DE69410648T2

DE69410648T2 - Herstellungsverfahren für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE69410648T2
Application number: DE69410648T
Authority: DE
Inventors: Genji C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo 146 Inada; Masashi C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo 146 Miyagawa; Norio C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo 146 Okuma; Tamaki C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo 146 Sato; Hiroaki C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo 146 Toshima
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1994-02-02
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: CN1080645C; DE69410648D1; EP0609860A3; EP0609860A2; KR0152452B1; US5478606A; KR940019477A; ES2116478T3; EP0609860B1; JPH06286149A; JP3143307B2; ATE166836T1; CN1104585A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes für die Erzeugung von Tröpfchen einer Auf zeichnungsflüssigkeit zur Verwendung in dem Tintenstrahl auf zeichnungsverfahren.
Ein in dem Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren verwendeter Tintenstrahlaufzeichnungskopf umfaßt im allgemeinen Auslässe zum Ausstoß winziger Tröpfchen einer Aufzeichnungsflüssigkeit (nachstehend werden sie als Öffnungen bezeichnet), einen Flüssigkeitskanal und Bereiche zur Erzeugung einer Energie für den Ausstoß einer Flüssigkeit, die in einem Teil des Flüssigkeitskanals bereitgestellt werden. Um mittels solch eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes hochqualitative Bilder zu erhalten, ist es wünschenswert, daß die Tröpfchen der Aufzeichnungsflüssigkeit aus den jeweiligen Öffnungen immer mit dem gleichen Volumen und der gleichen Geschwindigkeit ausgestoßen werden. Um dieser Bedingung gerecht zu werden, offenbaren die japanischen Patentschriften JP-A-4010940 und JP-A-4010942 Verfahren, die das Anlegen von Steuersignalen an Elementen zur Erzeugung eines Drucks für den Ausstoß von Tinte (elektrothermische Wandlerelemente) als Reaktion auf aufgezeichnete Information umfassen, um das elektrothermische Wandlerelement zur Erzeugung von Wärmeenergie zu veranlassen, die einen raschen Temperaturanstieg herbeiführt, der die Temperatur des Blasensiedens der Tinte übersteigt, wodurch in der Tinte eine Blase erzeugt wird, und es mittels der Verbindung der Blase mit der Atmosphäre zu einem Ausstoß von Tintentröpfchen kommt.
Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf zur Durchführung der vorstehenden Verfahren stellt bevorzugt einen kurzen Abstand zwischen dem elektrothermischen Wandlerelement und der Öffnung (nachstehend wird darauf als OH-Öffnung Bezug genommen) bereit. In dem vorstehenden Verfahren ist es erforderlich, daß der OH-Abstand genau und mit guter Reproduzierbarkeit eingestellt werden kann, da dieser Parameter im Grunde genommen das Ausstoßvolumen festlegt.
Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahlaufzeichnungsköpfen schließen ein Verfahren ein, wie es in den japanischen Patentschriften JP-A-57203255 und JP-A-57208256 beschrieben ist, das die Erzeugung eines Düsenmusters, das Tintenkanäle und Öffnungsbereiche umfaßt, auf einem Substrat unter Verwendung eines lichtempfindlichen Harzmaterials, wobei das Substrat darauf angeordnete Elemente zur Druckerzeugung für den Ausstoß von Tinte aufweist, und das anschließende Aufbringen einer Abdeckung, wie einer Glasplatte, auf die Düse umfaßt. Es ist auch ein in der japanischen Patentschrift JP-A-61154947 beschriebenes Verfahren eingeschlossen, das die Erzeugung eines Tintenkanalmusters unter Verwendung eines löslichen Harzes, das Beschichten des Musters mit einem Epoxidharz oder ähnlichem, gefolgt von einer Härtung des Harzes, das Zerschneiden der Grundplatte, und ein anschließendes Entfernen des löslichen Harzmusters durch Herauslösen umfaßt. Mit all diesen Verfahren werden Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe eines Typs erzeugt, in dem die Richtung des Blasenwachstums und die Richtung des Ausstoßes der Tintentröpfchen verschieden sind (nahezu senkrecht). Bei solch einem Typ von Aufzeichnungskopf wird der Abstand zwischen dem Element zur Druckerzeugung für den Ausstoß von Tinte und der Öffnung durch das Zerschneiden der Grundplatte eingestellt, so daß die Genauigkeit und Präzision des Zuschneidens einen wichtigen Faktor bei der Regelung des Abstands zwischen dem Element zur Druckerzeugung für den Ausstoß von Tinte und der Öffnung darstellt. Das Zerschneiden erfolgt jedoch im allgemeinen mittels einer mechanischen Einrichtung, wie einer Würfelsäge, was es schwierig macht, eine hohe Präzision und Genauigkeit zu ereichen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes des Typs, in dem die Richtungen des Blasenwachstums und des Ausstoßes der Tintentröpfchen ungefähr identisch sind, ist in