DE60127796T2

DE60127796T2 - Dünnfilmspule zur Verwendung in einem Tintenstrahlkkopf, und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE60127796T2
Application number: DE60127796T
Authority: DE
Inventors: Isao Kimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: EP1211075A1; US6517193B2; DE60127796D1; US20020071003A1; EP1211075B1; ATE359178T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dünnfilmspule, die verwendbar ist in einer Anordnung für einen Aktuator als ein mit elektromagnetischer Kraft wirkender Abschnitt eines Tintenstrahlkopfes vom Bedarfs- bzw. Abruftyp, der ein Ausstoßverfahren unter Verwendung elektromagnetischer Kraft einsetzt, auf einen Tintenstrahlkopf vom Bedarfs- bzw. Abruftyp, auf eine Tintenstrahldruckvorrichtung, ebenso wie auf ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmspule. Hierin ist der Tintenstrahlkopf für Druckvorrichtungen geeignet, wie etwa einen Drucker, einen Plotter, ein Kopiergerät oder ein Faxgerät, welches als ein Bildausgabeendgerät eines Drucksystems verwendet wird.
Vorgeschlagene Tintenstrahlköpfe vom Bedarfs- bzw. Abruftyp beruhen auf verschiedenen Tintenausstoßverfahren.
Eines dieser Verfahren ist das, was thermisches Tintenstrahlverfahren genannt wird, welches thermische bzw. Wärmeenergie verwendet. Bei dem thermischen Tintenstrahlverfahren wird Elektrizität durch einen elektrothermischen Wandler oder Ausstoßheizer geleitet, der innerhalb einer Tintenausstoßöffnung bereitgestellt ist, um Wärme zu erzeugen, um eine Flüssigkeit (Tinte) zur Blasenbildung zu veranlassen bzw. zum Blubbern zu bringen. Auf diese Weise bewirkt der Druck der Blase, dass die Tinte durch die Ausstoßöffnung als ein kleines Tröpfchen ausgestoßen wird, welches sich dann für einen Druckvorgang auf einem Druckmedium ablagert. Zum Beispiel die japanische Patentanmeldung mit Offenlegungsnr. 54- 59936 (1979) oder ein Bedienungshandbuch, das den von Canon Co., Ltd. hergestellten Tintenstrahldruckern „BJ-10v" beigefügt ist, enthält Prinzipdarstellungen für diese Technik und beschreibt ausführlich den Aufbau von auf dieser Technik basierenden Druckvorrichtungen.
Auf einem anderen Tintenstrahlverfahren basierende Tintenstrahlköpfe setzen ein piezoelektrisches Bauteil wie etwa ein piezoelektrisches Element ein. Bei diesem Verfahren wird Elektrizität durch das piezoelektrische Element geleitet, um dieses zu verformen, so dass ein erzeugter Druck an Tinte bereitgestellt wird, um diese als ein kleines Tröpfchen auszustoßen. Ein auf diesem Verfahren basierender Druckkopf ist in der japanischen Patentanmeldung mit Offenlegungsnr. 47-2006 (1972) (Erfinder: Edmond L. Keiser) offenbart, und dies ist sozusagen der Ursprung der modernen Tintenstrahlköpfe. Ein aktuelles Beispiel eines Tintenstrahlkopfes ist in der japanischen Patentanmeldung mit Offenlegungsnr. 5-24189 (1993) offenbart und in Tintenstrahldruckern „HG5130" oder „Stylus800", die von Seiko Epson Co., Ltd. hergestellt werden, und anderen Druckern montiert.
Weiterhin setzt ein auf einem anderen Tintenausstoßverfahren basierender Tintenstrahlkopf ein elektrostatisches Antriebsverfahren ein und ist dieser in der japanischen Patentanmeldung mit Offenlegungsnr. 6-8449 (1994) offenbart. Sein Funktionsprinzip besteht darin, dass ein Potenzial in einem kleinen Raum angelegt wird, um Coulombsche Kraft zu erzeugen, um eine Elektrode zu versetzen bzw. verlagern, so dass der resultierende Druck Tinte herausdrückt.
Bei diesen verschiedenen Verfahren setzt das thermische Tintenstrahlverfahren Tinte ein, die hauptsächlich aus Wasser besteht und ein Färbematerial wie etwa Farbstoff und ein organisches Lösungsmittel enthält. Es ist eine Temperatur von ungefähr 300°C erforderlich, um diese Tinte an dem Ausstoßheizer auf eine bevorzugte Art und Weise zur Blasenbilden zu bringen, wohingegen der Farbstoff bei einer hohen Temperatur größer als 300°C zerfällt bzw. zersetzt wird und sich die zerfallenen Teile auf der Oberfläche des Ausstoßheizers ansammeln können, wodurch eine sog. „cogation" verursacht wird. Die „cogation" bzw. Ablagerung kann die Gleichmäßigkeit der Blasenbildung verringern, so dass das Volumen oder die Ausstoßgeschwindigkeit von ausgestoßener Tinte variiert. Dementsprechend wurde sie als ein Hindernis für die Verbesserung von Bildqualität erkannt. Ferner kann ein Kavitations- bzw. Hohlraumbildungseinfluss, der zu dem Zeitpunkt auftritt, wenn die Blase verschwindet, die Oberfläche des Ausstoßheizers mechanisch beschädigen, womit die Lebensdauer des Tintenstrahlkopfes beeinträchtigt wird. Demzufolge war eine Technik zur weiteren Erhöhung der Lebensdauer des Tintenstrahlkopfes erwünscht.
Außerdem muss bei dem Verfahren mit einem piezoelektrischen Element zur Erzeugung eines ausreichenden Drucks, um ein Tröpfchen auszustoßen, ein großes piezoelektrisches Element verwendet werden. Daher ist es schwierig, eine große Anzahl von Ausstoßöffnungen dicht anzubringen. Darüber hinaus ist bei einem Herstellungsprozess eines Tintenstrahlkopfes ein Bearbeitungsschritt erforderlich, um piezoelektrische Elemente zu produzieren, die hauptsächlich aus Keramik bestehen. Es ist jedoch relativ schwierig, eine Präzisionsbearbeitung bereitzustellen, um so eine gleiche Menge von Tinte durch jede Ausstoßöffnung auszustoßen. Da der erzeugte Druck gering ist, können Blasen, wenn sie in der Tinte erzeugt oder gemischt werden, weiterhin den Druck absorbieren, womit der Ausstoß instabil gemacht wird.
Darüber hinaus ist ein auf dem elektrostatischen Antriebsverfahren basierender Tintenstrahlkopf einfacher aufgebaut als ein auf dem piezoelektrischen Verfahren basierender, aber stellt er eine sehr schwache Coulombsche Kraft bereit, wodurch erzwungen wird, dass die Abmessungen eines Aktuatorabschnitts erhöht werden, um zu ermöglichen, dass Tintentröpfchen einer erforderlichen Größe ausgestoßen werden. Es ist daher schwierig, ein große Anzahl von Ausstoßöffnungen dicht anzubringen. Ferner beschränkt die Größe des Aktuatorabschnitts die Ausgestaltung von Tintenkanälen, wodurch behindert wird, dass ein Hochgeschwindigkeitsdruckvorgang erreicht wird.
Da die verschiedenen Ausstoßverfahren Vorteile aufweisen, aber sie auch zu lösende Probleme haben, wie vorstehend beschrieben, hat der Erfinder untersucht, ob zu diesem Zweck ein anderes Ausstoßverfahren eingesetzt werden könnte oder nicht. Während dieses Prozesses hat der Erfinder ein Tintenausstoßverfahren entwickelt, wobei ein Element bereitgestellt wird, das gemäß einer elektromagnetischen Kraft versetzt oder verformt wird, und unter Verwendung der Versetzung oder Verformung des Elements, die mit der Anwendung einer elektromagnetischen Kraft in Zusammenhang steht, und einer Zurücksetzung bzw. Rückkehr des Elements, die mit einer Beseitigung bzw. Aufhebung der elektromagnetischen Kraft in Zusammenhang steht, ein Ausstoßdruck auf die Tinte ausgeübt wird.
Dann hat der Erfinder ein herkömmliches Beispiel eines derartigen Tintenausstoßverfahrens unter Verwendung einer elektromagnetischen Kraft gefunden, wie es in der japanischen Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 62-9431 (1987) offenbart ist. Es war jedoch in letzter Zeit wünschenswert, hochqualitative Drucke mit einer Druckdichte einer Größenordnung von mehreren Hundert bis ein Tausend und mehrere Hundert dpi („dots/inch": Punkte/Zoll; 1 Zoll = 2,54 cm) unter Verwendung von Tintentröpfchen einiger Pikoliter bereitzustellen. Um eine derartige Anforderung zu befriedigen, muss eine große Anzahl von Ausstoßöffnungen dicht angebracht werden. Obwohl die vorstehende Veröffentlichung das grundlegende Konzept eines Tintenausstoßverfahrens unter Verwendung elektromagnetischer Kraft offenbart, liefert sie jedoch keinen speziellen Vorschlag für einen Tintenstrahlkopf oder ein Herstellungsverfahren von diesem, der/das die vorstehende Anforderung erfüllt.
Die JP-A-05055043 offenbart eine Spule mit einer Spulenverdrahtung, die in einem geschichteten Aufbau ausgebildet ist. Hierbei ist ein Ausgabeanschluss zur Verbindung der obersten Spule mit einem externen Anschluss auf der Seite des Spulenhauptkörpers ausgebildet. Bei einem derartigen Aufbau ist der Ausgabeanschluss, wenn die Anzahl von Windungen der Spulen ansteigt, in einem spitzen Winkel bezüglich eines Substrates ausgebildet. Dies macht die Herstellung schwierig. Zusätzlich wird die Zuverlässigkeit der Verbindung der Spule mit der externen Verdrahtung verschlechtert. Eine weitere Erörterung der JP-A-05055043 ist nachstehend vorgenommen.
Die DE-A-3245283 offenbart einen Aufbau, bei dem ein Elektromagnet mit einer Spule rund um einen Kern ein bewegliches Element bewegt, um eine Flüssigkeit auszustoßen. Die in dieser Druckschrift offenbarte Spule ist jedoch keine Dünnfilmspule. Ferner ist der beschriebene Kopfaufbau nicht eingerichtet, um kompakt gemacht zu werden, so dass eine Implementierung mit einer hohen Dichte nicht möglich ist.
Die JP-A-04368851 zeigt eine Vielzahl von Elektromagneten (302 bis 308), die auf einem Substrat 301 eines Tintenstrahlkopfes angeordnet sind. Eine Schicht 311 des Magneten wird in Erwiderung auf eine Abstoßungskraft des unterhalb der Schicht 311 angeordneten Elektromagneten verformt. Auf diese Weise wird ein Tintentröpfchen aus dem Tintenstrahlkopf ausgestoßen. Eine Richtung eines Tintentröpfchens wird durch Auswahl eines anzusteuernden bzw. zu betreibenden Elektromagneten gesteuert. Jeder der Elektromagneten ist auf eine derartige Weise ausgebildet, dass eine aus einem Leiter bestehende Spule 201 mit Kontaktabschnitten 204 und 205 zur Kontaktierung mit einer Energieversorgung verbunden ist. Die Spule 201 verläuft durch ein Durchgangsloch 203 und ist über eine Isolationsschicht 202 geschichtet. Ein magnetischer Dünnfilm kann in der Mitte der Spule ausgebildet sein, um die Wirksamkeit der elektromagnetischen Kraft zu erhöhen. Ein Ausgabeanschluss zur Verbindung der Mitte der Spule mit einem externen Anschluss ist auf der Seite des Spulenhauptkörpers ausgebildet. Wenn die Anzahl von Windungen der Spulen ansteigt, ist der Ausgabeanschluss daher in einem spitzen Winkel bezüglich eines Substrats ausgebildet. Ähnlich zu der in der JP-A-05055043 offenbarten Spule wird demnach die Herstellung erschwert und ist die Zuverlässigkeit der Verbindung der Spule mit der externen Verdrahtung verschlechtert.
Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Dünnfilmspule, die verwendbar ist in einer neuen Anordnung für einen Aktuator als ein mit elektromagnetischer Kraft wirkender Abschnitt eines Tintenstrahlkopfes, der ein Ausstoßverfahren unter Verwendung elektromagnetischer Kraft einsetzt, einen Tintenstrahlkopf, eine Tintenstrahldruckvorrichtung, ebenso wie ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmspule bereitzustellen, um die Probleme bei den bestehenden Tintenstrahlköpfen zu lösen, die in dem vorstehenden Abschnitt „Stand der Technik" beschrieben sind. Insbesondere ist die Herstellung der Dünnfilmspule zu vereinfachen und ist die Zuverlässigkeit der Verbindung der Spule mit der externen Verdrahtung zu verbessern, so dass bei Verwendung der Dünnfilmspule in einem Tintenstrahlkopf und einer zugehörigen Tintenstrahldruckvorrichtung ein Drucken von hochauflösenden Bildern mit einer hohen Geschwindigkeit ermöglicht wird, so dass die Bilder im Zeitablauf eine hohe Qualität beibehalten können.
Diese Aufgabe wird durch eine Dünnfilmspule gemäß Anspruch 1 erreicht.
Zusätzlich wird diese Aufgabe durch einen Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 2 erreicht.
Ferner wird diese Aufgabe durch eine Tintenstrahldruckvorrichtung gemäß Anspruch 10 erreicht.
Und diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmspule gemäß Anspruch 11 erreicht.
Weitere vorteilhafte Ausprägungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen dieser in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung deutlicher.
1 ist eine schematische Perspektivdarstellung, die ein Beispiel eines grundlegenden Aufbaus eines Aktuators und eines Tintenkanalabschnitts zeigt, welcher einen wesentlichen Teil eines Tintenstrahlkopfes bilden, wobei eine wie eine Ebene ausgebildete Dünnfilmspule verwendet ist;
2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II' gemäß 1;
3A und 3B sind Darstellungen, die zur Beschreibung eines Ausstoßbetriebs nützlich sind, der durch einen Tintenstrahlkopf mit dem wesentlichen Teil durchgeführt wird, der wie gemäß 1 und 2 gezeigt aufgebaut ist;
4A bis 4E, 5A bis 5E, 6A bis 6E und 7A bis 7E sind Darstellungen, die zur Beschreibung eines Herstellungsprozesses des wesentlichen Teils des gemäß 1 und 2 gezeigten Tintenstrahlkopfes nützlich sind;
8 ist eine Perspektivdarstellung, die ein Beispiel eines Aufbaus einer Tintenstrahlkopfeinheit zeigt, welche den gemäß 1 und 2 gezeigten wesentlichen Teil als eine Komponente von dieser umfasst;
9 ist eine Perspektivdarstellung, die ein Beispiel eines Aufbaus einer Tintenstrahldruckvorrichtung zeigt, die einen Druckbetrieb unter Verwendung der gemäß 8 gezeigten Tintenstrahlkopfeinheit durchführt;
10 ist eine Schnittdarstellung, die ein weiteres Beispiel eines Tintenstrahlkopfes zeigt, der durch Anwendung des gemäß 1 gezeigten wesentlichen Teils auf diesen aufgebaut ist;
11A und 11B sind Wellenformdarstellungen, die Ansteuersignale zeigen, die an Tintenstrahlköpfe gemäß Beispielen und Ausführungsbeispielen der Erfindung zugeführt werden, um deren Betrieb zu bewerten;
12 ist eine schematische Perspektivdarstellung, die ein Ausführungsbeispiel eines grundlegenden Aufbaus eines Aktuators und eines Tintenkanalabschnitts zeigt, welche einen wesentlichen Teil eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel bilden, wobei eine dreidimensional ausgebildete Spule verwendet ist;
13 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie XIII-XIII' gemäß 12;
14 ist eine Perspektivdarstellung der gemäß 12 gezeigten Dünnfilmspule und Elektrodenverdrahtung;
15 ist eine Seitendarstellung gemäß 14 aus Sicht einer Richtung D;
16A und 16B sind Darstellungen, die zur Beschreibung eines Ausstoßbetriebs nützlich sind, der durch einen Tintenstrahlkopf mit dem wesentlichen Teil durchgeführt wird, der der wie gemäß 12 und 13 gezeigt aufgebaut ist;
17A bis 17E sind Darstellungen, die zur speziellen Beschreibung eines Prozesses zur Ausgestaltung der Dünnfilmspule nützlich sind, die in dem wesentlichen Teil des gemäß 12 und 13 gezeigten Tintenstrahlkopfes enthalten ist;
18 ist eine Darstellung, die zur speziellen Beschreibung eines Prozesses zur Ausgestaltung eines Kerns nützlich ist, der in dem wesentlichen Teil des gemäß 12 und 13 gezeigten Tintenstrahlkopfes enthalten ist;
19A und 19B sind Darstellungen, die zur Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer mehrschichtigen Spule mit einer Vielzahl von Windungen in jeder Schicht nützlich sind; und
20A und 20B sind Darstellungen, die zur Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer mehrschichtigen Spule mit einer Vielzahl von Windungen in jeder Schicht nützlich sind.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Da die verschiedenen Ausstoßverfahren, die in dem Stand der Technik-Abschnitt erörtert sind, Vorteile aufweisen, aber auch zu lösende Probleme haben, hat der Erfinder zunächst untersucht, ob irgendein anderes Ausstoßverfahren zu diesem Zweck eingesetzt werden könnte oder nicht. Während dieses Prozesses hat der Erfinder ein Tintenausstoßverfahren entwickelt, wobei eine Dünnfilmspule auf einem Substrat ausgebildet wird, ein Element bereitgestellt wird, das gemäß einer elektromagnetischen Kraft versetzt oder verformt wird, die durch Elektrizität erzeugt wird, die durch die Dünnfilmspule geleitet wird, und unter Verwendung der Versetzung oder Verformung des Elements, die mit der Anwendung von elektromechanischer Kraft in Zusammenhang steht, und einer Zurücksetzung bzw. Rückkehr des Elements, die mit einer Beseitigung bzw. Aufhebung von elektromechanischer Kraft in Zusammenhang steht, ein Ausstoßdruck auf die Tinte ausgeübt wird.
Beispiele und Ausführungsbeispiele, die ein solches Verfahren verwenden, werden in der folgenden Reihenfolge beschrieben:

1. Beispiele unter Verwendung einer planaren Spule (1.1) Aufbau eines wesentlichen Teils eines Tintenstrahlkopfes und ein durch diesen durchgeführter Ausstoßbetrieb (1.2) Komponentenmaterialien und Herstellungsprozess (1.3) Tintenstrahlkopf und Druckvorrichtung (1.4) Weiteres Beispiel eines Aufbaus des wesentlichen Teils des Tintenstrahlkopfes (1.5) Bewertung von Funktionen
2. Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer Spule mit Stereo- bzw. räumlichem Aufbau (2.1) Voraussetzungen (2.2) Aufbau eines wesentlichen Teils eines Tintenstrahlkopfes und ein durch diesen durchgeführter Ausstoßbetrieb (2.3) Komponentenmaterialien und Herstellungsprozess (2.4) Bewertung von Funktionen (2.5) Weiteres Ausführungsbeispiel eines Aufbaus des wesentlichen Teils des Tintenstrahlkopfes
3. Weitere Ausführungsbeispiele

1. Beispiel unter Verwendung einer planaren Spule
(1.1) Aufbau eines wesentlichen Teils eines Tintenstrahlkopfes und ein durch diesen durchgeführter Ausstoßbetrieb
1 zeigt ein Beispiel eines grundlegenden Aufbaus eines Aktuators und eines Tintenkanalabschnitts, die einen wesentlichen Teil eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem Beispiel unter Verwendung einer Dünnfilmspule bilden, die wie eine Ebene ausgebildet ist.
Der Aktuator bzw. Aktor 120 bei diesem Beispiel umfasst einen Elektromagnetabschnitt mit einem Isolationsfilm 101, der auf einem Substrat 100 ausgebildet ist, einen elektromagnetischen Kern 102, eine spiralförmige Dünnfilmspule 103 mit zum Beispiel „zwei" Windungen und einer Elektrodenverdrahtung 104, einen Film 105a zum Trennen des Elektromagnetabschnitts von Tinte und eine Versetzungsplatte 106, die aus einem magnetischen Material besteht, das innerhalb einer in dem Film 105a ausgebildeten Ausnehmung bzw. Aussparung 105b versetzt oder verformt bzw. deformiert werden kann (das heißt, dass die Versetzungsplatte 105 so ausgebildet ist, damit sie in Erwiderung auf die Anwendung von Magnetkraft zumindest teilweise deformiert wird (ein Abschnitt 106a)). Dann sind ein Flüssigkeitsdurchflussweg-Wandbildungselement 107 und eine Düsenplatte 109 mit einer darin ausgebildeten Ausstoßöffnung 108 über dem Aktuator 120 angeordnet, um den wesentlichen Teil des Tintenstrahlkopfes zu bilden.
2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II' gemäß 1. Es wird angenommen, dass Tinte in das Flüssigkeitsdurchflussweg-Wandbildungselement 107 eingeführt wird, indem sie in die Richtung fließt, die in der Figur mit dem dicken Pfeil gezeigt ist. Ferner ist zwischen der Aussparung 105b in der Trennschicht 105a und der Versetzungsplatte 106 eine Lücke bzw. ein Hohlraum ausgebildet, die/der eine Höhe aufweist, die gleich oder größer einer Distanz ist, innerhalb derer die Versetzungsplatte 106 versetzt oder verformt werden kann. Bezugszeichen 110 bezeichnet einen Tintenzufuhrdurchflussweg zur Zuführung von Tinte an den Tintenstrahlkopf. Bei diesem Beispiel ist der Tintenzufuhrdurchflussweg ausgebildet, indem ein Siliziumsubstrat durch einen Sandstrahlprozess, einen ICP-(„Inductively Coupled Plasma": induktiv gekoppeltes Plasma)Prozess, einen anisotropen Ätzprozess oder dergleichen direkt gelocht wird.
Der Ausstoßbetrieb des Tintenstrahlkopfes gemäß diesem Beispiel wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Wird Elektrizität durch die Spule 103 des Aktuators 120 über eine Seite 104a der elektrischen Verdrahtung geleitet, fließt ein Strom i in dem Spulenhauptkörper 103 von dem Symbol „x" zu dem Symbol „•", das heißt auf die andere Seite der Elektrodenverdrahtung 104b, wie gemäß 3A gezeigt. In der Axialrichtung des Kerns 102 wird entsprechend eine Magnetkraft erzeugt, um die Versetzungsplatte 106 in der Richtung zu verformen, die gemäß 3A durch die Pfeile gezeigt ist (in Richtung des Kerns). Zu dieser Zeit spricht die Tinte in dem Flüssigkeitsdurchflussweg auf die Verformung der verformten Platte 106 an, um einen Meniskus bzw. Wulstrand 150 in das Innere der Ausstoßöffnung zu ziehen.
