagramms bedeckt das bewegliche Element die Flüssigkeitszuführöffnung und unterbricht die Verbindung zwischen dieser und dem Flüssigkeitskanal. Das Schließen der Flüssigkeitszuführöffnung erfolgt im Zeitraum des isotropen Bläschenwachstums. Im Abschnitt (3) schwenkt das bewegliche Element wieder nach unten und kehrt in die Ausgangslage zurück, so daß nach einer bestimmten Zeit die Flüssigkeitszuführöffnung freigelegt wird. Im Abschnitt (4) wird das bewegliche Element aus der Ausgangslage nach unten ausgelenkt. Im nachfolgenden Abschnitt (5) wird ein Gleichgewichtszustand erreicht. Im Abschnitt (5) schwenkt das bewegliche Element wieder nach oben in die Ausgangslage.
Wie aus 9 hervor geht, ist das Maximalvolumen Vf des Teils A des im Bläschenbildungsbereich 11 gebildeten Bläschens größer als das Maximalvolumen Vr des Teils B dieses Bläschens. Das heißt, daß beim Kopf gemäß der vorliegenden Erfindung das auf die Ausstoßöffnung 7 gerichtete Bläschenvolumen und das auf die Flüssigkeitszuführöffnung 5 gerichteten Bläschenvolumen immer der Beziehung Vf > Vr genügen. Die Zeit Tf zwischen dem Entstehen und dem Verschwinden des Bläschenanteils A ist länger als die Zeit Tr zwischen dem Entstehen und dem Verschwinden des Bläschenanteils B, so daß beim Kopf gemäß der vorliegenden Erfindung diese beiden Zeiten immer der Beziehung Tf > Tr genügen. Demzufolge liegt der Punkt, an welchem das Bläschen verschwindet, in Ausstoß richtung gesehen hinter der Mitte des Bläschenbildungsabschnitts 11.
Wie aus den 5B und 7B hervor geht, ist die beim Verschwinden des Bläschens bewirkte maximale Auslenkung h2 des freien Endes des beweglichen Elements 8 in Richtung Wärme erzeugendes Element 4 größer als die beim Entstehen des Bläschens bewirkte maximale Auslenkung h1 in Richtung Flüssigkeitszuführöffnung 5, d.h. h1 < h2. So beträgt zum Beispiel h1 = 2 μm und h2 = 10 μm. Gemäß dieser Beziehung wächst das gebildete Bläschen in Richtung Ausstoßöffnung, aber nicht in die entgegengesetzte Richtung. Mit anderen Worten, die vom Wärme erzeugenden Element erzeugte Energie wird in Energie umgewandelt, welche das Ausstoßen von Flüssigkeit in Form von Tröpfchen aus der Ausstoßöffnung bewirkt und somit die Ausstoßeffizienz verbessert.
Nachfolgend werden die Konstruktion des Kopfes gemäß der vorliegenden Erfindung und das Ausstoßen von Flüssigkeit aus diesem beschrieben. Wie bereits erwähnt, ist bei dieser Ausführungsform zwischen der auf die Ausstoßöffnung gerichteten und der auf die Flüssigkeitszuführöffnung gerichteten Komponente des Bläschenwachstums ein Unterschied zu verzeichnen. Da in Richtung Flüssigkeitszuführöffnung nur eine kleine Komponente wirkt, wird durch die in Richtung Flüssigkeitsausstoßöffnung wirkende große Komponente die Ausstoßeffizienz verbessert. Durch das Nachströmen von Flüssigkeit nach dem Ausstoßvorgang wird der Meniskus nur wenig aus der Ausstoßöffnung zurückgezogen. Dadurch wird sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Ansteuerfrequenzen ein Schwingen des Meniskus verhindert.
Nachfolgend wird die Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfes detailliert beschrieben. In Abhängigkeit von den für das Ansteuern des Wärme erzeugenden Elements erforderlichen Schaltungen und Komponenten sind diese auf dem Elementsubstrat 1 oder in der Deckplatte 2 angeordnet. Da das Elementsubstrat 1 und die Deckplatte 2 aus Silizium gefertigt werden, ist die Erzeugung dieser Schaltungen und Komponenten auf einfache Weise und präzise Weise nach der Technologie zur Fertigung von Halbleiterwafern möglich.
Die Fertigung des in 1 mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Elementsubstrats erfolgt nach der erwähnten Technologie.
Das für Flüssigkeitsausstoßköpfe verschiedener Ausführungsformen verwendete Elementsubstrat 1 ist in 10 als Schnittansicht dargestellt. Auf die Oberfläche des aus Silizium gefertigten Elementsubstrats 201 werden nacheinander ein Oxidfilm 202 und eine Zwischenschicht 203 laminiert, welche als Wärmespeicherschicht dienen. Für die Zwischenschicht 203 wird ein Film aus SiO₂ oder Si₃N₄ verwendet. Auf der Zwischenschicht 203 wird örtlich eine Widerstandschicht 204 und auf dieser örtlich eine Verdrahtung 205 aus Al oder einer Al-Legierung in Form von Al-Si, Al-Cu usw. erzeugt. Auf der Verdrahtungsschicht 205 wird eine Schutzschicht 206 aus SiO₂ oder Si₃N₄ erzeugt. Auf die Oberfläche und die Seitenflächen der Schutzschicht 206, welche der Widerstandschicht 204 entsprechen, wird ein Kavitationsschutzfilm 207 aufgetragen, um die Schutzschicht 206 vor dem aus der Wärmeerzeugung durch die Widerstandschicht 204 verursachten chemischen und mechanischen Angriff zu schützen. Der Abschnitt der Widerstandschicht 204, welcher keine Verdrahtung 205 trägt, ist der Wärmewirkungsabschnitt 208. In diesem Abschnitt wird die von der Widerstandschicht 204 erzeugte Wärme wirksam.
Auf der Grundplatte 201 des Elementsubstrats 1 werden nach der Halbleiterherstellungstechnologie die genannten Filme nacheinander erzeugt, wobei der thermoaktive Abschnitt 208 für die Grundplatte 201 vorgesehen ist.
11 zeigt die Schnittansicht des in 10 dargestellten Elementsubstrats 1 und schematisch die auf diesem angeordneten Hauptelemente.
In 11 kennzeichnet das Bezugszeichen 422 einen Muldenabschnitt vom Typ N und das Bezugszeichen 423 einen Muldenabschnitt vom Typ P, welche auf dem Siliziumsubstrat 201 als P-Leiter lokal angeordnet sind. Durch Einpflanzen und Eindiffundieren von Verunreinigungen in Form von Ionen nach dem allgemeinen Metalloxidhalbleiterverfahren wird der Abschnitt 422 vom Typ N mit dem P-MOS 420 und der Abschnitt 423 vom Typ P mit dem N-MOS 421 versehen. Der P-MOS 420 weist mehrere Sektion auf, u.a. die Zuleitungssektion 425 und die Ableitungssektion 426, welche durch lokales Implantieren von Verunreinigungen vom Typ N oder P in die Oberflächenschicht des Muldenabschnitts 422 vom Typ N erzeugt werden, und die über den Torisolierfilm 428 mit einer Dicke von mehreren hundert Å auf der Oberfläche des Muldenabschnitts 422 mit Ausnahme der Sektionen 425 und 426 abgelagerte Torverdrahtung 435. Der N-MOS 421 weist ebenfalls mehrere Sektionen auf, u.a. die Zuleitungssektion 425 und die Ableitungssektion 426, welche durch lokales Implantieren von Verunreinigungen vom Typ N oder P in die Oberflächenschicht des Muldenabschnitts 423 vom Typ P erzeugt werden, und die über den Torisolierfilm 428 mit einer Dicke von mehreren hundert Å auf der Oberfläche des Muldenabschnitts 423 mit Ausnahme der Sektionen 425 und 426 abgelagerte Torverdrahtung 435. Die Torverdrahtung 435 aus Polysilizium wird in einer Dicke von 4000 bis 5000 Å nach dem CVD-Verfahren aufgetragen. Danach wird mit den auf diese Weise erzeugten P-MOS 420 und N-MOS 421 die C-MOS-Logik geformt.