der japanischen Patentschrift JP-A-58008658 beschrieben, das das Verbinden eines Substrats und eines Trockenf ilms, der als Auslaß- bzw. Öffnungsplatte dient, mittels eines anderen gemusterten Trockenf ilms und die anschließende Bildung von Öffnungen mittels Photolithographie umfaßt. Ein anderes Verfahren dieser Art, das in der japanischen Patentschrift JP-A-62264975 beschrieben ist, umfaßt das Verbinden eines Substrats, das darauf gebildete Elemente zur Druckerzeugung für den Ausstoß von Tinte aufweist, mit einer Öffnungsplatte, die durch Elektroformung hergestellt wurde, mittels eines gemusterten Trockenf ilms. Diese beiden Verfahren werfen in bezug auf die Herstellung dünner (z.B. 20 um oder weniger), gleichförmiger Öffnungsplatten Probleme auf. Selbst wenn solch eine dünne und gleichförmige Öffnungsplatte hergestellt wird, ist der Schritt des Verbindens mit dem Substrat, das darauf gebildete Elemente zur Druckerzeugung für den Ausstoß von Tinte aufweist, sehr schwierig durchzuführen, da die Öffnungsplatte zerbrechlich ist.
EP-A-491560 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßaufzeichnungskopfes gemäß dem Oberbegriff (preamble) von Anspruch 1.
Die Erfindung erfolgte angesichts der vorstehenden Probleme und beabsichtigt die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, das geeignet ist, einen kurzen Abstand zwischen dem Element zur Druckerzeugung für den Tintenausstoß und der Öffnung mit sehr hoher Genauigkeit und Präzison als auch guter Reproduzierbarkeit einzustellen, wobei der Tintenstrahlaufzeichnungskopf auch für eine hochqualitative Aufzeichnung geeignet ist.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines billigen, sehr zuverlässigen Tintenstrahlaufzeichnungskopfes mittels eines verkürzten Herstellungsverfahrens.
Die Erfindung, die so gestaltet wurde, daß die vorstehenden Aufgaben gelöst wurden, ist ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, wie es in Anspruch 1 offenbart ist.
Erfindungsgemäß kann ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes zur Verfügung gestellt werden, das geeignet ist, einen kurzen Abstand zwischen dem Element zur Druckerzeugung für den Tintenausstoß und der Öffnung mit sehr hoher Genauigkeit und Präzision als auch guter Reproduzierbarkeit einzustellen, wobei der Tintenstrahlaufzeichnungskopf auch für eine hochqualitative Aufzeichnung geeignet ist.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsformen davon in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich werden.
Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Substrat vor der Bildung eines Tintenkanals und von Öffnungsbereichen zeigt;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die die Grundplatte mit einem darauf gebildeten löslichen Tintenkanalmuster zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Grundplatte mit einer darauf gebildeten Schicht aus einem Beschichtungsharz zeigt;
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die die Grundplatte mit der Schicht aus dem Beschichtungsharz zeigt, die für die Herstellung von Tintenausstoßöf fnungen mit einem Muster belichtet wird;
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die die Grundplatte mit der entwickelten, gemusterten Schicht aus dem Beschichtungsharz zeigt;
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die die Grundplatte zeigt, bei der das lösliche Harzmuster herausgelöst wurde;
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, die die Grundplatte mit einem daran angebrachten Tintenzufuhrelement zeigt.
Die Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 bis 6 sind schematische Ansichten zur Erläuterung einer fundamentalen Ausführungsform der Erfindung und jede von ihnen zeigt ein Beispiel für den Aufbau des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes und das Herstellungsverfahren für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf, auf den sich das Verfahren der Erfindung bezieht.
In der Ausführungsform wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist, eine Grundplatte 1, die Glas, Keramikwerkstoff, Kunststoff oder Metall umfaßt, verwendet.
Die Grundplatte 1 kann jede Form besitzen oder aus jedem Material bestehen, solange sie als Teil des den Flüssigkeitskanal aufbauenden Elements und als Träger für die Materialschichten, die den Tintenkanal und die Ausstoßöffnungen bilden, die später beschrieben werden, fungieren kann. Auf der Grundplatte 1 sind eine gewünschte Anzahl an Elementen 2 zur Erzeugung von Energie zum Ausstoß von Tinte, wie elektrothermische Wandlerelemente oder piezoelektrische Elemente, angeordnet. Mittels solcher Elemente 2 zur Erzeugung der Tintenausstoßenergie wird der Tinte eine Ausstoßenergie zum Ausstoß von Tröpfchen einer Aufzeichnungsflüssigkeit zugeführt und es erfolgt eine Aufzeichnung. Wenn ein elektrothermisches Wandlerelernent als das Element 2 zur Erzeugung der Tintenausstoßenergie verwendet wird, erwärmt dieses Element eine in der Nähe befindliche Aufzeichnungsflüssigkeit, wodurch sich der Zustand der Aufzeichnungsflüssigkeit verändert und eine Ausstoßenergie erzeugt wird. Wenn ein piezoelektrisches Element verwendet wird, wird andererseits durch seine mechanischen Schwingungen eine Ausstoßenergie erzeugt.
