DE69329702T2

DE69329702T2 - Verfahren zur Herstellung von Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE69329702T2
Application number: DE69329702T
Authority: DE
Inventors: Masashi Miyagawa; Norio Ohkuma; Hiroaki Toshima
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2013-06-03
Also published as: DE69329702D1; US5458254A; EP0814380B1; EP0814380A2; EP0814380A3; DE69322812D1; EP0573023A1; ATE175279T1; DE69322812T2; JP2960608B2; EP0573023B1; US5945260A; ATE197741T1; JPH05330066A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes zur Erzeugung der Aufzeichnungströpfchen, die für ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren verwendet werden.
Ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, der auf ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren anwendbar ist (Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsverfahren) ist im allgemeinen mit feinen Abgabeanschlüssen für die Aufzeichnungsflüssigkeit (synonym mit Öffnungen), Flüssigkeitsströmungswegen und Bereichen zur Erzeugung der Energie zum Abgeben der Flüssigkeit, die in einem Bereich eines jeden der vorstehend genannten Flüssigkeitsströmungswege angeordnet sind, versehen. Als Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes wie des hier genannten war bisher ein Verfahren bekannt, bei dem zum Beispiel eine Glasplatte oder Metallplatte verwendet wird, und nach der Bildung von feinen Rillen auf einer solchen Platte durch Schneiden, Ätzen oder eine andere Bearbeitung diese Platte, auf der die Rillen gebildet worden sind, mit einer anderen geeigneten Platte zusammengefügt wird, wodurch die Flüssigkeitsströmungswege gebildet werden.
Allerdings kommt es bei dem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, der durch ein konventionelles Verfahren dieser Art hergestellt wurde, leicht dazu, daß die inneren Wandoberflächen der Flüssigkeitsströmungswege eine nicht wünschenswerte Rauhigkeit aufweisen oder daß sich die Flüssigkeitsströmungswege aufgrund von Unterschieden im Ätzverhältnis verformen. So ist es schwierig, Flüssigkeitsströmungswege zu erhalten, die einen konstanten inneren Widerstand aufweisen, was zu dem Problem führt, daß die Aufzeichnungseigenschaften des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes nach der Herstellung dazu neigen, zu schwanken. Auch wird beim Schneiden die Platte leicht zerbrochen oder läuft Gefahr zu reißen, was zu einer nicht wünschenswerten Herstellungsausbeute führt. Auch ist beim Ätzen die Anzahl der Verfahrensschritte groß, so daß der Nachteil auftritt, daß die Kosten für den herstellenden Betrieb steigen. Außerdem tritt bei dem konventionellen Verfahren, wie es vorstehend beschrieben wurde, wenn es erforderlich ist, die mit Rillen versehene Platte zur Bildung der Flüssigkeitsströmungswege und die Abdeckplatte zur Bereitstellung der Ansteuerelemente, wie zum Beispiel der piezoelektrischen Elemente oder der elektrothermischen Wandler, die dazu dienen, die Energie zum Abgeben der Aufzeichnungströpfchen zu erzeugen, exakt zu verkleben, eine Schwierigkeit bei ihrer Positionierung als allgemeiner Nachteil auf. So tritt also unausweichlich das Problem auf, daß die konventionellen Verfahren eine mangelnde Eignung zur Massenproduktion aufweisen.
Auch ist der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf immer in Kontakt mit einer Aufzeichnungslösung (üblicherweise einer Tintenflüssigkeit, die hauptsächlich aus Wasser besteht und in den meisten Fällen nicht neutral ist, einer Tintenflüssigkeit, die hauptsächlich aus einem organischen Lösungsmittel besteht, oder dergleichen), wenn der Kopf in Betrieb ist. Als Ergebnis sollte das Material, aus dem ein Kopf für die Flüssigkeitsstrahlaufzeichnung konstruiert wird, bevorzugt eines sein, das nicht leicht durch die Aufzeichnungslösung darin beeinträchtigt wird, seine Festigkeit beizubehalten. Auch sollte im Gegensatz dazu das Material keine schädlichen Komponenten erzeugen, die sich in die Aufzeichnungslösung einmischen können, wodurch sich ihre Befähigung als Aufzeichnungsflüssigkeit verschlechtert. Bei dem vorstehend genannten, konventionellen Verfahren gibt es eine Begrenzung aufgrund des Verfahrens der Bearbeitung und es ist schwierig, ein Material auszuwählen, das diese Anforderungen immer noch perfekt erfüllt.
Um diese Probleme zu lösen, wurde ein Verfahren entworfen, wie es in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 57-208255 und 57-208256 offenbart ist, worin die Düsen, die die Tintenströmungswege und die Öffnungsbereiche umfassen, als Muster auf den Träger aus lichtempfindlichem Harz, auf dem auch die Elemente zum Erzeugen des Druckes zum Abgeben der Tinte gebildet werden, aufgebracht werden und dann eine Abdeckung aus einer Glasplatte oder dergleichen auf diesen Träger aufgeklebt wird.
Trotzdem weist dieses Verfahren Probleme auf, die im folgenden dargestellt sind.
(1) Ein Klebematerial für die klebende Verbindung der Deckplatte tropft und fließt in die Tintenströmungswege, so daß die Gestalten der Strömungswege verformt werden.
(2) Beim Schneiden des vorstehend genannten Trägers zum Herstellen der Tintenabgabeöffnungen gelangen die Schnitteilchen in die Tintenströmungswege, was zu einer instabilen Tintenabgabe führt.
(3) Da der Träger, der die hohlen Bereiche besitzt, in denen die Tintenströmungswege gebildet werden, geschnitten wird, werden die Tintenabgabeöffnungen teilweise weggeschnitten, wenn sie durch Schneiden gebildet werden.
Aufgrund dieser Probleme ist nicht nur der Durchsatz bei der Herstellung des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes verringert, sondern es ist auch schwierig, einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf herzustellen, der eine feinere Struktur der Tintenströmungswege oder eine größere Anzahl von Tintenabgabeöffnungen für einen verlängerten Kopf aufweist.
Als Verfahren zur Vermeidung dieser Probleme kann eine Erfindung erwähnt werden, die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 61-154947 offenbart ist. Diese Erfindung besteht darin, daß die Tintenströmungswege durch ein lösliches Harz gebildet werden und das so erzeugte Muster mit einem Epoxidharz abgedeckt und gehärtet wird, und dann, nachdem der Träger geschnitten wurde, das Muster aus dem löslichen Harz durch Weglösen entfernt wird.
Auf der anderen Seite besteht mit dem Fortschritt in der Aufzeichnungstechnologie in den letzten Jahren eine immer drängender werdende Forderung nach einer höheren Präzision und auf dem industriellen Gebiet der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnung wird die Verringerung der Düsenfläche versuchsweise als Verfahren eingesetzt, um einer solchen Anforderung zu genügen. Mit anderen Worten gibt es einen Bedarf für eine Bearbeitungstechnik zur Herstellung von feineren Düsen.
Hier ist es gemäß den Verfahren, die jeweils in den vorstehend genannten offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 57-208255, 57-208256 und 61-154947 offenbart sind, gleichermaßen erforderlich, die Tintenströmungswege zu schneiden, um die Tintenabgabeöffnungen zu erzeugen. So hängt die Entfernung zwischen den Elementen zur Erzeugung des Druckes zum Abgeben der Tinte und den Abgabeöffnungen von der Präzision ab, mit der die Tintenströmungswege geschnitten werden. In der Zwischenzeit ist es üblich geworden, das Schneiden mit einer Blocksäge (dicing saw) oder dergleichen mechanischen Einrichtungen durchzuführen. Es ist schwierig, ein hochpräzises Schneiden auszuführen. Auch kann beim Schneiden ein Abschneiden des Trägers auftreten, und es gibt einige Fälle, in denen sich eine bogenförmige Tintenabgabe ergibt, was es schwierig macht, einen wünschenswerten Druckvorgang auszuführen.
Auf der anderen Seite wird zur Bearbeitung eine Bestrahlung mit Laserlicht verwendet in einem Verfahren, in dem die Tintenabgabeöffnungen auf einer Platte oder dergleichen geöffnet werden und dann eine solche Platte an das Ende der Tintenströmungswege angebracht wird, um einen Aufzeichnungskopf zu bilden. Allerdings wird die Öffnung bei der Laserbearbeitung mit einer Verjüngung gebildet. Als Ergebnis kann abhängig von der Laufrichtung der Verjüngung (weiter oder enger werdend nach außen hin, wenn von der Seite des Tintenströmungsweges betrachtet wird) ein instabiler Zustand der Tintenabgabe auftreten.
Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung der verschiedenen vorstehend genannten Probleme gestaltet. Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung bereitzustellen, das es ermöglicht, die Produktivität für einen preisgünstigen, präzisen, zuverlässigen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit hoher Auflösung (mit Düsen, die in hoher Dichte angeordnet sind) zu verbessern.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes bereitzustellen, das in der Lage ist, einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf bereitzustellen, der eine Struktur aufweist, in der die Flüssigkeitswege präzise und genau gebildet und fein bearbeitet werden, und das mit einem hervorragenden Durchsatz.
Noch eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes bereitzustellen, das in der Lage ist, einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf bereitzustellen, der eine geringere Wirkung auf die Aufzeichnungslösung, die mit ihm in Kontakt steht, aufweist und eine hervorragende mechanische Beständigkeit sowie eine hervorragende chemische Beständigkeit besitzt.
Zum Erreichen der vorstehend genannten Ziele sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes mit einer Tintenabgabeöffnung zum Abgeben von Tinte, einem mit der Tintenabgabeöffnung in Verbindung stehenden Tintenströmungsweg, einem Element zur Erzeugung von Tintenabgabeenergie, das am Tintenströmungsweg vorgesehen ist und zur Abgabe von Tinte verwendet wird, und einer Tintenzuführöffnung zum Zuführen von Tinte zum Tintenströmungsweg vor, das die folgenden Schritte umfaßt: Herstellen eines Substrates, das mit dem Element zur Erzeugung von Tintenabgabeenergie und der Tintenzuführöffnung versehen ist, Beschichten des Elementes zur Erzeugung von Tintenabgabeenergie und der Tintenzuführöffnung auf dem Substrat mit einem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz, Bilden eines Tintenströmungsmusters aus dem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz, Ausbilden einer Überzugsharzschicht zum Beschichten des Tintenströmungsweges auf dem Substrat, Ausbilden der Tintenabgabeöffnung über dem Element zur Erzeugung von Tintenabgabeenergie auf der Überzugsharzschicht, Aufbringen einer ionisierenden Strahlung auf das Tintenströmungswegmuster durch die Überzugsharzschicht und Ausbilden des Tintenströmungsweges durch Verschmelzen des mit der ionisierenden Strahlung bestrahlten Tintenströmungswegmusters.
Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsaufzeichnungskopfes gibt es einen Vorteil, der darin besteht, daß es extrem einfach ist, die Einrichtung des wichtigsten Faktors durchzuführen, der die Eigenschaften des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes beeinflußt, das heißt, der Entfernung zwischen den Elementen zur Erzeugung der Abgabeenergie und den Öffnungen und die Positionsgenauigkeit eines jeden dieser vorstehend genannten Elemente in bezug auf die Mitten der Öffnungen. Mit anderen Worten ist es mit der Erfindung möglich, die Entfernung zwischen den Elementen zum Erzeugen der Abgabeenergie und den Abgabeöffnungen einzustellen, indem die Filmbeschichtungsdicken der löslichen Harzschicht, der abdeckenden Harzschicht und der Schicht mit hoher Plasmabeständigkeit, mit denen die Tintenströmungswege gebildet werden, gesteuert werden, wobei es möglich ist, die Beschichtungsfilmdicke genauestens zu steuern mit guter Reproduzierbarkeit durch die Anwendung von Dünnfilmbeschichtungstechniken, die konventionell verwendet werden. Auch können die Elemente zur Erzeugung der Abgabeenergie und die Öffnungen optisch angeordnet werden durch Anwendung der fotolithografischen Technik. Verglichen mit dem konventionellen Verfahren, bei dem die Öffnungsplatte mit Klebstoff angeklebt wird, kann deshalb die Positionsgenauigkeit der Elemente zum Erzeugen der Abgabeenergie in bezug auf die Tintenabgabeöffnungen bemerkenswert verbessert werden.
Durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes mit einer höheren Genauigkeit in den Abmessungen ist es möglich, einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf herzustellen, der in der Lage ist, mit einer höheren Auflösung und einer zuverlässigeren Abgabe von Aufzeichnungströpfchen aufzuzeichnen.
Gemäß der Erfindung wird die Entfernung zwischen den Elementen zum Erzeugen des Druckes für die Flüssigkeitsabgabe und den Tintenabgabeöffnungen genau gesteuert, wobei diese Entfernung ein hauptverantwortlicher Faktor für Eigenschaftsschwankungen des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes ist, wie vorstehend beschrieben wurde. Deshalb sollte die Erfindung bevorzugt anwendbar sein auf das Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, der Tintentröpfchen in der Richtung senkrecht zum Träger abgibt (im folgenden aus Gründen der Bequemlichkeit als Kopf vom Seitentyp bezeichnet).
Bei der Herstellung eines Kopfes vom Seitentyp besteht der wichtigste Punkt in der Bildung von Tintenabgabeöffnungen. Für die Bildung der vorstehend geannten Tintenabgabeöffnungen ist es möglich, ein Verfahren zu benennen, bei dem ein lichtempfindliches Harz als abdeckendes Harz verwendet und dann die fotografische Technik angewendet wird. Allerdings gibt es, wenn ein empfindliches Material vom negativen Typ als abdeckendes Harz verwendet wird, einige Fälle, in denen die sich ergebende Auflösung nicht ausreicht oder die Abgabeöffnungen mit einem umgekehrten Konus versehen sind, das heißt, nach außen hin weiter geöffnet sind, was zu unerwünschten Eigenschaften der Abgabeöffnungen führt. Darüber hinaus tritt ein Nachteil auf, der darin besteht, daß ein Schaum oder dergleichen nach der Entwicklung erscheint. In den meisten Fällen ist es deshalb schwierig, einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf herzustellen, der hervorragende Eigenschaften besitzt. Wenn ein empfindliches Material vom positiven Typ für diesen Zweck verwendet wird, kann keine ausreichende mechanische Festigkeit erhalten werden. Infolgedessen kann auch dieser Typ nicht eingesetzt werden.
Weiter muß das Strukturmaterial für den Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, was die verschiedenen Anforderungen für seine Eigenschaften betrifft, unter anderem beständig genug gegenüber Tinte, Wärme und anderen Einwirkungen sein. Deshalb ist es extrem schwierig für ein Strukturmaterial, gleichzeitig die Eigenschaften, wie zum Beispiel Auflösung und Empfindlichkeit, die für ein lichtempfindliches Harz gefordert werden, aufzuweisen.
Um diese Schwierigkeit zu lösen, werden verschiedene Verfahren für die Erzeugung von Abgabeöffnungen untersucht und geprüft. Als Ergebnis wird gefunden, daß das Plasmaätzverfahren eine hervorragende Auflösung ergibt und auch die Bildung der Abgabeöffnungen ohne das Auftreten irgendwelcher Verjüngungen geschieht. Von den Plasmaätzverfahren ätzen allerdings das Fluorplasmaverfahren und das Chlorplasmaverfahren auch die Ätzmaske an, wenn sie auf das Abätzen des Dickfilmmaterials angwendet werden. Entsprechend sind diese Verfahren zur Bildung von Abgabeöffnungen in einem Tintenstrahlkopf nicht geeignet. Im Gegensatz dazu ätzt das Sauerstoffplasmaverfahren mit hoher Geschwindigkeit, und wenn ein Metall, Siliciumoxid oder dergleichen als Maskenmaterial verwendet wird, wird die Maske nicht beschädigt, selbst wenn ein dicker Film bearbeitet wird. Deshalb ist dieses Plasmaverfahren geeignet zur Bildung von Abgabeöffnungen in einem Tintenstrahlkopf.
Nun wird das Sauerstoffplasmaverfahren zur Bildung des Musters der Maskenschicht beim Herstellungsverfahren für Halbleitervorrichtungen verwendet, um einen SiO&sub2;-Träger herzustellen. In der Halbleitertechnologie ist die Dicke der Maskenschicht ziemlich dünn, nämlich 1 bis 2 um, und es ist möglich, ein Sauerstoffplasmaaverfahren mit exaktem Maskenmuster durchzuführen. Bei der Erzeugung von Tintenstrahlabgabeöffnungen für einen Tintenstrahlkopf muß allerdings die Harzschicht etwa 10 bis 30 um dick sein.
So kann es, wenn das Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung darauf ohne Modifikation angewendet wird, etwa 60 bis 90 min benötigen, um soviel Dicke abzutragen.
Auch kann, um die Bearbeitungszeit zu verkürzen, das Sauerstoffplasma für die erforderliche Bildung verdichtet werden. Dann wird, obwohl die Verarbeitungszeit auf weniger als 10 min verkürzt werden kann, eine Wärme von 100 bis 120ºC erzeugt. Es ist deshalb erforderlich, daß das zur Bildung der Tintenströmungswege oder zur Bildung von Abgabeöffnungen bei der Herstellung eines Tintenstrahlkopfes verwendete Material eine hervorragende Wärmebeständigkeit besitzt. (Das Harz zur Bildung der Tintenströmungswege sollte bevorzugt einen Glasübergangspunkt von 120ºC oder mehr und das Harz zur Bildung der Abgabeöffnungen einen Glasübergangspunkt von 150ºC oder mehr aufweisen.)
Zusätzlich ist es, daß das Harz zur Bildung der Tintenströmungswege dort auf dem Träger gebildet wird, wo ein Tintenversorgungseinlaß geöffnet ist, nicht wünschenswert, daß das Harz in die Einlaßöffnung hineintropft. Eine hohe Beschichtungsbefähigung ist erforderlich. Darüber hinaus muß nach der Bildung der Abgabeöffnungen durch das Sauerstoffplasmaverfahren das Harz zur Entfernung weggelöst werden. So ist eine hohe Löslichkeit für ein solches Harz ebenfalls erforderlich.
Im Prinzip kann das Sauerstoffplasma die meisten hochmolekularen Verbindungen wegätzen, und dieses Plasma erlaubt es, daß das Beschichtungsharz, das als Hauptstrukturmaterial für den Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf dient, im Hinblick auf hohe Beständigkeit gegenüber Tinte und Wärme wie auch mechanische Festigkeit ausgewählt werden kann. Auch ist es mit dem Sauerstoffplasma ebenfalls unmöglich, ein Metall oder einen Metalloxidfilm abzuätzen. Wenn das Maskenmuster für die Tintenabgabeöffnungen durch ein Material dieser Art gebildet wird, ist es möglich, die Beschichtungsharzschicht, die als Dickfilm vorliegt, in extrem hoher Präzision wegzuätzen. Mittel zur Bearbeitung dieser Metall- und Metalloxidfilme in feiner Weise mit extrem hoher Präzision sind bereits im praktischen Einsatz als Mittel zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
In der Erfindung werden die Tintenabgabeöffnungen auf dem Beschichtungsharz durch einen Siliconresist als Material mit hoher Beständigkeit gegen Sauerstoffplasma gebildet. Dann werden unter Verwendung dieses Musters als Maske die Tintenabgabeöffnungen durch Sauerstoffplasma gebildet, was es möglich macht, extrem feine Tintenabgabeöffnungen zu erzeugen und gleichzeitig den Bereich der Materialauswahl zu verbreitern, um ein Strukturmaterial zu erhalten, das die Anforderungen, wie zum Beispiel eine hohe mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit und Tintenbeständigkeit, und eine hohe Klebefähigkeit am Träger erfüllt, weil keine Notwendigkeit einer Lichtempfindlichkeit des Beschichtungsharzes selbst besteht.
Da das Siliconresist durch das Sauerstoffplasma kaum angeätzt wird, ist es möglich, eine Beständigkeit gegenüber dem geplanten Äztvorgang aufzubauen, indem dieses Resist nur in einer extrem dünnen Filmdicke aufgebracht wird. Entsprechend kann eine hohe Auflösung und Empfindlichkeit erhalten werden. Weiter weist das Siliconresist keine wie auch immer geartete Affinität gegenüber der Tinte auf. Keine Tintentröpfchen haften in der Nachbarschaft der Tintenabgabeöffnungen. Es ist deshalb möglich, unter anderem die Wirkung zu erhalten, daß die Tintentröpfchen stabilisiert sind und in gerader Flugbahn abgegeben werden.
Wie vorstehend beschrieben, können beim Verfahren zur Herstellung dieses Flüssigkeitsaufzeichnungskopfes beliebige hochmolekulare Verbindungen als Beschichtungsharz verwendet werden, aber es ist möglich, die Herstellung eines leistungsfähigeren Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes zuverlässig zu erreichen unter Verwendung einer hochmolekularen Verbindung, die durch Copolymerisation eines erfindungsgemäßen Glycidylmethacrylates erhalten wird.