Der Teil des Muldenabschnitts 423, welcher sich vom N-MOS 421 unterscheidet, is mit dem N-MOS-Transistor 430 zum Ansteuern der elektrothermischen Umwandlungselemente versehen. Der N-MOS-Transistor 430 weist mehrere Sektionen auf, u.a. die Zuleitungssektion 432 und die Ableitungssektion 431, welche durch lokales Implantieren von Verunreinigungen in die Oberflächenschicht des Muldenabschnitts 423 vom Typ P werden, und die über den Torisolierfilm 428 auf der Oberfläche des Muldenabschnitts 423 mit Ausnahme der Zuleitungssektion 432 und der Ableitungssektion 431 abgelagerte Torverdrahtung 433.
Bei dieser Ausführungsform wird der N-MOS-Transistor 430 zum Ansteuern der elektrothermischen Umwandlungselemente verwendet. Dieser Transistor ist jedoch nicht nur auf das individuelle Ansteuern der elektrothermischen Umwandlungselemente beschränkt, sondern auch in der Lage, die genannte Feinstruktur zu erzeugen.
Zwischen den einzelnen Elementen, d.h. zwischen dem P-MOS 420 und dem N-MOS 421 sowie zwischen dem N-MOS 421 und dem N-MOS-Transistor 430 wird durch Feldoxidation der 5000 bis 10000 Å dicke Oxidtrennfilm 424 erzeugt, um diese Elemente voneinander zu trennen. Der Teil des Oxidtrennfilms 424, welcher dem Wärmewirkungsabschnitt 208 entspricht, dient als Wärmeakkumulationsschicht 434 auf dem Siliziumsubstrat 201.
Auf das P-MOS-Element 420, das No-MOS-Element 421 und das N-MOS-Transistorelement 430 wird nach dem CVD-Verfahren die Isolierzwischenschicht 436 in Form eines etwa 7000 Å dicken PSG-Films, BPSG-Films oder eines ähnlichen Films abgelagert.
Nach dem Glätten der Isolierzwischenschicht 436 durch Wärmebehandlung werden durch die in der Isolierzwischenschicht 436 und im Torisolierfilm 428 vorhandenen Bohrungen die AL-Elektroden 437 erzeugt. Auf die Isolierzwischenschicht 436 und die Al-Elektroden 437 wird nach dem CVD-Verfahren eine Isolierzwischenschicht 438 aus SiO₂ in einer Dicke von 10000 bis 15000 Å aufgetragen. Auf den Abschnitt der Isolierzwischenschicht 438, welcher dem Wärmewirkungsabschnitt 208 und dem N-MOS-Transistor 430 entspricht, wird durch Aufsprühen unter Gleichstrom eine etwa 1000 Å dicke Widerstandschicht 204 aus TaN_0.8.hex erzeugt. Durch eine in der Isolierzwischenschicht 438 vorhandene Bohrung wird die Widerstandschicht 204 an die in der Nähe der Ableitungssektion 431 vorhandene Elektrode 437 elektrisch angeschlossen. Auf der Widerstandschicht 204 wird die Al-Verdrahtung 205 als zweite Verdrahtung für jedes elektrothermische Umwandlungselement erzeugt.
Auf der Verdrahtung 205, der Widerstandschicht 204 und der Isolierzwischenschicht 438 wird nach dem CVD-Verfahren ein 10000 Å dicker Schutzfilm 206 aus Si₃N₄ und auf dieser ein nur etwa 2500 Å dicker amorpher Kavitationsschutzfilm 207 aus einer mindestens eines der Elemente wie Ta (Tantal), Fe (Eisen), Ni (Nickel), Cr (Chrom), Ge (Germanium), Ru (Ruthenium) usw. enthaltenden Legierung erzeugt.
Nachfolgend wird anhand der 12A bis 15C die Erzeugung des beweglichen Elements 8, der Flüssigkeitskanalwände 10 und der Flüssigkeitszuführöffnung 5 auf dem Elementsubstrat 1 (1 bis 3) beschrieben. Die 12A bis 12C, 13A bis 13C, 14A bis 14C und 15A bis 15C zeigen Schnittansichten des Wärme erzeugenden Elements 4 rechtwinklig zur Verlaufsrichtung des auf dem Elementsubstrat 1 erzeugten Flüssigkeitskanals 3. Die 12D bis 12F, 13D bis 13F und 14D bis 14F zeigen Querschnittansichten des auf dem Elementsubstrat 1 erzeugten Flüssigkeitskanals 3. Die 12G bis 12I, 13G bis 13I und 14G bis 14I zeigen kompakte Draufsichten dieser Anordnung.
Wie aus den 12A bis 12D und 12G hervorgeht, wird auf das mit den Wärme erzeugenden Elementen 4 versehenen Elementsubstrat 1 ein etwa 20 μm dicker Al-Film (erste Spaltbildungsschicht) gesprüht. Dieser Film wird nach einem bekannten photolithographischen Verfahren mit einem den Wärme erzeugenden Elementen 4 und der Elektrodeneinheit entsprechenden Muster 25 versehen. Die Einzelmuster 25 dieses Al-Films dienen zur Erzeugung eines ersten Spaltbildungselements, durch welches zwischen dem Wärme erzeugenden Element 4 und dem beweglichen Element 8 ein Spalt gebildet wird. Darauf wird später näher eingegangen.
Die Einzelmuster 25 bleiben beim nachfolgenden Trockenätzen erhalten. Mit anderen Worten, durch diese Anordnung wird ein Abätzen des als Kavitationsschutzschicht 207 dienenden Ta-Films und des als Schutzschicht 206 dienenden SiN-Films durch das Ätzgas verhindert. Um bei der Erzeugung des Flüssigkeitskanals 3 durch Trockenätzen die Ebene des Wärme erzeugenden Elements 4 auf dem Elementsubstrat 1 nicht mit zu belichten, wird jedes Muster 25 breiter als der Flüssigkeitskanal 3 ausgeführt. Beim Trockenätzen werden durch Zerfall des verwendeten CF₄-, C_xF_y- oder SF₆-Gases Ionen und Radikale erzeugt, welche die Wärme erzeugenden Elemente 4 und andere Funktionselemente auf dem Elementsubstrat 1 beschädigen können. Da solche Ionen und Radikale vom Al-Muster 25 aufgenommen werden, wird diese negative Wirkung verhindert.
Wie aus den 12B, 12E und 12H hervor geht, wird im nachfolgenden Schritt auf die Oberfläche des Al-Musters 25 und der des Elementsubstrats 1 nach dem CVD-Plasmaverfahren der etwa 20 μm dicke SiN-Film 26 aufgetragen, welcher zur Erzeugung eines Teils der Kanalwände 10 dient.
Wie aus den 12C, 12F und 12I hervor geht, wird im nachfolgenden Schritt der SiN-Film 26 chemisch-mechanisch poliert, bis die Oberfläche des Al-Musters 25 und die des SiN-Films 26 im wesentlichen auf der gleichen Ebene liegen. Dadurch wird für das später näher beschriebene photolithographische Verfahren das Bezugsmuster geschaffen. Mit anderen Worten, das Al-Muster 25 wird an der Stelle, an welcher der Flüssigkeitskanal 3 entstehen soll, und an der Stelle, an welcher die Anschlußelektrode entstehen soll, erzeugt, während die SiN-Schicht 26 an allen anderen Stellen erzeugt wird. Das heißt, daß das Al-Muster 25 als erstes Spaltbildungselement und die SiN-Schicht als Fixierabschnitt für das bewegliche Element dient.
