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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Düse in einem
Element für
einen Tintenstrahldruckkopf, bei dem mit Hilfe eines Lasers Material
von diesem Element abgetragen und die Düse gebildet wird, welches Verfahren
die Bestrahlung einer Maske mit einem Laserstrahl in der Weise, daß ein Teilstrahl
durch die Maske hindurchgeht, und das Abtragen des Materials mit
Hilfe des Teilstrahls umfaßt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Düsenelement mit im wesentlichen
identischen Düsen, einen
mit diesem Düsenelement
versehenen Tintenstrahldruckkopf sowie einen Tintenstrahldrucker
mit einem solchen Druckkopf.
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Ein
Verfahren dieser Art ist aus dem US-Patent 5 305 015 bekannt, Das
Element, in dem die Düse
gebildet wird, wird als Teil eines Druckkopfes für einen Tintenstrahldrucker
verwendet. Ein Druckkopf dieser Art umfaßt typischerweise eine Reihe
von im wesentlichen geschlossenen Tintenkanälen, die jeweils mit einer
relativ weiten Öffnung
in eine Oberfläche
des Druckkopfes führen.
In einer Ausführungsform
bilden diese Öffnungen
ein Muster aus zwei parallelen Reihen. Ein flaches Element wird
an dieser Oberfläche
des Druckkopfes befestigt und enthält eine Anzahl von Düsen in einem
Muster, das dem Muster der genannten Öffnungen entspricht. Folglich führt jeder
Kanal letztlich zu einer kleinen präzisen Düse. Jeder Kanal weist eine
Treibereinrichtung auf, die z. B. ein thermisches Element oder einen
Piezo-Aktor enthält
und mit der in dem Kanal ein rascher Druckanstieg erzeugt werden
kann, so daß ein
Tintentropfen über
die entsprechende Düse
ausgestoßen
wird. Durch bildmäßige Erregung
der Tintenkanäle
ist es auf diese Weise möglich,
ein Bild zu erzeugen, das aus einer Anzahl von einzelnen Tintentropfen
auf einem Empfangsmaterial gebildet ist.
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Bei
Tintenstrahldruckern dieser Art ist die Druckqualität stark
von den Eigenschaften der Düsen abhängig. Insbesondere
die Form der Düsen,
die Größe (der
Querschnitt) und der Winkel, den sie mit dem Kanal bilden, bestimmen
wichtige Eigenschaften der Tropfen. Dabei handelt es sich insbesondere um
die Tropfengröße, die
Richtung, in der die Tropfen ausgestoßen werden, und die Geschwindigkeit,
die sie im Augenblick des Ausstoßens haben. Neben der Möglichkeit,
Düsen in
getrennten Elementen zu bilden, etwa in flexible Metall- oder Kunststoffolien,
die an dem Druckkopf befestigt sind, ist es auch möglich, die
Düsen direkt
in einem Element zu bilden, das mit den Tintenkanälen versehen
ist.
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Bei
dem Verfahren, das aus der genannten Patentschrift bekannt ist,
wird ein Element aus einem flexiblen Kunststoff durch eine Bearbeitungsstation transportiert,
in der eine Maske mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, wobei die
Maske ein Muster von für
die Laserstrahlung durchlässigen
Elementen aufweist. Der Laserstrahl wird von einem Exzimerlaser
erzeugt, z. B. einem F2, ArF, KrCl, KrF
oder XeCl-Laser. Ein Laserstrahl dieser Art ist für die Erzeugung
von Düsen
hervorragend geeignet, weil auf einer kleinen Fläche eine hohe Energiedichte
erhalten werden kann. Das Muster der strahlungsdruchlässigen Elemente
in der Maske führt
zu einem Muster von Teilstrahlen, die durch die Maske hindurchgehen.
Mit jedem dieser Teilstrahlen wird Material von dem Band abgetragen,
so daß eine
Düse gebildet
wird. Eine Düse
ist fertiggestellt, wenn in dem Element ein durchgehendes Loch mit
einer bestimmten Form gebildet worden ist. Da die Anzahl der aus
dem Laserstrahl erzeugten Teilstrahlen wesentlich kleiner ist als die
Gesamtzahl der zu erzeugenden Düsen,
wird, nachdem eine erste Reihe von Düsen gebildet worden ist, das
Element in bezug auf die Maske und den Laserstrahl bewegt, wonach
eine nächste
Reihe von Düsen
gebildet wird. Dieses Verfahren ist als Step-and-Repeat-Prozeß bekannt.
