DE69315983T2

DE69315983T2 - Düsen und verfahren und vorrichtung zur herstellung von düsen

Info

Publication number: DE69315983T2
Application number: DE69315983T
Authority: DE
Inventors: Mark Royston Herts Sg8 7En Shepherd; Stephen Cambridge Cb3 0Ln Temple
Original assignee: Xaar Ltd
Current assignee: Xaar Ltd
Priority date: 1992-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2013-02-06
Also published as: WO1993015911A1; ATE161477T1; SG92596A1; JP2002273893A; EP0792746B1; KR950700826A; JPH07503422A; HK1001518A1; HK1002428A1; DE69328504T2; JP3364685B2; CA2128875A1; CA2128875C; GB9202434D0; DE69328504D1; DE69315983D1; EP0792746A2; EP0625095A1; KR100243932B1; EP0792746A3

Description

Die vorliegende Eifmdung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Bildung der Düsen von Tintenstrahldruckköpfen, insbesondere von "Drop-on-Demand"-Tintenstrahldruckköpfen.
Insbesondere beinhaltet das Verfahren die Bildung von Düsen, nachdem die Düsenplatten an dem Druckkopf angebracht worden sind, zu einer im allgemeinen kegelförmigen Gestalt, die sich in der Düsenströmungsrichtung verjüngt. Das Verfahren verwendet einen hochenergetischen Strahl bzw. Lichtstrahl, zweckmäßig einen abtragenden gepulsten UV-Excimer-Laserstrahl, der auf die Austrittsfläche der Düse auftrifft.
Seit den ersten Vorschlägen für "Drop-on-Demand"-Tintenstrahldrucker, wie beispielsweise in US-A-3,946,398 (Kyser & Sears), ist es bekannt, Düsen von im allgemeinen kegelstumpfartiger Form zu verwenden, die sich zum Düsenauslaß hin verjüngen. Die Geometrie der Düsen sollte genau eingehalten werden, und zwar hinsichtlich ihrer Anordnung, ihrer Austrittsfläche und der Richtung der Konusachse in der Düsenplatte, um eine gleichförmige Qualität für das Drucken mit Hilfe von Tintentropfen, die von diesen ausgestoßen werden, sicherzustellen. Eine einzelne Düsenplatte beinhaltet typischerweise zwischen 500 bis 5000 Düsen, die eine einfarbige Tintenfiüssigkeit oder eine Anzahl von unabhängigen Tintenfarbstoffen aufbringen. Eine genaue Plazierung der Düsen in einem gleichförmigen Muster innerhalb und zwischen Farbbahnen auf der Düsenplatte beeinflußt auch die Druckqualität. Die geometrische Form des Kegels wird außerdem unter besonderer Berücksichtigung der dynamischen akustischen Impedanzen der Tinte in der Düse während des Ausstoßzyklus gewählt, um die Energie für einen Tropfenausstoß zu minimieren und zugleich die verbleibende akustische Energie in dem Kanal in Vorbereitung auf einen weiteren Betriebszyklus abzuschwächen bzw. zu verringern.
Der Einlaßabschnitt der Düse wird ebenfalls soweit wie möglich an den Tintenkanalabschnitt des dahinter befindlichen Aktuators bzw. Betätigungselementes angepaßt, um das Einfangen bzw. Einschließen von Luftblasen hinter der Düsenplatte zu verhindern, die den Betrieb des Druckers störeir können. Es ist außerdem allgemein anerkannt, daß es notwendig ist, daß die Tinte die Düsenbohrung benetzt, nicht jedoch das Material der Düsenplatten-Austrittsfläche.
Demgemäß ist es notwendig, Verfahren zur Düsenherstellung zu entwickeln, bei denen Düsen mit einer wohldefinierten und präzise reproduzierten geometrischen Form gebildet und an definierten Stellen innerhalb der Düsenplatte angeordnet werden, und zwar mit optischer Genauigkeit. Eine weitere Anforderung an die Verfahren besteht darin, daß die Herstellung kontinuierlich und rasch erfolgen soll und in der Lage sein soll, einige tausend Druckköpfe pro Tag mit extrem niedrigen Kosten herzustellen.
In der Patentanmeldung EP-A-0 309 146 wird unter anderem vorgeschlagen, die Düsen in der Düsenplatte eines Tintenstrahldruckkopfes im Anschluß an die Anbringung bzw. Montage der Düsenplatte zu bilden, indem die Austrittsfläche der Düsenplatte über eine mit Öffnungen versehene Maske von im allgemeinen parallel verlaufenden Strahlen aus UV-Strahlung oder hochenergetischer bzw. kurzwelliger Strahlung belichtet und die Düsenplatte zugleich um Achsen senkrecht zu der Strahlungsrichtung geschwenkt wird, um Düsen auszubilden, die sich zum Düsenausgang hin verjüngen.
Ein Nachteil des Schwenkverfanrens besteht darin, daß gewöhnlich nur ein kleiner Teil der Strahlung, mit der die Maske ausgeleuchtet wird, zur Abtragung (Ablation) auf die Düsenplatte aufgebracht wird und daß der größere Teil von der Maske reflektiert oder absorbiert wird. Folglich wird die Energie des hochenergetischen Strahls zur Herstellung nicht effizient ausgenutzt und folglich wird die Produktionsgeschwindigkeit beim Produktionsverfahren als Ganzes verringert.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die einfallende parallele Strahlung, wenn sie die innere Arbeitsoberfläche der Düse abträgt bzw. abschmilzt, während der Strahl durch die Austrittsöffnung eintritt, nur auf einen Bruchteil der Arbeitsfläche aufgebracht wird, und zwar wegen der Schwenkbewegung. Demgemäß ist eine größere Anzahl von Energiepulsen notwendig, und zwar typischerweise um eine oder mehr Größenordnungen größer, um die Abtragung (Ablation) einer Düse zu bewirken, als wenn die Ablation gleichförmig, jenseits des Ablationsenergie-Schwellenwertes, auf die gesamte Arbeitsfläche aufgebracht wird.
EP 0 619 781 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von konisch zulaufenden Öffnungen in regelmäßiger Anordnung (Array) an vollständig montierten Tintenstrahldruckköpfen. Es bildet jede Öffnung, die sich durch die Abdeckung bzw. Düsenplatte erstreckt und sich nach außen hin, von der Vorderseite der Platte zur Rückseite der Platte, verjüngt, durch Abbildung von ersten und zweiten Lichtstrahlen auf die Vorderseite der Abdeckungsplatte unter ersten bzw. zweiten Winkeln.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Düse bzw. von Düsen in einer Düsenplatte eines Tintenstrahldruckers zu schaffen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine neuartige Düse auszubilden.
Die vorliegende Erfmdung besteht unter einem Gesichtspunkt in dem Verfahren zur Bildung einer Düse in einer Düsenplatte eines Tintenstrahldruckers, die einen Einlaß und einen Auslaß in jeweils gegenüberliegenden Oberflächen der Platte sowie einen Durchbruch bzw. eine Bohrung aufweist, der bzw. die sich durch die Platte hindurch erstreckt und sich in der Richtung des Auslasses verjüngt, welches Verfahren das Richten bzw. Abbilden eines hochenergetischen Strahls bzw. Lichtstrahls auf eine Oberfläche der Platte, in der der Düsenauslaß gebildet wird, und das Fokussieren von zumindest einem Teil der Energie des Lichtstrahls auf einen Punkt umfaßt, in dessen Richtung der Düsendurchbruch konvergiert bzw. zusammenläuft, um so in der Platte den Düsendurchbruch mit der gewünschten Verjüngung bzw. Konizität zu erzeugen.
In einer Form beinhaltet das Verfahren der Erfindung außerdem das Fokussieren des Lichtstrahls in zwei Ebenen, die gegenseitig einen Winkel einschließen und jeweils die Strahlachse enthalten, auf jeweilige Stellen zu, die in Relation zu der Platte angeordnet sind, um so zu bewirken, daß der Lichtstrahl unter verschiedenen Winkeln von den jeweiligen Stellen divergiert und durch die Platte hindurch einen optischen Weg besitzt, so daß der Lichtstrahl den Düsendurchbruch mit der gewünschten Verjüngung erzeugt.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt besteht die vorliegende Erfindung aus einem Verfahren zur Bildung einer Düse in einer Düsenplatte für einen Tintenstrahldrucker, welches das Richten bzw. Abbilden eines hochenergetischen Lichtstrahls auf die Düsenplatte hin umfaßt, wobei der Lichtstrahl vor seinem Auftreffen auf die Düsenplatte durch Strahlsammel- bzw. Strahlfoküssiereinrichtungen gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl vor den Fokussiereinrichtungen nacheinander durch erste und zweite abständige Masken mit Öffnungen gelangt, deren jeweilige Öffnungen über die Fokussiereinrichtungen dem Auslaß und dem Einlaß der von dem Lichtstrahl gebildeten Düse zugeordnet sind.
Vorteilhafterweise wird der Strahl auf die Oberfläche der Düsenplatte gerichtet, die den Auslaß der Düse enthält und in der sich die Düse vom Einlaß zum Auslaß hin verjüngt.
Zweckmäßig können die Maskenöffnungen die gleichen oder verschiedene Formen aufweisen. In einer Form ist die Öffnung der ersten Maskeneinrichtung von kreisförmiger Gestalt und die der zweiten Maskeneinrichtung von rechteckförmiger Gestalt, um einen Düseneinlaß zu schaffen, der dem Querschnitt bzw. Profil des Tintenkanals des Druckers entspricht, mit dem die Düse verbindet.
Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren der Erfindung das Einführen eines Maßes an Divergenz in den Lichtstrahl vor der ersten Maske, um den Verjüngungs- bzw. Konuswinkel des von dem Strahl ausgebildeten Düsendurchbruches zu vergrößern. Außerdem ist der Winkel der Strahldivergenz gleich dem Winkel, der von der zweiten Maskenöffnung auf der ersten Maskenöffnung eingeschlossen wird.
Vorteilhafterweise beinhaltet das Verfahren auch das Fokussieren bzw. Sammeln des Strahls durch die erste Maske hindurch mit Hilfe einer weiteren Strahlfokussiereinrichtung, deren Brennweite gleich dem Abstand zwischen den Maskenöffnungen ist.
Die Erfindung beinhaltet auch eine Vorrichtung zur Bildung einer Düse in einer Düsenplatte eines Tintenstrahldruckers, die einen Auslaß und einen Einlaß in einander gegenüberliegenden Oberflächen der Platte sowie einen Durchbruch bzw. -gang aufweist, der sich durch die Platte hindurch erstreökt und sich in der Richtung des Auslasses verjüngt, welche Vorrichtung eine Quelle für einen hochenergetischen Lichtstrahl, eine Einrichtung zum Richten bzw. Abbilden eines Lichtstrahls aus der Quelle auf die Oberfläche der Platte, in der der Auslaß gebildet wird, sowie Strahlfokussiereinrichtungen umfaßt, ausgelegt, um zumindest einen Teil der Energie des Lichtstrahls auf eine Stelle zu fokussieren, auf die hin der Düsendurchbruch konvergiert, um in der Platte den Düsendurchbruch mit der gewünschten Verjüngung zu erzeugen.
In einer Form sind die Strahlfokussiereinrichtungen ausgelegt, um den Strahl in jeweils einer von zwei Ebenen zu fokussieren, die gegenseitig einen Winkel einschließen und die Strahlachse enthalten, und zwar auf jeweilige Stellen zu, die in Relation zu der Platte angeordnet sind, um zu bewirken, daß der Lichtstrahl von den jeweiligen Stellen divergiert und durch die Platte hindurch einen optischen Weg aufweist, so daß der Lichtstrahl den Düsendurchbruch mit der gewünschten Verjüngung erzeugt.