Wird der Strom unterbrochen, bewegt sich die Versetzungsplatte 106 in Folge ihrer eigenen Elastizität zurück in ihre ursprüngliche Position. Zu dieser Zeit übt die Versetzungsplatte 106 in der gemäß 3 durch die Pfeile gezeigten Richtung Druck auf die Tinte aus, um kinetisch Energie auf die Tinte anzuwenden, wodurch ein Tintentröpfchen 151 erzeugt wird, das von dem Meniskus bzw. Wulstrand 150 getrennt wird und durch die Ausstoßöffnung herausfliegt. Das Tintentröpfchen 151 landet auf einem Druckmedium wie etwa Papier, Kunststofffolie, Gewebe oder dergleichen, um darauf einen Punkt auszubilden.
Indem ein Strom einer Impulswellenform durch die Spule 103 geleitet und dieser Strom wiederholt bereitgestellt wird, wird ein fortlaufender Ausstoß ermöglicht. Indem die Leistung der bereitgestellten Impulse (Pulsbreite und/oder Stromwert) variiert wird, kann weiterhin die Versetzung oder Verformung der Versetzungsplatte 106 variiert werden. Demzufolge können durch die Ausstoßöffnung Tröpfchen mit unterschiedlichen Größen ausgestoßen werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Größe von Punkten während eines Druckvorgangs variiert wird.
(1.2) Komponentenmaterialien und Herstellungsprozess
Es werden nun nachstehend bevorzugte Materialien aufgeführt, die verwendet werden, um die Komponenten des Tintenstrahlkopfes dieses Beispiels auszubilden.
Das Substrat 100 besteht am Besten aus Einkristall-Silizium. Dieses Material ermöglicht, dass eine Verdrahtung, die zur Ansteuerung des Tintenstrahlkopfes erforderlich ist, und Ansteuerelemente wie etwa Transistoren unter Verwendung eines Herstellungsprozesses, der ähnlich zu demjenigen für Halbleiter ist, miteinander integriert werden. Der Isolationsfilm 101 kann durch thermisches Oxidieren der Oberfläche des Siliziumsubstrats 100 oder durch ein Dünnfilm-Bildungsverfahren wie etwa einen Sputter- bzw. Zerstäubungs- oder CVD-Prozess hergestellt werden.
Der Kern 102 des Elektromagnetabschnitts kann aus einem ferromagnetischen Material mit einer hohen Permeabilität bestehen. Bevorzugte Materialien umfassen Ni-Fe (Permalloy bzw. μ-Metall), Fe, Co, Ni und Ferrit bzw. Eisenoxid. Um den Kern 102 auf dem Substrat 100 auszubilden, kann ein elektrolytischer Abscheidungsprozess oder ein Sputter-Prozess verwendet werden, nachdem ein Dünnfilm hoher Leitfähigkeit aus Au in einer unteren Schicht des Kernmaterials ausgebildet ist.
Die Spule 103 und die Elektrodenverdrahtung 104 bestehen aus einem leitfähigen Material wie etwa Cu, Au oder Al. Von diesen Materialien wird Al bevorzugt, um zu ermöglichen, dass die Spule 103 und die Elektrodenverdrahtung 104 in dem gleichen Schritt ausgebildet werden, in dem die Ansteuerelemente wie etwa Transistoren auf dem Substrat ausgebildet werden. Die Spule 103 und die Elektrodenverdrahtung 104 weisen ferner vorzugsweise eine Filmdicke von ungefähr 0,5 bis 1 μm auf. Es wird üblicherweise bevorzugt, dass die Spule spiralförmig ausgebildet wird, und die Anzahl von Windungen kann auf Grundlage einer magnetischen Flussdichte bestimmt werden, die für eine gewünschte Tintenausstoßmenge bevorzugt ist.
Wird eine leitfähige Flüssigkeit wie etwa wasserhaltige bzw. wässrige Tinte ausgestoßen, ist der Trennfilm 105 vorzugsweise ein isolierender Dünnfilm, der aus SiO₂, SiN oder dergleichen besteht, um den Kern und die Spule 103 vor einer Leitungskorrosion zu schützen. Wird eine nicht leitfähige Flüssigkeit wie etwa Tinte ausgestoßen, die hauptsächlich aus einem organischen Lösungsmittel besteht, treten jedoch selbst ohne den Trennfilm 105 keine praktischen Probleme auf. Der Trennfilm kann unter Verwendung des Dünnfilm-Bildungsprozesses wie etwa des Sputter- oder des CVD-Prozesses ausgebildet werden.
Da die Versetzungsplatte 106 senkrecht zu deren Oberfläche versetzt oder verformt (vibriert) wird, besteht sie bevorzugt aus einem magnetischen Material mit einer hohen Permeabilität. Wie das Kernmaterial umfasst das Material der Versetzungsplatte 106 bevorzugt Ne-Fe (Permalloy bzw. μ-Metall), Fe, Co, Ni und Ferrit bzw. Eisenoxid. Wird eine leitfähige Flüssigkeit wie etwa wasserhaltige bzw. wässrige Tinte verwendet, ist zur Verhinderung von Korrosion, die aus einem Kontakt mit Tinte resultiert, ein Sandwich- bzw. Schichtanordnungsaufbau wirkungsvoll, der eine Schicht magnetischen Materials aufweist, die zwischen Isolationsmaterialien wie etwa SiO₂ eingeschoben ist.
Das Flüssigkeitsdurchflussweg-Wandbildungselement 107 besteht vorzugsweise aus einem Film lichtempfindlichen Harzes, mit dem der gewünschte Flüssigkeitsdurchflussweg durch das Fotolithografieverfahren ausgebildet werden kann.
Die Düsenplatte 109 besteht aus einem Harz wie etwa Polyimid oder einem Metall wie etwa Ni. Mit dem Harz kann die Ausstoßöffnung 108 zum Beispiel durch eine Laserstrahlbearbeitung ausgebildet werden. Mit dem Metall kann die Platte durch einen Galvanoformungsprozess ausgebildet werden, nachdem zum Beispiel ein Harzbasiertes Maskenmuster, das zur Bildung der Ausstoßöffnung verwendet wird, ausgebildet wurde.
Unter Bezugnahme auf 4A bis 4E, 5A bis 5E, 6A bis 6E und 7A bis 7E wird ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes gemäß diesem Beispiel beschrieben. Das Herstellungsverfahren von diesem Beispiel basiert auf einem Mikrobearbeitungsprozess, der eine Kombination aus der Bildung und Musterung bzw. Gestaltung von Dünnfilm umfasst.
Schritt 1: 4A
Es wird eine SiO₂-Schicht 301, die in den Isolationsfilm 101 auszubilden ist, durch den Sputter-Prozess auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats 300 ausgebildet, so dass sie eine Dicke von 1 μm aufweist, wobei das Siliziumsubstrat 300 in dem Substrat 100 auszubilden ist. Als nächstes wird durch Aufdampfung ein Au-Film 302 ausgebildet, der in die untere Schicht des Kernmaterials auszubilden ist, so dass dieser eine Dicke von 0,1 μm aufweist.
Schritt 2: 4B
Es wird ein Fotolack 303A darauf aufgebracht und eine Öffnung, die zur Anordnung des Kerns verwendet wird, wird durch den Fotolithografieprozess gestaltet.
Schritt 3: 4C
Eine Schicht 304 aus einem Kernmaterial (Ni-Fe), die zur Ausbildung des Kerns 102 verwendet wird, wird durch elektrolytische Abscheidung unter Verwendung eines Au-Films 302 als Elektrode ausgebildet, so dass sie eine Dicke von 5 μm aufweist.
Schritt 4: 4D
Ein Al-Film 305, der in die Spule 301 und die Elektrodenverdrahtung 304 auszubilden ist wird aufgedampft, so dass er eine Dicke von 1 μm aufweist. Ein Fotolack 303B wird darauf aufgebracht und dann in Konfigurationen der Spule 103 und der Elektrodenverdrahtung 104 gestaltet.
Schritt 5: 4E
Der Al-Film 305 wird durch einen wohl bekannten Nass- oder Trocken-Ätzprozess entfernt, während ein vorbestimmtes Muster einschließlich des Fotolacks 303B zurückgelassen wird. Als nächstes werden alle unnötigen Abschnitte des Au-Films 302 entfernt.
Schritt 6: 5A
Ein SiO₂-Film 306, der in den Trennfilm 105 ausgebildet wird, wird zum Beispiel durch Sputtern ausgebildet, so dass er eine Dicke von 3 μm aufweist.
Schritt 7: 5B
Ein Fotolack 303C wird darauf aufgebracht und dann so gestaltet, dass er den Elektromagnetabschnitt mit Ausnahme einer Stelle über dem Kern 102 bedeckt.
Schritt 8: 5C
Ein Abschnitt des SiO₂-Films 306, der sich auf dem Kern 102 befindet und in der Figur durch den Pfeil gezeigt ist, wird durch den Trocken-Ätzprozess oder dergleichen ausgedünnt.
Schritt 9: 5D
Der Al-Film 307 wird ausgebildet, so dass er eine Dicke von 3 μm aufweist, wobei der Fotolack 303 verbleibt. Dann wird der Fotolack 303C entfernt.
Schritt 10: 5E
Ein SiO₂-Film 308 wird ausgebildet, so dass er eine Dicke von 1 μm aufweist; er ist in eine untere Schicht auszubilden, die bei einer Schichtanordnung einer magnetischen Substanz, die in den Hauptkörper der Versetzungsplatte 106 auszubilden ist, mit einer oberen Schicht zusammenwirkt.
Schritt 11: 6A
Ein Fotolack 303D wird darauf aufgebracht und dann in die Form der Versetzungsplatte 106 gestaltet.
Schritt 12: 6B
Abschnitte des SiO₂-Films 308, die in der Figur durch die Pfeile gezeigt sind, werden durch das Trockenätzen entfernt. Dann wird der Fotolack 303D entfernt.
Schritt 13: 6C
Ein Ni-Fe-Film 309, der in den Hauptkörper der Versetzungsplatte 106 auszubilden ist, wird durch Sputtern oder dergleichen ausgebildet, so dass er eine Dicke von 1 μm aufweist. Dann wird ein Fotolack 303E darauf aufgebracht und dann so gestaltet, dass Abschnitte des Ni-Fe-Films 309, die gemäß 6B durch die Pfeile gezeigt sind, bloß gelegt werden.
Schritt 14: 6D
Der Ni-Fe-Film wird durch den wohl bekannten Nass- oder Trocken-Ätzprozess in die Form der Versetzungsplatte 106 gestaltet, und dann wird der Fotolack 303E entfernt.
Schritt 15: 6E
Ein SiO₂-Film 310 wird ausgebildet, so dass er eine Dicke von 1 μm aufweist; er ist in eine obere Schicht auszubilden, die bei einer Schichtanordnung der magnetischen Substanz, die in den Hauptkörper der Versetzungsplatte 106 auszubilden ist, mit der oberen Schicht zusammenwirkt.
Schritt 16: 7A
Ein Fotolack 303F wird darauf aufgebracht und in die Form der Versetzungsplatte 106 gestaltet.
Schritt 17: 7B
Abschnitte des SiO₂-Films, die sich an den Öffnungen in der Versetzungsplatte 106 befinden, werden durch Trockenätzen entfernt.