Wie aus den 13A, 13D und 13G hervor geht, wird im nachfolgenden Schritt auf die chemisch-mechanisch polierten Fläche des SiN-Films 26 und des Al-Musters 25 nach dem CVD-Plasmaverfahren ein etwa 3,0 μm dicker SiN-Film 29 zur Erzeugung des beweglichen Elements 8 aufgetragen. Dieser SiN-Film 29 wird mit einem dielektrischen Koppelplasma trocken geätzt, so daß nur dessen Abschnitt, welcher dem Al-Muster 25 zur Erzeugung des Flüssigkeitskanals 3 entspricht, erhalten bleibt. Dieser Abschnitt bildet schließlich das bewegliche Element 8. An dieser Stelle ist der SiN-Film 29 schmaler als der zu erzeugenden Flüssigkeitskanal 3. Das bewegliche Element 8 ist in den beweglichen Abschnitt mit dem freien Ende 8B und den Abschnitt, welcher am zurückgebliebenen Teil des SiN-Films 26 befestigt ist, unterteilt.
Wie aus den 13B, 13E und 13H hervor geht, wird im nachfolgenden Schritt auf den das bewegliche Element 8 bil denden Abschnitt des SiN-Films 29 ein etwa 3,0 μm dicker Titan-Wolfram-Film (zweite Spaltbildungsschicht) gesprüht. Dieser TiW-Film wird nach einem bekannten photolithographischen Verfahren örtlich mit einem Muster zur Erzeugung des zweitens Spaltbildungselements 30 versehen, durch welches zwischen der Oberseite des beweglichen Elements 8 und der Flüssigkeitszuführöffnung 5 ein Spalt α (1) und zwischen beiden Seiten des beweglichen Elements 8 und den Kanalwänden 10 ein Spalt γ (2) gebildet wird.
Wie aus den 13C, 13F und 13I hervor geht, wird im nächsten Schritt der Teil des Al-Musters 25 (erstes Spaltbildungselement), an welchem der Flüssigkeitskanal 3 entstehen soll, durch Warmätzen mit einer Lösung aus Essigsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure vollständig entfernt. Dabei wird der Teil des Al-Musters 25, welcher den Elektrodenanschluß bilden soll, von dem mit der genannten Lösung zu erodierenden zweiten Spaltbildungselement 30 aus TiW geschützt.
Im nachfolgenden Schritt, dargestellt in den 14A, 14D und 14G, wird auf das Elementsubstrat 1 durch Spinbeschichten eine geeignete Menge eines negativen photoempfindlichen Epoxydharzes (Wandmaterial) 31 wie zum Beispiel SU-8-50 (hergestellt von der Microchemical Corporation) in einer Dicke von 40 bis 60 μm aufgetragen. Dieses Verfahren ermöglicht die Erzeugung präziser Flüssigkeitskanalwände 10, auf welchen die Deckplatte 2 befestigt werden soll.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Details dieses Verfahrens zusammengefaßt, wobei das Epoxydharz 31 mit einer heißen Platte 5 Minuten bei 90 °C vorbehandelt wird. Wie aus den 14B, 14E und 14H hervor geht, wird im nächsten Schritt die Maske 32 aufgelegt, über welche das photoemp findliche Epoxydharz 31 mit einem Belichtungsgerät (Canon MPA 600) bei 2 J/cm² belichtet wird.
Tabelle 1

Material: SU-8-50 (hergestellt von der Microchemical Corp.)
Beschichtungsdicke: 50 μm
Vorbehandlung: 90 °C 5 Minuten heiße Platte
Belichtungsgerät: MPA 600 (Canon Mirror Projection aligner)
Belichtungsstärke: 2 J/cm²
Zwischenbehandlung: 90 °C 5 Minuten heiße Platte
Entwickler: Propylenglykol 1-Monomethylätherazetat (Hersteller: Kishida Kagaku)
Fertigbehandlung: 200 °C 1 Stunde.

Dabei wird nur der belichtete Teil des photoempfindlichen Epoxydharzes 31 ausgehärtet. Mit anderen Worten, nur der Abschnitt, welcher die Flüssigkeitszuführöffnung 5 werden soll, wird nicht belichtet. Das zweite Spaltbildungselement 30 wird durch einen TiW-Lichtschutzfilm erzeugt und wirkt als Maske, welche ein Belichten des unter diese fließenden photoempfindlichen Epoxydharzes 31 verhindert. In der Praxis fließt photoempfindliches Epoxydharz 31 jedoch nicht vollständig unter das bewegliche Element 8.
Wie aus den 14C, 14F und 14I hervor geht, wird im nächsten Schritt mit dem in Tabelle 1 ausgewiesenen Entwickler der nicht belichtete Abschnitt des photoempfindlichen Epoxydharzes 31 entfernt. Auf diese Weise wird über dem vom zweiten Spaltbildungselement 30 bedeckten und von der Maske 32 geschützten beweglichen Element 8 die Flüssigkeitszuführöffnung 5 und unter dem vom zweiten Spaltbildungselement 30 aus TiW geschützten beweglichen Element 8 der Flüssigkeitskanal 3 erzeugt. Danach erfolgt die einstündige Fertigbehandlung bei 200 °C. Der von der Maske bedeckte und somit nicht belichtete Abschnitt, welcher die Flüssigkeitszuführöffnung 5 bilden soll, ist kleiner als die Breite des Flüssigkeitskanals 3 (im Bereich des aus dem SiN-Film erzeugten beweglichen Elements 8). Wie aus den 14C und 15A hervor geht, entstehen dabei auch die Flüssigkeitskanalwände 10 mit den Anschlagflächen 33 für das bewegliche Element 8. Der Anschlag 34 (14F und 15B) für das freie Ende des beweglichen Elements ist ein Abschnitt des gehärteten photoempfindlichen Epoxydharzes 31. In dem in den 15A, 15B und 15C dargestellten Schritt wird durch Warmätzen mit Wasserstoffperoxid der als zweites Spaltbildungselement 30 dienende TiW-Film entfernt.
Wie bereits erwähnt, werden das bewegliche Element 8, die Flüssigkeitskanalwände 10 und die Flüssigkeitszuführöffnung 5 auf dem Elementsubstrat 1 erzeugt.
Nachfolgend wird anhand der 16A bis 16D die Fertigung der mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 für die Flüssigkeitszuführöffnungen 5 versehenen Deckplatte beschrieben.
Wie aus 16A hervor geht, wird auf beiden Flächen der aus Silizium gefertigten Deckplatte 2 ein etwa 1,0 μm dicker Oxidfilm (SiO₂) 35 erzeugt. Dieser Film wird nach einem bekannten photolithographischen Verfahren mit einem Muster versehen.
Im nachfolgenden Schritt, dargestellt in 16B, wird der nicht vom Oxidfilm 35 bedeckte Abschnitt der Deckplatte 2 durch Ätzen mit Tetramethylammoniumhydrid entfernt, um die gemeinsame Flüssigkeitskammer 6 für die Flüssigkeitszuführöffnungen 5 (15A bis 15C) zu erzeugen. Dieser Vor gang der Erzeugung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 mit geneigten Wänden (16B) erfordert eine bestimmte Zeit.
Wie aus 16C hervor geht, werden nun die Kanten der durch Ätzen erzeugten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 in der Deckplatte 2 mit dem SiN-Erosionsschutzfilm 35 beschichtet, und zwar nach dem LP-CVD-Verfahren. Im nachfolgenden Schritt, dargestellt in 16D, wird auf die Fläche der Deckplatte 2, welche als Verbindungsfläche zum Elementsubstrat 1 dient, eine etwa 1 bis 10 μm dicke Epoxydharzschicht 36 aufgetragen.
Damit ist die Deckplatte 2 mit der in dieser erzeugten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 fertiggestellt.
Die auf diese Weise erzeugte Deckplatte 2 wird auf das mit den beweglichen Elementen 8, den Flüssigkeitskanalwänden 10 und den Flüssigkeitszuführöffnungen 5 versehene Elementsubstrat 1 gelegt und unter Hitze und Druck an diesem befestigt, dargestellt in den 17A und 17B. Dann wird die mit den Ausstoßöffnungen 7 versehene Platte so an der Seitenfläche des Verbundes aus dem Elementsubstrat 1 und der Deckplatte 2 befestigt, daß die Ausstoßöffnungen 7 zu den Flüssigkeitskanälen 3 ausgerichtet sind. Damit ist der in den 1 bis 3 dargestellte Flüssigkeitsstrahlkopf fertiggestellt.
