DE69531185T2

DE69531185T2 - Tintenstrahlkopf, Tintenstrahlkopfkassette, Tintenstrahlapparat und Verfahren zur Herstellung eines solchen Tintenstrahlkopfes

Info

Publication number: DE69531185T2
Application number: DE69531185T
Authority: DE
Inventors: Seiichiro Ohta-ku Karita; Hiroshi Ohta-ku Sugitani; Yutaka Ohta-ku Koizumi; Toshio Ohta-ku Kashino; Haruhiko Ohta-ku Terai; Akira Ohta-ku Goto; Koichi Ohta-ku Omata; Hiroki Ohta-ku Tajima; Kiyomitsu Ohta-ku Kudo; Shin Ohta-ku Ishimatsu; Masaru Ohta-ku Iketani
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2015-10-28
Also published as: EP0709199A2; EP0709199B1; DE69531185D1; EP0709199A3; US5748213A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlkopf, eine Tintenstrahlkopfkassette und einen Tintenstrahlapparat, nachstehend als ein Tintenstrahlgerät bezeichnet, zum Aufzeichnen durch Ausstoß von Flüssigkeitströpfchen (wie z. B. Tintentröpfchen) aus den Ausstoßöffnungen auf ein Aufzeichnungsmedium und zum Bewirken, daß die Tröpfchen an dem Aufzeichnungsmedium anhaften, und betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Tintenstrahlkopfs.
Es ist ein Tintenstrahlkopf bekannt, der mit Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tinte versehen ist, mit Tintenkanälen zum Zuführen von Tinte aus einem Tintenbehälter zu den Ausstoßöffnungen und mit Ausstoßenergie-Erzeugungselementen, die für die jeweiligen Tintenkanäle zum Erzeugen von Energie, die in jedem der Tintenkanäle auf die Tinte einwirken kann, angeordnet sind. Es ist allgemein üblich, dafür einen Aufbau vorzusehen, bei dem ein Nutenelement angeordnet ist, dessen Nuten erzeugt sind, um die Ausstoßöffnungen und die Tintenkanäle auszubilden und zu ermöglichen, dieses Element mit Substraten zu verbinden, welche die darauf angeordneten Ausstoßenergie-Erzeugungselemente aufweisen.
Von den Tintenstrahlköpfen erfordert insbesondere ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf oder dergleichen der Zeilenausführung, d. h. ein sich längs erstreckender Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, eine große Anzahl von mehreren tausend Energieerzeugungselementen. Wenn nur eines von diesen einen Fehler aufweist, ist das gesamte Substrat als fehlerhaftes Produkt zu verwerfen, und die Fertigungsausbeute der Sub strate ist häufig unerfreulich. Unter solchen Umständen haben daher die genannten Erfinder et al vorgeschlagen, den Tintenstrahlkopf, dessen Fertigungsausbeute in einer solchen Weise erhöht ist, daß die Elementsubstrate, die jeweils eine vergleichsweise kleine Anzahl, wie z. B. 64 oder 128, der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente auf einer Grundplatte in hoher Genauigkeit erzeugt und angeordnet werden und dann ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf durch Verbinden eines genuteten Elements mit der Grundplatte hergestellt wird, um jedes der Elementsubstrate zu erfassen.
Im Fall des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs, bei dem eine Vielzahl von Elementsubstraten angeordnet und an einer Grundplatte fest angeordnet sind, ist es nicht leicht, die benachbarten Elementsubstrate eng aneinander und zuverlässig auf der Grundplatte anzuordnen, und es besteht die Neigung zum Auftreten von Spalten zwischen jedem der Elementsubstrate. Obgleich außerordentlich klein, können diese Spalten in dem Fall eines fein strukturierten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs nicht vernachlässigt werden. Es sei denn, die Wände der Nutenelemente sind quer zu den zwei Elementsubstraten an den Grenzen zwischen diesen angeordnet, wobei Tinte aus den Spalten zwischen den Elementsubstraten austritt und fehlerhafte Tintenausstöße verursacht.