Schritt 18: 7C
Der Al-Film 307, der unter der Versetzungsplatte 106 liegt, wird durch Nassätzen unter Verwendung der Öffnungen in der Versetzungsplatte 106 entfernt.
Schritt 19: 7D
Ein lichtempfindlicher Trockenfilm von 30 μm Dicke wird darauf befestigt, und das vorbestimmte Flüssigkeitsdurchflussweg-Bildungselement 107 wird durch Fotolithografie ausgebildet.
Schritt 20: 7E
Ein Polyimidfilm von 50 μm Dicke mit der Ausstoßöffnung 108, die durch Laserstrahlbearbeitung darin ausgebildet wird, wird als die Düsenplatte 109 auf dem Flüssigkeitsdurchflussweg-Wandbildungselement 107 positioniert und befestigt, wodurch der Aufbau eines wesentlichen Teils eines Tintenstrahlkopfes vollendet ist.
Die Stelle, an der sich Abschnitte des Spulenmusters gegenseitig kreuzen, zum Beispiel die Stelle, an der das Spulenmuster bzw. die Spulenform einen Abschnitt von diesem/r kreuzt, der sich zu der Seite 104b der Elektrodenleitung hin erstreckt, die eine Stromrückkehrseite bildet, kann wie folgt ausgebildet werden: Zum Beispiel wird dieser Spulenformabschnitt als eine untere Schicht der Spule ausgebildet und wird eine Isolationsschicht darauf ausgebildet. Außerdem werden in der Isolationsschicht vorbestimmte Durchgangslöcher ausgebildet und wird dann ein Hauptmuster bzw. eine Hauptform der Spule ausgebildet. Wahlweise wird die Hauptform der Spule mit Ausnahme dieses Spulenformabschnitts ausgebildet und wird eine Isolationsschicht darauf ausgebildet. Außerdem werden in der Isolationsschicht vorbestimmte Durchgangslöcher ausgebildet und wird dann der Spulenformabschnitt ausgebildet.
(1.3) Tintenstrahlkopf und Druckvorrichtung
8 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines Aufbaus einer Tintenstrahlkopfeinheit zeigt, die den vorstehend beschriebenen Aktuator 120 als eine Komponente umfasst. Diese Kopfeinheit umfasst einen Tintenstrahlkopfabschnitt 410 mit dem Substrat 300, auf dem während des gleichen Schritts eine Vielzahl von Aktuatoren 120 ausgebildet werden, und dem Flüssigkeitsdurchflussweg-Wandbildungsabschnitt, und einer darin angeordneten integralen Düsenplatte 400. Der Kopfabschnitt 410 bei dem veranschaulichten Beispiel weist zwei Spalten von Ausstoßöffnungen 401 auf, die auf der Düsenplatte 400 mit einem Abstand von 150 dpi („dots/inch": Punkte/Zoll) innerhalb jeder Spalte angeordnet sind. Die zwei Spalten, die jeweils 10 Ausstoßöffnungen aufweisen, sind um einen vorbestimmten Betrag (zum Beispiel die Hälfte des vorstehend genannten Abstands) in der Anordnungsrichtung gegeneinander versetzt oder verschoben, und demzufolge werden insgesamt 20 Ausstoßöffnungen verwendet, um eine Auflösung von 300 dpi zu erreichen. Die Aktuatoren sind ebenfalls so auf dem Substrat ausgebildet, dass mit sie der vorstehenden Anordnung übereinstimmen.
In 8 bezeichnet Bezugszeichen 402 ein Streifen- bzw. Bandelement für TAB („Tape Automated Bonding": automatisches Folienbonden) mit einem Anschluss zur Zuführung von Energie an den Kopfabschnitt 410. Das Streifen- bzw. Bandelement 402 führt Energie von dem Druckerhauptkörper über Kontakte 403 zu. Bezugszeichen 404 bezeichnet einen Tintentank zur Zuführung von Tinte an den Kopfabschnitt 410, und dieser steht in Verbindung mit dem Tintenzufuhrdurchflussweg 110, was gemäß 2 gezeigt ist. Das heißt, dass die Tintenstrahlkopfeinheit gemäß 8 die Form einer Kartusche bzw. eines Einsatzes aufweist, die/der in der Druckvorrichtung installiert werden kann.
9 zeigt schematisch ein Beispiel eines Aufbaus einer Tintenstrahldruckvorrichtung, die einen Druckbetrieb unter Verwendung der gemäß 8 gezeigten Tintenstrahlkopfeinheit durchführt.
Bei der veranschaulichten Tintenstrahldruckvorrichtung ist ein Wagen 200 an einem endlosen Riemen 201 fixiert und entlang einer Führungswelle 202 beweglich. Der endlose Riemen 201 ist um Riemenscheiben 203 und 204 herum gewunden. Die Riemenscheibe 203 ist mit einer Antriebswelle eines Wagenantriebsmotors 204 verbunden. Dementsprechend führt der Wagen 200 einen Hauptabtastbewegungsbetrieb durch Vor- und Zurückbewegung entlang der Führungswelle 202 in Erwiderung auf einen Drehantrieb durch den Motor 204 durch.
An dem Wagen 200 ist eine Tintenstrahlkopfeinheit in Form einer Kartusche bzw. eines Einsatzes angebracht, die/der den Tintentank 404 und den Kopfabschnitt 410 mit der Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen aufweist, die wie vorstehend beschrieben an diesem angeordnet sind. Die Tintenstrahlkopfeinheit ist derart an dem Wagen 200 angebracht, dass die Ausstoßöffnungen 401 in dem Kopfabschnitt 410 einem Druckblatt P als Druckmedium gegenüber liegen und die vorstehende Anordnungsrichtung mit einer Richtung zusammenfällt, die sich von der Hauptabtastbewegungsrichtung unterscheidet (zum Beispiel eine Unterabtastbewegungsrichtung, in der das Druckblatt P transportiert wird). Es kann eine gewünschte Anzahl von Paaren der Tintenstrahlkopfeinheit 410 und des Tintentanks 404 entsprechend verwendeten Tintenfarben bereitgestellt werden. Bei dem veranschaulichten Beispiel sind vier Paare entsprechend vier Farben bereitgestellt (zum Beispiel Schwarz, Gelb, Magenta und Zyan).
Ferner ist die veranschaulichte Vorrichtung mit einem Linearkodierer 206 für Zwecke wie etwa die Erfassung einer Position des Wagens in der Hauptabtastbewegungsrichtung versehen. Eine der Komponenten des Linearkodierers 206 ist ein linearer Maßstab bzw. eine lineare Skala 207, der/die entlang der Bewegungsrichtung des Wagens 200 bereitgestellt ist und Schlitze aufweist, die darin in gleichen Intervallen ausgebildet sind, um so eine vorbestimmte Dichte aufzuweisen. Andererseits ist der Wagen 200 mit der anderen Komponente des Linearkodierers 206 versehen, zum Beispiel einem Schlitzerfassungssystem 208 mit einem Lichtemissionsabschnitt und einem Lichtempfangssensor, sowie einer Signalverarbeitungsschaltung. Dementsprechend gibt der Linearkodierer 206 ein Ausstoßzeitsteuerungssignal zur Festlegung von Tintenausstoßzeitpunkten und Wagenpositionsinformationen aus, wenn sich der Wagen 200 bewegt.
Das Druckblatt P als das Druckmedium wird intermittierend in der durch einen Pfeil B gezeigten Richtung transportiert, und diese ist orthogonal zu der Hauptabtastbewegungsrichtung des Wagens 200. Das Druckblatt P wird von einem Paar von Walzeneinheiten 209 und 210 auf einer vorgelagerten Seite in der Transportrichtung sowie einem Paar von Walzeneinheiten 211 und 212 auf einer nachgelagerten Seite gelagert und transportiert, während er infolge einer angelegten Spannung relativ zu dem Tintenstrahlkopf 410 flach gehalten wird. Eine Antriebskraft wird über einen (nicht gezeigten) Blatttransportmotor an jede Walzeneinheit übertragen.
Mit diesem Aufbau wird ein Druckbetrieb auf dem gesamten Druckblatt P durch ein wechselseitiges Wiederholen eines Druckvorgangs über eine Breite, die der Anordnungsbreite der Ausstoßöffnungen in dem Tintenstrahlkopf 410 entspricht, wenn sich der Wagen 200 bewegt, und einen Transport des Druckblatts P durchgeführt.
Der Wagen 200 wird zu Beginn eines Druckvorgangs und je nach Bedarf während eines Druckvorgangs an seiner Ausgangsposition angehalten. Ein Abdeckungselement 213 ist an der Ausgangsposition bereitgestellt, um die Oberfläche (Ausstoßöffnung-Bildungsoberfläche) des Tintenstrahlkopfes 410 abzudecken, auf der die Ausstoßöffnungen ausgebildet sind. Das Abdeckungselement 213 weist eine (nicht gezeigte) Absaugwiederherstellungseinrichtung auf, die mit diesem verbunden ist, um zwangsweise Tinte durch die Ausstoßöffnungen zu saugen, damit die Verstopfung der Ausstoßöffnungen oder dergleichen verhindert wird.
(1.4) Weiteres Beispiel eines Aufbaus des wesentlichen Teils des Tintenstrahlkopfes
Nun wird ein weiteres Beispiel eines Aufbaus des wesentlichen Teils des Tintenstrahlkopfes erörtert. Bei dem Aufbau gemäß 1 ist die Richtung, in der die Tinte ausgestoßen wird, im Wesentlichen gleich der Richtung, in der die Versetzungsplatte 106 versetzt wird (nämlich die Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptebene der Versetzungsplatte 106 ist). Im Gegensatz dazu ist die Tintenausstoßrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen orthogonal zu der Versetzungsrichtung der Versetzungsplatte 106 (nämlich die Richtung, die im Wesentlichen parallel zu der Hauptebene der Versetzungsplatte 106 ist).
10 ist eine Schnittdarstellung entlang des Tintenkanals, und diese ist zur Beschreibung des Beispiels des Aufbau des Tintenstrahlkopfes nützlich. In dieser Figur bezeichnet Bezugszeichen 500 eine Düsenplatte, die durch Laserstrahlbearbeitung oder dergleichen wie vorstehend beschrieben ausgebildete Ausstoßöffnungen 501 aufweist, und die senkrecht zu dem Substrat 100 mit dem darauf ausgebildeten Aktuator 120 verbunden ist.
Der Aktuator 120 gemäß 10 ist wie im Fall des vorstehenden Beispiels aufgebaut. Bezugszeichen 502 und 503 bezeichnen Wandelemente, die einen Flüssigkeitsdurchflussweg bilden. Die Wandelemente 502 und 503 stellen einen Flüssigkeitsdurchflussweg-Deckenabschnitt beziehungsweise eine Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwand dar können jeweils aus einem Harz wie etwa Polyimid oder Polysulfon ausgebildet werden.
Gemäß diesem Aufbau fließt die Tinte im Wesentlichen in der Richtung, die in der Figur durch den dicken Pfeil gezeigt ist, so dass Tintentröpfchen durch die Aufstoßöffnungen 501 im Wesentlichen parallel zu der Hauptebene der Versetzungsplatte 106 ausgestoßen werden. Ferner kann die Menge einer aus dem Tintenstrahlkopf ausgestoßenen Tinte bei diesem Beispiel auf einen vorbestimmten Wert angepasst werden, der von der Distanz von der Mitte der Hauptebene der Versetzungsplatte 106, die den Aktuator 120 darstellt, zu der Spitze der Ausstoßöffnung, der Größe der Versetzungsplatte 106, der Größe des Elektromagnetabschnitts und dergleichen abhängig ist.