(Modifikationen)
Nachfolgend werden anhand der 18A bis 21C Modifikationen der Flüssigkeitsstrahlkopfherstellung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei der in den 12A bis 15C dargestellten Fertigungsfolge werden der TiW-Film als Maske für die Erzeugung des zweiten Spaltbildungselements und der Al-Film 25 zur Erzeugung des ersten Spaltbildungselements unabhängig voneinander entfernt, wie aus den 13D, 13E und 13F hervor geht. Aus diesen Figuren ist zu erkennen, daß zuerst die Maske zum Bemustern des TiW-Films als zweite Spaltbildungsschicht, dann der Al-Film 25 als erste Spaltbildungsschicht zur Erzeugung der Flüssigkeitskanäle 3 entfernt wird.
Wie aus den 19A, 19D, 19G, 20C, 20F und 20I hervor geht und später näher beschrieben wird, werden bei dieser Ausführungsform die Maske zum Bemustern des TiW-Film und der Al-Film 25 zur Erzeugung des ersten Spaltbildungselements, welches zum Flüssigkeitskanal 3 wird, in einem Vorgang entfernt. Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem in den 12A bis 15C dargestellten Verfahren nur in den genannten Schritten. Die 18A bis 18I und 21A bis 21C entsprechen den 12A, 12D, 12G, 12C, 12F, 12I, den 13A, 13D und 13G bzw. den 15A bis 15C. Nachfolgend wird anhand der erwähnten Zeichnungen diese Ausführungsform detailliert beschrieben.
Nach dem Aufsprühen des etwa 3,0 μm dicken TiW-Films (zweites Spaltbildungselement) auf den SiN-Film 37, aus welchem das bewegliche Element (19A, 19D und 19G) erzeugt werden soll, wird auf den TiW-Film ein etwa 1,0 μm dicker Aluminiumfilm 30a gesprüht, dargestellt in den 20B, 20E und 20H, und dieser dann nach einem bekannten photolithographischen Verfahren mit einem Muster versehen ( 19C, 19F und 19I). Über diesen Film 30a als Maske wird der TiW-Film nach dem ICP-Verfahren bei Verwendung von SF₆-, CF₄-, C₂F₆-, C_xF_y-Gas oder eines ähnlichen Gases bis auf 2,5 μm abgeätzt (20A, 20D und 20G).
Danach wird mit einer H₂O₂-Lösung der verbliebene TiW-Film bis auf etwa 0,5 μm abgeätzt (20A, 20D, und 20G). Im folgenden Schritt, dargestellt in den 20C, 20F und 20I, werden der bemusterte Al-Film 25 (erstes Spaltbildungselement) auf dem Abschnitt, welcher zum Flüssigkeitskanal 3 werden soll, und der Aluminiumfilm 30a als Maske zur Erzeugung des zweiten Spaltbildungselements durch Warmätzen mit einer Lösung aus Essigsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure vollständig entfernt.
Da die Grundschicht des TiW-Films den Aluminiumfilm und den SiN-Film gemischt aufweist, wird der TiW-Film in zwei Stufen geätzt, und zwar durch Trockenätzen und Naßätzen.
Grundsätzlich sollte das Muster nur durch ICP-Ätzen mit SF₆- CF₄-, C₂F₆- oder C_xF_y-Gas erzeugt werden, doch da es hinsichtlich des Ätzens des SiN-Abschnitts ein höheres Ätzauswahlverhältnis vorliegt, ist es schwierig den Punkt zu bestimmen, an welchem das Ätzen des TiW-Films beendet werden soll.
Nur durch Naßätzen, auch wenn dieses isotrop erfolgt, ist es schwierig, das bewegliche Element 8 präzis zu erzeugen.
Deshalb wird bei dieser Ausführungsform das Muster durch Trockenätzen und durch Naßätzen erzeugt, da beide Verfahren Vorteile aufweisen und diese kombiniert genutzt werden können.
Bei dieser Ausführungsform werden die Maskenschicht 30a zum Bemustern des TiW-Films und das Al-Muster 25, welches das erste Spaltbildungselement zur Erzeugung des Flüssigkeitskanals 3 darstellt, in ein und demselben Vorgang entfernt. Dadurch sind zur Fertigung des Flüssigkeitsausstoßkopfes weni ger Schritte erforderlich, so daß eine Kostensenkung eintritt.
(Zweite Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, welche sich von der ersten Ausführungsform in dem mit dem beweglichen Element 8, den Flüssigkeitskanalwänden 10 und der Flüssigkeitszuführöffnung versehenen Elementsubstrat unterscheidet. Die Schritte zur Fertigung des Elementsubstrats dieser Ausführungsform sind in den 22A bis 22N dargestellt. Da einige Elemente dieser Ausführungsform jenen der ersten Ausführungsform gleichen und mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, wird auf deren erneute Beschreibung verzichtet.
Wie aus den 22A und 22H hervor geht, wird auf die mit dem Wärme erzeugenden Element 4 versehene Fläche des Elementsubstrats 1 ein etwa 5000 Å dicker TiW-Film (nicht dargestellt) gesprüht. Darauf wird dann der Al-Film (erste Spaltbildungsschicht) in einer Dicke von etwa 5 μm gesprüht. Dieser Film wird nach einem bekannten photolithographischen Verfahren mit einem Muster 25 versehen, wobei die Lage jedes Einzelmusters jener des beweglichen Elements 4 und des Elektrodenabschnitts entspricht. Diese Einzelmuster 25 dienen als erstes Spaltbildungselement, durch welches zwischen dem auf der Oberfläche des Elementsubstrats 1 geformten Wärme erzeugenden Element 4 und dem beweglichen Element 8 ein Spalt erzeugt wird. Darauf wird später näher eingegangen. Der nicht dargestellte TiW-Film dient als Schutzschicht für den Elektrodenabschnitt.
Im nachfolgenden Schritt, dargestellt in den 22B und 22I, wird nach dem CVD-Plasmaverfahren ein etwa 5,0 μm dicker SiN-Film 37 zur Erzeugung des beweglichen Elements 8 auf das Elementsubstrat 1 und den Al-Film 25 aufgetragen. Der auf diese Weise erzeugte SiN-Film 37 wird mit einem dielektrischen Koppelplasma trocken geätzt, um nur den Teil zu erhalten, welcher dem Al-Muster 25 zur Erzeugung eines Teils des Flüssigkeitskanals 3 entspricht. Da dieser SiN-Film letztendlich das bewegliche Element werden soll, ist der Flüssigkeitskanal 3 rechtwinklig zur Verlaufsrichtung an dieser Stelle schmaler ausgeführt. Das bewegliche Element hat einen beweglichen Abschnitt mit freiem Ende und ist am anderen Ende direkt am Elementsubstrat 1 befestigt.
Im folgenden Schritt, dargestellt in den 22C und 22J, wird auf den SiN-Film, welcher das bewegliche Element werden soll, ein etwa 10,0 μm dicker TiW-Film (zweite Spaltbildungsschicht) gesprüht. Dieser TiW-Film wird nach einem bekannten photolithographischen Verfahren örtlich mit einem Muster versehen, um das zweite Spaltbildungselement 38 zu erzeugen, durch welches zwischen der Oberseite des beweglichen Elements und der Flüssigkeitszuführöffnung 5 ein Spalt α und zwischen jeder Seite des beweglichen Elements und der dieser gegenüber liegenden Flüssigkeitskanalwand 10 ein Spalt γ gebildet wird.
Im weiteren Verfahrensablauf, dargestellt in den 22D und 22K, wird der Teil des Al-Musters 25 (erstes Spaltbildungselement), welcher der Flüssigkeitskanal 3 werden soll, durch Warmätzen mit einer Lösung aus Essigsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure vollständig entfernt.