Mit den Elementen 2 sind Steuersignal-Eingabeelektroden (nicht gezeigt) verbunden, um diese Elemente in Funktion zu setzen. Bei dem Versuch die Haltbarkeit dieser Elemente zur Erzeugung von Ausstoßenergie zu verbessern, ist die Bereitstellung verschiedener funktioneller Schichten, wie Schutzschichten, gängige Praxis. Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen, das die Bereitstellung solcher funktioneller Schichten erwünscht bzw. akzeptabel ist.
Fig. 1 stellt beispielhaft eine Form vor, in der eine zuvor eine Öffnung 3 für die Zufuhr von Tinte in der Grundplatte bereitgestellt wird und Tinte aus dem Bereich unterhalb der Grundplatte zugeführt wird. Bei der Herstellung der Öffnung können alle Mittel angewandt werden, solange sie zur Bildung eines Lochs in der Grundplatte geeignet sind. Zum Beispiel können mechanische Mittel, wie ein Bohrer, oder Lichtenergie, wie ein Laser, verwendet werden. Oder aber es ist möglich ein Abdeckmuster oder ähnliches auf der Grundplatte zu bilden und sie chemisch zu ätzen
Es versteht sich von selbst, daß die Tintenzufuhröffnung eher in dem Harzmuster als in der Grundplatte gebildet sein kann, und in bezug auf die Grundplatte in der gleichen Ebene wie die Tintenausstoßöffnungen liegt.
Dann wird, wie in Fig. 2 (eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' von Fig. 1) gezeigt, ein Tintenkanalmuster 4 aus einem löslichen Harz auf der Grundplatte 1 gebildet, das die Elemente 2 zur Erzeugung von Energie für den Tintenausstoß einschließt. Das üblichste Verfahren zur Bildung des Musters wäre ein Verfahren, das ein lichtempfindliches Material verwendet, aber es können auch Verfahren, wie ein Tiefdruck, angewandt werden. Wenn ein lichtempfindliches Material verwendet wird, können ein positives Resist oder ein negatives Resist, dessen Löslichkeit verändert werden kann, eingesetzt werden, da das Tintenkanalmuster löslich ist.
Wenn eine Grundplatte mit einer darin befindlichen Tintenzufuhröffnung verwendet wird, besteht ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer Resistschicht darin, ein lichtempfindliches Material in einem geeigneten Lösungsmittel zu lösen, die Lösung auf einen Film aus PET oder ähnlichem aufzubringen, gefolgt von einem Trocknen, um einen Trockenfilm herzustellen, und das Laminieren des Trockenfilms auf die Grundplatte. Für den Trockenfilm kann bevorzugt eine photozersetzbare polymere Verbindung, die aus Vinylketon, wie Polymethylisopropylketon, oder Polyvinylketon gewonnen wurde, verwendet werden. Diese Verbindungen können einfach auf die Tintenzufuhröffnung laminiert werden, da sie vor dem Belichten die Eigenschaften der polymeren Verbindungen (Filmbildungseigenschaften) beibehalten.
Ferner kann ein Füllmaterial, das in einem nachfolgenden Schritt entfernt werden kann, in der Tintenzufuhröffnung 3 angeordnet werden&sub1; gefolgt von der Bildung eines Films mittels eines üblichen Verfahrens, wie Schleuderbeschichtung oder Walzenbeschichtung.
Auf der löslichen Harzmaterialschicht mit dem so gemusterten Tintenkanal wird ferner eine Schicht 5 aus einem Beschichtungsharz mittels eines üblichen Verfahrens, wie Schleuderbeschichtung oder Walzenbeschichtung aufgebracht, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Während des Schritts der Bildung der Schicht aus dem Beschichtungsharz sind Eigenschaften, wie diejenige, keine Deformation des löslichen Harzmusters zu verursachen, erforderlich. Das heißt, wenn die Schicht aus dem Beschichtungsharz durch Lösen des Beschichtungsharzes in einem Lösungsmittel und Aufbringen der Lösung auf ein lösliches Harzmuster mittels Schleuderbeschichtung oder Walzenbeschichtung gebildet werden soll, ist es notwendig, ein Lösungsmittel zu wählen, das das lösliche Harzmuster nicht schmelzen läßt.
Nun wird die Schicht aus dem Beschichtungsharz, die in der Erfindung verwendet wird, beschrieben Eine bevorzugte Schicht aus dem Beschichtungsharz ist eine lichtempfindliche Harzschicht, da sie es ermöglicht, daß Tintenausstoßöffnungen mittels Photolithographie einfach und genau hergestellt werden. Es ist erforderlich, daß solch eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Beschichtungsharz als Strukturmaterial eine hohe mechanische Festigkeit, eine Haftung an die Grundplatte, Tintenbeständigkeit und eine Auflösung für die Musterbildung eines komplizierten Musters der Tintenausstoßöffnungen aufweist. Die Erfinder fanden bei ausgedehnten Untersuchungen, daß ein kationenpolymerisiertes Trocknungsprodukt eines Epoxidharzes eine ausgezeichnete Festigkeit, Haftung und Tintenbeständigkeit als Strukturmaterial aufweist, und daß, wenn das Epoxidharz bei gewöhnlichen Temperaturen fest ist, es ausgezeichnete Musterungseigenschaften zeigt. Diese Entdeckungen führten die Erfinder zur Realisierung der Erfindung.