(1.5) Bewertung von Funktionen
Es wird nun eine Erläuterung über die Ergebnisse angegeben, die erhalten werden, indem ein Tintenstrahlkopf, der den vorstehend beschriebenen Aufbau des wesentlichen Teils aufweist, tatsächlich betrieben wird.
Ein Kopfabschnitt mit einem wesentlichen Teil wie etwa demjenigen, der wie gemäß 2 gezeigt aufgebaut ist und die Aktuatoren sowie die Ausstoßöffnungen aufweist, die mit einem Abstand von 150 dpi in jeder Spalte angeordnet sind, wie gemäß 8 gezeigt ist, wird mit einer wasserhaltigen Tinte gespeist, die aus 70% Wasser, 25% Ethylenglykol und den verbleibenden 5% Farbstoff besteht und eine Viskosität von 2,5 mPa·s aufweist. Dann werden die gemäß 11A gezeigten Stromimpulse mit einer Periode von 50 Hz an den Tintenstrahlkopf angelegt und wird der Ausstoßzustand beobachtet.
Wurde die Tinte kontinuierlich ausgestoßen, war die Größe von ausgestoßenen Tröpfchen konstant und wurde keine Schwankung in der Ausstoßgeschwindigkeit beobachtet. Außerdem, wenn die gemäß 11B gezeigten Stromimpulse verwendet wurden, um den Tintenstrahlkopf anzusteuern bzw. anzutreiben, hat der „Impuls A" ermöglicht, dass große Tröpfchen in stabiler Weise ausgestoßen werden, während der „Impuls B" ermöglicht hat, dass kleine Tröpfchen in stabiler Weise ausgestoßen werden, was die Möglichkeit einer punktbasierten Gradation bzw. Gradierung andeutet.
Als nächstes wird ein Kopfabschnitt, der einen wesentlichen Teil wie etwa denjenigen aufweist, der wie gemäß 10 gezeigt aufgebaut ist, mit der vorstehend beschriebenen wasserhaltigen Tinte gespeist. Dann wurden die gemäß 11A gezeigten Stromimpulse mit einer Periode von 50 Hz an den Tintenstrahlkopf angelegt und wurde der Ausstoßzustand beobachtet.
Wurde die Tinte kontinuierlich ausgestoßen, war die Größe von ausgestoßenen Tröpfchen konstant und wurde keine Schwankung in der Ausstoßgeschwindigkeit beobachtet. Außerdem, wenn die gemäß 11B gezeigten Stromimpulse verwendet wurden, um den Tintenstrahlkopf anzusteuern bzw. anzutreiben, hat der „Impuls A" ermöglicht, dass große Tröpfchen in stabiler Weise ausgestoßen werden, während der „Impuls B" ermöglicht hat, dass kleine Tröpfchen in stabiler Weise ausgestoßen werden, was die Möglichkeit einer Gradation bzw. Gradierung basierend auf Punkten angibt.
Darüber hinaus wurden diese beiden Typen von Tintenstrahlköpfen mit Tinte gespeist, die aus 70% Wasser, 25% Glyzerin und den verbleibenden 5% Farbstoff besteht und eine Viskosität von 4,5 mPa·s aufweist. Wurden Stromimpulse, die ähnlich zu den vorstehend beschriebenen sind, zum Antreiben dieser Tintenstrahlköpfe verwendet, wurde dann ein stabiler kontinuierlicher Ausstoßvorgang wie in dem Fall mit der ersten Tinte erreicht.
Da das vorstehend beschriebene Beispiel elektromagnetische Kraft verwendet, um die Tinte auszustoßen, können Ausstoßstabilität und Ausstoßleistung im Vergleich zu den herkömmlichen Tintenstrahlverfahren wesentlich verbessert werden. Da der wesentliche Teile des Kopfes durch eine Mikrobearbeitungsverarbeitung hergestellt werden kann, werden ferner die Aktuatoren und die Ausstoßöffnungen auf einfache Weise dicht angebracht.
2. Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer Spule mit Stereo- bzw. räumlichem Aufbau
(2.1) Vorraussetzungen
Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird die Aktuatorspule auf dem Substrat im Wesentlichen wie eine Ebene ausgebildet und kann sie eine sehr vortreffliche Ausstoßstabilität erreichen, wie es aus der Bewertung von Funktionen ersichtlich ist. Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau beträgt die Anzahl von Windungen in der Spule „zwei", wie gemäß 1 gezeigt, kann sie abhängig von der gewünschten Menge ausgestoßener Tinte und dem Schwankungsbereich der Menge variiert werden. Das heißt, dass die Spule nur eine Windung oder drei oder mehr Windungen aufweisen kann.
Wird die Anzahl von Windungen als n definiert, die Permeabilität des Kernmaterials als μ_o definiert, Strom als I definiert und die Dichte von erzeugten Magnetflüssen als B definiert, wird im Allgemeinen die folgende Beziehung begründet: B = μonI.
Dementsprechend ist es typischerweise wünschenswert, dass die Spule wie eine Spirale ausgebildet wird, und dass die Anzahl von Windungen erhöht wird, um eine höhere Ausstoßleistung zu erhalten und zu ermöglichen, dass die Menge ausgestoßener Tinte über einen breiteren Bereich variiert werden kann. Es sollte gewürdigt werden, dass eine Spule mit einer großen Anzahl von Windungen unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Schritte auf dem Substrat im Wesentlichen wie eine Ebene ausgebildet werden kann.
Für eine höhere Druckgeschwindigkeit und -auflösung, was in den letzten Jahren besonders gewünscht wurde, ist es jedoch höchst wünschenswert, dass eine große Anzahl von Ausstoßöffnungen dicht angebracht wird. Um dies zu erreichen, wird die Größe des Aktuators wünschenswerter Weise verringert. Andererseits erhöht sich bei dem planaren Spulenaufbau die Fläche auf dem Substrat, die durch die Aktuatorspule belegt wird, in Übereinstimmung mit der Anzahl von Windungen.
Demzufolge hat der Erfinder ein Verfahren zur Ausbildung einer Stereoaufbau- oder dreidimensionalen Spule auf dem Substrat entwickelt. Dann hat der Erfinder die Aufmerksamkeit auf die in der JP-A-05055043 offenbarte Technik gerichtet. Diese offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer kleinen Spule einer Bauart mit mehrschichtiger Windung, bei der eine Spule mit einer Windung in einer Ebene mit einer Spule mit einer Windung in einer anderen Ebene über ein Durchgangsloch verbunden wird.
Indem grundsätzlich eine solche Technik auf das Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes angewandt wird, wie es von dem Erfinder entwickelt wurde, wird erwartet, dass die Größe eines Tintenstrahlkopfes unter Verwendung elektromagnetischer Kraft verringert werden kann, und dass eine große Anzahl von Ausstoßöffnungen dichter angebracht wird.
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmspule wie in der JP-A-05055043 offenbart muss jedoch, damit die oberste Spule mit einer Windung herausgehoben werden und mit einer externen Verdrahtung verbunden werden kann, eine Verdrahtung auf der Seite des Spulenhauptkörpers ausgebildet werden. Der Erfinder hat herausgefunden, dass es schwierig ist, eine ausreichend leitfähige Verdrahtung durch den typischen Dünnfilmbildungsprozess auszubilden, falls die Anzahl von Windungen der Spule erhöht wird und die Spule größer wird.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das einen Aktuator mit einer dreidimensionalen Dünnfilmspule verwendet, die auf dem Substrat ausgebildet ist und einen mehrschichtigen Aufbau aufweist, um die Größe eines Tintenstrahlkopfes unter Verwendung elektromagnetischer Kraft zu verringern, während die Dichte einer großen Anzahl von Ausstoßöffnungen erhöht wird. Dieses Verfahren schafft auf diese Weise eine Verbindungsstruktur, die zuverlässig verwendet werden kann, selbst wenn die Anzahl von Windungen in der Dünnfilmspule erhöht wird.
(2.2) Aufbau eines wesentlichen Teils eines Tintenstrahlkopfes und ein durch diesen durchgeführter Ausstoßbetrieb
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines grundlegenden Aufbaus eines Aktuators und eines Flüssigkeitsdurchflusswegabschnitts, die einen wesentlichen Teil eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel bilden, wobei eine in drei Dimensionen ausgebildete Spule verwendet wird. Diejenigen Komponenten, die auf ähnliche Weise zu den entsprechenden gemäß 1 aufgebaut werden können, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Aktuator bzw. Aktor 1120 bei diesem Ausführungsbeispiel ist aufgebaut aus einem Elektromagnetabschnitt mit einem auf einem Substrat 100 ausgebildeten Isolationsfilm 101, der ähnlich zu demjenigen gemäß 1 ist, einem elektromagnetischen Kern 1102, der eine Größe entsprechend der Länge der Spule in der axialen Richtung aufweist, einer dreidimensionalen spiralförmigen Dünnfilmspule 1103 mit einem mehrschichtigen Aufbau und Elektrodenverdrahtungen 1104, einem Film 1105a zum Trennen des Elektromagnetabschnitts von Tinte und einer Versetzungsplatte 1106 mit einem magnetischen Material, das innerhalb einer in dem Film 105a ausgebildeten Ausnehmung bzw. Aussparung 1105b versetzt oder verformt bzw. deformiert werden kann, um so eine geeignete Tiefe aufzuweisen (das heißt, dass die Versetzungsplatte 105 so ausgebildet ist, dass sie in Erwiderung auf die Anwendung von Magnetkraft zumindest teilweise verformt wird (ein Abschnitt 1106a)). Dann sind ein Flüssigkeitsdurchflussweg-Wandbildungselement 107 und eine Düsenplatte 109 mit einer darin ausgebildeten Ausstoßöffnung 108 über dem Aktuator 120 angeordnet, um den wesentlichen Teil des Tintenstrahlkopfes von diesem Ausführungsbeispiel zu bilden, wie in dem Fall mit dem Aufbau gemäß 1.
13 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie XIII-XIII' gemäß 12. Es wird angenommen, dass Tinte in das Flüssigkeitsdurchflussweg-Wandbildungselement 107 eingeführt wird, indem sie in die Richtung fließt, die in der Figur durch den dicken Pfeil gezeigt ist. Zwischen der Aussparung 1105b in dem Trennfilm 1105a und der Versetzungsplatte 1106 ist ferner eine Lücke bzw. ein Hohlraum ausgebildet, die/der eine Höhe aufweist, die gleich oder größer der Distanz ist, über die die Versetzungsplatte 1106 versetzt oder verformt werden kann. Wie bei dem Fall des vorstehenden Ausführungsbeispiels wird ein Tintenzufuhrdurchflussweg 110 zur Zuführung von Tinte an den Tintenstrahlkopf durch direktes Lochen eines Siliziumsubstrats mittels eines Sandstrahlprozesses, eines ICP-(„Inductively Coupled Plasma")Prozesses, eines anisotropen Ätzprozesses oder dergleichen ausgebildet.
14 ist eine perspektivische Darstellung der Dünnfilmspule 1103 und der Elektrodenverdrahtungen 1104, die gemäß 12 gezeigt sind. 15 ist eine Seitenansicht von 14, gesehen aus einer Richtung D. In diesen Figuren bezeichnet Bezugszeichen 1202 Schichten offener Schleife, die die Spule 1103 bilden, bezeichnet 1203 einen Isolationsfilm zwischen den Schichten offener Schleife und bezeichnet 1204 einen Durchgangsloch-Kontaktabschnitt zum sequentiellen Verbinden von jeder Schicht offener Schleife mit derjenigen, die sich darunter befindet. Diese Komponenten stellen den Hauptkörper 1300 der Spule 1103 dar.