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Die
internationale Patentanmeldung WO 96/33839 beschreibt einen Step-and
Repeat-Prozeß, der
darauf abzielt, die Gleichförmigkeit
der sich wiederholenden Strukturen zu verbessern. Da dieses Verfahren
jedoch ebenfalls ein Step-and-Repeat-Prozeß ist, hat
es die entsprechenden inhärenten
Nachteile, die oben erwähnt
wurden.
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Dieses
Verfahren hat eine bedeutenden Nachteil. Die Zusammensetzung des
Laserstrahls, insbesondere der Winkel, unter dem die Strahlung sich
in dem Strahl ausbreitet, und die Intensität dieser Strahlung, sind über die
gesamte Breite des Strahl nicht genau identisch. Das bedeutet, daß auch die Zusammensetzung
eines Teilstrahls, der durch die Maske hindurchgeht, nicht genau
bekannt ist.
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Infolgedessen
lassen sich die Eigenschaften der Düse, die durch Bearbeitung mit
diesem Teilstrahl erzeugt wird, nur schwer, wenn überhaupt,
einstellen. Folglich weisen die Eigenschaften der Düsen eine
relativ breite Streuung auf. Außerdem
können
bei dem bekannten Verfahren Düsen
gebildet werden, die beträchtlich
von der geforderten Düsenform
aufweisen. Zum Beispiel ist es durchaus möglich, daß Düsen gebildet werden, die in
bezug auf den Kanal ziemlich schräg gestellt sind oder einen
wesentlich größeren Querschnitt
haben als erwünscht.
Dies hat nachteilige Auswirkungen auf die Druckqualität.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, auf einfache Weise ein Düsenelement für einen
Tintenstrahldruckkopf herzustellen, mit dem eine gute Druckqualität erreicht
werden kann. Zu diesem Zweck ist ein Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 entwickelt worden, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß der
Laserstrahl in bezug auf die Maske in einer zu der Maske im wesentlichen
parallelen Richtung bewegt wird, so daß beim Abtragen des Materials
der Teilstrahl aus einer Folge von unterschiedlichen Teilen des
Laserstrahls gebildet wird, wobei diese Folge sich in der genannten
Richtung erstreckt. Bei diesem Verfahren wird die Düse durch
eine Art "Mittelwert" des Laserstrahls
erzeugt. Aus diesem Grund ist die Spreizung der Düseneigenschaften über die
erzeugten Düsen
verhältnismäßig klein,
und es lassen sich einfach Düsen
herstellen, die gut der geforderten Düsenform entsprechen.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird der Laserstrahl so in bezug auf die Maske bewegt, daß das strahlungsdurchlässige Element
der Maske stets mit einem anderen Teil des Laserstrahls bestrahlt
wird, so daß auch
stets ein anderer Teil des Laserstrahls als ein Teilstrahl durchgelassen
wird. Auf diese Weise werden Abweichungen in dem Laserstrahl, und damit
auch in dem Teilstrahl, mit dem die Düsen erzeugt werden, über eine
größere Anzahl
von Teilen dieses Strahls ausgemittelt. Dies hat den Vorteil, daß sich die
Auswirkungen von systematischen Fehlern in dem Laserstrahl leicht
beseitigen lassen. Außerdem
kann die Erzeugung der Düse
leichter kontrolliert werden, weil eine Änderung der Einstellung des Laserstrahls
auf den "mittleren" Strahl weniger gravierende
Auswirkungen hat als auf jeden einzelnen Teil in dem Strahl.