Das Beschichtungsharz sollte bei niedriger Temperatur gehärtet werden und eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen, wie es vorstehend beschrieben wurde. Es ist weiter bevorzugt, daß ein solches Harz unter anderem die Eigenschaft aufweist, daß es durch Sauerstoffplasma schnell weggeätzt werden kann. Als Verfahren zur Bildung einer löslichen Harzschicht zur Erzeugung der Tintenströmungswegmuster ist es wünschenswert, eine Fotolithografie, die einen Fotoresist vom positiven Typ verwendet, und andere Verfahren einzusetzen. Auch sollte der vorstehend genannte Film bevorzugt zuverlässig über die durchgängigen Löcher für den Tintenversorgungseinlaß und dergleichen gelegt werden können. Als Verfahren zur Erzeugung eines, wie zum Beispiel dieses Resistmusters, kann es möglich sein, das Verfahren zu nennen, bei dem ein Trockenfilm als Resistfilm eingesetzt wird, der durch Laminieren auf den Träger dort übertragen wird, wo der Tintenversorgungseinlaß gebildet wird, und dann die Musterbelichtung bereitgestellt wird.
Der Trockenfilm sollte thermisch erweichbar sein bei einer Temperatur von etwa 50 bis 120ºC. Er sollte auch eine Haftung am Träger zeigen. Auf der anderen Seite sollte das Beschichtungsharz, um die Muster für die Tintenströmungswege abzudecken, bevorzugt ein duroplastisches Harz sein im Hinblick auf die Klebefähigkeit am Träger, die Wärmebeständigkeit und die Tintenbeständigkeit. Allerdings gibt es, da ein duroplastisches Harz im allgemeinen eine Temperatur von 150ºC erfordert, um gehärtet zu werden, deshalb, wenn eine solche Temperatur festgelegt wird, die Möglichkeit, daß der Resistfilm zur Bildung der Tintenströmungswege bei der vorstehend genannten Temperatur tropft. Dies stellt ein Problem dar.
Um dieses Problem zu vermeiden, ist es erforderlich, ein duroplastisches Harz auszuwählen, das bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur gehärtet werden kann. Als Harz mit niedriger Härtungstemperatur ist ein Epoxidharz zu nennen, das durch Ionenreaktion verbrückt werden kann, aber die Ätzgeschwindigkeit des Sauerstoffplasmas für das Epoxidharz ist extrem langsam, so daß die Produktivität für den Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf unausweichlich abgesenkt wird.
Deshalb wurde im Rahmen der Erfindung leidenschaftlich jede Möglichkeit zur Lösung dieses Problems untersucht und gefunden, daß als ein Beschichtungsharz, das als Material für die Düsenbildung dient, ein Epoxidharz, ein Phenolharz, ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Harnstoffharz, ein Melaminharz, ein Diallylphthalatharz und einige andere duroplastische Harze eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen und mit jedem von ihnen ein Abätzen mit hoher Geschwindigkeit durchführbar ist. Da sie auch noch eine wünschenswerte mechanische Festigkeit besitzen, sind sie bevorzugt einsetzbar.
Insbesondere das Epoxidharz und das Diallylphthalatharz sind bevorzugt, weil diese eine hohe Beständigkeit gegenüber Tinte mit alkalischen Eigenschaften besitzen und eine hohe Klebefähigkeit am Träger.
Als Epoxidharz können genannt werden: ein Bisphenol-A- Epoxidharz, ein Bisphenol-F-Epoxidharz, ein Bisphenol-A- Epoxidharz mit Wasseraddition, ein Brombisphenol-A-Harz, ein Novolac-Epoxid-Harz und ein Cresol-Novolac-Epoxid-Harz.
Auch können als Diallylphthalatharz Orthodiallylphthalatharz und Isodiallylphthalatharz genannt werden.
Diese duroplastischen Harze werden zur Verwendung gehärtet durch Einsatz eines allgemein verwendeten Härtungsmittels, wie zum Beispiel eines Peroxides, eines Amins, eines Anhydrides, einer Lewissäure und dergleichen.
Auch ist es bevorzugt, ein Methacrylat zu verwenden, das Epoxidgruppen aufweist und das hergestellt werden kann durch Copolymerisieren eines Glycidylmethacrylates und eines Vinylmonomers. Im allgemeinen ist es möglich, diese Verbindung durch Copolymerisation einer Methacrylsäure und des Alkylesters der Methacrylsäure zu synthetisieren. Es ist natürlich kein Problem, ein alkalisches Monomer, ein Styrolmonomer oder dergleichen, das kein Methacrylatmonomer darstellt, zu copolymerisieren. Als Alkylester der Methacrylsäure können Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat und Propylmethacrylat genannt werden und als Acrylsäurealkylester können Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Butylacrylat und dergleichen genannt werden.
Weiter ist es auch möglich, ein Styrol, ein α-Methylstyrol und halogenierte oder alkylierte Verbindungen dieser Monomere, Isobutylen, Maleinsäureanhydrid und dergleichen zu verwenden.
Was das Copolymerisationsverhältnis dieser Monomere betrifft, ist es kein Problem, ein beliebiges Verhältnis einzusetzen, aber es ist weiter bevorzugt, das Copolymerisationsverhältnis des Glycidylmethacrylates in einen Bereich von 10 bis 50 Mol-% einzuengen. Wenn das Copolymerisationsverhältnis des Glycidylmethacrylates weniger als 10 Mol-% beträgt, ist seine Wärmebeständigkeit niedrig und es gibt einige Fälle, in denen ein Problem der Rißbildung auftreten kann, wenn das Harz in ein Lösungsmittel oder dergleichen getaucht wird. Auch wird, wenn das Verhältnis 50 Mol-% für die Copolymerisation übersteigt, die Härtungskontraktion des Beschichtungsharzes zu plötzlich, was dazu führt, daß der Film leicht abgeschält wird. Das Copolymerisationsverhältnis kann bestimmt werden, indem die Intensität der Epoxidgruppe im magnetischen Kernresonanzverfahren (NMR) oder in einem Infrarotabsorptionsverfahren (IR) gemessen wird.
Diese hochmolekularen Verbindungen, die durch Copolymerisation des Glycidylmethacrylates hergestellt werden, besitzen keinen aromatischen Ring in ihrer Molekularstruktur im Gegensatz zu den universell verwendbaren Epoxidverbindungen (Bisphenol-A-Epoxidharz und dergleichen). Deshalb kann das Ätzen mit einer höheren Geschwindigkeit durchgeführt werden. Auch ist die Ätzgeschwindigkeit für das Methacrylatharz besonders schnell, was zur Erhöhung der Produktivität des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes beiträgt. Was das betrifft, sind hochmolekulare Verbindungen mit einem aromatischen Ring in ihrer Molekülstruktur bevorzugt im Hinblick auf ihre Tintenbeständigkeit. Solche Verbindungen sind ebenfalls verwendbar, wenn nur das Problem der Wärmebeständigkeit für sie in bezug auf das Sauerstoffplasmaverfahren gelöst werden kann.
Das vorstehend genannte Abdeckharz kann durch Anwendung eines Amins, eines Säureanhydrides, eines katalytischen Härtungsmittels (wie zum Beispiel einer Lewissäure) und einer Schwefelverbindung gehärtet werden. Besonders die Härtungsreaktion unter Verwendung eines Amins, einer Lewissäure, eines Oniumsalzes oder dergleichen ist bei tiefer Temperatur durchführbar, und gleichzeitig macht die Härtungsreaktion durch das Oniumsalz eine Lichthärtung möglich. Deshalb ist es mit ihnen möglich, zu verhindern, daß der Tintenversorgungseinlaß in die Musterbildung der Tintenströmungswege einsinkt, wie es vorstehend beschrieben wurde.
Als Aminverbindungen können aliphatische Aminverbindungen, wie zum Beispiel ein Diethylentriamin, ein Triethylentetramin. ein Diethylaminopropylamin und ein Isophorondiamin, und aromatische Amine, wie zum Beispiel ein Phenylendiamin, ein Xyloldiamin, ein Diaminodiphenylmethan und ein 4,4'-Diaminodiphenylmethan genannt werden. Auch können als Lewissäure ein Bortrifluorid-Aminkomplex, Adipinsäuretridihydrazid, Benzyldimethylamin und dergleichen genannt werden. Als Oniumsalz kann ein Diphenylioniumsalz, wie zum Beispiel ein Diphenylioniumhexafluorionium, ein Diphenylioniumhexafluorioniumphosphat, ein Di-t-butylphenylhexafluorammonat und SP-170 oder dergleichen, das von Adeka Inc. hergestellt wird, obwohl seine Zusammensetzung nicht bekannt ist, genannt werden. Diese Härtungsmittel sollten bevorzugt zur hochmolekularen Verbindung in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 5 Gew.-% zugegeben werden.
Als lösliches lichtempfindliches Harz zur Ausbildung der Tintenströmungskanäle gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein durch ionisierende Strahlung zersetzbares lichtempfindliches Harz geeignet, das zu einer niedrigmolekularen Verbindung wird, wenn eine hochmolekulare Verbindung durch Aufbringen der ionisierenden Strahlung zersetzt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird das durch die ionisierende Strahlung zersetzbare lichtempfindliche Harz auf den Abschnitt aufgebracht, an dem die Tintenströmungskanäle ausgebildet werden. Nach Ausbildung der Überzugsharzschicht wird das vorstehend erwähnte lichtempfindliche Harz durch Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung in die niedrigen Moleküle gelöst. Folglich ist es möglich, eine Reinigung im letzten Prozeß in einer kurzen Zeitdauer mit extremer Leichtigkeit durchzuführen. Dies stellt einen großen Vorteil dar, wenn feinere Öffnungen hergestellt werden. Ferner dient das durch die ionisierende Strahlung zersetzbare lichtempfindliche Harz als starker Film als hochmolekulare Verbindung, wenn es nicht durch die ionisierende Strahlung bestrahlt wurde. Mit dieser Eigenschaft ist es möglich, durch Laminieren einen Film auf dem Substrat mit dem Tintenzuführeinlaß auszubilden (mit dem lichtempfindlichen Harz, dessen Filmbildungsvermögen gering ist, wie beispielsweise einem Phenolnovolac-Harz, das in großem Umfang verwendet wird, ist es unmöglich, einen Film auf dem Tintenzuführeinlaß auszubilden).
Ein lichtempfindliches Harz eines durch ionisierende Strahlung zersetzbaren Typs sollte eine hochmolekulare Komponente mit 10.000 oder mehr, vorzugsweise 300.000 oder mehr, Molekülen sein, deren Bindung durch die Bestrahlung mit einer ionisierenden Strahlung (UV-Licht, Tief-UV-Licht, Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen o. ä.) durchtrennt wird und die zu niedrigen Molekülen umgewandelt werden, so daß ihre Lösungsgeschwindigkeiten verändert werden (schneller). Es ist daher möglich, eine Musterbildung durchzuführen (Resist vom positiven Typ). Als durch eine ionisierende Strahlung zersetzbares lichtempfindliches Harz kann eine hochmolekulare Verbindung aus Polyvinylketon genannt werden, die eine Struktureinheit aufweist, welche durch die allgemeine Formel (1)
gekennzeichnet ist (worin R&sub1; ein Wasserstoffatom und eine Alkylgruppe und R&sub2; eine Alkylgruppe, substituierte und nichtsubstituierte aromatische Ringe und einen heterozyklischen Ring in der Formel bedeuten).
Genauer gesagt, es kann ein Polymethylisopropenylketon, Polymethylvinylketon, Polyphenylketon, Polyisopropenyl t-butylketen o. ä. genannt werden.
Auch ist eine Polymethacrylatverbindung geeignet, die die Struktureinheit der nachfolgend wiedergegebenen allgemeinen Formel (2) enthält.
(worin R&sub3; eine Alkylgruppe und ein Wasserstoffatom und R&sub4; eine Alkylgruppe, einen substituierten und nichtsubstituierten aromatischen Ring und einen heterozyklischen Ring in der Formel bedeuten).