Das kationenpolymerisierte Härtungsprodukt des Epoxidharzes weist eine höhere Vernetzunsdichte (hohe Glasübergangstemperatur [tg]) als ein übliches Härtungsprodukt eines Säureanhydrids oder Amins auf und zeigt somit als Strukturmaterial zufriedenstellende Eigenschaften. Zudem verhindert die Verwendung eines bei gewöhnlichen Temperaturen festen Epoxidharzes die Diffusion von Polymerisationskeimen (polymerization seeds), die von dem kationischen Polymerisationsinitiator bei der Bestrahlung mit Licht stammen, in das Epoxidharz, wodurch eine Musterbildung mit großer Genauigkeit sichergestellt und ein Muster mit eindeutiger Form erhalten wird.
Der Schritt der Bildung der Schicht aus dem Beschichtungsharz auf der löslichen Harzschicht erfolgt bevorzugt durch Lösen eines Beschichtungsharzes, das bei gewöhnlichen Temperaturen fest ist, in einem Lösungsmittel und Schleuderbeschichten mit der Lösung.
Die Anwendung der Schleuderbeschichtung, einer Filmbeschichtungstechnik, ermöglicht eine gleichförmige und genaue Bildung der Schicht aus dem Beschichtungsharz, um den Abstand zwischen dem Element zur Druckerzeugung für den Tintenausstoß und der Öffnung zu verkürzen, wobei diese Prozedur mittels herkömmlicher Verfahren schwierig durchzuführen ist, und einfach einen Tröpfchenausstoß herbeizuführen.
Die Schicht aus dem Beschichtungsharz wird wünschenswerterweise flach auf der Oberfläche gebildet. Dies deshalb, weil (1) eine auf der Öffnungsoberfläche auftretende Unebenheit unvorteilhafte Tintenreservoirs in den Vertiefungen erzeugen würde, und (2) die Ebenheit die Verarbeitung während der Bildung der Tintenausstoßöffnungen in der Schicht aus dem Beschichtungsharz erleichtert.
Die Erfinder untersuchten eifrig die Bedingungen für eine ebene Ausbildung der Schicht aus dem Beschichtungsharz und fanden, daß die Konzentration des Beschichtungsharzes in bezug auf das Lösungsmittel zu einem sehr wichtigen Faktor wird, was die Ebenheit der Schicht aus dem Beschichtungsharz angeht. Genauer gesagt wird es möglich, die Oberfläche der Schicht aus dem Beschichtungsharz durch Lösen des Beschichtungsharzes in dem Lösungsmittel mit einer Konzentration von 30 - 70 Gewichts-%, bevorzugt 40 - 60 Gewichts-%, für den Schleuderbeschichtungsschritt, eben zu gestalten.
Wenn das Beschichtungsharz mit einer Konzentration von kleiner 30 Gew.-% gelöst und einer Schleuderbeschichtung unterzogen wird, enthält die resultierende Schicht aus dem Beschichtungsharz Unregelmäßigkeiten, die sich aus dem Muster der löslichen Harzschicht ergeben. Wenn das Beschichtungsharz mit einer Konzentration gelöst wird, die 70 Gew.-% überschreitet, wird die Lösung hochviskos und kann nicht mittels Schleuderbeschichtung aufgetragen werden; und selbst wenn sie mittels Schleuderbeschichtung aufgetragen werden könnte, würde der resultierende Film eine unzufriedenstellende Verteilung der Filmdicke aufweisen.
Wenn das Beschichten mittels Schleuderbeschichtung durchgeführt wird, muß die Viskosität der Beschichtungslösung 10 bis 3000 cps betragen. Eine zu geringe Viskosität führt dazu, daß die Beschichtungslösung herabrinnt; und eine zu hohe Viskosität führt zu einer ungleichmäßigen Schicht aus der Beschichtungslösung. Deshalb ist es erforderlich, ein geeignetes Lösungsmittel so auszuwählen, daß die Viskosität der Lösung, die das Beschichtungsharz enthält, bei der vorstehend erwähnten Konzentration einen erwünschten Wert annimmt.
Wenn das vorstehend erwähnte negative lichtempfindliche Material als Beschichtungsharz verwendet wird, kommt es üblicherweise zu einer Reflexion von der Oberfläche der Grundplatte und zum Auftreten eines Belags (scum) (Entwicklungsrückstände). In der Erfindung wird das Ausstoßöffnungsmuster jedoch auf dem Tintenkanal gebildet, der aus dem löslichen Harz gebildet ist, wodurch der Einfluß der Reflexion von der Grundplatte vernachlässigbar wird. Ferner wird der während der Entwicklung auftretende Belag während des später beschriebenen Schritts des Wegwaschens des löslichen Harzes, das den Tintenkanal bildet, entfernt. Somit übt der Belag keinen schädlichen Einfluß aus.