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In
einer anderen Ausführungsform
bildet die genannte Folge von unterschiedlichen Teilen des Laserstrahls
eine durchgehende Reihe. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin,
daß die
Maske kontinuierlich mit dem Laserstrahl bestrahlt werden kann. Dies
ergibt ein einfacheres Verfahren und hat auch den Vorteil, daß es keine
scharfen Übergänge beim Wechsel
von einem Teil des Laserstrahls zum anderen gibt. Statt dessen wird
der Laserstrahl in einer einzigen fließenden Bewegung über die
Maske bewegt.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
erstreckt sich die Folge über
im wesentlichen die gesamte Breite des Strahls in der genannten
Richtung. Da der verwendete Laserstrahl häufig im Hinblick auf seine
Eigenschaften symmetrisch ist, kommt es auf diese Weise zu einer
sehr guten Ausmittelung von Abweichungen in dem Laserstrahl, wobei
die Düse erzeugt
wird, indem im wesentlichen die gesamte Breite des Laserstrahls
genutzt wird. Das Resultat ist eine Düse, die im wesentlichen symmetrisch
ist, und dies kommt der Druckqualität zugute.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Laserstrahl in bezug auf die Maske mit einer im wesentlichen
konstanten Geschwindigkeit bewegt. Dies vereinfacht nicht nur das
Verfahren gemäß der Erfindung,
sondern trägt
auch zu einer besseren Mittelung über den Strahl bei. Auf diese
Weise läßt sich die
Symmetrie der Düse
sehr zufriedenstellend gewährleisten,
und es wird eine Verbesserung in der Druckqualität erreicht.
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In
einer anderen Ausführungsform
werden die Maske und das Element bewegt, während der Laserstrahl stationär ist. Bei
dieser Ausführungsform kann
der Laserstrahl in einer Bearbeitungsstation fixiert werden. Die
Maske und das Element werden während
der Bewegung relativ zueinander fixiert, so daß der von der Maske durchgelassene
Teilstrahl stets auf dieselbe Stelle des Elements abgebildet wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Teilstrahl mit Hilfe einer Linse auf das Element abgebildet.
Diese Ausführungsform
hat eine Anzahl von Vorteilen. Zunächst kann auf diese Weise eine relativ
grobe Maske verwendet werden, z. B. eine mit einem relativ großen strahlungsdurchlässigen Element,
weil eine etwa erforderliche Verkleinerung des Elements mit Hilfe
der Linse erreicht werden kann. Außerdem kann auf diese Weise
die Strahlungsintensität
des Laserstrahls an der Maske relativ niedrig gehalten werden, wodurch
eine Schädigung
der Maske vermieden wird. Außerdem
bietet die Verwendung der Linse eine größere Freiheit hinsichtlich
der Auslegung des Laserstrahls, der Maske und des Elements relativ
zueinander.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden wenigstens zwei Teilstrahlen durch die Maske hindurchgelassen.
Dieses Verfahren hat gegenüber
dem bekannten Verfahren einen sehr wichtigen Vorteil. Bei dem bekannten Verfahren
wird die Homogenität
des Laserstrahls sorgfältig
kontrolliert und so eingestellt, daß wenigstens zwei durch die Maske
hindurchgelassene Teilstrahlen so weit wie möglich identisch sind. Auf diese
Weise wird weitestmöglich
vermieden, daß die
erzeugten Düsen
sich voneinander unterscheiden, z. B. hinsichtlich ihrer Form, ihrer
Größe und ihres
Winkels. Diese Steuerung und Einstellung erfordert eine teure Meß- und Steuerausrüstung, ist
jedoch notwendig, weil solche Unterschiede zwischen den Düsen zu einer
wahrnehmbaren Beeinträchtigung
der Druckqualität
führen.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
hat sich gezeigt, daß die
erzeugten Düsen
im wesentlichen identisch sind, ohne daß die Homogenität des Laserstrahls
kontrolliert und eingestellt werden muß. Dies ist eine Folge der
Tatsache, daß jede
Düse im
wesentlichen mit demselben "Mittelwert" über den Laserstrahl erzeugt
wird. Ein zusätzlicher
Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es möglich ist, einen sehr inhomogenen
und damit billigen Laserstrahl zu verwenden. Insbesondere wenn die
Düsen in
einer Reihe liegen, die in der gleichen Richtung verläuft, in der
der Laserstrahl in bezug auf die Maske bewegt wird, zeigt es sich,
daß die
Düsen praktisch
identisch sind.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
werden in dem Element mehr Düsen
gebildet als Teilstrahlen aus dem Laserstrahl hervorgehen. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, daß ein
Laserstrahl gewählt
werden kann, der einen kleinen Querschnitt hat, was verhältnismäßig kostengünstig ist.