Genauer gesagt, können ein Polymethylmethacrylat, Poly nbutylmethacrylat, Poly t-butylmethacrylat, Polyphenylmethacrylat, Polyhexafluorobutylmethacrylat, Polymethacrylsäure o. ä. genannt werden.
Auch können die Verbindungen von Polymethacrylamid, Polymethacrylnitril, Poly-α-methylstyrol u. ä. verwendet werden.
Des weiteren können ein Polysulfon, Polybuten-1-sulfon, Polymethylpenten-1-sulfon, Polystyrol-sulfon o. ä. verwendet werden.
Diese vorstehend genannten Verbindungen können verwendet werden, indem sie natürlich auf angemessene Weise copolymerisiert werden. Zum Beispiel sind ein Copolymer aus Methylmethacrylat und Methacrylsäure, eines aus Glycidylmethacrylat, eines aus 3-Oxyimino-2-butanonmethacrylat, eines aus Phenylisopropenylketon und dergleichen verwendbar.
Darüber hinaus ist es kein Problem, einen Sensibilisator, wie zum Beispiel ein Benzophenon, 3,4-Dimethoxybenzoesäure oder dergleichen, gemeinsam mit den vorstehend genannten Verbindungen zu verwenden.
Diese vorstehend genannten Verbindungen werden angemessen verwendet je nach den Eigenschaften, die erforderlich sind (Musterbildungseigenschaft, die für einen Dickfilm erforderlich ist, Wärmebeständigkeit, Lösungsfähigkeit, Empfindlichkeit und dergleichen).
Fig. 1 bis Fig. 6 sind Ansichten, die schematisch die grundsätzliche erfindungsgemäße Ausführungsform darstellen. In jeder der Fig. 1 bis 5 sind die Struktur eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsaufzeichnungskopfes und ein Beispiel für die Verfahrensschritte, die zur Herstellung eines solchen Kopfes erforderlich sind, dargestellt. In dieser Hinsicht wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit zwei Düsen beschrieben, aber das gleiche ist natürlich auch anwendbar für den Fall eines hochdichten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes mit mehreren Feldern, der mehr Düsenöffnungen, als es vorstehend erwähnt wurde, besitzt.
Zuerst wird in der Ausführungsform ein Träger 1 aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall verwendet, wie es zum Beispiel in Fig. 1 dargestellt ist.
Ein Träger 1, wie zum Beispiel dieser, wirkt als ein Teil des Strukturelementes für die Flüssigkeitsströmungswege und ist verwendbar ohne irgendwelche besonderen Begrenzungen in seiner Konfiguration, seinem Material oder dergleichen, wenn nur der Träger als tragendes Element für eine Materialschicht wirkt, auf der die Tintenströmungswege und die Tintenabgabeöffnungen erzeugt werden sollen, die später beschrieben werden. Auf dem vorstehend genannten Träger 1 wird eine gewünschte Anzahl von Elementen 2 zur Erzeugung der Energie zur Abgabe von Tinte, wie zum Beispiel elektrothermischen Wandlern oder piezoelektrischen Elementen (in Fig. 1 sind zwei solche dargestellt), angeordnet. Mit Hilfe der Elemente 2 zum Erzeugen der Energie zum Abgeben der Tinte wird eine Abgabeenergie in die Aufzeichnungsflüssigkeit eingeleitet, um Aufzeichnungströpfchen zum Aufzeichnen abzugeben. Wenn zum Beispiel elektrothermische Wandler als die vorstehend genannten Elemente 2 zum Erzeugen der Energie zum Abgeben der Tinte verwendet werden, heizen hierbei die Wandler die Aufzeichnungsflüssigkeit, die in ihrer Nachbarschaft vorhanden ist, auf, wodurch die Abgabeenergie erzeugt wird. Auch wenn zum Beispiel piezoelektrische Elemente verwendet werden, erzeugen diese Elemente die Abgabeenergie durch mechanische Vibration derselben.
Im Hinblick darauf werden Elektroden (nicht dargestellt) zum Eingeben von Steuersignalen zum Ansteuern dieser Elemente an die Elemente 2 angeschlossen. Auch sind im allgemeinen zum Zweck der Verbesserung der Beständigkeit dieser Elemente zum Erzeugen von Abgabeenergie verschiedene funktionelle Schichten einschließlich einer Schutzschicht bereitgestellt. Es ist natürlich überhaupt kein Problem, solche funktionellen Schichten für die Erfindung bereitzustellen.
In Fig. 1 wird eine Öffnung 3 zur Versorgung mit Tinte im voraus auf dem Träger bereitgestellt, und die Art und Weise, in der die Tinte von der Rückseite des Trägers eingeleitet wird, ist beispielhaft dargestellt. Durch diesen Tintenversorgungseingang wird die Tinte von einem Tintenbehälter oder einem Tintenversorgungselement, das an der Rückseite des Trägers angeordnet ist, zu den Elementen 2 zum Erzeugen der Energie zum Abgeben der Flüssigkeit geleitet. Für die Erzeugung der vorstehend genannten Öffnung ist ein beliebiges Verfahren anwendbar, wenn dieses Verfahren nur in der Lage ist, ein Loch im Träger zu erzeugen. Zum Beispiel kann ein Bohrverfahren, ein Ultraschallverfahren oder eine andere Art von Bearbeitung eingesetzt werden, oder es kann auch möglich sein, optische Energie zu verwenden, wie zum Beispiel einen Laser. Es kann auch möglich sein, ein Resistmuster oder dergleichen auf dem Träger zu bilden, um dann zu dem vorstehend genannten Zweck chemisch zu ätzen. Darüber hinaus können das Element zum Erzeugen der Energie zum Abgeben von Flüssigkeit und die Steuersignalelektroden hergestellt werden, indem ein Vakuumfilmabscheidungsverfahren und die fotolithografische Technik angewendet werden, die bei der Herstellung von Halbleiterschaltungen, Flüssigkristallelementen und dergleichen verwendet werden.
Es ist natürlich möglich, den Tintenversorgungseinlaß im Harzmuster zu bilden, ohne ihn auf dem Träger zu erzeugen und dann ihn auf der gleichen Oberfläche wie die Tintenabgabeöffnungen in bezug auf den Träger bereitzustellen.
Nun wird auf dem Träger 1, der die vorstehend genannten Elemente 2 zum Erzeugen der Energie zum Abgeben der Flüssigkeit einschließt, ein Tintenströmungswegmuster 4 durch ein lösliches Harz gebildet, wie in Fig. 2 dargestellt. Als Mittel, das am weitesten verbreitet angewendet wird, kann eine Einrichtung zur Erzeugung der Wege durch ein lichtempfindliches Material genannt werden, aber es ist möglich, dies auch mit Siebdruck oder dergleichen zu erreichen.
Wenn als lösbares Harz gemäß der Erfindung ein durch ionisierende Strahlung zersetzbares lichtempfindliches Harz verwendet wird, wird das Tintenströmungskanalmuster 4 auf dem Substrat 1 einschließlich der vorstehend erwähnten Elemente 2 zur Erzeugung der Flüssigkeitsabgabeenergie mit der Schicht aus dem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren Harz ausgebildet. Als Verfahren zur Ausbildung der Schicht aus dem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren Harz wird ein lichtempfindliches Harz durch ein Lösungsmittel gelöst und einmal auf einen PET-Film oder irgendeinen anderen Film aufgebracht sowie danach nach dem Trocknen von einem Laminator auf das Substrat übertragen. Dieses Verfahren wird am meisten bevorzugt. Wie vorstehend beschrieben, ist das durch die ionisierende Strahlung zersetzbare lichtempfindliche Harz eine hochmolekulare Komponente mit 10.000 oder mehr Molekülen und hat ein hohes Filmbildungsvermögen. Daher kann ein Film auf dem Tintenzuführeinlaß 3 ausgebildet werden. Es gibt ferner kein Problem in bezug auf die Anordnung eines Füllmateriales für den Tintenzuführeinlaß 3, das im nachfolgenden Prozeß entfernt werden kann, so daß ein übliches Schleuderbeschichtungsverfahren oder Rollenbeschichtungsverfahren angewendet wird, um den Film auszubilden.
Wenn der Tintenversorgungseinlaß als durchgängiges Loch auf dem Träger, wie in Fig. 1 dargestellt, gebildet wird, ist es erforderlich, eine Struktur so anzuordnen, daß eine Schicht aus löslichem Material auch auf dem durchgängigen Loch existiert. Deshalb sollte wünschenswerterweise ein Trockenfilm verwendet werden. Wenn die Tintenversorgung nicht auf diese Weise betrieben wird, wie hier, ist es natürlich kein Problem, ein lichtempfindliches Material vom Lösungsmitteltyp einzusetzen. Das vorstehend genannte lichtempfindliche Material muß in der Lage sein, die erzeugten Muster leicht zu entfernen, wenn ein Auflösen angewendet wird.
Wenn ein lichtempfindliches Material verwendet wird, ist es möglich, ein Material von einem variablen Lösungstyp einzusetzen, wenn das Material ein positiver Resist oder ein negativer Resist ist, um die Tintenströmungswegmuster löslich zu machen.
Als positiver Resist kann ein positiver Resist, der hergestellt wird, indem ein in Alkali lösliches Harz (Novolac- Harz, Polyhydroxystyrol) und ein elektrisch leitendes Chinondiazid oder Naphthochinondiazid gemischt werden, oder ein optisch zersetzbarer, positiver Resist, wie zum Beispiel ein durch ionisierende Strahlung zersetzbares lichtempfindliches Harz, nämlich unter Verwendung von Elektronenstrahlen, fernem UV, Röntgenstrahlen und dergleichen, verwendet werden. Als optisch zersetzbares Harz können hochmolekulare Verbindungen aus Polymethylisopropenylketon, Polyvinylketon oder dergleichen, Methacrylverbindungen mit hohem Molekulargewicht aus Polymethacrylsäure, Polymethacrylat, Polyethylmethacrylat, Poly-nbutylmethacrylat, Polyphenylmethacrylat, Polymethacrylamid, Polymethacrylnitril oder dergleichen, oder Olefinsulfonverbindungen mit hohem Molekulargewicht, wie zum Beispiel Polybuten-1-sulfon, Polymethylpenten-1-sulfon oder dergleichen, eingesetzt werden.
Der negative Resist vom variablen Lösungstyp ist ein Resist eines solchen Typs, daß die Polarität der hochmolekularen Seitenketten durch Bestrahlung mit UV-Licht oder ionisierenden Strahlen geändert wird und dann mit einem polaren Lösungsmittel oder einem nichtpolaren Lösungsmittel entwickelt wird. Wenn zum Beispiel eine hochmolekulare Verbindung, die durch Ändern einer Hydroxylgruppe eines Polyhydroxylols in einen t-Butoxycarbonylester hergestellt wurde, mit einer ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, wird die Esterbindung aufgetrennt. Als Ergebnis wird der belichtete Teil in Hydroxylgruppen geändert und wird unlöslich in nichtpolaren Lösungsmitteln, wie zum Beispiel Toluol. Deshalb wird eine solche hochmolekulare Verbindung mit einem nichtpolaren Lösungsmittel entwickelt, und der belichtete Teil bleibt ungelöst, so daß ein negatives Resistmuster gebildet werden kann. Auch wird, da der belichtete Teil nicht geliert ist, die Verbindung schnell durch ein polares Lösungsmittel aufgelöst.