Beispiele für das feste Epoxidharz für die Verwendung in der Erfindung schließen das Reaktionsprodukt zwischen Bisphenol A und Epichlorhydrin ein, das ein Molekulargewicht von ungefähr 900 oder mehr aufweist, das Reaktionsprodukt zwischen bromhaltigen Bisphenol A und Epichlorhydrin, das Reaktionsprodukt zwischen phenolischem Novolak oder o-Kresol-Novolak und Epichlorhydrin, und die polyfunktionellen Epoxidharze mit einem Oxycyclohexanskelett, die in den Beschreibungen der Japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 161973/1985, 221121/1988 und 9216/1989 und 140219/1990 beschrieben sind. Es ist unnötig zu erwähnen, daß die Epoxidharze der Erfindung nicht auf diese Verbindungen beschränkt sind.
Von diesen Epoxidverbindungen werden diejenigen mit einem Epoxidäquivalentgewicht von 2.000 oder weniger bevorzugt verwendet, und diejenigen mit einem Epoxidäquivalentgewicht von 1.000 oder weniger werden bevorzugter verwendet. Ein Epoxidäquivalentgewicht, das 2.000 überschreitet, kann zu einer Abnahme der Vernetzungsdichte während der Härtungsreaktion führen, wodurch sich die Tg oder die Wärmeverformungstemperatur des Härtungsprodukts erniedrigt, oder sich die Haftung oder die Tintenbeständigkeit verschlechtert.
Beispiele für den kationischen Photopolymerisationsinitiator zum Härten des Epoxidharzes schließen aromatische Iodoniumsalze, aromatische Sulfoniumsalze [siehe J. POLYMER SCI: Symposium Nr. 56, 383-395 (1976)] und SP-150 und SP-170 ein, die von Asahi-Denka Kogyo Kabushiki Kaisha in den Handel gebracht wurden.
Die Kombination dieser kationischen Photopolymerisationsinitiatoren mit Reduktionsmitteln ermöglicht es, daß die kationische Polymerisation durch Erwärmen gefördert wird (d.h. die Vernetzungsdichte kann im Vergleich mit einer kationischen Photopolymerisation, die ohne diese Kombination durchgeführt wird, erhöht werden). Wenn der kationische Photopolymerisationsinitiator mit einem Reduktionsmittel kombiniert wird, ist es jedoch erforderlich, solch ein Reduktionsmittel auszuwählen, daß sich ein Redox-Initiatorsystem ergibt, das bei üblichen Temperaturen nicht reagiert, das aber bei einer bestimmten Temperatur oder darüber (bevorzugt 60 ºC oder darüber) reagiert. Optimal als solch ein Reduktionsmittel ist im Hinblick auf die Reaktivität und die Löslichkeit in dem Epoxidharz eine Kupferverbindung, insbesondere Kupfertriflat (copper triflate) (Kupfer(II)trifluormethansulfonat). Ein Reduktionsmittel, wie Ascorbinsäure, ist ebenfalls nützlich. Wenn eine höhere Vernetzungsdichte (höherer Tg) aufgrund der gestiegenen Anzahl an Düsen (Hochgeschwindigkeitsdruck) oder der Verwendung einer nichtneutralen Tinte (verbesserte Wasserbeständigkeit des Pigments) erforderlich ist, ist es möglich, die Vernetzungsdichte mittels der Durchführung eines (zu beschreibenden) nachgeordneten Schrittes des Eintauchens der Schicht aus dem Beschichtungsharz in eine Lösung des Reduktionsmittels und eines Erwärmens, nachdem der Entwicklungsschritt für die Schicht aus dem Beschichtungsharz beendet ist, zu erhöhen.
Zu der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung können Additive gegeben werden, falls dies gewünscht wird. Zum Beispiel können Flexibilisierungsmittel zugegeben werden, um die Elastizität des Epoxidharzes zu erhöhen, oder es können Silanhaftmittel zugegeben werden, um eine zusätzliche Haftung an die Grundplatte zu erhalten.
Anschließend wird die Schicht 5 aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz, die die vorstehend beschriebenen Verbindungen umfaßt, durch eine Maske 6 musterbelichtet, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Die Schicht 5 aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz der vorliegenden Ausführungsform ist vom negativen Typ, und so gestaltet, um diejenigen Bereiche mittels der Maske abzuschirmen, die die Tintenausstoßöffnungen bilden werden (natürlich schirmt sie auch diejenigen Bereiche ab, die elektrisch verbunden werden; nicht gezeigt).
Das Licht für die Musterbelichtung kann aus ultravioletten Strahlen, niedriger UV-Strahlung, Elektronenstrahlen und Röntgenstrahlen, in Übereinstimmung mit dem Lichtempfindlichkeitsbereich des verwendeten kationischen Photopolymerisationsinitiators, ausgewählt werden.
Alle der vorstehend erwähntn Schritte sind für ein Registerhalten (register) unter Anwendung einer herkömmlichen photolithographischen Technik geeignet, und können eine bemerkenswert verbesserte Genauigkeit im Vergleich zu einem Verfahren erreichen, in dem eine Öffnungsplatte getrennt hergestellt und auf die Grundplatte laminiert wird. Die so musterbelichtete, Schicht 5 aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz kann wärmebehandelt werden, falls dies gewünscht wird, um die Reaktion zu fördern. Da die Schicht aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz aus einem Epoxidharz besteht, das bei gewöhnlichen Temperaturen fest ist, wie bereits früher erwähnt wurde, werden kationische Polymerisationskeime, die bei der Musterbelichtung auftreten, in geringem Ausmaß difundiert, wodurch eine hohe Mustergenauigkeit und eine genaue Form ermöglicht wird.