Indem das Element relativ zu dem Laserstrahl bewegt wird, ist es
nichtsdestoweniger möglich,
eine große
Anzahl von Düsen
zu bilden.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
wird der Laserstrahl so verwendet, daß eine Projektion des Laserstrahls
auf die Maske eine Längsrichtung hat
und die Projektion in der Längsrichtung
durch im wesentlichen parallele Linien begrenzt wird. Diese Ausführungsform
bietet den Vorteil, daß die
Positionierung des Strahls in bezug auf die strahlungsdurchlässigen Elemente
der Maske nicht so genau zu sein braucht: da der Laserstrahl überall im
wesentlichen die gleiche Breite hat, wird jede Düse mit einer im wesentlichen
identischen Gesamtintensität
des Lasers erzeugt. Dies kommt der Gleichförmigkeit der Düsen und
damit der Druckqualität
eines Tintenstrahldruckers zugute, der mit einem Düsenelement
gemäß der Erfindung
ausgerüstet
ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Düsenelement für einen
Tintenstrahldruckkopf, wobei das Düsenelement im wesentlichen
identische Düsen
hat und sich durch ein Verfahren gemäß der Erfindung erhalten läßt. Ein Element
dieser Art hat den Vorteil, daß die
aus den Düsen
ausgestoßenen
Tintentropfen so weit wie möglich
die gleichen Eigenschaften haben. Ein mit einem Düsenelement
dieser Art ausgerüsteter
Tintenstrahldruckkopf hat den Vorteil, daß die Druckeigenschaften sich über die
Länge des
Kopfes so wenig wie möglich
unterscheiden. Mit einem Tintenstrahldrucker, der einen Druckkopf
dieser Art aufweist, ist es möglich,
Bilder von hoher Qualität
zu erzeugen.
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Die
Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele erläutert werden.
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1 ist
ein Diagramm eines Tintenstrahldruckers.
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2 ist
ein Beispiel eines Tintenstrahldruckkopfes.
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3,
die sich aus 3a und 3b zusammensetzt,
zeigt das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Erzeugung
von Düsen.
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4 zeigt
ein erstes Beispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung.
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5 ist
ein Beispiel eines Laserstrahls gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
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6 zeigt den Winkelfehler für eine Anzahl von
Druckköpfen
in Abhängigkeit
von dem verwendeten Düsenelement.
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1
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In 1 ist
ein Tintenstrahldrucker schematisch dargestellt. Bei dieser Ausführungsform
umfaßt der
Drucker eine Walze 1 zur Abstützung eines Substrats 2 und
zum Transport desselben an vier Druckköpfen 3 vorbei. Die
Walze 1 ist um ihre Achse drehbar, wie durch einen Pfeil
A angegeben wird. Ein Abtastwagen 4 trägt die vier Druckköpfe 3 und
kann in der durch den Doppelpfeil B angegebenen Richtung parallel
zu der Walze 1 hin- und her bewegt werden. Auf diese Weise
können
die Druckköpfe 3 das
bildempfangende Substrat 2, z. B. einen Bogen Papier, vollständig abtasten.
Der Wagen 4 ist auf Stangen 5 und 6 geführt und
wird durch eine geeignete Einrichtung (nicht gezeigt) angetrieben.
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In
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform weist jeder Druckkopf
acht innere Tintenkanäle
(nicht gezeigt) auf, von denen jeder seine eigene Düse 7 hat,
wobei die Düsen
auf ihrem Druckkopf zwei im wesentlichen parallele Reihen zu vier Düsen bilden.
In dieser Ausführungsform
verläuft jede
dieser Reihen im wesentlichen rechtwinklig zur Achse der Walze 1.