Vorteilhafterweise umfassen Mittel zum Bilden einer Reihe von Düsen in der Düsenplatte eine Einrichtung zum wiederholten Verschieben der Platte relativ zu dem Lichtstrahl, nachdem jede Düse gebildet worden ist, und zwar zu der Stelle der nächsten auszubildenden Düse.
Die Erfindung beinhaltet auch eine Vorrichtung zur Bildung einer Düse in einer Düsenplatte für einen Tintenstrahldrucker, die eine Quelle für einen hochenergetischen Lichtstrahl, eine Einrichtung zum Abbilden eines Lichtstrahls von der Quelle auf eine Oberfläche der Platte, Strahlfokussiereinrichtungen sowie erste und zweite Maskeneinrichtungen umfaßt, die mit entsprechenden Öffnungen ausgebildet sind, durch die der Strahl vor seinem Auftreffen auf die Düsenplatte hindurchgelangt, wobei die Öffnungen in gegenseitigem Abstand und in Relation zu den Fokussiereinrichtungen angeordnet sind, so daß die Öffnungen über die Fokussiereinrichtungen dem Auslaß bzw. dem Einlaß der Düse zugeordnet sind.
Zweckmäßig können die Öffnungen der Masken von der gleichen oder von verschiedenen Gestalten sein.
Vorteilhafterweise sind Mittel vorgesehen, um dem Lichtstrahl in jedem parallelen optischen System vor der ersten Maskeneinrichtung ein Maß an Divergenz aufzuerlegen, um den Verjüngungs- bzw. Konuswinkel der durch den Lichtstrahl ausgebildeten Düse zu vergrößern.
Zweckmäßig ist der Winkel der Strahldivergenz gleich dem Winkel, der von der zweiten Maskenöffnung auf der ersten Maskenöffnung eingeschlossen wird. Vorzugsweise sind weitere Strahlfokussiereinrichtungen an der ersten Maskeneinrichtung anliegend vorgesehen, durch welche der Strahl hindurchgelangt und auf welchen die Strahlzerstreumittel angeordnet sind, wobei die Brennweite der weiteren Fokussierein richtungen gleich dem Abstand zwischen den Maskenöffnungen ist.
Es ist eine Aufgabe unter einem weiteren Gesichtspunkt dieser Erfindung, eine verbesserte Düse für einen Tintenstrahldrucker zu schaffen.
Es ist wohlbekannt, daß der Tropfen bei der Bildung und beim Ausstoß eines Tintentropfens während eines beträchtlichen Zeitraums über ein Flüssigkeitsband an dem verbleibenden Meniskus in der Düse hängenbleibt. Dieses Band verbreitert sich zunehmend und reißt schließlich ab, und zwar zu dem Zeitpunkt, der als Tropfen- Abreißen bezeichnet wird. Falls der Tintenmeniskus zum Zeitpunkt des Tropfen- Abreißens in die Düse hinein zurückgezogen wird - wie es wahrscheinlich ist, wenn keine speziellen Vorkelrrungen getroffen werden -, kann der Schwanz des Tropfens dazu neigen, die konkave Meniskusoberfläche hinauf auf die Wandung der Düse gezogen zu werden. Es wird die Wirkung von irgendeinem solchen Anhängen des Tropfenschwanzes an der Düsenwandung beim Abreißen sein, dem ausgestoßenen Tropfen einen seitwärts gerichteten "Kick" zu verleihen, mit der sich daraus ergebenden Gefahr eines Fehlers in der Auftreffposition des Tropfens.
Es ist eine weitere spezielle Aufgabe unter diesem Gesichtspunkt der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bildung einer Düse zu schaffen, das mit diesem Problem fertig wird.
Demgemäß beinhaltet die vorliegende Erfindung unter diesem weiteren Gesichtspunkt ein Verfahren zur Bildung einer Düse in einer Düsenplatte eines Tintenstrahldruckers, die einen Einlaß und einen Auslaß in jeweils gegenüberliegenden Oberflächen bzw. Seiten der Platte sowie einen Durchbruch bzw. eine Bohrung aufweist, der bzw. die sich durch die Platte hindurch erstreckt und sich in der Richtung des Auslasses verjüngt, welches Verfahren das Richten bzw. Abbilden eines hochenergetischen Strahls auf eine Oberfläche der Platte, in der der Düsenauslaß gebildet wird, und das Fokussieren von zumindest einem Teil der Energie des Strahls auf einen Punkt in der Platte mit dem gewünschten Konuswinkel umfaßt, wobei in dem Stralllengang des hochenergetischen Strallls eine Maske plaziert wird, die gebildet ist, um so in dem Düsendurchbruch ein Gebilde zu hinterlassen, wobei das Gebilde eine axial ausgerichtete Spitze umfaßt, die angeordnet ist, um die Stelle des Schwanzes bzw. das Ende in dem Tintenmeniskus eines ausgestoßenen Tintentropfens zu steuern.
Vorzugsweise weist das Gebilde außerdem eine Trägerstruktur auf, die sich innerhalb des Düsendurchbruches radial auswärts von der Spitze erstreckt, wobei die Trägerstruktur in der Axialrichtung des Tintentropfenausstoßens vollständig hinter der Spitze angeordnet ist.
Zweckmäßig, wobei die Düse einen Düseneinlaß mit einer größeren Fläche bzw. einem größeren Durchmesser als beim Düsenauslaß aufweist, unterteilt das Gebilde den Düseneinlaß in getrennte Einlaßabschnltte, wobei die maximale Abmessung jedes Einlaßabschnittes kleiner ist als die minimale Abmessung des Düsenauslasses.
In einer Form der Erfindung erstreckt sich das Gebilde quer zum Durchbruch, um eine Tintenbewegung radial zur Bohrung zu unterbinden.
Die Erfindung wird nun in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die folgenden Schemazeichnungen beschrieben werden, in denen:
Fig. 1(a) bzw. (b) eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht in der Ebene der Düsenachsen darstellen, welche das herkömmliche Verfahren zur Düsenherstellung durch UV-Laserablation unter Verwendung einer Kontaktmaske und einer Schwenkbewegung der Düsenplatte wiedergeben, um eine Düse zu schaffen, die sich zum Düsenausgang hin verjüngt;
Fig. 2 in einer Draufsicht eine Maske darstellt, in der Öffnungen konzentrisch zu den Achsen eines Bruchteils (dargestellt als eine von zwölf) von gleichmäßig beabstandeten Düsen in der Düsenplatte gebildet werden;
Fig. 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfmdung zwei Orthogonalschnitte X-X und Y-Y einer Düse, die durch Ablation gebildet wird, und die optischen Strahlengänge des einfallenden Strahls einer UV-Excimer-Strahlung darstellt, mit deren Hilfe die Düse gebildet wird;
Fig. 4 die Düse und die in Fig. 3 gezeigten optischen Strahlengänge zeigt, kombiniert zu einer isometrischen Projektion;
Fig. 5(a) (nicht maßstabsgetreu) einen Längsschnitt einer Düse, die durch Ablation gebildet wird, und die optischen Strahlengänge zeigt, und zwar durch ein verbessertes optisches Projektionssystem für den einfallenden Strahl einer UV-Excimer-Laserstrahlung, mit dessen Hilfe die Düse gebildet wird;
Fig. 5(b) eine Teilansicht eines Teils von Fig. 5(b) in einem vergrößerten Maßstab darstellt;
Fig. 5(c) eine nicht maßstabsgetreue Darstellung eines Teils aus Fig. 5(a) darstellt und Einzelheiten der optischen Geometrie wiedergibt;
Fig. 6(a) und (b) Schnittansichten, unter rechten Winkeln zueinander, eines integrierten optischen Linsensystems zur Parallelherstellung von Düsen in einem Druckkopf durch Verwendung einer regelmäßigen Anordnung von einzelnen Linsensystemen von der in Fig. 5(a) dargestellten Gestalt darstellt;
Fig. 7 eine Draufsicht einer Maske zur Verwendung bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Düse darstellt;
Fig. 8 bzw. 9 Schnitt- bzw. Draufsichten einer erfindungsgemäßen Düse darstellen;
Fig. 10(a) bis 10(e) Schemazeichnungen darstellen, die die Art und Weise der Tropfenbildung und des Tropfenausstoßes aus der in den Fig. 8 und 9 gezeigten Düse erläutern; und
Fig. 11, 12 bzw. 13 eine Draufsicht, eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht von unten einer weiteren erfindungsgemäßen Düse darstellen.
In den Zeichnungen sind ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 stellt eine Form des herkömmlichen Verfahrens einer Düsenablation unter Verwendung eines kollimierten hochenergetischen Strahls bzw. Lichtstrahls 10, wie beispielsweise von einem UV-Excimer-Laser, dar. Der kollimierte Strahl 10 wird auf die Maske 12 gerichtet, in der Öffnungen 18(a), (b), (c) ausgebildet sind. Diese belichten die Düsenplatte 14, die an dem Druckkopf 16 angebracht ist, und zwar im Bereich der Düsen 20(a), (b), (c) etc.
Der kollimierte Strahl 10 ist in die Richtung der Düsenachsen gerichtet und richtet hochenergetische UV-Strahlungspulse mit einer Intensität bzw. Energiedichte, die den Schwellenwert für die Ablation bzw. Abtragung des Düsenplattenmaterials übersteigt.
Typischerweise stellt das Material ein chemisch inertes Polymer wie beispielsweise Polyester oder Polyimid dar, dessen Schwellenwert-Energiedichte im Bereich von 0,2-0,5 mJcm² liegt.
Eine fortgesetzte Belichtung mit Energiepulsen bewirkt folglich eine zunehmende Abtragung bzw. Ablation der Düsen 20(a), (b), (c), so daß durch Schwenken des Druckkopfes 16 und der Düsenplatte 14 gemeinsam mit der Maske 12, wie durch die Pfeile 13 angegeben, bewirkt wird, daß die Düsendurchbrüche bzw. -durchgänge unterschnitten werden, d.h. daß sie mit einer Verjüngung in die Richtung des Düsenauslasses hergestellt werden. Indem die Düsenplatte in ungleicher Weise um zwei orthogonale Achsen geschwenkt wird, kann der Querschnitt des Düsendurchbruches geeignet angepaßt werden, um zu dem Querschnitt der Betätigungskanäle 17 in dem Druckkopf 16 zu passen und die erforderliche Düsenaustrittsfläche und Achsenrichtung des Austrittskonus aufzuweisen.
Wie zuvor angedeutet, nutzt dieses Verfahren einer Düsenabtragung unter Einsatz einer Schwenkbewegung nur einen kleinen Bruchteil der Strahlung, mit der die Maske belichtet wird, und erfordert im Vergleich zu einer direkten Ablation, die auf die gesamte abzutragende Oberfläche angewendet wird, eine zusätzliche Anzahl von Ablationspulsen, um jede Düse abzutragen.
Fig. 2 zeigt eine Düsenplatte 24, die eine Reihe von Düsenöffnungen 26(a) - (z) aufweist. Die Fläche der Düsenöffnungen ist relativ klein im Vergleich zu der Fläche des Beleuchtungsstreifens 27 mit UV-Excimer-Bestrahlung, mit der die Maske 12 typischerweise belichtet würde, um diese Düsen unter Verwendung einer Schwenkbewegung abzutragen.
Gemaß einem Lösungsprinzip der vorliegenden Erfindung wird eine nledrigere Beleuchtungs-Energiedichte auf die Fläche der Düsenplatte aufgebracht, so daß die Energie pro Puls, die zuvor auf die Düsen 26(a), 26(m), 26(z) aufgebracht wurde, nun auf die Flächen 28(a), 28(m), 28(z) aufgebracht wird; und die Energie in diesen Flächen wird mit Hilfe eines geeigneten Linsensystems in jeder dieser drei Düsenachsen fokussiert, um die entsprechenden Düsen 26(a), 26(m) und 26(z) durch direkte Abtragung ohne Schwenkbewegung aber unter Verwendung einer geeigneten Form bzw. eines geeigneten Profils des Strahls zu bilden.