Die eine Elektrodenverdrahtung 1104a ist direkt mit der untersten Schicht offener Schleife verbunden, während die andere Elektrodenverdrahtung 1104b über eine Elektrodenverdrahtung 1301 mit der obersten Schicht offener Schleife verbunden ist.
Die Elektrodenverdrahtung 1301 ist außerhalb des Spulenhauptkörpers 1300 bereitgestellt und weist einen geschichteten bzw. laminierten Aufbau auf, der ähnlich zu demjenigen des Spulenhauptkörpers 1300 ist. Die Elektrodenverdrahtung 1301 hat Elektrodenschichten 1302, Isolationsschichten 1303 zwischen den Elektrodenschichten und einen Durchgangsloch-Kontaktabschnitt 1250 zum sequentiellen Verbinden jeder Elektrodenschicht mit derjenigen, die sich darunter befindet. Die oberste Elektrodenschicht 1302 ist mit der obersten Schicht offener Schleife 1202 verbunden, während die unterste Elektrodenschicht 1302 mit der Elektrodenverdrahtung 1104b verbunden ist.
Mit dem vorstehenden Aufbau fließt ein Strom i, wenn Elektrizität durch die eine elektrische Verdrahtung 1104a geleitet wird, in dem Spulenhauptkörper 1300 von dem Symbol „x" zu dem Symbol „•". Das heißt, dass der Strom von der untersten Schicht offener Schleife 1202 durch den Durchgangsloch-Kontaktabschnitt 1204 zu der darüber befindlichen Schicht offener Schleife 1202 fließt, und dann sequentiell durch den Durchgangsloch-Kontaktabschnitt 1204 an die darüber befindliche Schicht offener Schleife 1202 fließt. Dann fließt der Strom von der obersten Schicht offener Schleife 1202 zu der obersten Elektrodenschicht 1302, und dann fließt er sequentiell durch den Durchgangsloch-Kontaktabschnitt 1204 zu der darunter befindlichen Elektrodenschicht 1302, fließt er weiter von der untersten Elektrodenschicht 1302 zu der anderen elektrischen Verdrahtung 1104b.
Unter Bezugnahme auf 16 wird nachstehend ein Ausstoßbetrieb beschrieben, der durch den Tintenstrahlkopf von diesem Ausführungsbeispiel durchgeführt wird.
Wird ein Strom durch die Spule 1103 des Aktuators 1120 wie vorstehend beschrieben geleitet wird, wird in der axialen Richtung des Kerns 1102 eine Magnetkraft erzeugt, um die Versetzungsplatte 1106 in der Richtung zu verformen, die in 16A durch die Pfeile gezeigt ist (in Richtung des Kerns). Zu dieser Zeit spricht die Tinte in dem Flüssigkeitsdurchflussweg auf die Verformung der verformten Platte 1106 an, womit sie einen Meniskus bzw. Wulstrand 150 in das Innere der Ausstoßöffnung zieht.
Wird der Strom unterbrochen, bewegt sich die Versetzungsplatte 1106 infolge ihrer eigenen Elastizität in ihre ursprüngliche Position zurück. Zu dieser Zeit übt die Versetzungsplatte 1106 in der Richtung, die in 16B durch die Pfeile gezeigt ist, Druck auf die Tinte aus, um kinetisch Energie auf die Tinte anzuwenden, wodurch ein Tintentröpfchen 151 erzeugt wird, das dann von dem Meniskus bzw. Wulstrand 150 abgetrennt wird und durch die Ausstoßöffnung heraus fliegt. Das Tintentröpfchen 151 landet auf einem Druckmedium wie etwa Papier, Kunststofffolie, Gewebe oder dergleichen, um darauf einen Punkt zu bilden.
Indem ein Strom einer Impulswellenform durch die Spule 1103 geleitet und dieser Strom wiederholt bereitgestellt wird, wird ein kontinuierlicher Ausstoß erreicht. Indem die Leistung des bereitgestellten Impulses (Impulsbreite und/oder Stromwert) variiert wird, kann ferner die Versetzung oder Verformung der Versetzungsplatte 1106 variiert werden. Demzufolge können durch die Ausstoßöffnung Tröpfchen unterschiedlicher Größen ausgestoßen werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Größe von Punkten während eines Druckvorgangs variiert wird.
(2.3) Komponentenmaterialien und Herstellungsprozess
Es werden nun nachstehend bevorzugte Materialien aufgeführt, die verwendet werden, um die Komponenten des Tintenstrahlkopfes von diesem Ausführungsbeispiel auszubilden.
Das Substrat 100, der Isolationsfilm 101 und das Flüssigkeitsdurchflussweg-Bildungselement 107 können unter Verwendung von Materialien und Herstellungsverfahren erstellt werden, die ähnlich zu den vorstehend beschriebenen sind.
Der Kern 1102 des Elektromagnetabschnitts kann aus einem ferromagnetischen Material mit einer hohen Permeabilität gebildet werden. Bevorzugte Materialien umfassen 78,5Ni-Fe (Permalloy bzw. μ-Metall), Fe, Co, Ni, Siliziumstahl (Fe-4Si), Supermalloy (79N-5Mo-0,3Mn-Fe) und Heussler-Legierung (65Cu-25Mn-10Al). Um den Kern 1102 auf dem Substrat 100 auszubilden, kann ein elektrolytischer Abscheidungs- oder Sputter-Prozess verwendet werden, nachdem ein Dünnfilm hoher Leitfähigkeit aus Au in einer unteren Schicht des Kernmaterials ausgebildet wurde.
Die Schichten offener Schleife 1202 und die Elektrodenschichten 1302 der Spule 1103 bestehen aus einem leitfähigen Material wie etwa Cu, Au oder Al. Von diesen Materialien ist Al bevorzugt, um zu ermöglichen, dass diese Schichten in dem gleichen Schritt ausgebildet werden, in dem Ansteuerelemente wie etwa Transistoren auf dem Substrat 100 ausgebildet werden. Ferner weisen diese Schichten vorzugsweise eine Filmdicke von ungefähr 0,5 bis 1 μm auf.
Wird eine leitfähige Tinte wie etwa wasserhaltige bzw. wässrige Tinte ausgestoßen, sind der Trennfilm 1105 und die Zwischenschichtfilme 1203 und 1303 der Spule vorzugsweise isolierende Dünnfilme, die aus SiO₂, SiN oder dergleichen gemacht sind, um den Kern 1102 und die Spule 1103 vor einer Leitungskorrosion zu schützen. Wird jedoch eine nicht leitfähige Flüssigkeit wie etwa Tinte ausgestoßen, die hauptsächlich aus einem organischen Lösungsmittel besteht, treten selbst ohne den Trennfilm 1105 keine praktischen Probleme auf. Der Trennfilm und die Zwischenschichtfilme der Spule können unter Verwendung des Dünnfilmbildungsprozesses wie etwa des Sputter- oder des CVD-Prozesses ausgebildet werden. Die Zwischenschichtfilme weisen vorzugsweise eine Filmdicke von ungefähr 0,5 bis 1 μm auf.
Da die Versetzungsplatte 1106 senkrecht zu deren Oberfläche versetzt oder verformt (vibriert) wird, besteht sie vorzugsweise aus einem magnetischen Material mit einer hohen Permeabilität. Wie das Kernmaterial umfasst das Material der Versetzungsplatte 1106 vorzugsweise 78,SNe-Fe (Permalloy bzw. μ-Metall), Fe, Co, Ni, Siliziumstahl (Fe-4Si) und Supermalloy (79N-5Mo-0,3Mn-Fe). Wird eine leitfähige Flüssigkeit wie etwa wasserhaltige bzw. wässrige Tinte verwendet, ist zur Verhinderung einer Korrosion, die aus einem Kontakt mit Tinte resultiert, ein Sandwich- bzw. Schichtanordnungsaufbau wirkungsvoll, der eine Schicht magnetischen Materials aufweist, das zwischen Isolationsmaterialien wie etwa SiO₂ eingeschoben ist.
Es wird nun eine Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung der Dünnfilmspule 1103 angegeben, die einen wesentlichen Teil des Tintenstrahlkopfes von diesem Ausführungsbeispiel bildet. Dieses Herstellungsverfahren beruht auf einem Fotolithografieprozess, der eine Kombination aus der Bildung und Musterung bzw. Gestaltung von Dünnfilm umfasst. Zusätzlich wird die Spulenform bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen wie ein Rechteck geformt, aber kann auch eine geeignete Form wie etwa ein Kreis oder eine Ellipse verwendet werden; die Erfindung ist nicht auf das veranschaulichte Ausführungsbeispiel beschränkt.

(1) Eine Schicht (Isolationsschicht 101) aus SiO₂ mit einer Dicke von 1 μm wird auf einer Oberfläche des (nicht gezeigten) Siliziumsubstrats 100 durch Sputtern ausgebildet. Dann wird eine Schicht aus Al mit einer Dicke von 1 μm durch Sputtern ausgebildet. Dann werden eine Form bzw. ein Muster 1500 einer ersten Schicht der Spule (Schicht offener Schleife 1202), die die eine Elektrodenverdrahtung umfasst, und eine Form bzw. ein Muster 1503 einer ersten Schicht der externen Verdrahtung (Elektrodenschicht 1302), die die andere Elektrodenverdrahtung umfasst, durch ein Fotolithografieverfahren ausgebildet (17A).
(2) Eine Schicht aus SiO₂ mit einer Dicke von 0,5 μm wird durch Sputtern als ein (nicht gezeigter) Zwischenschicht-Isolationsfilm ausgebildet. Dann wird unter Verwendung eines Fotolithografieprozesses ein Durchgangsloch 1501 in der ersten Schicht der Spule eingerichtet bzw. geöffnet und wird ein Durchgangsloch 1502 in der ersten Schicht der externen Verdrahtung eingerichtet bzw. geöffnet (17A).
(3) Eine zweite Schicht eines Al-Films wird durch Sputtern ausgebildet, ebenso wie ein Spulenmuster bzw. eine Spulenform 1504 und eine externe Verdrahtung 1506 durch Fotolithografie ausgebildet werden. Dieser Schritt ermöglicht, dass die Schicht offener Schleife und die Elektrodenschicht in der ersten Schicht über Kontaktlöcher 1505 und 1505A mit der Schicht offener Schleife und der Elektrodenschicht in der zweiten Schicht verbunden werden (17B).
(4) Eine Schicht aus SiO₂ mit einer Dicke von 0,5 μm wird durch Sputtern als ein (nicht gezeigter) Zwischenschicht- Isolationsfilm ausgebildet. Dann wird unter Verwendung eines Lithografieprozesses ein Durchgangsloch 1508 in der zweiten Schicht der Spule eingerichtet bzw. geöffnet und wird ein Durchgangsloch 1507 in der zweiten Schicht der externen Verdrahtung eingerichtet bzw. geöffnet (17B).
(5) Schritte, die ähnlich zu den vorstehenden Schritten (3) und (4) sind, werden in einer vorbestimmten Anzahl wiederholt, um Spulenmuster bzw. -formen 1509, 1510 und 1511, sowie Elektrodenschichten auszubilden (17C bis 17E).