In einer praktischen Ausführungsform
eines Tintenstrahldrucker wird die Anzahl von Tintenkanälen je Druckkopf
um ein Vielfaches größer sein,
typischerweise etwa 200 bis 400 Düsen pro Kopf. Jeder Tintenkanal
weist eine (nicht gezeigte) Einrichtung auf, mit der die Tinte in
dem Kanal unter Druck gesetzt wird, so daß ein Tintentropfen über die
entsprechende Düse 7 aus
dem Kanal in Richtung auf das Empfangsmaterial ausgestoßen wird. Bei
den Einrichtungen dieser Art kann es sich z. B. um einen Thermistor
oder einen piezoelektrischen Aktor handeln. Zum Erregen dieser Einrichtungen weist
jeder Kanal außerdem
eine (nicht gezeigte) elektrische Treiberschaltung auf. Wenn die
Einrichtungen bildmäßig erregt
werden, so wird ein Bild erzeugt, das aus Tintentropfen auf dem
Substrat 2 aufgebaut ist. Wenn ein Substrat mit einem Drucker
dieser Art bedruckt wird, so wird das Substrat oder ein Teil desselben
(gedacht) in feste Orte aufgeteilt, die ein regelmäßiges Feld
von Pixelzeilen und Pixelspalten bilden. In einer Ausführungsform
verlaufen die Pixelzeilen rechtwinklig zu den Pixelspalten. Die
resultierenden getrennten Orte können
jeweils mit einem oder mehreren Tintentropfen versehen werden. Die Anzahl
von Orten je Längeneinheit
in der Richtung parallel zu den Pixelzeilen und Pixelspalten wird
als die Auflösung
des gedruckten Bildes bezeichnet und z. B. mit 400 × 600 d.p.i
(dots per inch) angegeben.
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2
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2 ist
ein Beispiel eines Tintenstrahldruckkopfes 3. Der Einfachheit
halber ist ein Kopf gezeigt, der nur eine Reihe von Tintenkanälen aufweist, und
die verschiedenen Teile sind getrennt voneinander dargestellt.
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Der
Kopf 3 ist aufgebaut aus einer Kanalplatte 10,
in der eine Reihe paralleler Kanäle 11 gebildet ist.
An der Frontseite der Kanalplatte führen die Kanäle zu einer
Auslaßöffnung 12.
An der Rückseite sind
die Kanäle
durch eine Wand der Kanalplatte abgeschlossen. An der Unterseite
sind die Kanäle über eine
(nicht gezeigte) schmale Öffnung
mit einem (nicht gezeigten) Tintenreservoir verbunden, so daß sie mit
flüssiger
Tinte (nicht gezeigt) gefüllt
werden können.
An der Oberseite ist die Kanalplatte durch eine Aktorfolie 13 abgedeckt,
so daß die
Kanäle
an der Oberfläche
geschlossen sind. Auf dieser Folie ist eine piezoelektrische Aktorplatte 14 angeordnet.
Diese Aktorplatte 14 weist eine parallele Reihe von piezoelektrischen
Fingern 15 und 16 auf. Die Finger 15 sind über den
Tintenkanälen
angeordnet. Die Finger 16 stützen sich über die Folie 13 auf
den Stegen 18 ab, die die Tintenkanäle 11 voneinander
trennen. In dieser Ausführungsform
ist die Frontseite der Kanalplatte 10 von einem Düsenelement 17 abgedeckt,
in diesem Beispiel einen dünnen
Streifen einer Metallegierung, in der die Düsen 7 gebildet sind.
Hier entspricht die Reihe der Düsen
der Reihe der Auslaßöffnungen
der Tintenkanäle 11.
In einer alternativen Ausführungsform,
bei der es keine Auslaßöffnungen 12 gibt,
sondern die Tintenkanäle
auch an der Frontseite der Kanalplatte 10 durch eine Wand
abgeschlossen sind, werden die Düsen
direkt in der Kanalplatte 10 gebildet.
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Indem
ein piezoelektrischer Finger 15 so erregt wird, daß er sich
in Richtung auf die Kanalplatte ausdehnt, wird die Aktorfolie 13 in
den betreffenden Tintenkanal 12 ausgelenkt, so daß der Druck
in dem Kanal zunimmt. Die benachbarten Finger 16 sorgen unter
diesen Umständen
für eine
adäquate
Abstützung
der piezoelektrischen Platte 14. Indem die Finger 15 in
der korrekten Weise erregt werden, führt der Druckanstieg dazu,
daß ein
Tintentropfen durch die betreffende Düse hindurch aus dem Tintenkanal
ausgestoßen
wird.
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3
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3,
die sich aus 3a und 3b zusammensetzt,
zeigt ein Verfahren zur Herstellung der Düsen, wie es im Stand der Technik
bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird eine Maske 22 mit
einem Laserstrahl 21 aus einer Quelle 20 bestrahlt,
und die Maske besteht aus einem Material, das für Laserlicht undurchlässig ist,
und weist eine Reihe von Elementen 23 auf, die das Laserlicht
hindurchlassen. Eine Anzahl von Teilstrahlen 24 geht durch
die Maske hindurch. Diese Teilstrahlen werden dann mit Hilfe einer Linse 25 fokussiert.