In dieser Anordnung wird die Energie pro Puls pro Düse um einen Faktor von typischerweise 100 verringert. Zugleich kann die Anzahl von Pulsen, die ausreicht, um eine Düse, wie beispielsweise 26(m), während der Abtragung mit Hilfe einer Schwenkbewegung auszubilden, nicht nur die Düse 26(m) sondern auch die dazwischen befindlichen Düsen 26(n) bis 26(y) herstellen, von denen jede nacheinander durch direkte Abtragung ausgebildet wird sowie durch aufeinanderfolgende seitliche Verschiebung der Düsenplatte, nachdem jeder aufeinanderfolgende Satz von Düsen gebildet wurde.
Demgemaß ermöglicht es die Verwendung eines direkten Ablationsverfahrens über eine mit Öffnungen versehene Maske und ein Linsensystem für jede abzutragende Düse, die Anzahl von Düsen pro Einheitszeit, die mit dem gleichen UV-Excimer- Laseraufbau hergestellt wird, typischerweise um einen Faktor von 100 zu erhöhen. Die Kosten zur Düsenherstellung haben die Tendenz, auch nach Abschreibung der Kosten für die zusätzlichen Linsenoptiken um einen Faktor 100 geringer zu sein.
Das Verfahren einer direkten Ablation wird im Zusammenhang mit einer Düse unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird jede Düse mit Hilfe eines Strahls von hochenergetischer Strahlung gebildet, die typischerweise von einem UV-Excimer-Laser abgeleitet wird, wobei der Strahl als ein Kegel von sehr intensiver Strahlung geformt wird, der die erforderliche Form aufweist, um das abzutragende Düsenprofil zu erzeugen. Jeder Kegel von hochenergetischer Strahlung wird mit Hilfe einer separaten Maske und eines Linsensystems pro Düse gebildet und besitzt in jedem Abschnitt der Düse eine Energiedichte, die genauso groß oder größer ist als der Ablations-Energiedichtenschwellenwert für das Düsenplattenmaterial.
Typischerweise ist das Düsenplattenmaterial ein inertes Polymermaterial, wie beispielsweise Polyimid oder Polyester, dessen Ablations-Schwellenwert vergleichsweise niedriger ist als der von einem Keramikmaterial oder Metallen, die sonst üblicherweise zur Herstellung von Tintenstrahldüsen verwendet werden.
Fig. 3 zeigt zwei orthogonale Schnittansichten entlang der Düse 40 und der optischen Achse 50 des Systems zur direkten Abtragung. Fig. 4 zeigt die gleichen Schnittansichten in einer kombinierten isometrischen Ansicht.
In diesen Figuren wird die einfallende, kollimierte hochenergetische Strahlung auf eine Maske 52 aufgebracht, in der eine Öffnung 54 ausgebildet ist. Die Öffnung 54 entspricht den Öffnungen 28(a), 28(m) bzw. 28(z) in Fig. 2. Obwohl diese als eine kreisförmige Maske dargestellt ist, könnte diese auch in anderen Formen, wie beispielsweise einer ellipsenförmigen oder rechteckigen Form, ausgebildet sein, weil dies nicht wesentlich dafür ist, daß die Düsenaustrittsfiäche kreisförmig ist.
Das Linsensystem ist in den Fig. 3 und 4 mit Hilfe von zwei Zylinderlinsen 56 und 58 angedeutet, die in geeigneten Höhen relativ zu der Austrittsebene 42 der Düsenplatte angeordnet sind. Um die Größe der in dem Düsenplattenmaterial 44 abgetragenen Düse zu steuern, wird ein genaues optisches Rückkopplungssystem (nicht dargestellt) verwendet, um die Höhe bzw. den Abstand der Ebene 42 relativ zu dem Linsensystem 56, 58 zu regeln.
Die Linse 56 wird bezüglich ihrer Position, ihrer Größe und Brennweite ausgewählt, um Licht auf der Achse 50 auf einer Höhe bzw. in einem Abstand 62 zu fokussieren, wie in Fig. 3 dargestellt. Demgemaß bildet die einfallende Strahlung durch die Maskenöffnung 54 und die Linse 56 einen Kegel, der dem im Abschnitt X-X aus Fig. 3 gezeigten Querschnitt der Düse 40 entspricht.
Gleichzeitig wird die Linse 58 hinsichtlich ihrer Position, ihrer Größe und Brennweite ausgewahlt, um Licht auf der Achse 50 auf einer Höhe bzw. in einem Abstand 64 zu fokussieren, wie im Abschnitt Y-Y in Fig. 3 dargestellt. Die einfallende Strahlung durch die Maskenöffnung 54 und die Linse 58 bildet folglich in diesem Abschnitt einen Kegel aus, der dem im Abschnitt Y-Y aus Fig. 3 dargestellten Querschnitt der Düse 40 entspricht.
Es wird ersichtlich sein, daß auf diese Weise durch eine geeignete Wahl der Linsenpositionen, Größen und verwendeten Höhen bzw. Abstände eine große Vielzahl von kegelförmigen Düsenformen gebildet werden kann. Es wird außerdem ersichtlich sein, daß, falls die Fokussierung des Strahls mit Hilfe einer sphärischen Linse oder eines sphärischen Linsensystems bewerkstelligt würde, eine kegelstumpfförmige Düse gebildet werden könnte.
Auch kann eine große Vielzahl von Linsensystemen eingesetzt werden, um das optische Strahlprofil in üblicher Weise zu entwickeln. Es wird ersichtlich sein, daß die Linse 58 in dem Strahlengang des fokussierten Strahls von Linse 56 angeordnet ist und daß diese demgemäß einer höheren Strahlungsenergiedichte ausgesetzt ist als die Linse 56. Folglich wird für die Linse 58 ein Material gewählt, das die erforderliche Strahlungsenergiedichte hindurchlassen kann.
Man wird auch erkennen, daß die Linsen 56 und 58 einer erheblichen sphärischen Aberration unterliegen, falls sie, wie schematisch in den Fig. 3 und 4 gezeigt, jeweils in der Gestalt einer einzigen Linse gebildet werden. Um eine solche Aberration zu vermeiden, ist es eine gängige Lösung, jede Linse aus einer Folge von zwei oder mehr Elementen eines Gesamtlinsensystemes zu bilden. Solche Linsen können entweder sphärisch oder zylindrisch sein, je nach der Auslegung des Linsensystems. Auch eine parabolische Krümmung der Linsenoberfläche kann übernommen werden, die ebenfalls eine sphärische Aberration kompensiert.
Die angedeuteten Linsen sind von dem einfach gekrümmten Kompaktelement-Typ, der nicht nur aus Glas sondern auch aus Quarzglas, Saphir, Kalziumfluorid oder einem anderen zur Verwendung in einem UV-Optiksystem geeigneten Material gebildet werden kann.
Weitere Arten von Linsen, wie beispielsweise Gitter, Zonenplatten oder Gradientenindexlinsen oder Linsensysteme daraus, können ebenfalls verwendet werden.
Die Hochenergiestrahlung aus einem UV-Excimer-Laser ist üblicherweise gekennzeichnet durch eine Strahldivergenz im Bereich von ± 1 mrad bis ± 5 mrad, weshalb in der Praxis die in die Öffnung 54 des Systems aus Fig. 3 und 4 hineinlaufende Strahlung nicht vollständig kollimiert wird. Demzufolge wird der im Abschnitt X-X und Y-Y in Fig. 3 dargestellte Kegel aus konzentrierter Strahlung über die Größe eines Kegels und sogar darüber hinaus verbreitert werden, die man aus der Strahlenoptik unter der Annahme vorhersagen würde, daß der einfallende Strahl kollimiert ist. Der Grad der Verbreiterung bzw. Aufweitung hängt von dem Abstand zwischen der Öffnung 54 und der Düse 40 ab. Ein kleines Maß an zusätzlicher Aufweitung entsteht auch aufgrund von Strahlbeugung.
Die Aufweitung aufgrund von Strahlbeugung der Ausführungsform in den Fig. 3 und 4 wird bei der paarweisen Anordnung vermieden, die in den Fig. 5(a)-(c) offenbart ist.
Das unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschriebene System basiert auf der Annahme, daß die Düsenwandung, so wie sie abgetragen wird, dem geometrischen Profil der einfallenden Strahlung folgt. In der Praxis stellt man jedoch fest, daß die Düsenwandung unter einem Winkel relativ zu den Lichtstrahlen an den Rändern des einfallenden Strahls gebildet wird, so daß die Wandung unzureichend unterschnitten wird, um die gewünschte Verjüngung bereitzustellen. Wie man weiß, erzeugt ein auf eine Platte gerichteter paralleler, hochenergetischer Strahl eine Düse, die sich in der Richtung des Strahls verjüngt.
Der Konuswinkel der Düse ist darüber hinaus nicht konstant. Er hängt sowohl von dem Düsenpiattenmaterial als auch von der Intensität der Strahlung ab. Somit ist der Winkel zwischen der Wandung und den Strahlen bei einer niedrigen Energiedichte nahe des Ablations-Schwellenwertes relativ groß und ist bei hohen Energiedichten klein.
Ein Grund für diese Ausbildung des Konuswinkels während der Ablation liegt darin, daß bei einem streifenden Einfall ein beträchtlicher Anteil des Lichts, statt daß es absorbiert wird, reflektiert wird, so daß die Wandbereiche mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Tiefe bzw. der Zentralbereich des Loches abgetragen werden, wodurch Erweiterungen der Düse geschaffen werden. Sogar für den Fall einer extrem hohen einfallenden Energiedichte beträgt der geringere Unterschnitt (der dem Konuswinkel für den Fall eines parallelen Strahls entspricht) etwa 2-3 Grad.
Ein weiterer Grund für die Ausbildung des Konuswinkels mit geringerem Unterschnitt liegt darin, daß man herausgefunden hat, daß sich die Eindringtiefe pro Strahlungspuls mit zunehmender Tiefe des Düsenloches insbesondere bei einer geringen und mittleren Flußdichte verringert. Falls die Verringerung an entferntem Material mit einer Verringerung der Photonendichte zusammenhängt, die an dem Boden des hineineingefressenen bzw. abgetragenen Loches ankommt, tritt zugleich eine geringere Unterschneidung auf. Man glaubt, daß der Hauptgrund für die Verringerung pro Puls an Photonen, die an dem Boden des abgetragenen Loches ankommen, in einer Absorption bzw. Brechung in der Rauchwolke aus Abtragungsprodukten in dem Loch liegt. Außerdem wird die Rauchwolke in einer sich verjüngenden Düse, die durch eine parallelen Strahl gebildet wird, konzentriert, was die Absorption der einfallenden hohen Energie in der Rauchwolke weiter erhöht, mit einer daraus folgenden Abnahme des Verjüngungswinkels bzw. Konuswinkels.
Für den Fall der Vorrichtung aus den Fig. 3(a) und (b) wird der Konuswinkel der Düse im Vergleich zu dem geometrischen Winkel des einfallenden Strahls für eine große einfallende Energie um 2 bis 3 Grad verringert werden und um bis zu 10 bis 15 Grad für eine geringe Energie, und zwar in Abhängigkeit von dem Düsenplattenmaterial und dem Streckungsverhältnis der Düse.
In Fig. 5(a) wird der Lichtstrahl 10 durch eine kreisförmige Öffnung 75 in einer Maske 74 hindurch abgebildet, und zwar mit Hilfe einer Sammellinse 88, die die Öffnung einnimmt und als eine plankonvexe Linse dargestellt ist. In der Praxis wäre die Linse 88 eine zusammengesetzte Sammellinse, ausgelegt um eine sphärische Aberration zu vermeiden und hergestellt aus einem Material, das die Strahlung ohne nennenswerte Absorption transmittieren würde.