Um diesen Nachteil zu verhindern ist ein Aufbau denkbar, der erleichtert, daß die Wände der Nutenelemente quer zu den Spalten angeordnet sind, indem jede Wand der Nutenelemente breiter in Bezug auf jeden Spalt zwischen den Elementsubstraten ist. Wie jedoch in 21 gezeigt, gibt es Fälle, in denen nicht nur ein Spalt s, sondern auch eine Stufe d auftritt, wenn die Substrate 1100 und 1100' fest angeordnet werden. Wenn die Stufe d auftritt, wird die Wand 1209 des Nutenelements nur an eines der Elementsubstrate 1100 gedrückt, aber nicht an das andere Elementsubstrat 1100', obgleich die Wand 1209 des Nutenelements breiter ausgebildet ist. Schließlich besteht noch ein Spalt in Bezug auf das andere Elementsubstrat 1100'.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ausgelegt, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Tintenstrahlkopf zu schaffen, der in der Lage ist, Tinte in einem guten Zustand auszustoßen, indem ein Aufbau geschaffen wird, um die Spalte zwischen den Elementsubstraten mit den Wänden des Nutenelements zuverlässig zu überdecken, selbst wenn Spalte und Stufen verursacht werden, die zwischen den Elementsubstraten auftreten, und eine Tintenstrahlkopfkassette zu schaffen, ein Tintenstrahlgerät und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Tintenstrahlkopfs.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Tintenstrahlkopf zu schaffen, der in der Lage ist, jedes Entstehen von Druckwellen-Kreuzkopplung zwischen den Flüssigkeitskanälen zu verhindern, indem das Vermögen des Nutenelements zum engen Kontakt mit Elementsubstraten verbessert wird, um Tintenausstöße in gutem Zustand auszuführen, und auch eine Tintenstrahlkopfkassette, ein Tintenstrahlgerät und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Aufzeichnungskopfs zu schaffen.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Tintenstrahlkopfs mit einem soliden Aufbau mit einer hohen Fertigungsausbeute und ein Laserbearbeitungsgerät dafür zu schaffen.
Zum Erreichen dieser Aufgabe und der Ziele sind die Hauptanforderungen der vorliegenden Erfindung in den Ansprüchen 1, 9, 10 oder 1- definiert. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2–8 und 12-16 definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Ansicht zur Darstellung der Hauptteile eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2A, 2B und 2C zeigen jeweils die Draufsicht, Vorderansicht und Unteransicht, welche das Nutenelement des in 1 gezeigten Tintenstrahlkopfs darstellen,
3 zeigt eine Querschnittansicht des Nutenelements im Schnitt entlang der Linie 3-3 in 2B,
4 zeigt eine vergrößerte Perspektivansicht des in 2A bis 2C gezeigten Nutenelements, wenn von der Seite der Nutenerzeugungsfläche aus beobachtet,
5 zeigt eine Querschnittansicht der Wand, welche die benachbarten Nutenelemente unterteilt, wie in 2A gezeigt,
6 zeigt eine Ansicht, welche einen Zustand darstellt, wenn die Heizvorrichtungsplatte und die Wände zum Unterteilen der Tintenkanäle unter Druck für den in 1 gezeigten Tintenstrahlkopf in Kontakt sind,
7 zeigt eine Aufbauansicht, welche ein Ausführungsbeispiel des Laserbearbeitungsgeräts zeigt, das zum Erzeugen der Nuten und Rippen des Nutenelements verwendet wird,
8A, 8B und 8C zeigen Ansichten, welche die Prozesse zum Erzeugen der Nuten und Rippen des Nutenelements zeigen,
9 zeigt eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, wenn die Heizvorrichtungsplatte und die Wände zur Unterteilung der Tintenpfade unter Druck für einen Tintenstrahlkopf gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Kontakt sind,
10 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche schematisch einen erfindungsgemäßen Tintenstrahlkopf zeigt,
11 zeigt eine Querschnittansicht, in welcher der Tintenstrahlkopf entlang einem Tintenkanal herausgeschnitten ist,
12 zeigt eine Querschnittansicht, in welcher das Nutenelement des Tintenstrahlkopfs in der Anordnungsrichtung einer Nut herausgeschnitten ist,
13 zeigt eine Ansicht, welche ein Ausführungsbeispiel der Maske zeigt, die zur Bearbeitung der Nuten und Vertiefungen des in 12 gezeigten Nutenelements mit dem in 7 dargestellten Laserbearbeitungsgerät verwendet wird,
14 zeigt eine Querschnittansicht, in welcher das Nutenelement des Tintenstrahlkopfs in der Anordnungsrichtung einer Nut herausgeschnitten ist,
15 zeigt eine Ansicht, welche ein Ausführungsbeispiel der Maske zeigt, die zur Bearbeitung der Nuten und Formstücke des in 14 gezeigten Nutenelements mit dem in 7 gezeigten Laserbearbeitungsgerät verwendet wird,
16 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche den Hauptteil des Nutenelements eines erfindungsgemäßen Tintenstrahlkopfs zeigt, wenn von der Seite der Verbindungsfläche des Nutenelements und des Elementsubstrats beobachtet,
17 zeigt eine Ansicht, welche ein Ausführungsbeispiel der Maske zeigt, die zur Bearbeitung der Nuten und Vertiefungen des in 16 gezeigten Nutenelements mit dem in 7 gezeigten Laserbearbeitungsgerät verwendet wird,
18 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche eine erfindungsgemäße Tintenstrahlkassette zeigt,
19 zeigt eine Ansicht, welche schematisch ein Ausführungsbeispiel des Tintenstrahlgeräts einer Vollzeilenausfüh rung zeigt, das einen erfindungsgemäßen Tintenstrahlkopf verwendet,
20 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahlgeräts einer seriellen Ausführung zeigt, das einen erfindungsgemäßen Tintenstrahlkopf verwendet,
21 zeigt eine Ansicht, welche die Beziehung einer Verbindung zwischen der Wand des Nutenelements und dem Spalt zwischen den Elementsubstraten gemäß dem Stand der Technik zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen.