Anschließend wird die musterbelichtete Schicht 5 aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz unter Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels entwickelt, um, wie in Fig. 5 gezeigt, Tintenausstoßöffnungen zu bilden. Es ist möglich, gleichzeitig mit der Entwicklung der unbelichteten Schicht aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz das lösliche Harzmuster 4 zu entwickeln, das einen Tintenkanal bilden wird. Im allgemeinen sind jedoch eine Vielzahl an Köpfen mit gleicher oder verschiedener Form auf der Grundplatte angeordnet und werden, nachdem ein Schneideschritt durchgeführt wurde, als Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe verwendet. Deshalb kann als Gegenmaßnahme gegen Späne bzw. nach dem Schneiden verbliebenen Materialresten der nachstehende Schritt durchgeführt werden: Nur die Schicht aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz wird wie in Fig. 5 gezeigt selektiv entwickelt, wodurch das Hartmuster 4, das den Tintenkanal bildet, beibehalten wird (das Beibehalten des Harzmusters 4 in der Flüssigkeitskammer hält Materialreste, die während des Schneidens erzeugt wurden, vom Eindringen in die Flüssigkeitskammer ab), und das Harzmuster 4 wird nach dem Entwicklungsschritt (Fig. 6) entwickelt. Ferner wird auch der Belag (scum) (Entwicklungsrückstände), der während der Entwicklung der Schicht 5 aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz auftritt, zusammen mit der löslichen Harzschicht gelöst, und auf diese Weise verbleiben keine Rückstände in der Düse.
In dem Fall, in dem die Vernetzungsdichte wie vorstehend erwähnt erhöht werden soll, wird die Schicht 5 aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz mit dem Tintenkanal und den darin gebildeten Tintenausstoßöffnungen dann in eine Lösung eingetaucht, die ein Reduktionsmittel enthält, und erhitzt, um sie nachzuhärten. Dieser Schritt erhöht ferner die Vernetzungsdichte der Schicht 5 aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz und führt zu einer sehr zufriedenstellenden Haftung an die Grundplatte und zu einer sehr zufriedenstellenden Beständigkeit gegenüber der Tinte. Natürlich kann dieser Schritt des Eintauchens in die Kupferionen enthaltende Lösung, gefolgt von einem Erwärmen, sofort durchgeführt werden, nachdem die Schicht 5 aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz musterbelichtet und entwickelt wurde, um die Tintenausstoßöffnungen herzustellen. Danach kann die lösliche Harzschicht 4 herausgelöst werden. Der Schritt des Eintauchens und Erwärmens kann entweder durch ein Erwärmen während des Eintauchens oder ein Erwärmen nach dem Eintauchen durchgeführt werden.
Solch ein Reduktionsmittel kann jede Substanz mit reduzierender Aktivität sein, aber eine Verbindung, die Kupferionen enthält, wie Kupfertriflat, Kupf eracetat oder Kupferbenzoat, ist besonders wirkungsvoll. Von diesen Verbindungen ist insbesondere Kupfertriflat besonders wirkungsvoll. Zusätzlich zu diesen Verbindungen ist Ascorbinsäure ebenfalls nützlich.
Die Grundplatte mit dem Tintenkanal und den so darauf gebildeten Tintenausstoßöffnungen ist mit einem Element 7 für die Zufuhr von Tinte und einem elektrischen Anschluß (nicht gezeigt) zur Ansteuerung der Elemente zur Druckerzeugung für den Tintenausstoß versehen, um den Tintenstrahlaufzeichnungskopf (Fig. 7) zu vervollständigen.
In dieser Ausführungsform werden die Tintenausstoßöffnungen mittels Photolithographie hergestellt, wobei aber die Erfindung nicht darauf beschränkt ist; die Tintenausstoßöffnungen können durch Trockenätzen mit einem Sauerstoffplasma oder einem Excimer-Laser gebildet werden, wenn die Maske gewechselt wird. Wenn ein Excimer-Laser oder ein Trockenätzen mit einem Sauerstoffplasma angewandt wird, um die Tintenausstoßöffnungen zu bilden, wird die Grundplatte durch das Harzmuster geschützt und es ist unwahrscheinlich, daß sie durch den Laser oder das Plasma beschädigt wird, was die Bereitstellung eines sehr genauen und zuverlässigen Kopfes möglich macht. Wenn ein Trockenätzen oder ein Excimer-Laser für die Herstellung der Tintenausstoßöffnungen angewandt wird, kann die Schicht aus dem Beschichtungsharz darüberhinaus eine aus einem lichtempfindlichen oder wärmehärtbaren Harz sein.
Die Erfindung ist für einen Vollinien-Aufzeichnungskopf wirksam, der für eine gleichzeitige Aufzeichnung über die gesamte Breite eines Auf zeichnungspapiers geeignet ist, und für einen Farbaufzeichnungskopf, der mit dem Aufzeichnungskopf integriert ist oder in kombinierter Form mehrere Aufzeichnungsköpfe aufweist.
Der erfindungsgemäße Auf zeichnungskopf wird bevorzugt für feste Tinte eingesetzt, die sich oberhalb einer bestimmten Temperatur verflüssigt.
Beispiele für die Erfindung werden nachstehend beschrieben.