Die Laserquelle 20 und die Maske 23 sind in einer
Bearbeitungsstation (nicht gezeigt) angeordnet und ständig relativ
zueinander fixiert. Um ein Element – in diesem Fall einen flexiblen Polyimidfilm – mit Düsen zu versehen,
wird der Film an der Bearbeitungsstation entlang transportiert, während die
Laserquelle 20 ausgeschaltet ist. Sobald das Element die
korrekte Position in bezug auf die Maske 22 einnimmt, wird
die Laserquelle eingeschaltet, und die Teilstahlen 24 werden
auf das Element abgebildet, wie in 3a gezeigt
ist. Aufgrund der Konvergenzwirkung der Linse 25 wird die
Reihe von Teilstrahlen auf dem Element 17 um ein vielfaches
kleiner abgebildet als sie die Maske verläßt. Infolge der Wirkung der
Teilstrahlen auf das Element wird Material von diesem Element entfernt
(dieser Prozeß ist
als Laser-Ablation bekannt), so daß eine Anzahl von Düsen 7 gebildet
wird, die gleich der Anzahl von strahlungsdurchlässigen Elementen 23 der Maske
ist. Eine etwaige Inhomognität
des Laserstrahls führt
zu einer unterschiedlichen Abtragung von Material an den einzelnen
Stellen des Elements, so daß die
Düsen der
resultierenden Düsenreihe
sich voneinander unterscheiden, z. B. in ihrer Form, ihrem Kegelwinkel,
ihrer Größe, ihrer
Richtung, usw. Infolgedessen werden auch die von jedem der Kanäle ausgestoßenen Tintenpropfen
voneinander verschieden sein. Nachdem die Düsen erzeugt worden sind, wird
die Laserquelle 20 ausgeschaltet, und das Element 17 wird
transportiert, bis das Element die korrekte Position in bezug auf
die Maske einnimmt, so daß die
nächste
Reihe von Düsen
in dem Element erzeugt werden kann. Die Laserquelle 20 wird
dann wieder eingeschaltet, so daß das Element eine erneute
Bearbeitung erfährt.
Dies ist in 3b gezeigt. Auf diese
Weise, die als Step-and-Repeat bekannt ist, läßt sich mit Hilfe eines relativ
kleinen Laserstrahls ein Düsenelement
erhalten, das eine lange Reihe von Düsen aufweist.
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4
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4 zeigt
ein erstes Beispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung. Bei dieser
Ausführungsform
ist die Laserquelle 20 Teil der festen Anordnung in einer
Bearbeitungsstation (nicht gezeigt). Während der Bearbeitung des Elements 17 wird
die Maske 22, die für
Laserstrahlung durchlässige
Elemente 23 aufweist, mit dem Laserstrahl 21 bestrahlt.
In diesem Beispiel läßt die Maske 22 drei
Teilstrahlen 24 durch, die durch eine Linse 25 auf
das Element 17 abgebildet werden. In einer praktischen
Ausführungsform
ist das Verhältnis
zwischen dem Querschnitt des Laserstrahls und der Größe der Elemente 23 so
gewählt, daß einige
-zig Teilstrahlen erzeugt werden. Indem die Maske 23 in
bezug auf den Laserstrahl 21 in einer Richtung C im wesentlichen
rechtwink lig zu dem Strahl bewegt wird, durchquert jedes strahlungsdurchlässige Element 23 im
wesentlichen den gleichen Teil des Laserstrahls 21. Wenn
das Element 17, das in dieser Ausführungsform unmittelbar hinter dem
Brennpunkt der Linse 25 liegt, mit der richtigen Geschwindigkeit
in einer Richtung D im wesentlichen entgegengesetzt zu der Richtung
C bewegt wird, so bleibt jeder Teilstrahl 24 auf dieselbe
Stelle des Elements 17 fixiert. Unter diesen Umständen wird
die Geschwindigkeit des Elements 17 um ein Vielfaches kleiner
sein als die Geschwindigkeit der Maske 22, wobei dieses
Verhältnis
gleich dem Verkleinerungsfaktor ist, mit dem die Teilstrahlen auf
das Element abgebildet werden. In diesem Beispiel wird der am weitesten
links liegende Teilstrahl 24 auf den Ort j des Elements
abgebildet. Dieser Teilstrahl hat bereits nahezu die gesamte Distanz
durch den Laserstrahl durchquert, und dementsprechend ist die zugehörige Düse an dem
Ort j nahezu vollständig
fertiggestellt. Sobald die Maske 22 etwas weiter in der
Richtung C bewegt wird, wird das entsprechende strahlungsdurchlässige Element
nicht mehr von dem Laserstrahl 21 bestrahlt. Durch geeignete
Wahl der Intensität
des Laserstrahls, der Größe der strahlungsdurchlässigen Elemente,
des Verkleinerungsfaktors der Linse und der Transportgeschwindigkeiten
der Maske und des Elements wird die Düse an dem Ort j gerade dann
fertiggestellt, wenn das entsprechende strahlungsdurchlässige Element
den Laserstrahl verläßt.