Danach wird durch Spinbeschichten ein negatives photoempfindliches Epoxydharz 31, zum Beispiel SU-8-50 (hergestellt von der Microchemical Corporation) in einer Dicke von etwa 40 bis 60 μm auf das Elementsubstrat 1 aufgetragen. Das Epoxydharz 31 kann in entsprechender Qualität aufgetragen wer den, um die Flüssigkeitskanalwände 10, auf welchen die Deckplatte 2 befestigt wird, zu erzeugen. Wie bei der ersten Ausführungsform wird das photoempfindliche Epoxydharz 31 mit einer 90 °C heißen Platte 5 Minuten vorbehandelt (Tabelle 1). Im nachfolgenden Schritt, dargestellt in den 22E und 22I, wird das Maskenmuster 32 aufgelegt und über dieses das Epoxydharz 31 mit einem Belichtungsgerät (MPA 600 von Canon) mit einer Stärke von 2 J/cm² belichtet.
Dabei wird nur der belichtete Abschnitt des Epoxydharzes 31 ausgehärtet. Der Abschnitt, welcher die Flüssigkeitszuführöffnung 5 werden soll, wird nicht belichtet. Das zweite Spaltbildungselement 38 entsteht aus dem TiW-Lichtschutzfilm und dient als Maske, welche das Belichten des unter diese fließenden Epoxydharzes 31 verhindert. Wie aus den 22F und 22M hervor geht, wird dann der nicht belichtete Teil des Epoxydharzes 31 mit einem Entwickler, zum Beispiel mit Propylenglykol 1-Monomethylätherazetat (hergestellt von Kishida Kagaku) entfernt. Auf diese Weise wird über dem zweiten Spaltbildungselement 38, welches auf dem vom Maskenmuster 32 geschützten beweglichen Element 8 vorhandenen ist, die Flüssigkeitszuführöffnung 5 und unter dem beweglichen Element, welches vom TiW-Film als zweites Spaltungselement 38 geschützt ist, der Flüssigkeitskanal 3 erzeugt. Danach erfolgt eine einstündige Behandlung bei 200 °C. Der über die Mustermaske 32 nicht belichtete Abschnitt ist schmaler als der über das zweite Spaltbildungselement 38 nicht belichtete Abschnitt. Das heißt, die Breite der Flüssigkeitszuführöffnung 5 ist kleiner als die Breite des Flüssigkeitskanals 3. In dem in 22G dargestellten Schritt werden die Flüssigkeitskanalwände 10 erzeugt, wobei die dadurch gebildeten Anschläge 33 das Auslenken des beweglichen Elements regulieren. Dabei wird auch der Abschnitt 34 gehärtet, welcher ebenfalls als Anschlag für das bewegliche Element dient. Im letzten Verfahrensschritt, dargestellt in den 22G und 22N, wird der als zweites Spaltbildungselement 38 dienende TiW-Film durch Warmätzen mit Wasserstoffperoxid entfernt.
Wie bereits erwähnt, ist das Elementsubstrat 1 mit dem beweglichen Element 8, den Flüssigkeitskanalwänden 10 und der Flüssigkeitszuführöffnung 5 versehen.
Wie bei der ersten Ausführungsform wird die mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 und den Ausstoßöffnungen 7 versehene Deckplatte 2 am Elementsubstrat 1 befestigt, um den Flüssigkeitsausstoßkopf zu komplettieren.
Der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dieser Ausführungsform hat im Vergleich zu dem der ersten Ausführungsform einen breiteren Spalt zwischen dem beweglichen Element und der Flüssigkeitszuführöffnung, so daß zum Zeitpunkt, zu welchem kein Bläschen erzeugt wird, der Flüssigkeitskanal mit Ausnahme der Ausstoßöffnung im wesentlichen nicht geschlossen ist.
(Modifikation)
Wie aus den 22A bis 22N hervor geht, sind die Flüssigkeitskanalwände 10 und die Flüssigkeitszuführöffnung 5 für das bewegliche Element 8 vorgesehen, wobei die zum Bemustern des TiW-Films als zweite Spaltbildungsschicht verwendete Maske und das AL-Filmmuster 25 als erste Spaltbildungsschicht zur Erzeugung des Flüssigkeitskanals 3 separat voneinander entfernt werden. Die 22C und 22J zeigen den Zustand, in welchem die Maske zum Bemustern des TiW-Films als zweite Spaltbildungsschicht bereits entfernt wurde, das Al-Filmmuster 25 als erste Spaltbildungsschicht zur Erzeugung des Flüssigkeitskanals 3 aber noch vorhanden ist.
Bei dieser modifizierten Ausführungsform werden die Maske zum Bemustern des TiW-Films und das Al-Filmmuster 25 in ein und demselben Vorgang entfernt. Alle anderen Abläufe entsprechen den in den 22A bis 22N dargestellten.
Nach dem Aufsprühen des TiW-Films (zweite Spaltbildungsschicht) in einer Dicke von etwa 10,0 μm auf den SiN-Film 37 zur Erzeugung des beweglichen Elements wird auf diesen ein etwa 1,0 μm dicker Al-Film 30a gesprüht und dieser nach einem bekannten photolithographischen Verfahren mit einem Muster versehen. Über dieses Muster wird nach dem ICP-Ätzverfahren bei Verwendung von SF₆-, CF₄-, C₂F₆-, C_xF_y-Gases oder eines ähnlichen Gases der TiW-Film auf etwa 9,0 μm abgeätzt. Danach wird der verbliebene TiW-Film mit einer H₂O₂-Lösung auf etwa 1,0 μm abgeätzt.
Danach werden das Al-Filmmuster 25 (erstes Spaltbildungselement) auf dem Abschnitt, welcher der Flüssigkeitskanal 3 werden soll, und der Al-Film als Maskenschicht zur Erzeugung des zweiten Spaltbildungselements durch Warmätzen mit einer Lösung aus Essigsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure zusammen vollständig entfernt.
Da wie bei der ersten Ausführungsform die Grundschicht des TiW-Films einen Al-Filmabschnitt und einen SiN-Filmabschnitt gemischt aufweist, wird der TiW-Film in zwei Stufen durch Trockenätzen und Naßätzen geätzt.
Bei dieser Ausführungsform werden die Maskenschicht zum Bemustern des TiW-Films und das Al-Filmmuster 25 als erstes Spaltbildungsschicht zur Erzeugung des Flüssigkeitskanals 3 in ein und demselben Vorgang entfernt. Dadurch sind zur Fertigung des Flüssigkeitsausstoßkopfes weniger Schritte erforderlich, so daß eine Kostensenkung eintritt.
(Dritte Ausführungsform)
Wie aus 3 hervor geht, ist beim Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Flüssigkeitszuführöffnung 5 von vier Wänden umgeben. Bei dieser Ausführungsform ist die auf die gemeinsame Flüssigkeitskammer 6 gerichtete, der Ausstoßöffnung 7 gegenüber liegende Wand des in 1 mit dargestellten Elements 5A nicht vorhanden, wie aus den 23 und 24 hervor geht. In diesem Fall ist die Fläche S von drei Seiten der Flüssigkeitszuführöffnung 5 und von der Stirnseite 9A des Befestigungselements 9 umgeben.
(Vierte Ausführungsform)
Nachfolgend wird anhand der 25A bis 25D der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird die Deckplatte 2 ebenfalls am Elementsubstrat 1 befestigt, jedoch entsteht der Flüssigkeitskanal 3, welcher an einer Seite mit der Ausstoßöffnung 7 verbunden und an der anderen Seite geschlossen ist, zwischen den beiden Elementen 1 und 2. Die gemeinsame Flüssigkeitskammer 6 und die mit dieser verbundene Flüssigkeitszuführöffnung 5 sind ebenfalls vorhanden.