Der mit Hilfe der Linse 88 fokussierte Strahl 10 gelangt zunächst durch eine Öffnung 71 in einer Maske 72, wobei die Öffnung auf der optischen Achse 80 der Linse 88 zentriert ist, und anschließend durch eine Sammellinse 79, die koaxial zu der Linse 88 angeordnet ist und die hier als plankonvexe Linse dargestellt ist, die in Praxis aber aus dem gleichen Grund, wie im Zusammenhang mit Linse 88 dargelegt, eine zusammengesetzte Sammellinse wäre und ebenfalls aus einem die Strahlung wenig absorbierenden Material hergestellt wäre. Der fokussierte Strahl fällt auf die Oberfläche 84 der Düsenplatte 70 ein.
Der von einem UV-Excimer-Laser zur Verfügung gestellte einfallende Lichtstrahl besitzt eine Divergenz, aber diese ist im allgemeinen viel geringer als der notwendige Winkel α. Demgemäß wird eine Schicht 86 gegen die bzw. an der Linse 88 angebracht, um den Divergenzwinkel α des in die Öffnung einfallenden Lichtstrahls zu vergrößern. Diese Schicht kann eine geschliffene oder angeätzte Oberfläche darstellen oder eine Dünnschicht, die ein Material enthält, das geeignete Lichtstreueigenschaften aufweist, wie beispielsweise ein kolbidales oder trübes Material.
Es ist eine Aufgabe für ein unmittelbar abtragendes System, das Abbildungsoptiken zur Ablation bereithält, die einfallende Photonenenergie so effizient wie möglich einzusetzen. Folglich ist es erwünscht, daß die durch die Maskenöffnung 75 transmittierte und durch die Linse 88 fokussierte Strahlenergie gleichförmig über die Maskenöffnung 71 verteilt wird. Zu diesem Zweck ist ein Maß an Divergenz α wünschenswert, die als der Winkel definiert werden kann, der auf der Maske 74 von der Maskenöffnung 71 eingeschlossen wird.
Strahlen des einfallenden Lichtstrahls sind am Rand und in der Mitte des Strahls so dargestellt, daß diese auf der Linse 88 einen Divergenzwinkel α aufweisen, der durch die Schicht 86 erzeugt wird. Die Strahlen in der Nähe der Mitte des Lichtstrahls divergieren von der Linse unter einem Winkel α, um für den Fall die Öffnung 71 vollständig auszufüllen, für den die letztgenannte kreisförmig ist, während die Strahlen am Rand des Strahls mit Hilfe der Linse um den Fokussierwinkel θ (siehe Fig. 5(c)) umgelenkt werden, dessen Wert, wie sich unmittelbar aus Fig. 5(b) ergibt, gegeben ist durch:
θ = β&sub1; - 1/2 α = β&sub1; + β&sub2;
wobei β&sub1; bzw. β&sub2; den Winkel darstellen, den der äußere bzw. innere Randstrahl des auseinandergelaufenen Randstrahls (nach Auseinanderlaufen über die Schicht 86 und Fokussieren durch die Linse 88) mit der optischen Achse einschließen. Auf diese Weise gelangt der auseinandergelaufene bzw. gestreute Randstrahl durch die Öffnung 71 in der Maske 72 und füllt diese vollständig aus.
Nach dem Durchgang durch die Öffnung 71 werden die Strahlen des Lichtstrahls 10 mit Hilfe der Linse 79 fokussiert. Wie man in Fig. 5(a) sieht, gelangen die Strahlen am äußeren Rand der zerstreuten Randstrahlen des auf die Linse 88 einfallenden Lichtstrahls, nachdem sie durch die Linse 79 fokussiert wurden, durch einen Punkt 100 (siehe Fig. 5(c)) auf der optischen Achse. Von dem Punkt 100 divergieren diese, um die Oberfläche 82 der Düsenplatte 70 zu schneiden und so den Einlaß der in der Platte ausgebildeten Düse festzulegen. Vor dem gegenseitigen Schneiden an der Stelle 100 schneiden diese Strahlen die Oberfläche 84 der Düsenplatte, um den Düsenauslaß festzulegen. Auch die Strahlen am inneren Rand der zerstreuten Randstrahlen, die auf die Linse 88 einfallen, verlaufen, nachdem sie durch die Linse 79 fokussiert wurden, durch einen Punkt 102 auf der optischen Achse, von dem aus sie auseinanderlaufen und die Oberflächen 84 und 82 der Düsenplatte 70 schneiden, um ebenfalls entsprechend den Auslaß und den Einlaß der Düse festzulegen. Diese Strahlen legen außerdem bei ihrem Durchgang durch die Platte 70 den Durchbruch bzw. Durchgang der Düse fest.
Die Strahlen, die auf die Linse 88 auf der optischen Achse einfallen, laufen von der Linse 88 und anschließend von der Öffnung 71 auseinander und fallen auf die Linse 79 ein und werden von dieser auf Stellen auf der Düsenauslaßseite des Punktes 100 fokussiert und gelangen deshalb an Punkten innerhalb des Düsendurchbruches durch die Platte 70.
Somit ist ersichtlich, daß die Düse in der Platte 70 mit Hilfe von Strahlen abgetragen bzw. abgeschmolzen werden kann, die sich innerhalb des Kegelstumpfes befmden, der sich zwischen den Öffnungen 75 und 71 der Masken 74 und 72 erstreckt. Der Kegelstumpf ist deshalb mit Hilfe der Linse 79 der Düse zugeordnet und die Öffnungen 75 bzw. 71 sind entsprechend dem Düsenauslaß und dem Düseneinlaß in den Oberflächen 84 und 82 zugeordnet. In der Praxis wird der Düseneinlaß vorzugsweise rechteckig hergestellt, um mit der Form des Kanals übereinzustimmen, mit dem die Düse kommumziert, während der Düsenauslaß vorzugsweise kreisförmig ist. Dies bedeutet, daß die Öffnung 71 rechteckig ist, während zugleich die Öffnung 75 kreisförmig ist.
Wie bereits erläutert worden ist, ist es eine Aufgabe eines unmittelbar abtragenden Systems, das Abbildungsoptiken zur Ablation bereithält, die einfallende Photonenenergie so effizient wie möglich einzusetzen. Demgemäß ist es gewünscht, daß die Schicht 86 eine minimale Rückstreuung aufweist und soweit als praktikabel die einfallende Strahlungsenergie so gleichförmig wie möglich in den durch den Winkel oi festgelegten Divergenzbereich aufweitet, um zugleich eine Strahlungsaufweitung in Divergenzwinkel außerhalb des Winkels α zu vermeiden, die nicht in die Sammellinse 79 hineinfokussiert würde. Man wird verstehen, daß der Winkel α durch die Kegelform der Düse bestimmt wird und ebenso durch die Brennweite der Linse 78. Der Abstand zwischen den Öffnungen 75 und 71 ist gleich der Brennweite der Linse 88.
Der Divergenzwinkel α wird in den orthogonalen Schnittrichtungen X-X und Y-Y in der Düse variieren, falls die Düse ungleiche Abmessungen in den zwei Schnittrichtungen aufweist, wie dies normalerweise der Fall ist, um mit dem Querschnitt des Kanals 17 übereinzustimmen. Normalerweise kann die Divergenz des Lichtstrahls in den zwei Schnittrichtungen nur voneinander abweichen, falls die Schicht 86 geeignet anisotrop ist. In der Praxis wird die Schicht 88 jedoch gleiche Eigenschaften in den verschiedenen Richtungen aufweisen. Wegen der Divergenzeigenschaften von üblichen in der Schicht 86 verwendeten Materialien im Vergleich zu ihren idealen Divergenzeigenschaften und wegen der anderen, zuvor angedeuteten Verlustquellen wird im allgemeinen ein Verlust an einfallender Energie bestehen, und zwar als Folge davon, daß die geometrische Genauigkeit des Düsenprofils, das durch Ablation unter Verwendung der Ausfülrrungsform gemäß Fig. 5(a) bis (c) geschaffen wird, verbessert ist.
Die Fig. 6(a) und 6(b) stellen ein integriertes optisches Linsensystem 90 dar, zur Bildung von fünf Düsen, die in gleichmäßigen Abständen über die Länge eines seriellen (d.h. pendelartigen bzw. "Shuttletyp") Druckkopfes 92 eines Tintenstrahldruckers angeordnet sind. Nach Ausbildung von fünf Düsen auf den Düsenachsen, wie angedeutet, wird der Druckkopf 92 um einen Düsenabstand verschoben und anscnließend werden fünf weitere Düsen gebildet. Diese Vorgehensweise wird dann solange wiederholt, bis alle Düsen des Druckkopfes ausgebildet sind. Die optischen Achsen des Linsensystems sind somit mit einem ganzzahligen Vielfachen des Abstandes der Düsen, die in der Düsenplatte ausgebildet werden sollen, beabstandet und die Düsen werden in einer Anzahl von Schritten ausgebildet, die gleich diesem Vielfachen ist und zwischen denen die Verschiebung des Druckkopfes um einen Düsenabstand erfolgt.
Es wird ersichtlich sein, daß, falls der Druckkopf von einer Art regelmäßigem Aufbau ist (Array-type), der eine vergleichsweise größere Breite als ein serieller Druckkopf 92 überspannt, die regelmäßige Anordnung 90 (Array) der integrierten Optiken entsprechend breiter sein kann und eine entsprechend größere Anzahl von Düsenachsen beinhalten kann. Oder aber, falls das Produktionssystem dergestalt ist, daß eine große Anzahl von seriellen Druckköpfen 90 Seite an Seite durch das Düsenabtragungssystem hindurchgeführt wird, kann eine beträchtliche Anzahl von regelmäßigen Anordnungen von integrierten Optiken vorhanden sein, und zwar Seite an Seite, wobei jede fünf (oder eine andere geeignete Anzahl) von Düsenachsen aufweist, so daß jede regelmäßige Anordnung von integrierten Optiken verwendet wird, um einen entsprechenden Druckkopf abzutragen, wobei die Druckköpfe anschließend entfernt werden und ein weiteres Los zugeführt wird. In solchen Anordnungen kann eine hochenergetische Strahlung auf eine großen Anzahl von Düsen in paralleler Weise bzw. gleichzeitig aufgebracht werden.
In WO91/17051, für die die Anmelder benannt worden sind, wird eine Düsenbildungsmaske offenbart. Die regelmäßige Anordnung 90 (Array) von integrierten Optiken gemäß Fig. 6(a) und (b) stellt eine mögliche Form der zuvor genannten Maske dar. Die Grundfläche des Arrays 90 besteht deshalb aus einem Material, wie beispielsweise aus Silizium oder Quarz, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient klein ist und der im wesentlichen an den Ausdehnungskoeffizienten eines piezoelektrischen Materials (geeignet PZT) angepaßt ist, aus dem der Druckkopf 92 gebildet wird. Die Grundfläche besteht auch aus einem Material, wobei eine Ausrichtungsmaske zum Zusammenbau der Bauteile eines Array-Druckkopfes aus dem gleichen Material und in Passung hergestellt werden kann.
In den Fig. 6(a) und 6(b) ist die regelmäßige Anordung 90 von integrierten Optiken dargestellt, wobei der UV-Laserstrahl 10 die Schicht 86 ausleuchtet, welche die Divergenzvergrößerung des einfallenden Lichtstrahls bewirkt. Die Eingangsstrahlung gelangt dann mit Hilfe einer Sammellinse 88, Öffnungen 75 und 71 der Masken 74 und 72 und dem Sammelsystem 79 durch jedes der individuellen optischen Systeme. Vorzugsweise ist dieses System 79 als Zonenplatte ausgebildet, die Masken 78 aufweist, die auf gegenüberliegenden Quarzoberflächen abgeschieden sind. Das Sammelsystem 79 fokussiert auf diese Art und Weise die Strahlung in die Ebene der Düsenplatte 70 des Druckkopfes. Zweckmäßig können das System 79 und die Maske 78 in einer Form vorliegen, in der sie all den parallelen optischen Systemen gemeinsam zur Verfügung stehen, die die regelmäßige Anordnung ausbilden.
Um sicherzustellen, daß sich die fokussierte Strahlung unter der richtigen Höhe bzw. Abstand und unter dem richtigen Winkel befindet, wird der integrierte Array 90 auf Positionsregelaktuatoren 94 und 96 für eine vertikale und horizontale Bewegung und für eine Drehbewegung montiert. Typischerweise halten diese Regelsysteme die Düsentoleranzen ein, die gefordert werden, um sicherzustellen, daß die Geschwindigkeit und das Volumen des Tintentropfens sich im Betrieb innerhalb festgelegter Grenzwerte befinden.