Beispiel 1

Ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf wurde gemäß dem vorstehend erwähnten Verfahren, das in den Figuren 1 bis 7 gezeigt ist, hergestellt.
Eine Strahlsmaske (blast mask) wurde auf einer Silikongrundplatte 1 mit darauf als Elemente zur Druckerzeugung für den Tintenausstoß gebildeten elektrothermischen Wandlerelementen 2 (Wärmevorrichtungen, die aus dem Material HfB&sub2; bestehen) aufgebracht. Ein Durchgangsloch 3 für die Zufuhr von Tinte wurde mittels Sandstrahlens gebildet (Fig. 1).
Anschließend wurde ein Trockenf ilm, der durch das Aufbringen von Polymethylisopropenylketon (ODUR-lob, Tokyo Oka Kogyo Kabushiki Kaisha) auf PET, gefolgt von einem Trocknen, hergestellt worden war, als lösliche Harzschicht auf die Grundplatte übertragen. Das ODUR-1010 wurde in konzentrierter Form verwendet, da es eine geringe Viskosität aufweist und nicht zu einem dicken Film verarbeitet werden kann.
Nachdem dieses System 20 Minuten lang bei 120 ºC vorgehärtet worden war, wurde es unter Verwendung der Maskenausrichtungsvorrichtung PLA520, die von Canon Inc. (Cold Mirror CM290) hergestellt worden war, zur Bildung von Tintenkanälen musterbelichtet. Die Belichtung dauerte 1,5 Minuten und die Ent- Wicklung erfolgte unter Verwendung von Methylisobutylketon/xylol = 2/1, und eines Spülens unter Verwendung von Xylol. Ein aus dem löslichen Harz gebildetes Muster 4 sollte die Tintenkanäle zwischen der Tintenzufuhröf fnung 3 und den elektrothermischen Wandlerelementen 2 (Fig. 2) sicherstellen. Die Dicke des Resists nach der Entwicklung betrug 10 um.
Anschließend wurde eine Harzzusammensetzung, wie sie in Tabelle 1 gezeigt ist, in einer Lösungsmittelmischung aus Methylisobutylketon/Xylol mit einer Konzentration von 50 Gew.-% gelöst und die Lösung wurde mittels Schleuderbeschichtung aufgebracht, um eine Schicht 5 aus einem lichtempfindlichen Harz zu bilden (die Filrndicke auf dem Musters 4 betrug 10 um, Fig. 3).
Danach wurde unter Verwendung einer PLA 520 (CM250) eine Musterbelichtung zur Bildung von Tintenausstoßöffnungen durchgeführt. Die Belichtung dauerte 10 Sekunden, und es wurde 30 Minuten lang ein Tempern bzw. Nachhärten bei 60 ºC durchgeführt.
Methylisobutylketon wurde für die Entwicklung verwendet, um Tintenausstoßöffnungen zu bilden. In diesem Beispiel wurde ein Ausstoßöffnungsmuster mit einem Durchmesser von 25 um gebildet.
Unter den vorstehend erwähnten Bedingungen wurde das Tintenkanalmuster 4 nicht vollständig entwickelt, sondern verblieb.
Normalerweise sind auf der Grundplatte 1 mehrere Köpfe von gleicher oder verschiedener Gestalt angeordnet, so daß die Grundplatte mittels eines Substratzerteilers oder ähnlichem auf der oberen Stufe zerschnitten wird, um die entsprechenden Tintenstrahlauf zeichnungsköpfe zu erhalten. In diesem Beispiel bleibt das Tintenkanalmuster 4 jedoch wie vorstehend erwähnt zurück und ermöglicht es, daß Staub, der während des Schneidens entsteht, von einem Eindringen in den Kopf abgehalten wird. Der so erhaltene Tintenstrahlaufzeichnungskopf wurde 2 Minuten lang unter Verwendung einer PLA520 (CM290) belichtet und in Methylisobutylketon getaucht, wobei gleichzeitig eine Ultraschallbehandlung erfolgte, um das verbliebene Tintenkanalmuster 4 zu schmelzen (Fig. 6).
Anschließend wurde der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 1 Stunde lang bei 150 ºC erwärmt, um die Schicht 5 aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsmaterial vollständig zu härten.
Schließlich wurde ein Tintenzufuhrelement 7 mit der Tintenzufuhröffnung verbunden, um den Tintenstrahlaufzeichnungskopf zu vollenden.
Der so hergestellte Tintenstrahlaufzeichnungskopf wurde an ein Aufzeichnungsgerät montiert und eine Aufzeichnung erfolgte unter Verwendung einer Tinte, die demineralisiertes Wasser/Diethylenglycol/Isopropylalkohol/Lithiumacetat/den schwarzen Farbstoff Food Black 2 im Verhältnis von 79,4/15/3/0,1/2,5 umfaßte. Ein stabiles Drucken war möglich und die resultierenden Drucke waren von hoher Qualität.

Beispiel 2

Beurteilungen erfolgten auf die gleiche Weise, wobei jedoch die Zusammensetzung der Schicht aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz aus Beispiel 1 wie in Tabelle 2 gezeigt verändert wurde. In diesem Beispiel wurde die mechanische Festigkeit des Düsenaufbaustoffs (ein Härtungsprodukt des lichtempfindlichen Beschichtungsharzes), seine Haftung an die Grundplatte und ähnliches unter Verwendung einer Kombination aus einem kationischen Photopolymerisationsiniitiator und einem Reduktionsmittel weiter verbessert. Die Schritte bis zur Bildung der Schicht 5 aus dem lichtempfindlichen Beschichtungsharz wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Musterbelichtung für die Bildung der Tintenausstoßöffnungen wurde 5 Sekunden lang unter Anwendung einer PLA520 (CM250) und einem 10minütigen Nachhärten bei 60 ºC durchgeführt. Unter diesen Bedingungen reagieren der kationische Photopolymerisationsinitiator und das Reduktionsmittel (Kupfertriflat) im wesentlichen nicht, wodurch eine Musterung bei Licht ermöglicht wird.
Nachdem das Entwickeln, das Schneiden und Auswaschen des Tintenkanais 4 auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt worden war, erfolgte 1 Stunde lang eine Wärmebehandlung bei 150 ºC. Auf dieser Stufe reagierten der kationische Photopolymerisationsinitiator und das Kupfertriflat und förderten die kationische Polymerisation des Epoxidharzes. Das so erhaltene Härtungsprodukt des Epoxidharzes wies eine höhere Vernetzungsdichte auf als das Harz, das nur durch Licht gehärtet worden war, und es wies eine bessere mechanische Festigkeit, Haftung an die Grundplatte und Tintenbeständigkeit als letzteres auf. Der so hergestellte Tintenstrahlauf zeichnungskopf wurde an ein Aufzeichnungsgerät montiert und die Aufzeichnung erfolgte unter Verwendung einer Tinte, die demineralisiertes Wasser/Diethylenglycol/Isopropylalkohol/Lithiumacetat/den schwarzen Farbstoff Food Black 2 in einem Verhältnis von 79,4/15/3/0,1/2,5 enthielt. Ein stabiles Drucken war möglich und die resultierenden Drucke wiesen eine hohe Qualität auf.
Nachdem der vorstehende Tintenstrahlaufzeichnungskopf 3 Monate bei 60 ºC gelagert worden war, wobei er mit dieser Tinte gefüllt war, wurde erneut ein Druck durchgeführt. Drucke mit der gleichen Qualität wie diejenigen vor dem Lagertest wurden erhalten.