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Auf
der in dieser Figur gezeigten Verarbeitungsstufe hat an dem Ort
h die Erzeugung der Düse gerade
begonnen. Das entsprechende strahlungsdurchlässige Element 23 ist
gerade zum ersten Mal in den Laserstrahl eingetreten, so daß der austretende Teilstrahl
auf den Ort h abgebildet wird. Der Ort i wird mit einem zweiten
Teilstrahl bestrahlt, der schon etwas länger andauert, so daß die Düse an diesem
Ort bereits etwas weiter ausgebildet ist. Indem die Maske 22 und
das Element 17 in den angegebenen Richtungen bewegt werden,
durchquert jedes strahlungsdurchlässige Element 23 im
wesentlichen denselben Teil des Laserstrahls 21. Infolgedessen
wird, über
die Zeit gesehen, an jedem Ort praktisch auf die gleiche Weise Material
abgetragen, so daß die
Düsen im
wesentlichen identisch werden. Da die Maske in dieser Ausführungsform
mindestens so viele strahlungsdurchlässige Elemente hat wie Düsen in dem
Element erzeugt werden müssen,
lassen sich alle Düsen in
einer kontinuierlichen Operation erzeugen.
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5
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5 zeigt
ein Beispiel eines Laserstrahls gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform
hat die Projektion 30 des Laserstrahls 21 auf
die Maske 22 eine Längsrichtung.
In der Längsrichtung,
d. h. der Richtung, die quer zu der Maske verläuft, wird die Projektion durch
im wesentlichen parallele Linien 31 und 32 begrenzt.
In dieser Ausführungsform
braucht die Positionierung des Strahl in bezug auf die Maske in
einer Richtung quer zu der Maske weniger genau zu sein, weil der
Strahl über
die gesamte Länge
der Projektion im wesentlichen die gleiche Breite hat. Dies hat
Vorteile, insbesondere wenn eine Anzahl von strahlungsdurchlässigen Elementen
nebeneinander in der Maske vorhanden sind (in bezug auf die Längsrichtung
der Maske). Im gezeigten Beispiel sind in der Maske zwei Reihen von
Elementen 23 vorhanden, so daß in einem Element (nicht gezeigt)
gleichzeitig eine entsprechende Anzahl von Düsenreihen gebildet wird. Da
die Projektion 30 des Strahls 21 an der ersten
Reihe von Elementen genau so breit ist wie an der zweiten Reihe, werden
die Elemente in diesen Reihen auch für eine gleich lange Zeit bestrahlt,
unabhängig
von der Position des Strahls in bezug auf die Maske. Wenn die Projektion
z. B. rund wäre,
wäre für diesen
Zweck eine sehr genaue Positionierung des Strahls in bezug auf die
Maske erforderlich. Wenn mehr als zwei Reihen von Elementen 23 vorhanden
wären,
so würde eine
runde Projektion noch nicht einmal eine solche Situation erreichen.