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt eine Ansicht der Hauptteile eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Beschreibung eines Tintenstrahlkopfs mit den Ausstoßöffnungen, deren Dichte 360 dpi (70,5 μm Abstand) beträgt und deren Anzahl 3008 ist (Druckbreite von 212 mm).
In 1 ist eine Vielzahl von Heizplatten 100, d. h. Elementsubstraten, in einer Reihe auf einer Grundplatte 300 angeordnet, d. h. einer Grundplatte, die aus Glas, Silizium, Keramik, Metall und dergleichen erzeugt ist, und die durch Auftragen eines Verbindungsmittels oder dergleichen fest angeordnet sind. Auf jeder der Heizplatten 100 sind 128 Ausstoßenergie-Erzeugungselemente 101, welche durch Wärmeerzeugungselemente oder dergleichen ausgebildet sind, die Wärmeenergie erzeugen, in spezifischen Positionen in einer Dichte von 360 dpi angeordnet, und dann ist jede der Heizplatten 100 in einer Reihe mit hoher Genauigkeit so angeordnet, daß die Abstände zwischen jedem der Energieerzeugungselemente in der Anordnungsrichtung dieser Ausstoßenergie-Erzeugungselemente 101 gleich sind.
Für jede dieser Heizplatten 100 ist eine Anschlußfläche 102 angeordnet, um elektrische Signale und elektrische Energie zum Ansteuern jedes der Energieerzeugungselemente 101 zuzuführen. Diese Anschlußflächen 102 sind durch Drahtbonden oder dergleichen mit den Anschlußflächen 401 einer gedruckten Leiterplatte 400 elektrisch verbunden, die an der Grundplatte 300 durch Klebverbindung fest angeordnet ist. Die gedruckte Leiterplatte 400 ist mit einem Anschluß 402 mit einer Steuerplatte (nicht gezeigt) des Aufzeichnungsgerät-Hauptkörpers (nicht gezeigt) elektrisch verbunden, wenn diese in dem Hauptkörper installiert ist. Die Aufzeichnungssignale und die Ansteuerenergie von der Steuerplatte werden jedem der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente 101 durch die gedruckte Leiterplatte 400 zugeführt. Auf diese Weise wird jedes der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente 101 zu einem beliebigen Zeitpunkt angesteuert.
Das Nutenelement 200, in dem die Ausstoßöffnungen 203 zum Ausstoßen von Tinte und die Nuten 202 (siehe 2A bis 2C), welche nachstehend beschrieben sind, entsprechend jedem der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente erzeugt sind, mit der Grundplatte 300 in einer solchen Weise verbunden, um die Heizplatten 100 abzudecken.
Unter Bezugnahme auf 2A bis 2C wird das Nutenelement 200 beschrieben. 2A, 2B und 2C zeigen jeweils die Draufsicht, Vorderansicht und Unteransicht des in 1 gezeigten Nutenelements.