Auf die Schicht aus löslichem Material, auf der das Flüssigkeitsströmungsmuster auf diese Weise gebildet wurde, wird weiter eine Harzschicht 5 augebracht, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Da dieses Harz als Strukturmaterial für einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf vorgesehen ist, sind besondere Eigenschaften gefordert, wie zum Beispiel hohe mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit, Klebefähigkeit am Träger, Beständigkeit gegenüber der Aufzeichnungsflüssigkeit und die Eigenschaft, daß die Eigenschaften der Aufzeichnungsflüssigkeit nicht geändert werden. Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der Erfindung eine hochmolekulare Verbindung, die ein Glycidylmethacrylat enthält, als Abdeckharz verwendet. Dieses Harz kann bei tiefer Temperatur gehärtet werden, was zu dem Vorteil führt, daß ein Ätzen mit hoher Geschwindigkeit durch Sauerstoffplasma möglich ist.
Weiter ist eine bestimmte Eigenschaft gefordert, die darin besteht, daß das unlösliche Harzmuster nicht verformt wird bei dem Verfahren, bei dem die vorstehend genannte Harzschicht gebildet wird. Mit anderen Worten ist es erforderlich, daß als das vorstehend genannte Abdeckharz eines verwendet wird, das kaum Polarität aufweist, wenn das lösliche Harzmuster durch ein polares Lösungsmittel gelöst werden kann, und auf der anderen Seite ein Harz verwendet wird, das Polarität aufweist, wenn das lösliche Harzmuster durch ein nichtpolares Lösungsmittel gelöst werden kann.
Darüber hinaus muß, wenn die vorstehend genannte abdeckende Harzschicht durch Übertragungsformen oder dergleichen gebildet wird, die Wärmebeständigkeit gut genug sein, um unter anderem bei der Preßtemperatur jegliche Verformung zu vermeiden.
Als Harz, das diese Eigenschaften aufweist, kann ein duroplastisches Harz genannt werden, wie zum Beispiel ein Epoxidharz, ein gesättigtes Polyesterharz, ein Diethylphthalatharz oder dergleichen, und ein thermoplastisches Harz, wie zum Beispiel ein Polysulfen, ein Polyestersulfen, ein Polycarbonat, ein Polyester oder dergleichen. Wie vorstehend beschrieben, besteht eine bemerkenswerte Besonderheit der Erfindung darin, daß ein extrem breiter Auswahlbereich für das vorstehend genannte Beschichtungsharz besteht. Mit anderen Worten ist es möglich, ein optimales Material auszuwählen, das geeignet ist als Strukturmaterial für den Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, ohne daß irgendeine besondere Bereitstellung von zum Beispiel Lichtempfindlichkeit erforderlich wäre oder weiter die Implementierung von hoher Auflösung erforderlich wäre. Das vorstehend genannte Abdeckharz ist eines, das aus diesen Beispielen ausgewählt ist. Grundsätzlich ist es für das erfindungsgemäße Beschichtungsharz möglich, beliebige Harzmaterialien außer Siliconharz und Harz, das Metalle enthält, zu verwenden, die bei Anwendung des Sauerstoffplasmas nicht abgeätzt werden können.
Als Verfahren zur Bildung der vorstehend genannten Harzschicht ist eine Lösungsmittelbeschichtung ohne Besonderheiten anwendbar, wenn das Harz flüssig ist. Wenn das Harz fest ist, sollte es auch in einer Flüssigkeit gelöst werden für die Lösungsmittelbeschichtung oder durch Wärme geschmolzen werden für ein Aufbringen durch Übertragungsformung. Wenn das Beschichtungsharz durch Lösungsmittelbeschichtung aufgebracht wird, wird das Beschichtungslösungsmittel durch Tempern entfernt und dann erfolgt eine Behandlung durch eine Härtungsreaktion. Es ist bevorzugt, die Härtungsreaktion bei einer Temperatur von 50 bis 120ºC vonstatten gehen zu lassen. Die Härtungszeit hängt von der festgelegten Härtungstemperatur ab, aber sie kann bei 1 bis 12 h liegen. Auch kann es, wenn ein Oniumsalz oder dergleichen verwendet wird, möglich sein, weiter den positiven Fotoresist davon abzuhalten, abgesenkt zu werden zur Bildung der Tintenströmungswegmuster, wenn eine optische Härtungsreaktion zuvor durchgeführt wurde und dann die thermische Härtung durchgeführt wird.
Danach wird, wie in Fig. 4 dargestellt, das Tintenabgabeöffnungsmuster durch ein Material 6, das ein hohe Beständigkeit gegen Sauerstoffplasma besitzt, auf der vorstehend genannten abdeckenden Harzschicht 5 gebildet. Als Material mit hoher Beständigkeit gegen Sauerstoffplasma kann ein Metall oder ein Metalloxidfilm genannt werden. Ein Film dieser Art wird auf der Oberfläche des vorstehend genannten Harzes durch Vakuumabscheidung oder ein Sputterverfahren gebildet. Dann wird durch Fotolithografietechnik, die ein lichtempfindliches Harz verwendet, das Tintenabgabeöffnungsmuster auf der Schicht des vorstehend genannten Materials gebildet. Wenn zum Beispiel ein positiver Fotoresist verwendet wird, wird der Fotoresist mit Hilfe eines Rotationsbeschichtungsverfahrens oder dergleichen aufgebracht. Dann wird nach dem Tempern eine Belichtung mit dem Muster für das Tintenabgabeöffnungsmuster durchgeführt, das dann entwickelt und gespült wird. Danach wird mit dem vorstehend genannten Resist als Maske der Metall- oder Metalloxidfilm durch Fluorplasma oder Chlorplasma geätzt, so daß sich das Tintenabgabeöffnungsmuster ergibt.
Weiter kann als Technik, um das Tintenabgabeöffnungsmuster einfach zu bilden, das Verfahren genannt werden, das einen Siliconresist verwendet. Ein solcher Resist besitzt Lichtempfindlichkeit, und die erforderliche Musterbildung ist durchführbar durch Bestrahlen mit UV-Strahlen, Strahlen von fernem UV-Licht oder Elektronenstrahlen und Röntgenstrahlen oder dergleichen. Auch besitzt der vorstehend genannte Resist eine hohe Beständigkeit gegen Sauerstoffplasma, was es möglich macht, die abdeckende Harzschicht mit dem Resistmuster als Maske zu ätzen.
Als Siliconresiste können beliebige dieser Resiste verwendet werden, solange der Resist nur eine ausreichende Beständigkeit gegen das Ätzen durch das Sauerstoffplasma aufweist, das später beschrieben wird. Zum Beispiel sind Chlormethylpolydiphenylsiloxan (Toso Inc. SNR Resist), Polydimethylsiloxan, Polymethylsilcesquioxan, Polyphenylsilcesquioxan, Polymethacrylharz, das Silicon enthält, oder dergleichen verwendbar.
Danach werden, wie in Fig. 5 dargestellt, die Tintenabgabeöffnungen 7 auf dem Abdeckharz durch das Sauerstoffplasma gebildet, wobei der Metallfilm oder Metalloxidfilm oder der Siliconresistfilm 6, der auf der abdeckenden Harzschicht gebildet wurde, als Maske dienen. Zum Ätzen durch Sauerstoffplasma kann ein übliches Plasmaätzen, Sputtern oder dergleichen verwendet werden, aber es ist besonders bevorzugt, ein reaktives Ionenätzen (RIE) anzuwenden, weil nicht nur seine Ätzgeschwindigkeit schnell ist, sondern auch die Ätzanisotropie hoch ist im Vergleich zu den anderen. Es ist bevorzugt, als RIE-Gerät eines vom parallelen, flachen Typ oder vom Magnetron-Typ oder eine ICR-Ionenätzapparatur zu verwenden. Auch ist es, was die Ätzbedingungen betrifft, erforderlich, den Sauerstoffgasdruck und die Anwendung von elektrischer Energie zu optimieren, um das anisotrope Ätzen möglich zu machen. Da der Metallfilm oder der Metalloxidfilm und der Siliconresist bei der vorstehend genannten Ätzoperation kaum angeätzt werden, ist es möglich, hochgenaue Tintenabgabeöffnungen zu bilden. Auch kann der Ätzendpunkt auf einen Zustand gesetzt werden, an dem das Ätzen das Muster des löslichen Harzes erreicht. Es gibt keine Notwendigkeit für einen genauen Nachweis des Ätzendpunktes. Weiter gibt es, selbst wenn ein Ätzrest erzeugt wird, keine signifikanten Probleme, weil in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes das lösliche Harzmuster durch ein Lösungsmittel aufgelöst wird, um es so in der letzten Stufe des Verfahrens zu entfernen, was einen von mehreren bemerkenswerten Vorteilen darstellt.
In einem Fall, in dem ein durch ionisierende Strahlung zersetzbares lichtempfindliches Harz zur Ausbildung der Tintenkanäle verwendet wird, wird das vorstehend erwähnte lichtempfindliche Harz durch Bestrahlen mit der ionisierenden Strahlung gelöst, wonach die Harzeluierung im nächsten Prozeß folgt.
Schließlich wird, wie in Fig. 6 dargestellt, unter Verwendung eines Lösungsmittels das lösliche Harz, das die Tintenleitungsmuster bildet, abgelöst. Dieses Auflösen kann durchgeführt werden, indem schlicht der Träger in das Lösungsmittel eingetaucht wird, oder, indem das Lösungsmittel auf den Träger gesprüht wird. Auch wird, wenn gleichzeitig Ultraschall oder dergleichen angewendet wird, die Zeit, die für das Auflösen erforderlich ist, weiter abgekürzt.
Jetzt wird in bezug auf den Träger, auf dem Tintenströmungswege 8 und die Tintenabgabeöffnungen 7 auf diese Weise gebildet wurden, die elektrische Verbindung angeordnet, um ein Element 9 zum Versorgen mit Tinte (Tintenbehälter) und Elemente zum Erzeugen der Energie zum Abgeben der Flüssigkeit anzusteuern, um einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf zu bilden, wie er in Fig. 7 dargestellt ist.
Die Erfindung stellt eine hervorragende Wirkung auf Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bereit und insbesondere auf einen Aufzeichnungskopf und ein Aufzeichnungsgerät, worin fliegende Tröpfchen unter Einsatz von thermischer Energie gebildet werden, um so die Aufzeichnung durchzuführen.
Berücksichtigt man die typische Struktur und das Betriebsprinzip eines solchen Verfahrens, ist es bevorzugt, ein solches einzusetzen, das unter Verwendung des grundsätzlichen Prinzips implementiert werden kann, das in den Beschreibungen der US-Patente Nr. 4 723 129 und 4 740 796 offenbart ist. Dieses Verfahren ist anwendbar auf das Aufzeichnungssystem vom sogenannten Auf-Abruf-Typ und auf ein Aufzeichnungssystem vom kontinuierlichen Typ. Insbesondere allerdings ist es geeignet für den Auf-Abruf-Typ, weil das Prinzip darin besteht, daß wenigstens ein Ansteuersignal, das einen schlagartigen Temperaturanstieg auf eine Temperatur oberhalb des Keimsiedepunktes als Reaktion auf die Aufzeichnungsinformation bereitstellt, an einen elektrothermischen Wandler angelegt wird, der auf einem die Flüssigkeit enthaltenden Blatt oder in einem Flüssigkeitsweg angeordnet ist, wodurch der elektrothermische Wandler dazu gebracht wird, Wärmeenergie zu erzeugen, um Filmsieden auf dem thermoaktiven Bereich des Aufzeichnungskopfes zu erzeugen, was wirksam zur letztendlichen Bildung einer Blase in der Aufzeichnungsflüssigkeit (Tinte) führt, und zwar eine nach der anderen für jedes Ansteuersignal. Durch Ausdehnen und Zusammenziehen der Blase wird die Flüssigkeit (Tinte) durch eine Abgabeöffnung abgegeben, wodurch wenigstens ein Tröpfchen hergestellt wird.