Es wird nachfolgend eine neuartige Düsenstruktur beschrieben werden, die unter Einsatz erfmdungsgemäßer Verfahren hergestellt werden kann oder auf andere Art und Weise.
In Fig. 7 ist eine modifizierte Maske 200 dargestellt, die - beispielsweise - die Maske 72 in der Anordnung gemäß Fig. 5(a) ersetzen kann. Die Maske 200 besitzt eine kreisförmige Öffnung 202 mit drei radialen Flügeln bzw. Stegen 204 und einer zentralen Scheibe 206. Wenn Licht durch eine Maske von dieser Form gelangt und verwendet wird, um einen zur Düsenablation geeigneten Strahlungsenergiekegel zu erzeugen, wird eine Struktur hergestellt, wie sie in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Der Düsendurchbruch 208 beinhaltet drei Radialstege 210, die einen axialen Stift 212 abstützen. Die Stege 210 und der Stift 212 verjüngen sich in Querrichtung, wobei die Verjüngung im allgemeinen in dem Düsendurchbruch von dem Düseneinlaß 214 zum Düsenauslaß 216 verläuft, obwohl der Kegelwinkel, wie man aus Fig. 5(a) ersehen kann, quer zur Maske wie β&sub1; und β&sub2; variieren wird.
Man muß auch berücksichtigen, daß die Form der Düse, die abgetragen wird, nicht identisch zur Projektion der Masken ist, und zwar - unter anderem - als Folge der Beugung.
Man wird auch erkennen, daß der sich verjüngende Stift 212 und die Stege 210 nicht ganz bis zur Düsenaustrittsebene verlaufen. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, endet der Stift 212 kurz vor dem Düsenauslaß 216 und sorgt so für eine zentrale Spitze 218, die sich in einem Abstand von weniger als einem Düsenauslaßdurchmesser von der Düsenauslaßebene befindet. Die Kanäle 210 sind in gleicher Weise zurückversetzt und es ist wichtig anzumerken, daß die Spitze 218 den vordersten Teil des Gebildes darstellt, und zwar in der Richtung des Tropfenausstoßes, wie durch den Pfeil bei 220 angegeben.
Die Spitze 218 nimmt eine wichtige Funktion wahr, indem sie den Schwanz bzw. das Ende eines Tintentropfens reguliert, wenn er von der Düse ausgestoßen wird.
Es ist wohlbekannt, daß der Tintentropfen bei seiner Bildung und bei seinem Ausstoß während eines erheblichen Zeitraumes über ein Flüssigkeitsband an dem verbleibenden Meniskus in der Düse angehängt bleibt. Dieses verbreitert sich zunehmend und reißt schließlich ab, und zwar zu dem Zeitpunkt, der als Tropfenabreißen bezeichnet wird. Falls der Tintenmeniskus zum Zeitpunkt des Tropfenabreißens in die Düse zurückgezogen wird - wie es ohne besondere Vorkehrungen wahrscheinlich ist -, neigt der Schwanz bzw. das Ende des Tropfens dazu, die konkave Meniskusoberfläche hinauf zu der Wandung der Düse hinaufgezogen zu werden. Es ist die Wirkung eines solchen Anhängens des Tropfenschwanzes an der Düsenwandung zum Zeitpunkt des Abreißens, daß es dem ausgestoßenen Tropfen einen seitwärts gerichteten "Kick" verleiht, mit der sich daraus ergebenden Gefahr eines Fehlers in der Auftreffposition des Tropfens. Dieses Problem ist in Fig. 10(e) dargestellt.
Gemäß diesem Merkmal der vorliegenden Erfindung steuert die Spitze 218 den Tintenmeniskus in einer solchen Art und Weise, daß der Tropfenschwanz in der Düse zum Zeitpunkt des Abreißens zentriert wird. Aus der Folge der Fig. 10(a) bis 10(d) wird man entnehmen, daß der Tintenmeniskus solange gedehnt wird, bis sich ein Tropfen bildet, der über einen Schwanz mit dem in der Düse verbleibenden Tintenkörper verbunden ist. Während der Rand des Tintenmeniskus wieder in den Düsendurchbruch hinein zurückgezogen wird, wird der Schwanz auf der Spitze 218 festgehalten. Mit zunehmender Ausdehnung und dem schließlichen Abreißen des Tropfens wird die Gefahr sehr stark herabgesetzt, daß der Tropfen von einer Berührung mit der Düsenplatte einen seitwärts gerichteten Kick erhält.
Ein weiterer Vorteil, den die vorliegende Erflndung bei der Regulierung des Schwanzes eines ausgestoßenen Tropfens bewerkstelligt, besteht darin, daß eine geringere Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß kleine Tintentröpfchen auf der Vorderseite der Düsenplatte verbleiben. Man wird erkennen, daß, falls sich der Schwanz des Tropfens beim Abreißen in Berührung mit der Düsenwandung befindet, jegliche kleine Menge an Tinten, die nicht nach vorne hin gemeinsam mit dem Schwanz gezogen wird, um sich dem ausgestoßenen Tropfen anzuschließen, auf der Vorderseite der Düsenplatte verbleiben und austrocknen könnte. Solche Anhäufungen von getrockneter Tinte auf der Düsenplatte können zu Fehlern beim Plazieren des Tropfens und schließlich zu einer Blockierung bzw. Verstopfüng der Düse führen. Weil erfindungsgemäß der Schwanz des Tropfens beim Abreißen zentriert wird, wird jegliche kleine Menge an Tinte, die nicht nach vorne hin gemeinsam mit dem Schwanz gezogen wird, auf der zentralen Spitze verbleiben, um sich wieder dem Tintenkörper innerhalb der Düse bei der nächsten vorwärtsgerichteten Bewegung des Tintenmeniskus anzuschließen.
Bei einem hiervon verschiedenen Effekt glaubt man, daß die Stege 210 der nützlichen Funktion dienen, daß Bewegungen der Tinte in der radialen Richtung unterbunden
werden. Man hat unerwünschte transversale Oszillationen des Tintenmeniskus innerhalb der Düse unter gewissen Betriebsbedingungen beobachtet. Diese Wellen, die sich quer zu der Düse ausbreiten, können Lufttaschen einfangen, die zu Problemen im Zusammenhang mit Bläschen in der Tinte führen. Indem radiale oder transversale Bewegungen der Tinte unterbunden werden, verringert die vorliegende Erfindung die Wahrscheinlichkeit, daß Probleme aufgrund von Bläschen auftreten.
Die beschriebene Anordnung eines Stiftes, der eine zentrale Spitze bereithält, die um einen Düsendurchmesser oder weniger von dem Düsenauslaß zurückversetzt ist, und der drei mit Winkelabstand angeordneten Unterstützungskanäle stellt natürlich nur ein Beispiel für ein Gebilde innerhalb des Düsendurchbruches dar, das dazu dienen kann, den Düsen-Tintenmeniskus zu regulieren. Mit vergleichsweise geringfügigen Modifikationen kann man die Anzahl, die Stärke und die Winkelanordnung der Stege variieren, um die Leistungsfähigkeit einer bestimmten Düse oder Düsenanordnung zu optimieren. Durch Variation der Abbildungsgeometrie kann man den Abstand anpassen, um den die zentrale Spitze von der Düse zurückversetzt ist. Man glaubt, daß die Größe der Zurückversetzung vorzugsweise nicht größer als etwa zwei Düsendurchmesser sein soll.
Während die beschriebene Düsenstruktur mit irgendeiner der zuvor beschriebenen Abänderungen vorteilhafterweise unter Einsatz von hierin beschriebenen und erläuterten Verfahren hergestellt werden kann, kann alternativ auch eine Reihe von bekannten Düsenherstellungsverfahren eingesetzt werden. Demgemäß könnte das herkömmliche Laserablations- und Schwenkverfahren aus EP-A-0 309 146 an die Verwendung einer Maske, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, angepaßt werden, um eine Düse in Übereinstimmung mit diesem Gesichtspunkt der Erfindung herzustellen. Bei diesem I-ösungsansatz würde die Maske als eine Kontaktinaske anstatt als eine Projektionsmaske eingesetzt werden. Der Vorteil würde bestehenbleiben, daß das Düsengebilde ausgehend von der Düsenauslaßseite der Düsenplatte ausgeführt würde, so daß die Düsen nach einer Verbindung bzw. Verklebung der Düsenplatte mit dem Körper des Drukkers ausgebildet werden können. Falls dies keine Anforderung darstellt, können andere Laserablationsverfahren oder auf Photolack basierende Herstellungsverfahren mit einer geeigneten Maske eingesetzt werden.
Ein weiteres alternatives Düsenherstellungsverfahren, das zu einem ziemlich abweichenden Gebilde innerhalb des Düsendurchbruches führt, wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 12 beschrieben werden.
Wenn irgendein geeignetes Verfahren eingesetzt wird, beispielsweise Laserablation oder Ionenstrahl-Bohren, werden in der Düsenplatte 302 sechs schräg verlaufende bzw. geneigte Durchbrüche 300 ausgebildet. Auf der Einlaßseite 304 der Düsenplatte sind die Durchbrüche 300 in gleichen Abständen auf einem gemeinsamen Radius angeordnet. Auf der Auslaßseite 306 laufen die Durchbrüche zusammen, um einen Düsenauslaß 308 auszubilden, der, wie man erkennen kann, die Einhüllende von sechs Ellipsen darstellt. Innerhalb des Düsenplattenkörpers wird eine zentrale Spitze 310 mit unterstützenden Stegen 312 von komplexer Gestalt festgelegt. Im Einsatz der so ausgebildeten Düse funktionieren die Spitze 310 und die Stege 312 in der gleichen Art und Weise wie die Spitze 218 und die Stege 210 der zuvor beschriebenen Ausführungsform.
Man wird erkennen, daß die kombinierte Düseneinlaßfläche, die die Summe der Flächen der Durchbrüche 300, projiziert auf die Düseneinlaßfläche, darstellt, größer ist als die Düsenauslaßfiäche, was die fünktionelle Anforderung an eine sich verjüngende Düse erfüllt. Jeder Durchbruch weist jedoch einen Einlaß auf, der kleiner ist als der gemeinsame Auslaß Dies bedeutet, daß jegliche Teilchen in der Tinte, die groß genug sind, um den Düsenauslaß zu blockieren bzw. zu verstopfen, daran gehindert werden, in die Düse zu gelangen. Man kann die Düsenstruktur somit so ansehen, daß sie die Merkmale einer sich verjüngenden Düse und eines Teilchenfilters in sich vereinigt.
In der Tat kann dieses Merkmal eines Herausfilterns von Teilchen in der Tinte, die den Düsenauslaß verstopfen würden, in einer Düse, wie beispielsweise der in den Fig. 8 und 9 dargestellten, durch geeignete Wahl der Maskenabmessungen bewerkstelligt werden.
Die beschriebene Düse mit mehreren Durchbrüchen kann in sechs Verfahrensschritten bei Verwendung eines hochenergetischen Strahls bzw. Lichtstrahls hergestellt werden, wobei der Winkel und die Position der Düsenplatte zwischen einzelnen Verfahrensschritten erhöht wird. Es wird in gewissen Fällen ein Vorteil darin liegen, ein Verfahren wie das zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 3 oder die Fig. 5 beschriebene mit solch einem Lösungsansatz zu kombinieren. Alternativ dazu kann man anstelle der in der Fig. 7 gezeigten Projektionsmaske eine Projektionsmaske verwenden, die eine Reihe von beispielsweise sechs Löchern aufweist, die in gleichen Winkelabständen entlang eines gemeinsamen Radius angeordnet sind. Noch weitere Alternativen werden dem Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich sein.