Wie in 2A bis 2C gezeigt, ist das Nutenelement 200 mit einer Vielzahl von Nuten 202 versehen, welche die Tintenkanäle ausbilden, die für jedes der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente 101 (siehe 1) angeordnet sind, Ausstoßöffnungen 203, die für jede der Nuten 202 entsprechend jeder der Nuten 202 leitend angeordnet sind, und einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 201, die mit jeder der Nuten 202 leitend verbunden ist, welche zeitweilig die Tinte vorhält, die in jede der Nuten 202 strömt. In dieser Hinsicht ist die Vielzahl von Nuten jeweils durch Wände ausgebildet, und dann ist das Nutenelement 200 in Kontakt mit jeder der Heizplatten 100 unter Druck, wenn das Nutenelement 200 mit der Grundplatte 300 in einer solchen Weise verbunden ist, um jede der Heizplatten 100 zu bedecken. Somit wird jeder Raum, der durch die jeweilige Nut 202 und die Heizplatte 100 umschlossen ist, ein Tintenkanal. In einem Zustand, bei dem die Tintenkanäle erzeugt sind, ist jedes der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente 101 in jedem der Tintenkanäle angeordnet.
Als ein Material für die Ausbildung des Nutenelements 200 ist jedes Harz gut genug, wenn es nur für die genaue Erzeugung der Nuten 202 verwendbar ist. Es ist jedoch wünschenswert, ein Harz anzunehmen, das hervorragende Eigenschaften aufweist, wie mechanische Festigkeit, Dimensionsstabilität und Beständigkeit gegenüber Tinte, zusätzlich zu der Leichtigkeit, mit welcher daraus die Nuten genau erzeugt werden können. Als solche Materialien ist die Anwendung von Epoxidharz, Acrylharz, Diglykol-Dialkylkarbonatharz, ungesättigtes Polyesterharz, Polyurethanharz, Melaminharz, Phenolharz, Harnstoffharz oder dergleichen zu bevorzugen. Insbesondere ist es wünschenswert, Polysulfon, Polyethersulfonharz oder dergleichen vom Gesichtspunkt der Formbarkeit, des Strömungswiderstands oder dergleichen zu verwenden.
Wie in der Querschnittansicht der 3 gezeigt, ist ein Rohr 205 in das Nutenelement 200 eingefügt, um Tinte von einem äußeren Tintenbehälter (nicht gezeigt) der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 201 zuzuführen. Für das Rohr 205 ist eine Zuführöffnung 206 offen, um die leitende Verbindung mit der Flüssigkeitskammer 206 auszubilden. Tinte in dem Rohr 205 wird durch diese Zuführöffnung 206 der Flüssigkeitskammer 201 zugeführt. Um den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Nutenelements 200 auszugleichen, ist das Rohr 205 aus dem gleichen rostfreien Stahl erzeugt, der für die Grundplatte 300 (siehe 1) als Material verwendet ist. Auf der Außenfläche eines Tragelements 205 ist eine Oberflächenbearbeitung, wie z. B. ein Sandstrahlprozeß, ein Kordelverfahren, in bezug auf das Nutenelement vorgesehen, um den engen Kontakt mit dem Nutenelement zu verbessern. Auf diese Weise wird bei der somit erhaltenen mechanischen Belastung der Wärmeausdehnungskoeffizient des Nutenelements 200 ausgebildet, daß dieser dem rostfreien Stahl ähnlich ist. Ferner ist es möglich, das Nutenelement 200 und die Grundplatte 300 mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auszubilden. Folglich wird keine Verlagerung der Heizplatten 100 (siehe 1) durch die erzeugte Wärme bei der Ansteuerung der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente verursacht.