Beispiel 3

Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf von Beispiel 1 wurde den nachgeordneten Schritten des Eintauchens in eine Lösung, die ein Reduktionsmittel enthielt, und einem Erwärmen unterzogen, wobei die Beurteilungen auf die gleiche Weise erfolgten.
Nach dem Schritt des Auswaschens des Tintenkanals 4 in Beispiel 1 wurde der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 30 Minuten lang in eine 2 gew.-%ige Kupfertriflat-Ethanollösung getaucht, wobei gleichzeitig eine Ultraschallbehandlung stattfand, und anschließend wurde er getrocknet. Nachdem er 2 Stunden lang bei 150 ºC wärmebehandelt worden war, wurde er mit reinem Wasser gewaschen. Anschließend wurde ein Tintenzufuhrelement 7 auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 an die Tintenzufuhröffnung befestigt, um den Tintenstrahlaufzeichnungskopf zu vervollständigen.
Der so hergestellte Tintenstrahlaufzeichnungskopf wurde an ein Aufzeichnungsgerät montiert und es wurde unter Verwendung einer Tinte, die demineralisiertes Wasser/Diethylenglycol/Isopropanolalkohol/Lithiumacetat/einen schwarzen Farbstoff Food Black 2 in einem Verhältnis von 79,4/15/3/0,1/2,5 enthielt, eine Aufzeichnung wie in Beispiel 1 durchgeführt. Ein stabiles Drucken war möglich und die resultierenden Drucke wiesen eine hohe Qualität auf.
Um die Verbesserung der Vernetzungsdichte aufgrund des Eintauchens in die Kupferionen zu bestätigen, wurden die nachstehenden Experimente durchgeführt. Eine wie in Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung wurde mit einer Dicke von 10 um auf einen Captonfilm aufgebracht und einer Photohärtung unterzogen. Dann wurde dieses Laminat entweder in eine Ethanollösung eingetaucht, die Kupferionen enthielt, und wärmebehandelt, um eine Probe (a) herzustellen; oder sie wurde in eine Lösung aus reinem Alkohol eingetaucht, die keine Kupferionen enthielt, und wärmebehandelt, um eine Probe (b) herzustellen. Die Glasübergangspunkte (Tg) dieser Proben wurden mittels einer dynamischen Auswertung gemessen. Es wurde gefunden, daß die Probe (a) einen Tg von 240 ºC und die Probe (b) einen Tg von 200 ºC aufwies. Wie aus diesen Ergebnissen hervorgeht, verbesserte die Nachbehandlung mit Kupferionen die Vernetzungsdichte und ermöglicht die Herstellung eines äußerst zuverlässigen Tintenstrahlauf zeichnungskopfes. Tabelle 1 Tabelle 2
Die vorstehend beschriebene Erfindung ist für eine genaue Einstellung der Abstände zwischen den Elementen zur Druckerzeugung für den Ausstoß von Tinte und den Öffnungen, und ihrer Lagegenauigkeit geeignet. Somit ermöglicht sie mittels eines einfachen Verfahrens die Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes mit stabilen Tintenausstoßeigenschaften und hoher Zuverlässigkeit.
Die Erfindung wurde im Detail unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben und es können daran Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne daß von der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen definiert ist, abgewichen wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, das die nachstehenden Schritte umfaßt:

(a) Bildung eines Tintenkanalmusters (4) auf einem Substrat (1) unter Verwendung eines löslichen Harzes, wobei das Substrat darauf angeordnete Elemente (2) zur Druckerzeugung für den Tintenausstoß aufweist;

(b) Bildung einer Schicht (5) aus einem Beschichtungsharz auf dem Tintenkanalmuster (4), die als Tintenkanalwand dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz, das aufgebracht werden soll, in einem geeigneten Lösungsmittel in Lösung gehalten wird, wobei das Harz ein Epoxidharz enthält, das bei üblichen Temperaturen fest ist, und anschließend das Harz aus der Lösung auf das Tintenkanalmuster (4) aufgebracht wird;

(c) Bildung von Tintenausstoßöffnungen in der Schicht (5) aus dem Beschichtungsharz über den Elementen (2) zur Druckerzeugung für den Tintenausstoß; und

(d) Herauslösen des Tintenkanalmusters (4).

2. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsharz ein lichtempfindliches Harz ist und einen kationischen Photopolymerisationsinitiator enthält.

3. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsharz ein Reduktionsmittel enthält.

4. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kationische Photopolymerisationsinitiator ein aromatisches Iodoniumsalz ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel Kupfer(II) trifluormethansulfonat ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopf es nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxidäquivalentgewicht des Epoxidharzes 2000 oder weniger beträgt.

7. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopf es nach Anspruch 1, das ferner einen Schritt des Eintauchens der Schicht aus dem Beschichtungsharz in eine Lösung, die ein Reduktionsmittel enthält, und das Erwärmen der Schicht aus dem Beschichtungsharz, nach der Durchführung des Schritts des Herauslösens des Tintenkanalmusters, einschließt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel Kupferionen enthält.

9. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel Kupfer(II) trifluormethansulfonat enthält.

10. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenausstoßöffnungen mittels Photolithographie gebildet werden.

11. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenausstoßöf fnungen mittels Trockenätzens mit einem Sauerstoffplasma gebildet werden.

12. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenausstoßöffnungen mittels eines Excimer-Lasers gebildet werden.

13. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlauf zeichnungskopfes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des in dem Lösungsmittel gelösten Beschichtungsharzes 30 bis 70 Gew.-% beträgt.

14. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des in dem Lösungsmittel gelösten Beschichtungsharzes 40 bis 60 Gew.-% beträgt.