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In
einem typischen Beispiel beträgt
die Breite d1 der Projektion 7,5 mm. Die Länge d2 beträgt 24 mm. Dieser Laserstrahl
wird dazu benutzt, eine Maske zu bestrahlen, bei der der Abstand
d3 zwischen den Reihen von Elementen etwa 20 mm beträgt. Die strahlungsdurchlässigen Elemente 23 haben
typischerweise eine runde Form mit einem Querschnitt von etwa 100 μm. Der Abstand
zwischen den Elementen 23 beträgt typischerweise 1000 μm. Wenn die
Teilstrahlen mit einem Verkleinerungsfaktor von drei mit Hilfe einer
Linse abgebildet werden, so hat das resultierende Düsenelement
zwei parallele Reihen von Düsen
in einem Abstand von etwa 6,5 mm zueinander, die Düsen haben
einen Querschnitt von etwa 30 μm,
und die Düsen
innerhalb einer Reihe haben zueinander einen Abstand von etwa 330 μm. Eine Reihe
dieser Art wird auch als eine Reihe mit einer Auflösung von
75 Düsen
pro Zoll (75 n.p.i.) bezeichnet. Da zwei solcher Reihen gegeneinander versetzt
sind, hat das resultierende Düsenelement eine
Nettoauflösung
von 150 Düsen
je Zoll.
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6
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6 zeigt für eine Anzahl von Druckköpfen den
Winkelfehler in Abhängigkeit
von dem verwendeten Düsenelement.
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In 6a ist
der Winkelfehler für
ein Düsenelement
gezeigt, das mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren
hergestellt worden ist. Ein Winkelfehler tritt auf, wenn ein Tropfen
das Düsenelement
unter einem anderen als dem beabsichtigten Winkel verläßt. Infolgedessen
kommt der Tintentropfen um einen gewissen Abstand versetzt zu der
geforderten Pixelposition auf dem Empfangsmaterial zu liegen. Dieser
Abstand wird als der Winkelfehler bezeichnet. Der Winkelfehler kann
positiv (Tropfen zu hoch) oder negativ (Tropfen zu niedrig) sein.
In diesem Beispiel ist der Winkelfehler in einer dimensionslosen
Einheit "delta" als Funktion einer laufenden
Nummer der Düse
gezeigt.
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In
diesem Beispiel 6a bezieht sich der Winkelfehler auf ein Düsenelement
aus Kunststoff mit einer Länge
von 128 Düsen
und einer Auflösung
von 75 n.p.i. Zur Erzeugung der Düsen werden ein Laserstrahl
und eine Maske verwendet, mit der in jedem Schritt 29 Düsen erzeugt
werden können.
Die Spreizung des Winkelfehlers über
die Düsen
ist in der Zeichnung dargestellt. Insbesondere ist ersichtlich, daß es in
dem Winkelfehler ein sich wiederholendes Muster gibt, dessen Periode
gleich der Anzahl von Düsen
ist, die je Schritt gebildet werden. Wenn dieses Düsenelement
zur Herstellung eines Druckkopfes eines Tintenstrahldruckers verwendet
wird, mit dem ein Bild auf ein Empfangsmaterial gedruckt wird, so
führen
diese Fehler zu sichtbaren Druckartefakten in dem Bild. Es wurde
festgestellt, daß bei
dem bekannten Verfahren zusätzlich
zu Winkelfehlern insbesondere Fehler in der Tropfengröße auftreten,
wiederum in sich wiederholenden Mustern. Auch dies kann zu störenden Druckartefakten
in einem gedruckten Bild führen.
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6b zeigt
ebenso wie 6a den Winkelfehler eines vergleichbaren
Düsenelements,
das nun jedoch nach dem in 4 gezeigten
Verfahren hergestellt worden ist. Es ist ersichtlich, daß die Düsen deutlich
zu den gleichen Ausstoßwinkeln
für die
Tintentropfen führen
und keine sich wiederholenden Muster sichtbar sind. Eine nähere Untersuchung zeigt,
daß andere
Eigenschaften der Tintentropfen, insbesondere die Tropfengröße, praktisch
gleich sind. Dieser Vorteil ist insbesondere bei relativ langen Düsenreihen
bemerkenswert.
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Es
wird deutlich, daß mit
Düsenelementen, die
nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt worden sind, die Spreizung in den Abweichungen
zwischen den Düsen
wesentlich kleiner ist und daß es
innerhalb einer einzelnen Düsenreihe
keine sich wiederholenden Fehlermuster gibt. Infolgedessen treten
wesentlich weniger und kleinere Abweichungen in der Tropfenerzeugung
bei Druckköpfen
auf, in denen solche Düsenelemente
verwendet werden. Dies führt
zu einer besseren Qualität
des gedruckten Bildes.