Nachstehend wird in Verbindung mit 4 der Aufbau der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 zeigt eine Ansicht, welche ein Nutenelement darstellt, beobachtet von der Seite, auf der es mit Elementsubstraten verbunden ist. Wie in 4 gezeigt, sind Rippen 210a, 210b und 210c am Boden des Nutenelements angeordnet, d. h. dem Abschnitt, an dem es mit den Heizplatten 100 zur Erzeugung des Druckkontaktabschnitts entlang dem Aufbau der Abschnitte in Kontakt ist, wo diese Rippen mit den Heizplatten 100 in Kontakt sind. Insbesondere am Fuß der Wand 209 sind zwischen den Abschnitten, wo das Nutenelement mit den Heizplatten 100 verbunden ist, sind zwei Rippen (Formstücke) 210b und 210c in der Richtung der Flüssigkeitskanäle (Nuten) ausgebildet. Jede dieser Rippen 210b und 210c ist mit der Rippe 210a verbunden, die für die Oberfläche angeordnet sind, in welcher die Ausstoßöffnung 203 erzeugt ist. Von diesen Strukturen ist insbesondere eine Vielzahl von Rippen 210, welche für den Fuß der Wände angeordnet sind, in den Positionen entsprechend den Spalten zwischen einer Vielzahl von Elementsubstraten vorgesehen sind, in der Lage, die Druckwellen-Kreuzkopplung zu unterdrücken, die durch die Spalte (Grenzen) der Elementsubstrate erzeugt wird, wie weiter nachstehend beschrieben ist. 5 zeigt eine Querschnittansicht, welche die Wand zeigt, welche die einander angrenzenden Nu ten 202 unterteilt. Wie in 5 gezeigt, ist jede der zwei Rippen 210b und 210c, die für die Wand 209 erzeugt sind, jeweils an beiden Enden in bezug auf die Breite W der Wand an deren Vorderende angeordnet. Die Höhe h und die Breite w sind beide gleich. Die Breite w der Wand ist die durch Grenzen bestimmt, die für die Abstände der Tintenkanäle, die Ausstoßeigenschaften und dergleichen vorgesehen sind, doch in der vorliegenden Ausführungsform beträgt sie ungefähr 12 μm. Auch die Höhe h der Rippen 210b und 210c hängt von dem Material des Nutenelements 200 und der Stärke des Druckkontakts zwischen diesem Element und den Heizplatten 100 ab. Sie beträgt jedoch in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 2 μm.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau sind die Rippen 210a, 210b und 210c, die für das Nutenelement 200 erzeugt sind, unter Druck in Kontakt mit den Heizplatten 100, wenn das Nutenelement 200 mit der Grundplatte 300 verbunden ist, wodurch mittels der Heizplatten 100 und der Nuten 202 des Nutenelements 200 Tintenkanäle ausgebildet werden.
Hier wird der Zustand des Kontaktdrucks der Rippen 210b und 210c in bezug auf die Wand 209 berücksichtigt, welche die Nuten 202 unterteilt, d. h. die Wand 209, welche die Tintenkanäle unterteilt. 6 zeigt eine Ansicht, welche den Kontaktdruckzustand zwischen den Heizplatten 100 und der Wand 209 zeigt, welche die Tintenkanäle unterteilt. Wie in 6 gezeigt, tritt zwischen den Heizplatten 100, welche einander angrenzend sind, ein Spalt s (Grenze) von ungefähr 3 bis 5 μm abhängig von der Schnitt- und Bearbeitungsgenauigkeit der Heizplatten 100 auf. Wenn die Heizplatten 100 angeordnet sind, liegt auch eine Stufe d von maximal ungefähr 3 μm zwischen diesen auf. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Wand 209, welche die Tintenkanäle unterteilt, durch zwei Rippen 210b und 210c ausgebildet, wie vorstehend beschrieben ist. Daher ist bei der Wand 209, die in dem Grenzabschnitt der Heizplatten 100 angeordnet ist, welche einander angrenzend sind, jede der Rippen 210b und 210c in Kontakt mit den Heizplatten 100. Auch hinsichtlich der Stufe d ist die Rippe 210c, welche in Druckkontakt mit der Heizplatte 100 ist, die höher angeordnet ist, in dem Maße zusammengedrückt, daß der Unterschied der Stufe d so besteht, um in engem Kontakt mit der Heizplatte 100 zu sein. Auf diese Weise wird der Unterschied ausgeglichen, der sich aus der Stufe d ergibt. Demzufolge wird der Spalt s zwischen den Heizplatten 100 zuverlässig abgedichtet. Daher besteht keine Möglichkeit, daß Tinte durch solche Spalte ausläuft, wodurch fehlerhafte Tintenausstöße infolge eines solchen Tintenaustritts vermieden werden. Ferner sind die Prozesse, die herkömmlich angenommen sind, noch anwendbar, um das Nutenelement 200 mit der Grundplatte 300 zu verbinden. Daher ist es möglich, Tintenstrahlköpfe hoher Qualität herzustellen, ohne in dieser Hinsicht jegliche Montageschritte zu verändern.
Es ist ausreichend, wenn nur die Höhe h der Rippen 210b und 210c (siehe 5) mehr als die Differenz der Stufe d zwischen den Heizplatten 100 ist, doch es ist zu bevorzugen, die Höhe h und die Breite w (siehe 5) einzustellen, um den Kompressionsgrad der Rippen 210b und 210c unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen der Druckkontaktkraft (Belastung) und der Spannung gemäß dem Material des Nutenelements 200 und der Druckkontaktkraft zu erhalten, die anwendbar ist, wenn das Nutenelement mit den Heizplatten 100 in Kontakt ist.