Zwischen dem Flüssigkeitskanal 3 und der Flüssigkeitszuführöffnung 5 ist parallel und in einem winzigen Abstand α (10 μm oder weniger) zu dieser das bewegliche Element 8 angeordnet. Das freie Ende und/oder die beiden Seiten des beweglichen Elements 8 überdeckt/überdecken die mit dem Flüssigkeitskanal 3 verbundene Flüssigkeitszuführöffnung 5. Zwischen jeder der beiden Seiten des beweglichen Elements 8 und der jeweiligen Flüssigkeitskanalwand 10 ist ein winziger Spalt β vorhanden. Dadurch wird das Auslenken des bewegli chen Elements 8 zum Schließen der Flüssigkeitszuführöffnung 5 nicht behindert. Da mit dem Auslenken des beweglichen Elements 8 die Flüssigkeitszuführöffnung 5 im wesentlichen geschlossen wird, kann ein Zurückströmen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitskanal 3 zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 verhindert werden. Das freie Ende des beweglichen Elements 8 wird auch in Richtung Wärme erzeugendes Element 4 auf dem Elementsubstrat 1 ausgelenkt, während dessen anderes Ende vom Stützelement 9B gestützt wird.
(Weitere Ausführungsformen)
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(Seitenschuß-Typ)
26 zeigt die Längsschnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes vom sogenannten Seitenschuß-Typ. Elemente dieses Kopfes, welche jenen des Ausstoßkopfes gemäß der ersten Ausführungsform gleichen, tragen die gleichen Bezugszeichen wie diese. Der in 26 dargestellte Flüssigkeitsausstoßkopf unterscheidet sich von dem gemäß der ersten Ausführungsform darin, daß das Wärme erzeugende Element 4 und die Ausstoßöffnung 7 parallel zueinander angeordnet sind und die Ausstoßöffnung 7 rechtwinklig zum Flüssigkeitskanal 3 angeordnet ist. Beide Köpfe basieren auf dem gleichen Ausstoßprinzip. Dieser Flüssigkeitsausstoßkopf kann auf gleiche Weise wie der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der ersten Ausführungsform gefertigt werden.
(Bewegliches Element)
Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen sollte das Material zur Erzeugung der beweglichen Elemente gegen das in der Ausstoßflüssigkeit enthaltene Lösungsmittel beständig und ausreichend elastisch sein. Geeignet sind Metalle wie Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, nichtrostender Stahl, Phosphorbronze und Legierungen daraus, Kunstharze der Nitrilgruppe wie Akrylnitril, Butadien, Styrol, Kunstharze der Amidgruppe, zum Beispiel Polyamid, Kunstharze der Karboxylgruppe, zum Beispiel Polykarbonat, Kunstharze der Aldehydgruppe, zum Beispiel Polyazetal, Kunstharze der Sulfongruppe, zum Beispiel Polysulfon, ein Flüssigkristallpolymer, andere Kunstharze und Verbindungen aus den genannten Harzen, stark tintenbeständige Metalle wie Gold, Wolfram, Tantal, Nickel, nichtrostender Stahl und Titan, Legierungen aus diesen, welche mit einem Kunstharz der Amidgruppe, zum Beispiel Polyamid, einem Kunstharz der Aldehydgruppe wie zum Beispiel Polyazetal, einem Kunstharz der Ketongruppe, zum Beispiel Polyätherätherketon, einem Kunstharz der Imidgruppe, zum Beispiel Polyimid, einem Kunstharz der Hydroxalgruppe, zum Beispiel Phenolharz, einem Kunstharz der Äthylgrueppe, zum Beispiel Polyäthylen, einem Kunstharz der Alkylgruppe, zum Beispiel Polypropylen, einem Kunstharz der Epoxydgruppe, zum Beispiel Epoxydharz, einem Kunstharz der Aminigruppe, zum Beispiel Melaminharz, einem Kunstharz der Methyrolgruppe, zum Beispiel Xylolhharz oder einer Verbindung aus diesen beschichtet sind, sowie Keramikmaterialien wie Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Verbindungen aus diesen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte die Dicke des beweglichen Elements im μm-Bereich liegen.
Nachfolgend wird auf die Beziehung zwischen dem Wärme erzeugenden Element und dem beweglichen Element näher eingegangen. Bei optimaler Anordnung der beiden Elemente kann durch die Bläschenbildung entsprechendes Strömen der Flüssigkeit gewährleistet werden.
Beim herkömmlichen Bläschenstrahlaufzeichnungsverfahren ist die durch Wärme oder eine andere Energieart bewirkte Zu standsänderung in der Tinte mit einer abrupten Volumenänderung (Bläschenbildung) verbunden, so daß durch die daraus resultierende Kraft Tinte aus der Ausstoßöffnung auf ein Aufzeichnungsmedium ausgestoßen wird und Bilder auf diesem erzeugt werden. Die Beziehung zwischen der Fläche des Wärme erzeugenden Elements und der Tintenausstoßmenge ist in 27 in Diagrammform dargestellt. Da aber im Bereich S keine Bläschen erzeugt werden, trägt dieser Bereich nicht zum Ausstoßen von Tinte bei. Dieser Bereich S überdeckt den Umfang des Wärme erzeugenden Elements. Es wird angenommen, daß die Überdeckungsbreite, welche an der Bläschenbildung nicht teilnimmt, etwa 4 μm beträgt. Dagegen ist beim Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung der mit dem Bläschenbildungselement bestückte Flüssigkeitskanal fast vollständig bedeckt, ausgenommen die Ausstoßöffnung, so daß die maximale Tintenmenge ausgestoßen wird. Die durchgehende Linie in 27 weist einen Abschnitt auf, in welchem trotz sich ändernder Fläche des Wärme erzeugenden Elements oder trotz sich ändernder Bläschenbildungskraft die Ausstoßmenge sich nicht ändert. Dadurch kann eine stabile Ausstoßmenge gewährleistet werden.
(Elementsubstrat)
Nachfolgend wird anhand der 28A und 28B, welche Schnittansichten der Hauptelemente des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, das mit den Wärme erzeugenden Elementen 10 bestückte Elementsubstrat 1 beschrieben. 28A zeigt einen Kopf mit Schutzfilm, worauf später näher eingegangen wird, 28B einen Kopf ohne Schutzfilm.
Auf dem Elementsubstrat 1 ist die Deckplatte 2 befestigt, wobei der Flüssigkeitskanal 3 zwischen diesen beiden Elementen erzeugt wird.
Auf der Substratplatte 107 aus Silizium oder einem ähnlichen Material wird ein Siliziumoxid- oder Siliziumnitridfilm 106 als Isolier- und Wärmespeicherfilm erzeugt. Wie aus 28A hervor geht, werden auf diesen Film eine 0,01 bis 0,2 μm dicke Schicht 105 aus Hafniumborid (HfB₂), Tantalnitrid (TaN), Tantalaluminium (TaAl) oder einer anderen Verbindung, welche als elektrische Widerstandschicht die Wärme erzeugenden Elemente 4 bildet, und eine 0,2 bis 1,0 μm dicke Aluminiumschicht als Verdrahtungselektroden aufgetragen. Über die Verdrahtungselektroden 104 wird die Widerstandschicht 105 mit einer Spannung gespeist, so daß durch diese Strom fließt und dieser Wärme erzeugt. Zwischen den Verdrahtungselektroden 104 wird auf der Widerstandschicht 105 eine 0,1 bis 2,0 μm dicke Schutzschicht 103 aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder einer ähnlichen Verbindung erzeugt und auf diese eine 0,1 bis 0,6 μm dicke Kavitationsschutzschicht 102 aus Tantal oder einem ähnlichen Material aufgetragen, um die Widerstandschicht 105 vor Kavitation durch verschiedene Flüssigkeiten wie Tinte usw. zu schützen.
Besonders bei der Bläschenbildung und beim Zusammenfallen des Bläschens entstehen Druck- und Stoßwellen, welche die harten, aber spröden Oxidfilme stark beschädigen können. Das wird durch Auftragen der Kavitationsschutzschicht zum Beispiel aus Tantal (Ta) verhindert.