Das Ansteuersignal liegt bevorzugt in der Form von Impulsen vor, weil das Ausdehnen und das Zusammenziehen der Blase schlagartig bewirkt werden kann und deshalb die Flüssigkeit (Tinte) in schneller Reaktion abgegeben wird. Das Ansteuersignal in der Form von Impulsen sieht bevorzugt so aus, wie es in den Beschreibungen der US-Patente Nr. 4 463 359 und 4 345 262 offenbart ist. In diesem Zusammenhang liegt die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs der Heizoberfläche bevorzugt in einem Bereich, wie er in der Beschreibung von US-Patent Nr. 4 313 124 offenbart ist, um eine hervorragende Aufzeichnung mit besseren Bedingungen erzielen zu können.
Die Struktur des Aufzeichnungskopfes kann so aussehen, wie sie in jeder der vorstehend genannten Beschreibungen dargestellt ist, worin die Struktur so angeordnet ist, daß sie die Abgabeöffnungen, die Flüssigkeitswege und die elektrothermischen Wandler kombiniert, wie es in den vorstehend genannten Patenten offenbart ist (Flüssigkeitswege vom linearen Typ oder Flüssigkeitswege vom rechtwinkligen Typ).
Daneben sind Strukturen, wie sie zum Beispiel in den Beschreibungen der US-Patente Nr. 4 558 333 und 4 459 600 offenbart sind, worin die thermische Aktivierungsbereiche in einem gebogenen Bereich angeordnet sind, auch in die Erfindung eingeschlossen. Zusätzlich ist die Erfindung anwendbar auf die Struktur, die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-123670 offenbart ist, worin ein gemeinsamer Schlitz als Abgabeöffnungen für eine Vielzahl von elektrothermischen Wandlern verwendet wird, und auch die Struktur, die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 59-138461 offenbart ist, worin eine Öffnung zum Absorbieren der Druckwelle der thermischen Energie entsprechend den Abgabeöffnungen gebildet wird.
Weiter kann die Erfindung als Aufzeichnungskopf vom Ganzzeilentyp, der in der Lage ist, über die gesamte Breite eines Aufzeichnungsblattes gleichzeitig aufzuzeichnen, die vorstehend genannten Wirkungen noch wirksamer zeigen unabhängig von seiner Struktur, worin eine Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen, wie es in den vorstehend genannten Beschreibungen offenbart ist, kombiniert werden, um die erforderliche Länge bereitzustellen, oder ein einzelner Kopf für diesen besonderen Zweck integral gebildet wird.
Zusätzlich ist die Erfindung wirksam anwendbar auf einen Aufzeichnungskopf vom ersetzbaren Chip-Typ, der elektrisch mit dem Hauptgerät verbunden ist und für den die Tinte bereitgestellt wird, wenn er im Hauptaufbau montiert ist, oder auf einen Aufzeichnungskopf vom Wagen-Typ, bei dem ein Tintenbehälter integral im Kopf selber bereitgestellt ist. Es ist auch bevorzugt, zusätzlich eine Wiederherstellungseinrichtung für den Aufzeichnungskopf und vorgeschaltete Hilfseinrichtungen bereitzustellen, weil diese Einrichtungen dazu beitragen, die Wirksamkeit der Erfindung weiter zu stabilisieren. Spezifisch genannt, sind es eine Abdeckeinrichtung für den Aufzeichnungskopf, eine Reinigungseinrichtung, eine Druck- oder Saugeinrichtung, eine Vorheizeinrichtung, wie zum Beispiel elektrothermische Wandler oder Heizelemente, die nicht solche Wandler darstellen, oder eine Kombination aus solchen Typen von Elementen, und eine Betriebsart mit vorgeschalteter Abgabe neben der regulären Abgabe für die Aufzeichnung.
Weiter ist, was die Aufzeichnungsart des Gerätes betrifft, die Erfindung extrem wirksam, indem sie nicht nur auf die Aufzeichnungsbetriebsart angewendet wird, in der nur eine Hauptfarbe, wie zum Beispiel Schwarz, aufgezeichnet wird, sondern auch auf eine Vorrichtung, die wenigstens eine Betriebsart aufweist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Mehrfarbbetriebsart mit Tinten verschiedener Farbe, einer Vollfarbbetriebsart unter Verwendung einer Mischung dieser Farben oder einer Betriebsart, die Arten von Tinten verwendet, die zwar die gleiche Farbe besitzen aber verschiedene Dichten aufweisen, unabhängig davon, ob der Aufzeichnungskopf integral aufgebaut ist oder durch eine Kombination einer Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen aufgebaut ist.
Es ist auch möglich, auf den Aufzeichnungskopf, der durch die Erfindung erhältlich ist, eine Tinte anzuwenden, die unterhalb von Raumtemperatur nicht flüssig, sondern fest ist und bei Raumtemperatur erweicht oder sich verflüssigt oder im üblichen Temperatursteuerbereich, der nicht kleiner als 30ºC ist aber auch nicht größer als 70ºC ist, für die Tintenstrahlaufzeichnung erweicht oder sich verflüssigt Mit anderen Worten reicht es aus, wenn die Tinte nur verflüssigt werden kann, wenn die Aufzeichnungssignale angelegt werden. Zusätzlich kann es, während ein Temperaturanstieg aufgrund der thermischen Energie bewußt vermieden wird, indem diese Energie als Energie angewendet wird, die verbraucht wird zum Ändern des Zustandes der Tinten vom festen zum flüssigen Zustand, oder bei Verwendung einer Tinte, die verfestigt wird, wenn sie intakt gelassen wird, um das Verdampfen der Tinte zu verhindern, möglich sein, auf die Erfindung die Verwendung einer Tinte anzuwenden, die die Eigenschaft besitzt, nur durch Einbringen von thermischer Energie verflüssigt zu werden, wie zum Beispiel einer Tinte, die in der Lage ist, als Tintenflüssigkeit abgegeben zu werden, indem sie die Möglichkeit besitzt, sowieso flüssig zu werden, wenn die thermische Energie gemäß den Aufzeichnungssignalen angelegt wird, oder einer Tinte, die bereits begonnen hat, sich zu verfestigen zu der Zeit, wenn sie das Aufzeichnungsmaterial erreicht.
Für eine Tinte wie diese kann es möglich sein, die Tinte als Flüssigkeit oder als festes Material in den durchgängigen Löchern oder Aussparungen zu speichern, die in einem porösen Blatt gebildet sind, wie es in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 54-56847 oder der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 60-71260 offenbart ist, um eine Betriebsart durchzuführen, wodurch die Tinte in die Lage versetzt wird, in einem solchen Zustand mit den elektrothermischen Wandlern in Kontakt zu kommen. In der Erfindung ist das wirksamste Verfahren für die jeweilige Tinte, die vorstehend erwähnt wurde, ein solches, das in der Lage ist, das Filmsiedeverfahren durchzuführen, wie es vorstehend beschrieben wurde.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild eines Beispiels der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung (ink jet recording apparatus, IJRA) darstellt, in die ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, der durch die Erfindung erhältlich ist, als Tintenstrahlkartusche (ink jet cartridge, IJC) eingeklebt ist.
In Fig. 8 bezeichnet eine Bezeichnungszahl 20 eine Tintenstrahlkartusche (IJC), die mit einer Düsengruppe versehen ist, die Tinte auf die Aufzeichnungsoberfläche des Aufzeichnungsblattes abgibt, das auf einer Platte 24 zugeführt wird, und eine Bezeichnungszahl 26 einen Wagen HC, der die IJC 20 trägt und teilweise mit einem Ansteuerriemen 18 gekoppelt ist, der die Ansteuerkraft eines Ansteuermotors 17 überträgt, und gleitfähig auf zwei Leitwellen 19A, 19B montiert ist, die parallel zueinander angeordnet sind, wodurch die IJC 20 in die Lage versetzt wird, sich entlang der gesamten Breite des Aufzeichnungsblattes hin und her zu bewegen.
Eine Bezeichnungszahl 26 bezeichnet eine Kopfwiederherstellvorrichtung, die an einem Ende des Druckweges der IJC 20 angeordnet ist, das heißt, zum Beispiel an einer Stelle gegenüber ihrer Parkposition. Die Kopfwiederherstellungsvorrichtung 26 wird durch die Ansteuerkraft eines Motors 22 durch einen Übertragungsmechanismus 23 angesteuert, um die IJC 20 abzudecken. Verbunden mit der Abdeckoperation für die IJC 20 durch eine Abdeckeinheit 26A dieser Kopfwiederherstellungsvorrichtung 26 wird ein Absaugen von Tinte mit einer angemessenen Saugeinrichtung durchgeführt, die in der Kopfwiederherstellungsvorrichtung 16 bereitgestellt ist, oder es wird eine Tintenzufuhr unter Druck eingeleitet durch eine angemessene Druckeinrichtung, die im Tintenzufuhrweg zur IJC 20 bereitgestellt ist. So wird die Tinte zwangsweise aus den Abgabeöffnungen ausgestoßen, wodurch ein Abgabewiederherstellungsprozeß durchgeführt wird, wie zum Beispiel die Entfernung irgendwelcher übermäßig viskoser Tinte in den Düsen. Auch wenn die Aufzeichnungsbetriebsart beendet wird, wird das Abdecken durchgeführt, um die IJC 20 zu schützen.
Eine Bezeichnungszahl 30 bezeichnet eine Wischklinge, die aus Siliconkautschuk hergestellt und am Seitenende der Kopfwiederherstellungsvorrichtung 26 angeordnet ist. Die Klinge 30 wird durch ein Klingenhalteelement 30A in der Art eines Auslegers gehalten und durch den Motor 22 und den Übertragungsmechanismus 23 in der gleichen Weise wie die Kopfaufzeichnungsvorrichtung 26 angesteuert, wodurch sie dazu in die Lage versetzt wird, auf die Abgabeoberfläche der IJC 20 zu wirken. Auf diese Weise kann die Klinge 30 zu einem angemessenen Zeitpunkt während der Aufzeichnungsoperation der IJC 20 oder nach dem Abgabewiederherstellungsprozeß unter Verwendung der Kopfwiederherstellungsvorrichtung 26 in den Druckweg der IJC 20 hineinragen, um Tau, Feuchtigkeit oder Staubteilchen auf der Abgabeoberfläche der IJC 20 während der Druckbewegung der IJC 20 wegzuwischen.
Fig. 1 stellt eine perspektivische Ansicht dar, die schematisch einen Träger vor der Bildung der Tintenströmungswege und der Düsen veranschaulicht.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Träger veranschaulicht, auf dem ein lösliches Muster für die Tintenströmungswege gebildet wurde.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Träger veranschaulicht, auf dem ein Beschichtungsharz gebildet wurde.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Träger veranschaulicht, auf dem ein Muster für die Tintenabgabeöffnungen durch ein Material mit hohem Widerstand gegenüber Sauerstoffplasma auf der abdeckenden Harzschicht gebildet wurde.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Träger veranschaulicht, in dem Tintenabgabeöffnungen durch das Sauerstoffplasma auf dem abdeckenden Harz gebildet wurden.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht, die einen Träger veranschaulicht, in dem das lösbare Harzmuster aufgelöst wurde.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die einen Kopf veranschaulicht, der mit einer Tintenversorgungseinrichtung versehen ist.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Betriebsart einer Aufzeichnungsvorrichtung veranschaulicht, die einen erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf verwendet.
Im folgenden werden die erfindungsgemäßen Ausführungsformen genauer beschrieben.