Claims

1. Verfahren zur Bildung einer Düse in einer Düsenplatte eines Tintenstrahldruckers, die einen Einlaß und einen Auslaß in jeweils gegenüberliegenden Oberflächen der Platte sowie einen Durchbruch bzw. eine Bohrung aufweist, der bzw. die sich durch die Platte hindurch erstreckt und sich in der Richtung des Auslasses verjüngt, welches Verfahren das Richten bzw. Abbilden eines hochenergetischen Strahls bzw. Lichtstrahls auf eine Oberfläche der Platte, in der der Düsenauslaß gebildet wird, und das Fokussieren von zumindest einem Teil der Energie des Lichtstrahls auf einen Punkt umfaßt, in dessen Richtung der Düsendurchbruch konvergiert bzw. zusammenläuft, um so in der Platte den Düsendurchbruch mit der gewünschten Verjüngung bzw. Konizität zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Fokussieren des Strahls in zwei Ebenen, die gegenseitig einen Winkel einschließen und jeweils die Strahlachse enthalten, auf jeweilige Stellen zu, die in Relation zu der Platte angeordnet sind, um zu bewirken, daß der Lichtstrahl unter verschiedenen Winkeln von den jeweiligen Stellen divergiert und durch die Platte hindurch einen optischen Weg besitzt, so daß der Lichtstrahl den Düsendurchbruch mit der gewünschten Verjüngung erzeugt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Anordnen der gegenseitig einen Winkel einschließenden Ebenen unter rechten Winkeln.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Anordnen der gegenseitig einen Winkel einschließenden Ebenen, so daß diese sich entlang der Achse des Düsendurchbruches schneiden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Bildung einer Anzahl von älirilichen Düsen in der Platte, indem die Düsenplatte relativ zu dem Lichtstrahl nach Bildung einer ersten Düse verschoben wird, um so den Lichtstrahl und die Platte gegenseitig auszurichten, um die Bildung einer weiteren Düse mit Hilfe des Strahls zu ermöglichen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine wiederholte Verschiebung der Düsenplatte relativ zu dem Lichtstrahl nach Bildung der ersten Düse, um so den Lichtstrahl und die Platte gegenseitig auszurichten, um die Bildung der weiteren Düse mit ihrer Achse parallel zu derjenigen der ersten Düse zu ermöglichen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die Bildung einer Reihe von Düsen durch wiederholte Verschiebung der Platte relativ zu dem Lichtstrahl zu der Stelle der nächsten auszubildenden Düse, nachdem jede Düse gebildet wurde.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl vor seiner Fokussierung durch eine Maske mit Öffnungen gelangt, um den Lichtstrahl mit dem Querschnitt bzw. Profil zu versehen, den bzw. das das fokussierende System beträchtlich auf die Größe der auszubildenden Düse reduziert.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines gepulsten UV-Excimerlasers als hochenergetischen bzw. kurzwelligen Lichtstrahl.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die funktionsfähige Befestigung der Düsenplatte auf dem Drucker, bevor darin eine Düse gebildet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtstrahl vor seinem Auftreffen auf der Düsenplatte durch Strahlsammel- bzw. Strahlfokussiereinrichtungen gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl vor den Fokussiereinrichtungen nacheinander durch erste und zweite abständige Masken mit Öffnungen gelangt, deren jeweilige Öffnungen über die Fokussiereinrichtungen dem Auslaß und dem Einlaß der von dem Lichtstrahl gebildeten Düse zugeordnet sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Lichtstrahl auf die Oberfläche der Düsenplatte gerichtet wird, die den Auslaß der Düse enthält, und bei dem sich die Düse vom Einlaß zum Auslaß verjüngt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch ein koaxiales Anordnen der Maskenöffnungen und der Fokussiereinrichtungen mit dem durch den Lichtstrahl auszubildenden Düsendurchbruch.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der Masken jeweils mit einer kreisförmigen Form versehen sind.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, daß die Öffnung der zweiten Maske mit einer anderen Form versehen ist als die Öffnung der ersten Maske.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der ersten Maske mit kreisförmiger Form und die Öffnung der zweiten Maske mit rechteckiger Form ausgebildet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung in der zweiten Maske mit rechteckiger Form gebildet wird, um zu dem Querschnitt eines Tintenkanals des Druckers zu passen, an dessen einem Ende eine Düse gebildet werden soll.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, gekennzeichnet durch das Einführen eines Maßes an Divergenz in den Lichtstrahl vor der ersten Maske, um den Vetjüngungs- bzw. Konuswinkel des von dem Strahl ausgebildeten Düsendurchbruches zu vergrößern.

19. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch die Verwendung von Strahlstreumitteln, um dem Strahl die Divergenz zu verleihen.

20. Verfahren nach Anspruch 18 öder Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahldivergenzwinkel gleich dem Winkel gemacht wird, der von der zweiten Maskenöffnung auf der ersten Maskenöffnung eingeschlossen wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl durch die erste Maske mit Hilfe einer weiteren Strahlfokussiereinrichtung fokussiert bzw. gesammelt wird, deren Brennweite gleich dem Abstand zwischen den Maskenöffnungen ist.

22. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Strahl nacheinander durch eine erste Strahlfokussiereinrichtung in dem Weg des Strahls, durch eine Maskeneinrichtung, die mit einer Öffnung ausgebildet ist, durch die zumindest ein beträchtlicher Teil des Strahls nach seiner Fokussierung mit Hilfe der ersten Strahlfokussiereinrichtung hindurchgelangt, und durch eine zweite Strahlfokussiereinrichtung zwischen der Maskeneinrichtung und der Platte gelangt, um den Strahl zu fokussieren, um so in der Platte die Düse zu erzeugen, die sich in der Richtung des Auslasses verjüngt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahl vor der Maskeneinrichtung ein vorbestimmtes Maß an Divergenz eingeführt wird, so daß der Strahl nach seiner Fokussierung durch die erste Strahlfokussiereinrichtung die Öffnung in der Maskeneinrichtung vollständig ausfüllt.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in dem Strahlengang des hochenergetischen Lichtstrahls eine Maske eingesetzt wird, um so in dem Düsendurchbruch ein Gebilde zu hinterlassen, wobei das Gebilde eine axial ausgerichtete Spitze umfaßt, die angeordnet ist, um die Stelle des Schwanzes bzw. das Ende in dem Tintenmeniskus eines ausgestoßenen Tintentropfens zu steuern.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Maske so positioniert und geformt ist, daß die Spitze in der Axialrichtung des Tintentropfenausstoßens um einen Abstand hinter dem Düsenauslaß angeordnet ist, der nicht wesentlich größer ist als zweimal die maximale Abmessung des Düsenauslasses.

26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Spitze in der Axialrichtung des Tintentropfenausstoßens um einen Abstand hinter dem Düsenauslaß angeordnet ist, der nicht wesentlich größer ist als die maximale Abmessung des Düsenauslasses.

27. Verfahren nach Anspruch 24, Anspruch 25 oder Anspruch 26, bei dem die Maske so positioniert und geformt ist, daß das Gebilde ferner eine Trägerstruktur umfaßt, die sich innerhalb des Düsendurchbruches radial auswärts von der Spitze erstreckt, wobei die Trägerstruktur in der Axialrichtung des Tintentropfenausstoßens vollständig hinter der Spitze angeordnet ist.

28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem die Trägerstruktur einen oder mehrere sich radial erstreckende Stege umfaßt.

29. Verfahren nach Anspruch 28, das einen Düseneinlaß mit einer größeren Fläche bzw. einem größeren Durchmesser als der Düsenauslaß aufweist, wobei das Gebilde den Düseneinlaß in getrennte Einlaßabschnitte unterteilt und die maximale Abmessung jedes Einlaßabschnlttes kleiner ist als die minlmale Abmessung des Düsenauslasses.

30. Verfahren zur Bildung einer Reihe von ähnlichen Düsen in einer Düsenplatte eines Tintenstrahldruckers, wobei die Düsen jeweils einen Einlaß und einen Auslaß in gegenüberliegenden Oberflächen der Platte sowie einen Durchbruch bzw. eme Bohrung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß aufweisen, der bzw. die sich in der Richtung des Auslasses verjüngt, welches das Ausrichten bzw. Abbilden eines hochenergetischen Lichtstrahls auf die Oberfläche der Düsenplatte, in der die Düsenauslässe gebildet werden, und das Einsetzen einer Anzahl von parallelen optischen Systemen in den Gang des Strahls umfaßt, deren optische Achsen im Abstand der Düsen, die sie ausbilden, angeordnet sind, wobei jedes solche System eine erste Strahlfokussiereinrichtung in dem Gang des Strahls, eine Maskeneinrichtung, die mit einer Öffnung aüsgebildet ist, durch die zumindest ein beträchtlicher Teil des Strahls nach seiner Fokussierung mit Hilfe der ersten Strahlfokussiereinrichtung hindurchgelangt, und eine zweite Strahlfokussiereinrichtung zwischen der Maskeneinrichtung und der Platte aufweist, um den Strahl zu fokussieren, um in der Platte die gewünschte Düsenverjüngung bzw. Düsenkonizität zu erzeugen, und welches Verfahren die Systeme verwendet, um die Düsen zu bilden.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahl vor der Maskeneinrichtung ein vorbestimmtes Maß an Divergenz eingeführt wird, so daß in jedem der optischen Systeme der Strahl nach seiner Fokussierung durch die erste Strahlfokussiereinrichtung die Öffnung der Maskeneinrichtung vollständig ausfüllt.

32. Verfahren nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch das Anordneneiner weiteren Maskeneinrichtung in jedem parallelen optischen System, die mit einer Öffnung ausgebildet und in Relation zu der ersten Strahlfokussiereinrichtung so angeordnet ist, daß der Abstand zwischen den Öffnungen der Maskeneinrichtung und der weiteren Maskeneinrichtung gleich der Brennweite der ersten Strahlfokussiereinrichtung ist, wobei die Öffnungen der Maskeneinrichtung und der weiteren Maskeneinrichtung über die zweite Strahlfokussiereinrichtung jeweils dem entsprechenden Düseneinlaß und Düsenauslaß zugeordnet sind.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30, 31 und 32, gekennzeichnet durch Anordnen des Abstandes der optischen Achsen der optischen Systeme in einem Vielfachen des Abstandes der Düsen, und durch Bilden der Düsen in Schritten, wobei bei jedem Schritt jedes System eine Düse bildet und zwischendurch die Düsenplatte und die optischen Systeme relativ zueinander um einen Düsenabstand verschoben werden, wobei die Anzahl von Schritten gleich dem Vielfachen ist, um das der Abstand der optischen Achsen denjenigen der Düsen übersteigt.

34. Verfahren zur Bildung einer Reihe von ähnlichen Düsen in jeweils einer Anzahl von ähnlichen Düsenplatten, die Seite an Seite zueinander angeordnet sind, wobei die Düsen jeweils einen Einlaß und einen Auslaß in gegenüberliegenden Oberflächen der entsprechenden Düsenplatte sowie einen Durchbruch zwischen dem Einlaß und dem Auslaß aufweisen, der sich zum Auslaß hin verjüngt, welches das Ausrichten bzw. Abbilden eines hochenergetischen Lichtstrahls auf die Oberfläche der Düsenplatten, in der die Düsenauslässe gebildet werden, und das Einsetzen einer Anzahl von parallelen optischen Systemen umfaßt, die jeweils über den Düsenplatten angeordnet sind, wobei sich ihre jeweiligen optischen Achsen längs den Achsen der Durchbrüche der zu bildenden Düsen erstrecken, wobei jedes optische System eine erste Strahlfokussiereinrichtung in dem Gang bzw. Strahlengang des Lichtstrahls, eine Maskeneinrichtung, die mit einer Öffnung ausgebildet ist, durch die zumindest ein beträchtlicher Teil des Strahls nach seiner Fokussierung mit Hilfe der ersten Strahlfokussiereinrichtung hindurchgelangt, und eine zweite Strahlfokussiereinrichtung zwischen der Maskeneinrichtung der entsprechenden Düsenplatte enthält, um den Strahl zu fokussieren, um in der entsprechenden Platte die gewünschte Düsenverjüngung bzw. -konizität zu erzeugen, und welches Verfahren die Systeme verwendet, um die Düsen zu bilden.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen in den Düsenplatten in Schritten gebildet werden, wobei bei jedem Schritt Düsen mit Hilfe der entsprechenden optischen Systeme in den jeweiligen Düsenplatten ausgebildet und die Düsenplatten zwischen den Schritten um einen Abstand der auf den Platten ausgebildeten Düsen verschoben werden, wobei die Anzahl von Schritten gleich der Anzahl von Düsen ist, die in jeder der Düsenplatten ausgebildet werden.

36. Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lichtstrahl vor der Maskeneinrichtung ein vorbestimmtes Maß an Divergenz eingeführt wird, so daß der Lichtstrahl in jedem der optischen Systeme die Öffnung in der Maskeneinrichtung nach seiner Fokussierung mit Hilfe der ersten Strahlfokussiereinrichtung vollständig ausfüllt.

37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der parallelen optischen Systeme eine weitere Maskeneinrichtung angeordnet ist, die mit einer Öffnung ausgebildet und in Relation zu der ersten Strahlfokussiereinrichtung so angeordnet ist, daß der Abstand zwischen den Öffnungen der Maskeneinrichtung und der weiteren Maskeneinrichtung gleich der Brennweite der ersten Strahlfokussiereinrichtung ist, wobei die Öffnungen der Maskeneinrichtung und der weiteren Maskeneinrichtung über die zweite Strahlfokussiereinrichtung dem entsprechenden Düseneinlaß und Düsenauslaß zugeordnet sind.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 37, gekennzeichnet durch die Verwendung eines gepulsten UV-Excimerlasers als hochenergetischen Lichtstrahl.