Wenn die ausgewählte Flüssigkeit, die Form des Flüssigkeitskanals und das Widerstandmaterial gut aufeinander abgestimmt sind, kann auf den Film 103 zum Schutz der Widerstandschicht 105 verzichtet werden. Einen Kopf ohne diesen Schutzfilm zeigt 28B. Dieser Schutzfilm 103 ist nicht erforderlich, wenn als Material für die Widerstandschicht 105 eine Iridium-Tantal-Aluminium-Legierung oder eine ähnliche Legierung verwendet wird.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen kann die zwischen den Elektroden 104 vorhandene Widerstandschicht 105 als Wärme erzeugende Elemente 4 durch den Schutzfilm 103 geschützt werden, doch es besteht auch die Möglichkeit, auf diesen Schutzfilm zu verzichten.
Bei diesen Ausführungsformen werden die Wärme erzeugenden Elemente 4 von der Widerstandschicht 105 gebildet und durch elektrische Signale zur Erzeugung von Wärme veranlaßt. Es können aber auch Wärme erzeugende Elemente anderer Art verwendet werden, wenn diese in der Lage sind, die zum Ausstoßen von Tinte erforderlichen Bläschen zu erzeugen. Als Wärme erzeugende Elemente können auch andere Elemente verwendet werden, zum Beispiel optisch-thermische Umwandlungselemente, welche bei Empfang von Laserlicht oder Licht einer anderen Art Wärme erzeugen, oder Elemente, welche mit einem Wärmeerzeugungsabschnitt versehen sind, der bei hohen Frequenzen Wärme erzeugt.
Das Elementsubstrat 1 kann außer der Widerstandschicht 105, welche die Wärmeerzeugungsabschnitt und alle Wärme erzeugenden Elemente 4 bildet und über die Verdrahtungselektroden 104 mit elektrischen Signalen gespeist wird, zusätzlich mit Funktionselementen wie Transistoren, Dioden, Sperren, Schieberegistern usw. zum selektiven Ansteuern der Wärme erzeugenden Elemente (elektrothermische Umwandlungselemente 4 als integrale Bestandteile versehen werden, und zwar nach einem Halbleiterherstellungsverfahren. Das Ansteuern des Wärmerzeugungsabschnitts jedes auf der Grundplatte des Elementsubstrats 1 angeordneten Wärme erzeugenden Elements 4 erfolgt durch Signale in der in 29 gezeigten Rechteckform, durch welche die Widerstandschicht 105 zwischen den Verdrahtungselektroden 104 abrupt erwärmt wird. Bei allen bisher beschriebenen Kopfausführungsformen haben die elektrischen Signale eine Spannung von 24 V und eine Impulsbreite von 7 μs und werden mit einer Frequenz von 6 kHz gesendet, so daß ein elektrischer Strom von 150 mA fließt. Mit dem Senden der Signale wird Tinte in flüssiger Form aus der Ausstoßöffnung 7 ausgestoßen. Die Form der Steuersignale ist aber nicht auf Rechteckform beschränkt, denn es können auch Signale in anderer Form gesendet werden, wenn diese Bläschenbildung auslösen.
(Ausstoßflüssigkeit)
Als Ausstoßflüssigkeit kann die bei einer herkömmlichen Bläschenstrahlvorrichtung verwendete Tinte (Aufzeichnungsflüssigkeit) zum Einsatz kommen.
Jedoch sollten die Eigenschaften der Ausstoßflüssigkeit das Ausstoßen, die Bläschenbildung oder das bewegliche Element nicht beeinträchtigen. Als Ausstoßflüssigkeit zum Aufzeichnen kann auch eine stark viskose Tinte verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird als Ausstoßflüssigkeit eine Tinte mit der in Tabelle 2 genannten Zusammensetzung verwendet. Mit dieser Tinte wird eine hohe Ausstoßgeschwindigkeit erreicht, dadurch die Auftreffgenauigkeit der Flüssigkeitströpfchen verbessert und die Erzeugung qualitativ hervorragender Bilder gewährleistet. Tabelle 2

Farbstofftinte mit einer Viskosität von 2 cP

Farbstoff: Nahrungsmittelfarbe Schwarz 2 3 Gew. %

Diäthylenglykol 10 Gew. %

Thiodiglykol 5 Gew. %

Äthanol 3 Gew. %

Wasser 77 Gew. %.
(Flüssigkeitsausstoßvorrichtung)
30 zeigt schematisch den Aufbau einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, welche mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf in Übereinstimmung mit einer der beschriebenen Ausführungsformen betrieben werden kann.
Die an der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 gemäß 30 installierte Kopfkartusche 601 ist aus einem der beschriebenen Flüssigkeitsausstoßköpfe und einem Flüssigkeitsbehälter zum Versorgen des Kopfes mit Flüssigkeit zusammengesetzt. Wie aus 30 hervor geht, ist die Kopfkartusche 601 am Schlitten 607 befestigt, welcher in die Spiralnut 606 einer Leitspindel 605 greift und über diese sowie zwei Zahnräder 603 und 604 von einem vorwärts und rückwärts drehenden Motor 602 auf einem Führungsholm 608 abwechselnd in die Pfeilrichtungen a und b hin und her bewegt wird. Die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 ist mit einer nicht dargestellten Einheit zum Transportieren eines Aufzeichnungsmediums in Form eines Blattes P ausgerüstet. Auf das Aufzeichnungsblatt P, welches von einer in Transportrichtung des Schlittens 607 angeordneten, von der genannten Transporteinheit angetriebenen Schreibwalze 609 gegen eine Platte 610 gedrückt wird, wird aus der Kopfkartusche 601 Aufzeichnungsflüssigkeit in Form von Tinte ausgestoßen.
In der Nähe eines Endes der Leitspindel 605 sind Lichtschranken 611 und 612 angeordnet, welche die Ausgangsstellung des Schlittens 607 über den an diesem vorhandenen Arm 607a erfassen und die Drehrichtung des Antriebsmotors 602 umkehren. In der Nähe eines Endes der Schreibwalze 609 ist ein Stützelement 613 für eine die Ausstoßöffnungen der Kopfkartusche 601 bedeckende Kappe 614 angeordnet. Die beim Blindausstoßen oder bei einem anderen Vorgang in die Kappe 614 ausgestoßene Flüssigkeit wird von einer Saugeinheit 615 abgesaugt. Von der Saugeinheit 615 wird über den offenen Abschnitt der Kappe 614 die Kopfkartusche 601 regeneriert.
Die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 ist mit einem Stützelement 619 zum Stützen eines rechtwinklig zur Schlittenbewegung vor und rückwärts bewegbaren Elements 618 versehen. Auf dem bewegbaren Element 618 ist eine Reinigungslamelle 617 angeordnet. Als Reinigungslamelle 617 kann eine herkömmliche Lamelle verwendet werden. Über einen Hebel 620 wird die von der Saugeinheit 615 durchzuführende Saugregenerierung ausgelöst. Der Hebel 620 wird von einem in den Schlitten 607 greifenden Nocken 621 in Bewegung gesetzt. Die Hebelbewegung wird von einem Übertragungselement in Form einer die Antriebsleistung des Motors 602 schaltenden Kupplung gesteuert. In der Hauptbaugruppe der Aufzeichnungsvorrichtung ist eine Steuereinheit angeordnet, welche an die Wärme erzeugenden Elemente der Kopfkartusche 601 entsprechende Steuersignale sendet und auch die beschriebenen Mechanismen steuert. Diese Steuereinheit ist in 31 nicht aufgeführt.
Vom hin und her bewegten Schlitten 607 wird die gesamte Breite des von der Transporteinheit in der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 transportierten Aufzeichnungsblattes P bestrichen. Während der Hin- und Herbewegung des Schlittens wird in Übereinstimmung mit den gesendeten Steuersignalen Tinte (Aufzeichnungsflüssigkeit) aus der Kopfkartusche 601 auf das Aufzeichnungsmedium ausgestoßen.