Referenzausführungsform

Gemäß den Arbeitsschritten, die in Fig. 1 bis Fig. 7 dargestellt sind, wird ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit der Struktur, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, hergestellt.
Zuerst wird, wie in Fig. 1 dargestellt, ein durchgängiges Loch 3 zum Versorgen mit Tinte mit Hilfe eines Bohrers auf einem Glasträger 1 geöffnet, der elektrothermische Wandler (Heizelemente, die aus HfB&sub2; hergestellt sind) besitzt, die als Elemente 2 zum Erzeugen der Energie zum Abgeben von Flüssigkeit auf dem Träger gebildet sind. Dann wird, wie in Fig. 2 dargestellt, ein OZATEC R-255 (Hexist Inc.) auf den vorstehend genannten Träger als positiver Trockenfilm auflaminiert, um die Tintenströmungswege 4 zu bilden. Dieser Resist ist eine Mischung aus einem Novolac-Harz und einem lösungsinhibierenden Mittel, und das so gebildete Muster wird durch eine Alkalilösung, Alkohol, Keton und Ester oder dergleichen leicht weggelöst, wenn es entfernt werden soll. Der aufgebrachte Resist wird 20 min bei 110ºC vorgetempert und dann gemäß einem Muster durch den Canon Mask Aligner PLA-501FA (Maskenaufbringvorrichtung) zur Erzeugung des Tintenströmungswegmusters belichtet. Die Belichtung beträgt 50 Zähleinheiten, und zur Entwicklung wird ein Entwickler MIF-312 (Hexist Inc.) verwendet, der doppelt mit deionisiertem Wasser verdünnt ist. Die Filmdicke des vorstehend genannten Tintenströmungswegmusters beträgt 25 um.
Das vorstehend genannte Harzmuster ist eines, mit dem der Tintenströmungsweg für den Tintenversorgungseinlaß 3 und die elektrothermischen Wandler sichergestellt wird. Das Resistmuster wird dort intakt gelassen, wo die vorstehend genannten Strömungswege gebildet werden sollen.
Dann wird, wie in Fig. 3 dargestellt, auf den vorstehend genannten Resistfilm ein Harz 5 aufgebracht. Für das abdeckende Harz wird ein Copolymer aus Glycidylmethacrylat und Methylmethacrylat in einem Verhältnis 20 : 80 verwendet. Eine Mischung aus dem vorstehend genannten Harz und Triethylentetramin, das als Härtungsmittel dient, die in einem Mischungsverhältnis von 98% zu 2% hergestellt wird, wird, in einem Chlorbenzol gelöst, das eine Dichte von 20 Gew.-% besitzt, zur Verwendung bereitgestellt. Das Harz wird durch eine Rotationsbeschichtungsvorrichtung aufgebracht und dann, wie es ist, 2 h lang bei 80ºC getempert, um das abdeckende Harz zu härten. Die Filmdicke dieses abdeckenden Harzes beträgt 35 um. Auch wird dieses abdeckende Harz nicht gleich gut gelöst wie das positive Resistmaterial. Deshalb ist es möglich, das abdeckende Harz zu härten, ohne irgendeine Verformung des Tintenströmungswegmusters zu verursachen.
Darauf wird, wie in Fig. 4 dargestellt, auf dem vorstehend genannten gehärteten Harzfilm 5 das Muster für die Tintenabgabeöffnungen gebildet. Dieses Muster dient als Maske für das Sauerstoffplasmaätzen. Die Bildung der Ätzmaske wird auf die folgende Weise durchgeführt:
Zuerst wird auf der gehärteten, abdeckenden Harzschicht ein Siliciumoxidfilm 6 gebildet, indem ein Sputterverfahren angewendet wird. Das verwendete Sputtergerät ist das SPH-53OH (Nichiden-Anelva Inc.). Es braucht 30 min. um den Film unter einem Argongasdruck von 0,001 Torr (1Torr = 133,3224 Pa) unter Anlegen einer RF-Energie von 1 kW zu bilden. Die Filmdicke des vorstehend genannten Filmes beträgt 0,2 um.
Auf den vorstehend genannten Siliciumoxidfilm wird der positive Fotoresist OFPR-800 (Tokyo Ohka Inc.) aufgebracht und 20 min lang bei 90ºC getempert. Dann wird das Muster der Tintenabgabeöffnungen unter Verwendung des Canon Mask Aligner PLA-501FA aufgebracht. Die Belichtung beträgt 20 Zähleinheiten. Dann wird das Muster durch Anwendung eines Entwicklers vom Typ NMD-3 (Tokyo Ohka Inc.) entwickelt und mit deionisiertem Wasser gespült. Nach der Entwicklung wird der Träger auf einer Trockenätzvorrichtung DEM-451 vom parallelen, flachen Typ (Nichiden-Anelva Inc.) montiert, um mit einer Mischung aus 4-Fluorgas und 5% Sauerstoffgas zu ätzen, wodurch das Muster für die Tintenabgabeöffnungen auf dem Siliciumoxidfilm gebildet wird. Der Ätzgasdruck beträgt 10 Pa und die angelegte Energie beträgt 150 W. Die erforderliche Ätzdauer beträgt 2 min.
Dann werden, wie in Fig. 5 dargestellt, die Tintenabgabeöffnungen 7 auf der abdeckenden Harzschicht gebildet. Das Sauerstoffgas wird fürs Ätzen verwendet. Der Ätzgasdruck beträgt 8 Pa und die angelegte Energie beträgt 150 W. Unter diesen Bedingungen beträgt die erforderliche Ätzdauer 30 min. Die Ätzgeschwindigkeit für die vorstehend genannte abdeckende Harzschicht beträgt 0,8 um/min. Dieses Ätzen ist viermal schneller als in dem Fall, in dem ein Bisphenol-A- Epoxidharz verwendet wird.
Dann wird, wie in Fig. 6 dargestellt, lichtempfindliches Harz weggelöst, wodurch die Tintenströmungswege 8 gebildet werden. Der Träger wird in eine 5 gew.-%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung eingetaucht und der positive Fotoresist, der das Muster für die Tintenströmungswege bildet, wird, während eine Ultraschallwelle eingeleitet wird, bis zur Entfernung aufgelöst.
Schließlich wird, wie in Fig. 7 dargestellt, der Träger in einer solchen Anordnung an den Tintenbehälter 9 geklebt, daß Tinte von dem Tintenversorgungseinlaß her eingeleitet wird, und dann der elektrische Aufbau durchgeführt wird, um die elektrischen Signale bereitzustellen, wodurch ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf vervollständigt wird.
Der so hergestellte Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf wird in ein Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen installiert. Die verwendete Tinte besteht aus reinem Wasser/Glycerin/Direktschwarz 154 (wasserlöslicher, schwarzer Farbstoff) in einem Verhältnis von 65/30/5. Es ist ein zuverlässiger Druck möglich.

(Ausführungsform 1)

Zuerst wurde auf dem Siliciumsubstrat 1, auf dem elektrothermische Wandler (aus HfB&sub2; bestehende Heizeinrichtungen) als Flüssigkeitsabgabeenergieerzeugungselemente 2 ausgebildet worden waren, ein Tintenzuführeinlaß 3 durch Anwendung eines YAG-Lasers (Fig. 1) vorgesehen. Auf dieses Substrat 1 wurde ein Trockenfilm, der durch Aufbringen eines Polymethylisopropylketons (Tokyo Ohka Inc.: ODUR-1010) auf ein PET hergestellt wurde, durch Laminieren (bei einer Temperatur von 130ºC) als Schicht 4 aus dem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz übertragen (siehe Fig. 2). Da die Substanz ODUR-1010 eine niedrige Viskosität besitzt, ist es unmöglich, einen dicken Film auszubilden. Daher wird er durch Kondensation verwendet. Nach einer Vorhitzebehandlung über 20 min bei 120ºC wurde das Tintenströmungskanalmuster danach unter Verwendung eines Canon Mask Aligner PLA-520FA (unter Verwendung seines Kaltspiegels - cm - 290) belichtet. Die Belichtungszeit betrug eine Minute. Zur Entwicklung wurde Methylisobutylketon/Xylol = 2/1 Gew. verwendet. Zum Spülen wurde Xylol eingesetzt. Das erwähnte Resistmuster 4 soll die Tintenströmungskanäle zwischen dem Tintenzuführeinlaß 3 und den elektrothermischen Wandlern 2 sicherstellen. Somit ließ man das Resistmuster an der Stelle, an der die Strömungskanäle vorgesehen waren, intakt. Die Filmdicke des Resistes nach der Entwicklung betrug 10 um.
Dann wurde ein Gemisch aus einem Copolymer eines Methylmethacrylates und von Glycidylmethacrylat (Copolymerisationsverhältnis 4/l, gewichtsgemitteltes Molekulargewicht etwa 200.000 [als Polystyrol]) und einem Diethylentetramin (äquivalent zur Menge des aktiven Amins [-NH] zur Epoxygruppe im vorstehend erwähnten Copolymer) auf dem vorstehend erwähnten Resistmuster 4 als Überzugsharz 5 verwendet (siehe Fig. 3). Dieses Gemisch wurde in einem Lösungsmittel aus Toluol/Cyclohexanon = 9/l (Gew.-%) in 21 Gew.-% gelöst. Der Überzug wurde über eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung aufgebracht und zwei Stunden lang bei 100ºC so wie er war ausgehärtet. Die Filmdicke dieser Überzugsharzschicht betrug 10 um nach dem Aushärten auf dem Tintenströmungskanalmuster 4. Auch bei der Ausbildung dieser Überzugsharzschicht trat überhaupt keine Verformung des Tintenströmungskanalmusters 4 umfassend die Schicht aus dem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz auf.
Dann wurde auf die vorstehend erwähnte Überzugsharzschicht 5 ein negativer Silicium-Fotoresist (Tosoh Inc.: SNR-M2) 6 in einer Filmdicke von 0,6 um aufgebracht und 20 Minuten lang bei 80ºC vorerhitzt. Eine Maske, die dem Tintenabgabeöffnungsmuster entsprach, wurde auf diese Siliciumharzschicht aufgebracht, und es wurde belichtet. Zur Belichtung wurde das PLA-520FA (Kaltspiegel cm-250) 20 sec lang verwendet. Für die Entwicklung wurde ein Propylenglycol-αmonomethyläther/di-n-buthyläther = 5/2 (Volumenverhältnis) eingesetzt. Zum Spülen wurde ein Propylenglycol-α-monomethyläther/di-n-butyläther = 1/1 (Volumenverhältnis) verwendet. Dieser Siliciumresist ist ein negativer Resist. Daher wurde das Tintenabgabeöffnungsmuster durch Extraktion ausgebildet, wobei das Problem der Ausbildung eines feinen Musters auftrat. Wenn jedoch die Dicke des Resistfilmes gering ist, ist es möglich, ein Muster mit einem Durchmesser von etwa 2 um vorzusehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Abgabeöffnungsmuster mit einem Durchmesser von 25 um ausgebildet.
Danach wurde das vorstehend erwähnte Substrat 1 in die parallele und flache Trockenätzvorrichtung (Anelba Inc.: DEM-451) eingeführt. Die Abdeckharzschicht 5 wurde durch das Sauerstoffplasma weggeätzt (Fig. 5). Der Sauerstoffgasdruck betrug 8 Pa. Die aufgebrachte Energie betrug 150 W/cm², und die Ätzzeit betrug 30 min. Die Ätzgeschwindigkeit für das Abdeckharz 5 betrug 0,4 um/min unter den vorstehend wiedergegebenen Ätzbedingungen. Bei einer Ätzdauer von 30 min war die Penetration der Tintenabgabeöffnungen 7 beendet. Durch Änderung der Sauerstoffgasdrücke und der aufgebrachten Energie ist es möglich, den Grad der Ätzanisotrople zu verändern. Somit kann die Konfiguration der Tintenabgabeöffnungen 7 in Tiefenrichtung gesteuert werden. Auch ist es mit der Magnetronätzvorrichtung möglich, die Ätzgeschwindigkeit noch schneller zu machen.
Um die vorstehend erwähnte Schicht 4 aus dem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz zu lösen, wurde dann eine zweiminütige Belichtung mit dem PLA- 520 (unter Verwendung des Kaltspiegels - cm 290) durchgeführt. Dann wurde die Schicht 4 aus dem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz in ein Gemisch aus Methylisobutylketon/Xylol = 2/1 (Gew.-%) zum Spülen eingetaucht, während eine Ultraschallwelle über 15 sec vorgesehen wurde. Auf diese Weise wurden die Tintenströmungskanäle 8 ausgebildet (Fig. 6). Die Schicht 4 aus dem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz wurde bereits belichtet und gelöst. Daher ist der Spülvorgang einfach. Obwohl das für das Abdeckharz 5 verwendete Copolymer durch ionisierende Strahlung zersetzbar ist, kann die Lösungsreaktion im wesentlichen ignoriert werden, da die Brückenbildung durch ein Aminhärtungsmittel bereits vorangeschritten ist.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wurde schließlich ein Tintenzuführelement 9 mit dem Tintenzuführeinlaß 3 verbunden, um einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf auszubilden.
Der auf diese Weise hergestellte Tintenstrahlaufzeichnungskopf wurde in einer Aufzeichnungsvorrichtung installiert, um mit Hilfe einer Tinte einen Druckvorgang durchzuführen. Die Tinte bestand aus reinem Wasser/Glycerol/direkt black 154 (wasserlöslicher schwarzer Farbstoff) = 65/30/5 Gew. Es war ein beständiger Druckvorgang möglich. Die erhaltene Aufzeichnung hatte eine hohe Qualität.