Die Spule 1103 von diesem Ausführungsbeispiel, die den gewünschten geschichteten bzw. laminierten Aufbau aufweist, kann unter Verwendung der vorstehenden Schritte ausgebildet werden, während der sich innerhalb der Spule 1103 befindliche Kern 1102 durch Anwendung des Vorgangs der Schritte 1 bis 3, die in Verbindung mit 4A bis 4C beschrieben sind, als Vorverarbeitung ausgebildet werden kann. Der Aspekt seiner Ausbildung wird hier beschrieben. 18 ist eine perspektivische Darstellung, die die Spule 1103 von diesem Ausführungsbeispiel und den Kern 1102 zeigt, der innerhalb der Spule 1103 ausgebildet ist. Der veranschaulichte Kern 1102 kann durch Aufbau bzw. Anhäufung des Kernmaterials durch elektrolytische Abscheidung ausgebildet werden. Um dies zu erreichen, wird ein leitfähiger Film 1521 aus Au in einem unteren Teil der Verdrahtung ausgebildet, der dessen unterster Schicht entspricht, so dass er eine Dicke von 0,1 μm aufweist. Dann wird der leitfähige Film 1521 als eine Elektrode verwendet, um den Aufbau mit einem Elektroplattierungs- bzw. Galvanisierungsbad zu baden bzw. zu befeuchten (zum Beispiel ein Schwefelsäurebad (Badtemperatur: 50 bis 60°C) unter Verwendung von NF-200E, das von Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd. hergestellt wird), während Leistung mit einer Stromdichte von 2 bis 6 A/dm² daran zugeführt wird, wodurch der Kern 1102 ausgebildet wird.
Anschließend wird die Spule 1103 ausgebildet, wie es gemäß 17A bis 17E gezeigt ist, um den gemäß 18 gezeigten Aufbau zu erhalten, so dass die Spule 1103 und der Kern 1102 als ein kleiner Dünnfilm-Elektromagnet arbeiten können.
Nachdem die Spule ausgebildet wurde, wird der Vorgang der Schritte 6 bis 12, die in Verbindung mit 5A bis 5E, 6A bis 6E und 7A bis 7E beschrieben sind, zur Fertigstellung des wesentlichen Teils des Tintenstrahlkopfes angewandt.
Ferner wird der Tintenstrahlkopfabschnitt 410 oder die Tintenstrahlkopfeinheit, die gemäß 8 gezeigt sind, durch Ausbildung einer Vielzahl von Aktuatoren 1120 auf dem gleichen Substrat während des gleichen Schritts und Anordnung des Flüssigkeitsdurchflussweg-Bildungselements und der integrierten Düsenplatte 400 an den Aktuatoren erhalten. Außerdem kann diese Tintenstrahlkopfeinheit in der Tintenstrahldruckvorrichtung verwendet werden, die in Verbindung mit 9 beschrieben ist.
(2.4) Bewertung von Funktionen
Ein Kopfabschnitt, der einen wesentlichen Teil wie etwa denjenigen aufweist, der wie gemäß 13 gezeigt aufgebaut ist, und der die Aktuatoren und die Ausstoßöffnungen aufweist, die wie gemäß 8 gezeigt in jeder Spalte mit einem Abstand von 150 dpi angeordnet sind, wird mit einer wasserhaltigen Tinte gespeist, die aus 70% Wasser, 25% Ethylenglykol und den verbleibenden 5% Farbstoff besteht und eine Viskosität von 2,5 mPa·s aufweist. Dann werden die gemäß 11A gezeigten Stromimpulse mit einer Frequenz von 50 Hz an den Tintenstrahlkopf angelegt und wird der Ausstoßzustand beobachtet.
Wurde die Tinte kontinuierlich ausgestoßen, war die Größe von ausgestoßenen Tröpfchen konstant und wurde keine Schwankung in der Ausstoßgeschwindigkeit beobachtet. Außerdem, wenn die gemäß 11B gezeigten Stromimpulse verwendet wurden, um den Tintenstrahlkopf anzutreiben, hat der „Impuls A" ermöglicht, dass große Tröpfchen in stabiler Weise ausgestoßen werden, während der „Impuls B" ermöglicht hat, dass kleine Tröpfchen in stabiler Weise ausgestoßen werden, was die Möglichkeit einer Gradation bzw. Gradierung basierend auf Punkten andeutet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde der Tintenstrahlkopf verwendet, um Tinte 24 Stunden lang fortwährend auszustoßen, aber der Ausstoß blieb stabil. Dies weist darauf hin, dass die externe Verdrahtung und die Energieversorgungsleitung bei dieser Dünnfilmspule stabil miteinander verbunden sind.
(2.5) Weiteres Beispiel eines Aufbaus des wesentlichen Teils des Tintenstrahlkopfes
Als nächstes wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aufbaus einer Dünnfilmspule mit einem geschichteten bzw. laminierten Aufbau beschrieben. Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel weist die Spulenform in jeder Schicht eine Windung auf, aber kann sie eine Vielzahl von Windungen darin aufweisen.
19 ist eine Darstellung, die zur Beschreibung einer Spule mit einer Spulenform nützlich ist, die zwei Windungen in jeder Schicht aufweist. Eine erste Schicht besteht aus einer rechteckförmigen Spiral-Spulenform 1512 und einer externen Verdrahtungsform (Elektrodenschicht) 1514. Außerdem ist ein (nicht gezeigter) Zwischenschicht-Isolationsfilm darauf angeordnet und sind Durchgangslöcher 1513 und 1515 in der Spule eingerichtet bzw. geöffnet (19A).
Als nächstes wird eine rechteckförmige Spiralform 1516 einer zweiten Schicht an einer Stelle angeordnet, wo sie über den Durchgangslochkontakt mit der ersten Schicht verbunden werden kann, und wird sie so geformt, dass der Strom durch die zweite Schicht in der gleichen Richtung fließt wie derjenige in der ersten Schicht. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 19 ist die spiralförmige Spulenform und die Elektrodenschicht der ersten Schicht mit der spiralförmigen Spulenform und der Elektrodenschicht der zweiten Schicht über Durchgangslochkontakte 1517 und 1517A verbunden (19B). Bezugszeichen 1518 und 1520 bezeichnen in einem (nicht gezeigten) Zwischenschicht-Isolationsfilm ausgebildete Durchgangslöcher, wenn zusätzliche Schichten weiter auf der Spule geschichtet werden. Daher kann ein Vorgang, der zu dem vorstehend beschriebenen ähnlich ist, wiederholt werden, um eine Spule eines mehrschichtigen Aufbaus mit einer rechteckförmigen Spiral-Spulenform in jeder Schicht herzustellen.
20 ist eine Darstellung, die zur Beschreibung einer zweischichtigen Spule mit einer kreisförmigen Spiral-Spulenform nützlich ist, die vier Windungen in jeder Schicht aufweist. In dieser Figur hat die Dünnfilmspule eine geeignete Form zur Ausgestaltung einer dicht gewundenen Spule. Eine kreisförmige Spiralform 1600 einer ersten Schicht wird wie gemäß 20A gezeigt ausgebildet, während eine Form 1602 einer externen Verdrahtungsschicht an der veranschaulichten Stelle ausgebildet wird. Außerdem wird ein (nicht gezeigter) Zwischenschicht-Isolationsfilm darauf angeordnet und werden Durchgangslöcher in der Spule ausgebildet.
Als nächstes werden durch Ausbildung einer kreisförmigen Spiral-Spulenform 1601 einer zweiten Schicht wie gemäß 20B gezeigt die Spulenformen der ersten und der zweiten Schicht über einen Durchgangslochkontakt 1603 miteinander verbunden und wird die zweite Schicht über einen Durchgangslochkontakt 1604 mit der externen Verdrahtung verbunden.
3. Weitere Ausführungsbeispiele
In der vorstehenden Beschreibung wird ein zum Ausstoß von Tinte erforderlicher Druck durch das Heranziehen/Zurückführen der Versetzungsplatte an den/von dem Elektromagneten ausgeübt, was mit der Anwendung/Aufhebung von Magnetkraft in Zusammenhang steht, die durch Leiten/Unterbrechen von Strom durch den Elektromagneten ausgeübt wird. Solange ausreichender Druck erhalten wird, kann jedoch zum Beispiel eine Versetzungsplatte verwendet werden, die durch eine geeignete Einstellung von Polaritäten dieser magnetisiert ist, und kann diese versetzt werden, in dem sie einer abstoßenden Kraft unterworfen wird, die mit Magnetkraft in Zusammenhang steht, welche durch Leitung von Strom durch den Elektromagneten erzeugt wird, wodurch Tinte ausgestoßen wird.
Ferner bezieht sich der Ausdruck „Drucken" in dieser Schrift nicht nur auf die Ausbildung von signifikanten Informationen wie etwa Zeichen und Grafiken, sondern bezieht sich auch weitreichend auf die Ausbildung von Bildern, Mustern und dergleichen auf Druckmedien oder die Verarbeitung von Druckmedien, ungeachtet dessen, ob die Informationen signifikant sind oder nicht, oder ob sie ausgestaltet bzw. verkörpert sind, um von Menschen visuell wahrgenommen zu werden oder nicht.
Darüber hinaus bezieht sich der Ausdruck „Druckvorrichtung" nicht nur auf eine vollständige Vorrichtung, die einen Druckvorgang ausführt, sondern auch auf eine Vorrichtung, die zur Erreichung einer Druckfunktion beiträgt.
Der Ausdruck „Druckmedium" oder „Druckblatt" umfasst nicht nur Papier, das bei einer gewöhnlichen Druckvorrichtung verwendet wird, sondern auch Gewebe, Kunststofffolien, Metallplatten, Glas, Keramik, Holz, Leder oder jedes andere Material, das Tinte an- bzw. aufnehmen kann.
Ferner sollte der Ausdruck „Tinte" oder „Flüssigkeit" in seinem weiten Sinne ebenso wie der Ausdruck „Drucken" interpretiert werden, und bezieht er sich auf eine Flüssigkeit, die auf das Druckmedium angewandt wird, um Bilder, Formen oder Muster auszubilden, das Druckmedium zu verarbeiten bzw. bearbeiten oder Tinte zu verarbeiten bzw. bearbeiten (zum Beispiel ein Farbmittel in der auf das Druckmedium angewandten Tinte zu koagulieren oder unlöslich zu machen).
Die Erfindung kann auch auf einen Druckkopf vom so genannten Vollzeilentyp angewandt werden, dessen Länge der maximalen Länge über ein Druckmedium hinweg gleicht. Ein derartiger Druckkopf kann aus einer Vielzahl von Druckköpfen, die miteinander kombiniert sind, oder einem integral bzw. einstückig eingerichteten Druckkopf bestehen.
Zusätzlich kann die Erfindung auf verschiedene Druckköpfe seriellen Typs angewandt werden: einen Druckkopf, der an der Hauptbaugruppe einer Druckvorrichtung befestigt ist; einen auf komfortable Weise austauschbaren Druckkopf vom Chiptyp, der elektrisch mit der Hauptbaugruppe einer Druckvorrichtung verbunden ist und von dieser mit Tinte gespeist wird, wenn er an der Hauptbaugruppe bestückt ist; und einen Druckkopf vom Kassetten- bzw. Einsatztyp, der einen Tintenbehälter integral umfasst.
Es ist ferner bevorzugt, ein Wiederherstellungssystem, oder ein Vorlaufhilfssystem für einen Druckkopf als einen Bestandteil der Druckvorrichtung hinzuzufügen, weil diese dazu dienen, die Wirkung der Erfindung zuverlässiger zu machen. Beispiele des Wiederherstellungssystems sind eine Abdeckungseinrichtung und eine Reinigungseinrichtung für den Druckkopf, sowie eine Druck- oder Absaugeinrichtung für den Druckkopf. Beispiele des Vorlaufhilfssystems sind eine Vorlaufheizeinrichtung unter Einsatz von Heizerelementen und eine Einrichtung zur Durchführung eines vorausgehenden Ausstoßes von Tinte unabhängig von dem Ausstoß für einen Druckvorgang.