31 zeigt im Blockschaltbild den Aufbau der gesamten Aufzeichnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der mit dem Bezugszeichen 300 gekennzeichnete Hauptcomputer sendet Steuersignale entsprechend den Druckinformationen an die Aufzeichnungsvorrichtung. Die Druckinformationen werden vorübergehend an einer Schnittstelle 301 innerhalb der Druckvorrichtung gespeichert, gleichzeitig in Daten umgewandelt, welche von der Aufzeichnungsvorrichtung verarbeitet werden können, und in die auch als Steuersignalsendeeinheit dienende CPU (Zentralverarbeitungseinheit) 302 eingegeben. Die von der CPU 302 empfangenen Daten werden vom RAM 304 in dieser und von anderen peripheren Einheiten in Übereinstimmung mit dem im ROM 303 gespeicherten Programm verarbeitet und in die Druckdaten (Bilddaten) umgewandelt.
Von der CPU 302 werden auch die Daten erzeugt, welche zum Steuern des Antriebsmotors 602 und des Transports des mit einer Kopfkartusche 601 bestückten Schlittens 607 benötigt werden, um synchron zu den Bilddaten das Aufzeichnen an den gewünschten Stellen auf dem Aufzeichnungsblatt vorzunehmen. Die Bilddaten und die Motorsteuerdaten werden über einen Kopftreiber 307 und einen Motortreiber 305 zur Kopfkartusche 601 bzw. zum Antriebsmotor 602 gesendet, um diese im entsprechenden Takt zur Erzeugung von Bildern anzusteuern.
Als Aufzeichnungsmedium 150 für die beschriebene Aufzeichnungsvorrichtung können verschiedene Papierarten, OHP-Blätter, Kunststoffe zur Herstellung von Disketten, Ornamentplatten usw., Gewebe, Metalle wie Aluminium und Kupfer, Leder in Form von Rindsleder, Schweinsleder und Kunstleder, Holz in Form von Sperrholz, Bambus, Keramik in Form von Fliesen, dreidimensionale Materialien in Form von Schwämmen usw. verwendet werden.
Als Aufzeichnungsvorrichtungen werden Drucker zum Drucken auf Papier verschiedener Art, OHP-Blättern usw., Drucker zum Drucken auf Disketten aus Kunststoff, Drucker zum Drucken auf Metallplatten, Drucker zum Drucken auf Leder, Drucker zum Drucken auf Holz, Drucker zum Drucken auf Keramikfliesen, Drucker zum Drucken auf dreidimensionalem Schwammaterial und Drucker zum Drucken Textilien verwendet.
Die für die genannten Flüssigkeitsausstoßvorrichtungen zu verwendende Ausstoßflüssigkeit sollte den zu verwendenden Aufzeichnungsmedien und Aufzeichnungsbedingungen angepaßt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, welcher aufweist: mehrere Ausstoßöffnungen (7) zum Ausstoßen einer Flüssigkeit, mehrere Flüssigkeitskanäle (3), welche mit der jeweiligen Ausstoßöffnung (7) verbunden sind und einen Bläschenerzeugungsbereich (11) zur Erzeugung eines Bläschens (21) in der Flüssigkeit haben, Energie erzeugende Elemente (4) zur Erzeugung der für die Bildung und das Wachsen des Bläschens (21) erforderlichen Energie, Flüssigkeitszuführöffnungen (5) entsprechend der Anzahl an Flüssigkeitskanälen (3), welche mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer (6) verbunden sind, und bewegliche Elemente (8), welche in einen festen und einen beweglichen Abschnitt unterteilt und so angeordnet sind, daß zwischen diesen und der jeweiligen Flüssigkeitszuführöffnung (5) sowie dem jeweiligen Flüssigkeitskanal (3) ein Spalt (α, γ) vorhanden ist, wobei das Verfahren die Schritte Erzeugen eines ersten Spaltbildungselements (25) auf dem mit den Elementen zur Erzeugung der Bläschens (4) bestückten Elementsubstrat (1) und Erzeugen des beweglichen Elements (8) auf dem ersten Spaltbildungselement (25) und eines Fixierelements (29) auf dem Elementsubstrat (1) aufweist und gekennzeichnet ist durch Erzeugen eines zweiten Spaltbildungselements (30) zum Bilden eines Spaltes (α, γ) zwischen den beiden Längsseiten sowie der Oberseite des beweglichen Abschnitts des beweglichen Elements (8) und den Seitenwänden (10) des Flüssigkeitskanals (3) sowie der Flüssigkeitszuführöffnung (5), Entfernen des ersten Spaltbildungselements (25) bei Beibehaltung des engen Kontaktes zwischen dem zweiten Spaltbildungselement (30) und dem beweglichen Element (8), Auftragen eines Wandmaterials auf das zweite Spaltbildungselement (3) und/oder die Peripherie des beweglichen Elements (8), Bemustern des Wandmaterials zur Erzeugung der Flüssigkeitskanalwände (10) gemeinsam mit den Flüssigkeitszuführöffnungen (5), und Entfernen des zweiten Spaltbildungselements (30).
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß Anspruch 1, welches außerdem das Zusammenfügen des mit den Bläschenerzeugungselementen (4), den beweglichen Elementen (8), den Flüssigkeitsströmungskanalwänden (10) und den Flüssigkeitszuführöffnungen (5) versehenen Elementsubstrats (1) und der mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer (6) versehenen Deckplatte (2) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Erzeugung des zweiten Spaltbildungselements (30) folgende Schritte aufweist: Auftragen einer zweiten Spaltbildungsschicht zur Erzeugung eines das bewegliche Element (8) bedeckenden zweiten Spaltbildungselements (30), Erzeugen einer Maskenschicht (30a) auf der zweiten Spaltbildungsschicht zur Erzeugung des zweiten Spaltbildungselements (30), Trockenätzen der zweiten Spaltbildungsschicht unter Verwendung der Maskenschicht (30a) und Erzeugen des zweiten Spaltbildungselements (30) durch Naßätzen der zweiten Spaltbildungsschicht nach dem Trockenätzen.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß Anspruch 3, wobei das Entfernen des ersten Spaltbildungselements (25) ein Schritt ist, bei welchem das erste Spaltbildungselement (25) und die Maskenschicht (30a) zur Erzeugung des zweiten Spaltbildungselements (30) gemeinsam durch Naßätzen entfernt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Maskenschicht (30a) und der Film für das erste Spaltbildungselement (25) aus dem gleichen Material erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß den Ansprüchen 3 bis 5, wobei das Entfernen des ersten Spaltbildungselements (25) ein Schritt ist, bei welchem das erste Spaltbildungselement (25) und die Maskenschicht (30a) zur Erzeugung des zweiten Spaltbildungselements (30) gemeinsam durch Naßätzen entfernt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Spaltbildungselements (25) aus Aluminium, Al/Cu, Al/Si oder einer anderen Aluminiumlegierung, das zweite Spaltbildungselements (30) aus TiW, W/Si, W oder einer anderen Wolframlegierung erzeugt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für das zu bemusternde Wandmaterial ein negatives Resist verwendet wird und die Flüssigkeitskanalwände (10) sowie die Flüssigkeitszuführöffnungen (5) photolithographisch erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Projektionsfläche des nicht photoempfindlichen Abschnitts des Maskenmusters, welches für das Belichten der Abschnitte zur Erzeugung der Flüssigkeitskanalwände (10) und der Flüssigkeitszuführöffnungen (5) verwendet wird, breiter ist als die Projektionsfläche des auf dem beweglichen Element (8) erzeugten zweiten Spaltbildungselements (30).
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Bereich des Substrats (1), welcher vom ersten Spaltbildungselement (25) nicht bedeckt wird, das Fixierelement (9) für das bewegliche Element (8) die gleiche Höhe hat wie das erste Spaltbildungselement (25).