(Ausführungsform 2)

Auf das Substrat 1, das in der gleichen Weise wie bei Ausführungsform 1 hergestellt worden war, wurde ein Trockenfilm durch Laminieren (Temperatur 120ºC) übertragen, der durch Aufbringen einer Diacetonalkohollösung (20 Gew.-%) eines Copolymers einer Methylmethacrylat/Methacrylsäure (Copolymerisationsverhältnis 8/2, gewichtsgemitteltes Molekulargewicht 150.000) auf einen Aramidfilm hergestellt worden war, um die Schicht aus dem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz auszubilden. Nach dem Vorerhitzen über 20 Minuten bei 120ºC wurde eine Belichtung vorgenommen, um ein Tintenströmungsmuster auszubilden. Für die Belichtung wurde die 2 kW Tief-UV-Lichtquelle (Ushio Denki, Inc.) über 10 Minuten verwendet. Dann wurde die Entwicklung unter Verwendung eines Methylisobutylketons durchgeführt. Die Filmdicke nach der Entwicklung betrug 12 um.
Dann wurde wie bei Ausführungsform 1 die Abdeckharzschicht 5 ausgebildet (mit 10 um auf dem Tintenströmungskanalmuster), eine Siliconharzschicht ausgebildet und danach ein Ätzvorgang durchgeführt. Nach dem Ätzen wurde die vorstehend erwähnte Tief-UV-Lichtquelle eingesetzt, um eine Belichtung über 10 Minuten durchzuführen. Dann wurde die Entwicklung mit einem Methylisobutylketon durchgeführt, während eine Ultraschallwelle ausgebildet wurde. Das Tintenströmungsmuster 4 wurde dann gespült. Der auf diese Weise erhaltene Kopf wurde wie bei der Referenzausführungsform ausgewertet, wobei sich ergab, daß ein beständiges Drucken möglich war und die entstandene Aufzeichnung ebenfalls eine hohe Qualität besaß.

(Ausführungsform 3)

Auf das Substrat 1, das in der gleichen Weise wie bei Ausführungsform 1 hergestellt worden war, wurde ein Trockenfilm durch Laminieren (Temperatur 130ºC) übertragen, der durch Aufbringen einer Cyclohexanonlösung (25 Gew.-%) eines Copolymers aus Methylmethacrylat/Phenylisopropenylketon (Copolymerisationsverhältnis 7/3 und gewichtsgemitteltes Molekulargewicht 150.000) auf einen PET-Film hergestellt worden war, um eine Schicht aus einem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz auszubilden. Nach dem Vorerhitzen über 10 Minuten bei 130ºC wurde eine Belichtung durchgeführt, um ein Tintenströmungskanalmuster auszubilden. Für die Belichtung wurde das Gerät PLA-520FA (unter Verwendung seines Kaltspiegels - cm 290) über 1,5 Minuten verwendet. Die Entwicklung wurde mit Hilfe eines Methylisobutylketon/Xylols = 1/l durchgeführt, während das Spülen mit einem Xylol ausgeführt wurde. Die Filmdicke nach der Entwicklung betrug 17 um.
Auf der Schicht 4 aus dem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz wurde eine Harzschicht als Deckharzschicht durch Aufbringen eines Lösungsmittels über eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung ausgebildet. Dieses Lösungsmittel wurde hergestellt, indem ein Gemisch aus einem Epoxidharz (Bisphenol A: Yuka-Shell Inc.: epicoat 1002), mit Propylenoxid modifiziertem Bisphenol A, einem Epoxidharz (Kyouei Inc.: epolite 3002) und einem Diethylentetramin als Härtungsmittel in einem Verhältnis von 75/22/3 angeordnet wurde, das in einem 20 Gew.-%igem Lösungsmittelgemisch aus Toluol/Cyclohexanon = 9/l gelöst wurde. Die auf diese Weise ausgebildete Deckharzschicht ließ man drei Stunden lang bei 100ºC zum Aushärten stehen. Die Filmdicke der Deckharzschicht betrug 15 um auf dem Tintenströmungskanalmuster.
Um das durch die ionisierende Strahlung zersetzbare lichtempfindliche Harz 4 zu lösen, wurde eine zweiminütige Belichtung mit Hilfe des Gerätes PLA 520 FA (Kaltspiegel - CM290) durchgeführt.
Danach wurde in der gleichen Weise wie bei Ausführungsform 1 ein Siliconresist zum Ätzen ausgebildet. Die Ätzbedingungen waren jedoch so, daß der Sauerstoffgasdruck 8 Pa und die aufgebrachte Energie 200 W/cm² betrugen. Die Ätzzeit betrug eine Stunde. Schließlich wurde die Schicht 4 aus dem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz gespült, indem sie in eine Lösung aus einem Methylisobutylketon getaucht wurde, während eine Ultraschallwelle erzeugt wurde.
Der auf diese Weise hergestellte Kopf wurde in der gleichen Weise wie bei der Referenzausführungsform ausgewertet. Es ergab sich, daß ein beständiges Drucken möglich war und die erhaltene Aufzeichnung eine hohe Qualität besaß.
Als Wirkungen, die von der Erfindung bereitgestellt werden, wie vorstehend beschrieben, können die im folgenden aufgeführten Punkte genannt werden.
1) Es ist möglich, die Entfernung zwischen den Elementen zum Erzeugen des Druckes zum Abgeben der Tinte und den Düsen streng zu steuern, weil die Tintenabgabeöffnungen ohne Schneiden des Trägers gebildet werden. Als Ergebnis kann eine Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit zuverlässigen Abgabeeigenschaften hergestellt werden.
2) Das Verfahren ist einfacher, weil kein Schneidprozeß erforderlich ist für die Bereitstellung der Oberfläche mit den Düsenlöchern.
3) Da die Positionierung der Hauptstrukturmaterialschicht durch Fotolithografietechnik durchgeführt wird, ist es möglich, sie einfach und genau durchzuführen, so daß der Kopf mit einer hohen Präzision der Abmessungen in hervorragender Ausbeute hergestellt werden kann.
4) Es ist möglich, die Tintenabgabeöffnungen mit hoher Auflösung zu bilden, was es ermöglicht, sie in hervorragendem Zustand zu reproduzieren und es gleichzeitig zu ermöglichen, einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit einer wünschenswerten mechanischen Festigkeit wie auch Wärmebeständigkeit und Tintenbeständigkeit herzustellen.
5) Auf einfachem Wege kann ein hochdichter Mehrfeldflüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf erhalten werden.
6) Es ist möglich, einfach und exakt die Höhe der Tintenströmungswege und die Länge des Düsenöffnungsbereiches zu ändern durch Steuerung der Filmdicke des aufzubringenden Resistfilms. Deshalb können Designänderungen und die Steuerung einfach durchgeführt werden.
7) Es gibt keine Notwendigkeit, winzige Bereiche durch Anwendung irgendeines Klebstoffes zu befestigen. Als Ergebnis besteht nicht die Möglichkeit, daß die Klebstoffe die Tintenströmungswege und den Düsenöffnungsbereich verstopfen. Eine Verringerung der Kopffunktionen tritt nicht auf.
8) Da die Oberfläche der Abgabeöffnungen mit einem Siliconharz abgedeckt ist, ist es schwierig für eine Tinte, die Wasser enthält, daran zu haften. So ist es möglich, einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf herzustellen, der in der Lage ist, Tintentröpfchen mit einer hervorragenden linearen Flugbahn abzugeben.
9) Unter Verwendung der hochmolekularen Vinylverbindung, für die ein Glycidylmethacrylat copolymerisiert wird, ist es möglich, die abdeckende Harzschicht bei einer niedrigen Temperatur zu härten ohne irgendeine nachteilige Wirkung auf das Harz, das das Muster für die Tintenströmungswege bildet (Wärmehärtung, Verformung oder dergleichen).
10) Die Geschwindigkeit der Sauerstoffätzung auf den hochmolekularen Acrylverbindungen, für die ein Glycidylmethacrylat copolymerisiert wurde, ist extrem hoch, was zu einer Verbesserung der Produktivität des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes führt.
11) Der Hauptverfahrensschritt für die Bildung des Kopfes wird durch Anwendung der Lithografietechnik unter Verwendung eines Fotoresistes oder eines lichtempfindlichen Trockenfilmes ausgeführt, was es möglich macht, leicht die winzigen Bereiche des Kopfes mit einem gewünschten Muster zu erzeugen und zur gleichen Zeit eine Vielzahl von Köpfen, die die gleiche Struktur aufweisen, gleichzeitig zu verarbeiten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes mit einer Tintenabgabeöffnung zum Abgeben von Tinte, einem mit der Tintenabgabeöffnung in Verbindung stehenden Tintenströmungsweg, einem Element zur Erzeugung von Tintenabgabeenergie, das am Tintenströmungsweg vorgesehen ist und zur Abgabe der Tinte verwendet wird, und einer Tintenzuführöffnung zum Zuführen von Tinte zum Tintenströmungsweg mit den folgenden Schritten:

Herstellen eines Substrates, das mit dem Element zur Erzeugung der Tintenabgabeenergie und der Tintenzuführöffnung versehen ist;

Beschichten des Elementes zur Erzeugung der Tintenabgabeenergie und der Tintenzuführöffnung auf dem Substrat mit einem durch ionisierende Strahlung zersetzbaren lichtempfindlichen Harz;

Bilden eines Tintenströmungsmusters aus dem durch ionisierende Strahlung zerseztzbaren lichtempfindlichen Harz;

Ausbilden einer Überzugsharzschicht zum Beschichten des Tintenströmungsweges auf dem Substrat;

Ausbilden der Tintenabgabeöffnung über dem Element zur Erzeugung der Tintenabgabeenergie auf der Überzugsharzschicht;

Aufbringen einer ionisierenden Strahlung auf das Tintenströmungswegmuster durch die tJberzugsharzschicht; und

Ausbilden des Tintenströmungsweges durch Eluieren des von der ionisierenden Strahlung bestrahlten Tintenströmungswegmusters.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das durch die ionisierende Strahlung zersetzbare lichtempfindliche Harz eine Einheit umfaßt, die mindestens durch die allgemeine Formel (1)

gekennzeichnet ist, worin R&sub1; ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe und R&sub2; eine Alkylgruppe, einen substituieren oder nichtsubstituierten aromatischen Ring oder einen heterozyklischen Ring bedeuten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das durch die ionisierende Strahlung zerstetzbare lichtempfindliche Harz eine Einheit umfaßt, die mindestens durch die allgemeine Formel (2)

gekennzeichnet ist, worin R&sub3; eine Alkylgruppe oder ein Halogenatom und R&sub4; eine Alkylgruppe, einen substituierten oder nichtsubstituierten aromatischen Ring oder einen heterozyklischen Ring bedeuten.