Die Anzahl und der Typ von Druckköpfen, die an eine Druckvorrichtung anzubringen sind, kann ebenfalls geändert werden. Zum Beispiel kann nur ein Druckkopf, der einer einzigen Farbtinte entspricht, oder eine Vielzahl von Druckköpfen verwendet werden, die einer Vielzahl von Tinten entsprechen, die sich in der Farbe oder der Konzentration unterscheiden. Mit anderen Worten kann die Erfindung wirkungsvoll auf eine Vorrichtung angewandt werden, die zumindest einen des Monochrom-, des Mehrfarben- und des Vollfarbenmodus aufweist. Hierbei führt der Monochrommodus einen Druckvorgang durch Verwendung von nur einer Hauptfarbe wie etwa Schwarz durch. Der Mehrfarbenmodus führt einen Druckvorgang durch Verwendung von Tinten unterschiedlicher Farbe durch, und der Vollfarbenmodus führt einen Druckvorgang durch Farbmischung durch.
Weiterhin kann die Tintenstrahldruckvorrichtung der Erfindung nicht nur als ein Bildausgabeendgerät eines Informationsverarbeitungsgeräts wie etwa eines Computers eingesetzt werden, sondern auch als eine Ausgabevorrichtung eines Kopiergeräts einschließlich eines Lasers und als eine Ausgabevorrichtung eines Faxgeräts mit einer Sende- und Empfangsfunktion.
Darüber hinaus sind der mehrschichtige Aufbau, der Aufbau zur Verbindung mit einer externen Verdrahtung und das Herstellungsverfahren dieser gemäß den in Verbindung mit 12 bis 20 beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht nur auf den vorstehend beschriebenen Tintenstrahlkopf oder das Herstellungsverfahren von diesem anwendbar, sondern sind sie weitreichend auch auf Spulen geringer Größe, solche Spulen verwendende Vorrichtungen (Magnetköpfe oder dergleichen) oder Herstellungsverfahren dieser anwendbar.
Wie vorstehend beschrieben setzt die Erfindung ein Verfahren zum Ausstoßen von Tinte unter Verwendung von Magnetkraft ein, die durch einen Aktuator erzeugt wird, der eine ein- oder mehrschichtige Dünnfilmspule verwendet, wodurch die Verbesserung von Ausstoßstabilität und -leistung erreicht wird, was eine Anforderung für die herkömmlichen Tintenstrahlköpfe war, und eine breite punktbasierte Gradation bzw. Gradierung erhalten wird. Ferner wird ein Aktuator, auf den eine elektromagnetische Kraft wirkt, oder ein Tintenstrahlkopf, der ein wesentlicher Teil eines Ausstoßverfahrens unter Verwendung elektromagnetischer Kraft ist, unter Verwendung eines Fotolithografie- oder Mikrobearbeitungsprozesses hergestellt, wodurch ermöglicht wird, dass eine große Anzahl von Ausstoßöffnungen dicht angebracht werden. Dieses Merkmal macht es möglich, hochauflösende Bilder mit einer hohen Geschwindigkeit zu drucken, so dass die Bilder im Zeitverlauf eine stabile Qualität beibehalten können.
Außerdem kann der Spulenaufbau gemäß dem Spulenaufbau der Erfindung sogar bei einer Erhöhung der Anzahl von Windungen in der Dünnfilmspule zuverlässiger mit einer externen Verdrahtung verbunden werden.
Die Erfindung wurde mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben, und es wird für einen Fachmann aus dem Vorstehenden nun offensichtlich sein, dass Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, wie sie in den zugehörigen Ansprüchen definiert ist.

Claims

Dünnfilmspule, die angepasst ist, auf einem Substrat (100) eingerichtet zu werden, wobei die Dünnfilmspule (103; 1103) aufweist: einen mehrschichtigen Aufbau, bei dem eine Vielzahl von Spulenformen (1202), die jeweils zumindest eine Windung im Wesentlichen in der gleichen Ebene aufweisen, über Isolationsschichten (1203) geschichtet sind, und einen Wicklungsaufbau, bei dem die Spulenformen (1202) sequentiell durch Durchgangslochkontakte (1204) verbunden sind, und eine erste Elektrodenverdrahtung (1104a) zum Verbinden der Spule (103; 1103) mit einer ersten äußeren Verdrahtung, wobei die erste Elektrodenverdrahtung (1104a) angepasst ist, auf dem Substrat (100) angeordnet zu sein, damit sie direkt mit der Spulenform verbunden ist, die angepasst ist, als die unterste Schicht, die dem Substrat (100) zugewandt ist, auf dem Substrat eingerichtet zu sein, und eine zweite Elektrodenverdrahtung (1104b, 1301) zum Verbinden der Spulenform, die als eine oberste Schicht eingerichtet ist, die angepasst ist, von dem Substrat (100) am weitesten entfernt zu sein, mit einer zweiten äußeren Verdrahtung, die auf dem Substrat (100) einrichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrodenverdrahtung (1104b, 1301) einen mehrschichtigen Aufbau aufweist, bei dem eine Vielzahl von Elektrodenschichten (1302) über Isolationsschichten (1303) geschichtet sind und die Elektrodenschichten (1302) sequentiell durch Durchgangslochkontakte (1205) elektrisch verbunden sind und angepasst sind, über die Elektrodenschicht, die als eine unterste Schicht eingerichtet ist, die angepasst ist, dem Substrat (100) zugewandt zu sein, mit der zweiten äußeren Verdrahtung verbunden zu sein.
Tintenstrahlkopf mit: einem Elektromagnetabschnitt, der auf einem Substrat ausgebildet ist, und einen Versetzungsabschnitt (106), der sich gegenüber dem Elektromagnetabschnitt befindet und gelagert ist, um durch Magnetkraft, die von dem Elektromagnetabschnitt als Reaktion auf elektrische Leitung erzeugt wird, teilweise versetzbar zu sein, und dazu dient, zu bewirken, dass Tinte als Reaktion auf einen aus der Versetzung resultierenden Druck ausgestoßen wird, wobei der elektromagnetische Abschnitt einen Kern (102), der auf dem Substrat (100) bereitgestellt ist, und eine Dünnfilmspule (103; 1103) gemäß Anspruch 1 aufweist, wobei die Dünnfilmspule so auf dem Substrat bereitgestellt ist, dass sie den Kern umgibt, und wobei die Dünnfilmspule (103; 1103) und die äußeren Verdrahtungen, die auf dem Substrat (100) bereitgestellt sind, im Wesentlichen in der gleichen Ebene wie derjenigen der Spulenform einer untersten Schicht, die dem Substrat zugewandt ist, miteinander verbunden sind.
Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Film (105a) zum Trennen des Elektromagnetabschnitts von der Tinte an dem Elektromagnetabschnitt bereitgestellt ist.
Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Versetzungsabschnitt (106) einen plattenförmigen Hauptkörper, der aus einem Material besteht, das durch die Magnetkraft deformiert werden kann, und Schutzfilme aufweist, zwischen denen der Hauptkörper eingeschoben ist, um den Hauptkörper vor der Tinte zu schützen, und der Versetzungsabschnitt positioniert ist, um zwischen dem Versetzungsabschnitt und dem Elektromagnetabschnitt einen Abstand zu bilden, der eine Versetzung von dem Elektromagnetabschnitt ermöglicht.
Tintenstrahlkopf gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Ausstoßen der Tinte erforderlicher Druck durch Heranziehen/Zurückführen des Versetzungsabschnitts ausgeübt wird, was mit einer Anwendung/Aufhebung der Magnetkraft in Zusammenhang steht, die durch Leiten/Unterbrechen von Strom durch den Elektromagnetabschnitt ausgeübt wird.
Tintenstrahlkopf gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Versetzungsabschnitt (106) in einem Flüssigkeitsdurchfluss (503) bereitgestellt ist, der mit einer Ausstoßöffnung (501) in Verbindung steht, durch die die Tinte im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung der Versetzung ausgestoßen wird,.
Tintenstrahlkopf gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Versetzungsabschnitt in einem Flüssigkeitsdurchfluss bereitgestellt ist, der mit einer Ausstoßöffnung (108, 150) in Verbindung steht, durch die die Tinte in einer Richtung ausgestoßen wird, die im Wesentlichen parallel zu einer Richtung der Versetzung ist.
Tintenstrahlkopf gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der Elektromagnetabschnitte, eine Vielzahl der Versetzungsabschnitte (106) und eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen (150, 501) zum Ausstoßen der Tinte auf dem gleichen Substrat (100) bereitgestellt sind.
Tintenstrahlkopf gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenstrahlkopf mit einem Tintentank zum Zuführen von Tinte integriert ist.
Tintenstrahldruckvorrichtung zum Ausführen eines Druckens auf einem Druckmedium unter Verwendung eines Tintenstrahlkopfes, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 2, und eine Einrichtung (200) zum relativen Abtastbewegen des Tintenstrahlkopfes und des Druckmediums (P).
Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmspule (103; 1103) auf einem Substrat (100), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ausbilden eines Dünnfilmspule-Hauptkörpers (1300) durch Schichten einer Vielzahl von Spulenformen (1202), die jeweils zumindest eine Windung im Wesentlichen in der gleichen Ebene aufweisen, auf einem Substrat (100), während die Spulenformen (1202) durch Durchgangslochkontakte (1204) sequentiell verbunden werden, Ausbilden einer ersten Elektrodenverdrahtung (1104a) zum Verbinden der Dünnfilmspule (103; 1103) mit einer ersten äußeren Verdrahtung auf dem Substrat (100), so dass die erste Elektrodenverdrahtung (1104a) direkt mit der Spulenform verbunden wird, die auf dem Substrat (100) als die unterste Schicht ausgebildet wird, die dem Substrat zugewandt ist, und Ausbilden einer zweiten Elektrodenverdrahtung (1104b, 1301) zum Verbinden des Dünnfilmspule-Hauptkörpers mit einer zweiten äußeren Verdrahtung, die auf dem Substrat (100) einrichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausbildungsschritt der zweiten Elektrodenverdrahtung (1104b, 1301) gleichzeitig zu dem Ausbildungsschritt des Dünnfilmspule-Hauptkörpers (1300) durchgeführt wird, indem eine Vielzahl von Elektrodenschichten (1302) auf dem Substrat über Isolationsschichten (1303) geschichtet werden, um so eine unterste Elektrodenschicht, die dem Substrat (100) zugewandt ist, mit der zweiten äußeren Verdrahtung zu verbinden und eine oberste Elektrodenschicht mit der als oberste Schicht eingerichteten Spulenform zu verbinden, während Elektrodenschichten (1302) durch Durchgangslochkontakte (1205) sequentiell verbunden werden.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: Ausbilden eines Kerns (102) auf einem Substrat (100), Ausbilden einer Dünnfilmspule (103; 1103) durch Ausführung des Verfahrens gemäß Anspruch 11, und Anordnen eines Versetzungsabschnitts (106) gegenüber dem Kern, wobei der Versetzungsabschnitt durch Magnetkraft teilweise versetzbar ist und dazu dient, zu bewirken, dass Tinte als Reaktion auf einen aus der Versetzung resultierenden Druck ausgestoßen wird.