39. Vorrichtung zur Bildung einer Düse in einer Düsenplatte eines Tintenstralildruckers, die einen Auslaß und einen Einlaß in einander gegenüberliegenden Oberflächen der Platte sowie einen Durchbruch bzw. -gang aufweist, der sich durch die Platte hindurch erstreckt und sich in der Richtung des Auslasses verjüngt, welche Vorrichtung eine Quelle für einen hochenergetischen Lichtstrahl, eine Einrichtung zum Richten bzw. Abbilden eines Lichtstrahls aus der Quelle auf die Oberfläche der Platte, in der der Auslaß gebildet wird, sowie Strahlfokussiereinrichtungen umfaßt, ausgelegt, um zumindest einen Teil der Energie des Lichtstrahls auf eine Stelle zu fokussieren, auf die hin der Düsendurchbruch konvergiert, um in der Platte den Düsendurchbruch mit der gewünschten Verjüngung zu erzeugen.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlfokussiereinrichtungen ausgelegt sind, um den Lichtstrahl in jeweils einer von zwei Ebenen zu fokussieren, die gegenseitig einen Winkel einschließen und die Strahlachse enthalten, und zwar auf jeweilige Stellen zu, die in Relation zu der Platte angeordnet sind, um zu bewirken, daß der Lichtstrahl von den jeweiligen Stellen divergiert und durch die Platte hindurch einen optischen Weg aufweist, so daß der Lichtstrahl den Düsendurchbruch mit der gewünschten Verjüngung erzeugt.

41. Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der in dem Gang des Lichtstrahls eine erste Strahlfokussiereinrichtung, eine Maskeneinrichtung, die mit einer Apertur bzw. Öffnung ausgebildet ist, durch die zumindest ein beträchtlicher Teil des Strahls nach seiner Fokussierung durch die erste Strahlfokussiereinrichtung hindurchgelangt, sowie eine zweite Strahlfokussiereinrichtung zwischen der Maskeneinrichtung und der Platte vorgesehen ist, um den Strahl zu fokussieren, um in der Platte die Düse zu erzeugen, die sich zum Auslaß hin verjüngt.

42. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Maskeneinrichtung Mittel vorgesehen sind, um ein vorbestimmtes Maß an Divergenz einzuführen, so daß der Strahl nach seiner Fokussierung durch die erste Strahlfokussiereinrichtung die Öffnung in der Maskeneinrichtung vollständig ausfüllt.

43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Bilden einer Reihe von Düsen in der Düsenplatte eine Einrichtung zum wiederholten Verschieben der Platte zu der Stelle der nächsten auszubildenden Düse umfaßt, und zwar relativ zu dem Strahl, nachdem jede Düse gebildet worden ist.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Öffnung ausgebildete Maskeneinrichtungen vorgesehen sind, durch die der Lichtstrahl vor der Strahlfokussiereinrichtung gelangt, um den Strahl mit einem Querschnitt bzw. Profil zu versehen, den bzw. das die Fokussiereinrichping auf die Größe der von dem Strahl ausgebildeten Düse verkleinern soll.

45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ausgelegt ist, die Düse oder Düsen zu bilden, wobei die Düsenplatte an dem Drucker befestigt ist.

46. Vorrichtung zur Bildung einer Düse in einer Düsenplatte für einen Tintenstrahldrucker, wie in einem der Ansprüche 39 bis 45 beansprucht, die eine Quelle für einen hochenergetischen Lichtstrahl, eine Einrichtung zum Richten bzw. Abbilden eines Lichtstrahls von der Quelle auf eine Oberfläche der Platte, Strahlfokussiereinrichtungen sowie erste und zweite Maskeneinrichtungen umfaßt, die mit entsprechenden Öffnungen ausgebildet sind, durch die der Strahl vor seinem Auftreffen auf der Düsenplatte hindurchgelangt, wobei die Öffnungen in gegenseitigem Abstand und in Relation zu den Fokussiereinrichtungen angeordnet sind, so daß die Öffnungen über die Fokussiereinrichtungen dem Auslaß bzw. dem Einlaß der Düse zugeordnet sind.

47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen von kreisförmiger Gestalt sind.

48. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der zweiten Maskeneinrichtung von einer anderen Gestalt ist als die Öffnung der ersten Maskeneinrichtung.

49. Vorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der ersten Maskeneinrichtung kreisförmig ist und diejenige der zweiten Maskeneinrichtung rechteckig.

50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 46 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um dem Lichtstrahl in jedem parallelen optischen System vor der ersten Maskeneinrichtung ein Maß an Divergenz aufzuerlegen, um den Konuswinkel der durch den Lichtstrahl ausgebildeten Düse zu vergrößern.

51. Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahldivergenzwmkel gleich dem Winkel ist, der von der zweiten Maskenöffnung auf der ersten Maskenöffnung eingeschlossen wird.

52. Vorrichtung nach Anspruch 50 oder Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Strahlfokussiereinrichtung an der ersten Maskeneinrichtung anliegend vorgesehen ist, durch welche der Strahl hindurchgelangt und auf der die Strahlzerstreumittel angeordnet sind, wobei die Brennweite der weiteren Fokussiereinrichtung gleich dem Abstand zwischen den Maskenöffnungen ist.

53. Vorrichtung zur Bildung einer Reihe von ähnlichen Düsen in einer Düsenplatte eines Tintenstrahldruckers, wobei die Düsen jeweils einen Einlaß und einen Auslaß in gegenüberliegenden Oberflächen der Platte sowie einen Durchbruch zwischen dem Einlaß und dem Auslaß aufweisen, der sich in der Richtung des Auslasses verjüngt, welche eine Quelle für einen hochenergetischen Lichtstrahl, eine Einrichtung, um den Strahl auf die Oberfläche der Düsenplatte zu lenken, in der die Düsenauslässe gebildet werden, und eine Anzahl von parallelen optischen Systemen umfaßt, die in den Gang des Lichtstrahls eingesetzt sind und deren optischen Achsen im Abstand der Düsen, die sie ausbilden, angeordnet sind, wobei jedes solche System eine erste Strahlfokussiereinrichtung in dem Gang des Strahls, eine Maskeneinrichtung, die mit einer Öffnung ausgebildet ist, durch die zumindest ein beträchtlicher Teil des Lichtstrahls nach seiner Fokussierung durch die erste Strahlfokussiereinrichtung hindurchgelangt, sowie eine zweite Strahlfokussiereinrichtung zwischen der Maskeneinrichtung und der Platte umfaßt, um den Strahl zu fokussieren, um so in der Platte die gewünschte Dusenvetjungung zu erzeugen.

54. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Maskeneinrichtung Mittel vorgesehen sind, um ein vorbestimmtes Maß an Divergenz einzuführen, so daß der Lichtstrahl nach seiner Fokussierung durch die erste Strahlfokussiereinrichtung in jedem der parallelen optischen Systeme die Öffnung in der Maskeneinrichtung vollständig ausfüllt.

55. Vorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der parallelen optischen Systeme mit weiteren Maskeneinrichtungen versehen ist, die mit einer Öffnung ausgebildet und in Relation zu der ersten Strahlfokussiereinrichtung so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen den Öffnungen der Maskeneinrichtung und weiteren Maskeneinrichtungen gleich der Brennweite der ersten Strahlfokussiereinrichtung ist, wobei die Öffnungen der Maskeneinrichtung und der weiteren Maskeneinrichtungen über die zweite Strahlfokussiereinrichtung dem entsprechenden Düseneinlaß und Düsenauslaß zugeordnet sind.

56. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 53, 54 und 55, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der optischen Achsen der optischen Systeme ein Vielfaches des Abstandes der Düsen beträgt, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Düsenplatte und die optischen Systeme relativ zueinander um einen Düsenabstand zu verschieben, so daß die Düsen in einer Anzahl von Schritten gebildet werden können, die gleich dem Vielfachen ist, um das der Abstand der optischen Achsen der optischen Systeme denjenigen der Düsen übersteigt.

57. Vorrichtung zur Bildung einer Anzahl von ähnlichen Düsen in der Düsenplatte einer Anzahl von ähnlichen Düsenplatten, die Seite an Seite zueinander angeordnet sind, wobei jede der Düsen einen Einlaß und einen Auslaß, die in gegenüberliegenden Oberflächen der entsprechenden Düsenplatte angeordnet sind, sowie einen Durchbruch zwischen dem Einlaß und dem Auslaß aufweist, der sich in Richtung des Auslasses verjüngt, welche eine Quelle für einen hochenergetischen Lichtstrahl, eine Einrichtung zum Lenken des Lichtstrahls auf die Oberflächen der Düsenplatten, in denen die Düsenauslässe gebildet werden, sowie eine Anzahl von parallelen optischen Systemen umfaßt, die jeweils über den Düsenplatten angeordnet sind, wobei sich ihre optischen Achsen endang den jeweiligen Achsen der auszubildenden Düsendurchbrüche erstrecken, wobei jedes optische System eine erste Strahlfokussiereinrichtung in dem Gang des Strahls, eine Maskeneinrichtung, die mit einer Öffnung ausgebildet ist, durch die zumindest ein beträchtlicher Teil des Lichtstrahls nach seiner Fokussierung durch die erste Strahlfokussiereinrichtung hindurchgelangt, sowie eine zweite Strahlfokussiereinrichtung zwischen der Maskeneinrichtung und der entsprechenden Düsenplatte umfaßt, um den Strahl zu fokussieren, um so in der entsprechenden Platte die gewünschte Düsenverjüngung zu erzeugen.

58. Vorrichtung nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß Verschiebungseinrichtungen vorgesehen sind, um die Düsenplatten und das optische System relativ zueinander um einen Düsenabstand zu verschieben, sodaß die Düsen in einer Anzahl von Schritten ausgebildet werden können, die gleich der Anzahl von Düsen in jeder Düsenplatte ist.

59. Vorrichtung nach Anspruch 57 oder Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um dem Strahl in jedem parallelen optischen System vor der ersten Maskeneinrichtung ein Maß an Divergenz aufzuerlegen, um den Konuswinkel der von dem Strahl ausgebildeten Düse zu vergrößern.

60. Vorrichtung nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahldivergenzwinkel gleich dem Winkel ist, der von der zweiten Maskenöffnung am Rand der ersten Maskenöffnung eingeschlossen wird.

61. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 60, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für den hochenergetischen Lichtstrahl eine gepulste Excimer-Laserstrahlquelle ist.