Für den Tintenstrahlkopf der vorliegenden Ausführungsform wird ein Laserbearbeitungsverfahren, welches weiter nachstehend beschrieben ist, für die Erzeugung von Nuten 202 des Nutenelements 200 als auch für die Erzeugung der Rippen 210a, 210b und 210c angewendet.
7 zeigt eine Aufbauansicht zur schematischen Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts, welches für die Erzeugung der Nuten 202 und der vorstehend beschriebenen Rippen 210a, 210b und 210c verwendet wird. Wie in 7 gezeigt, ist das Laserbearbeitungsgerät der vorliegenden Ausführungsform mit einem Laseroszillator 1 versehen, der als eine Laserlichtquelle dient, um einen Laserstrahl 2 abzustrahlen, einem Geräterahmen 6, in dem dessen Bearbeitungssystem installiert ist, um ein Werkstück w durch die Anwendung des Laserstrahls 2 aus dem Laseroszillator 1 zu bearbeiten, Datenverarbeitungs- und Steuersysteme 7, welche die Datenverarbeitung und Steuerung bei der Bearbeitung des Werkstücks W ausführen.
Der Laserstrahl 2, der von dem Laseroszillator 1 abgestrahlt ist, wird durch eine Strahlteilvorrichtung 3 teilweise reflektiert. Der reflektierte Strahl wird durch eine Leistungserfassungsvorrichtung 4 überwacht. Währenddessen wird der Laserstrahl 2, der durch die Strahlteilvorrichtung 3 übertragen ist, durch zwei 45°-Totalreflexionsspiegel 5 reflektiert und fällt auf den Geräterahmen 6 ein. Als die Strahlteilvorrichtung 3 werden Parallelebenenplatten, die aus synthetischem Quarz hergestellt sind, zum teilweisen Trennen des Laserstrahls 2 nur mittels Oberflächenreflexion verwendet.
Der Geräterahmen 6 ist mit einem optischen System 8 ausgestattet, einem Beobachtungs- und Meßsystem 9 zum Beobachten und Messen der Position eines Werkstücks W, einer Maskeneinheit 10 und einer Bearbeitungsstation 11, um die Bewegung des Werkstücks W zu ermöglichen. Das optische System 8 weist ein strahlteilendes optisches System und ein optisches System 8a zur Köhlerbeleuchtung auf, die auf der optischen Achse a des Laserstrahls 2 angeordnet sind, der auf den Geräterahmen 6 einfällt, und ein optisches Projektionssystem 8b, um zu ermöglichen, daß das Bild auf der Maskeneinheit 10 auf der Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks W abgebildet wird. Die Maskeneinheit 10 ist zwischen dem strahlformenden optischen System und dem Köhler-Beleuchtungssystem 8a sowie dem optischen Projektionssystem 8b angeordnet. In dieser Hinsicht ist es ratsam, ein optisches Kontraktionssystem für das optische Projektionssystem 8b vom Gesichtspunkt der Haltbarkeit der Maskeneinheit 10 zu verwenden. Für die vorliegende Ausführungsform ist es ratsam, ein optisches Projektionssystem 8b zu verwenden, das einen Verkleinerungsfaktor von 1/4 verwendet.
Die Maskeneinheit 10 dient zum Halten einer Maske mit Strukturen eines Bilds, um ein Werkstück W zu bearbeiten, und ist mittels eines Maskeneinheit-Bewegungsmechanismus 10a in der Richtung rechtwinklig zu der optischen Achse a bewegbar. Auf diese Weise wird ermöglicht, daß die Strukturen der Maske in vorbestimmte Positionen relativ zum Werkstück W bewegt werden. Für die vorliegende Ausführungsform ist es ratsam, einen Maskeneinheit-Bewegungsmechanismus 10a zu verwenden, der in der Lage ist, die Maskeneinheit 10 in die Aufwärts- und die Abwärtsrichtung zu bewegen (Richtung rechtwinklig zu der Oberfläche der 7).
Um die Neigung des Werkstücks W zu der optischen Achse einzustellen, wie vorstehend beschrieben, ist es ratsam, eine zweckentsprechende Justiervorrichtung für die Arbeitsstation 11 vorzusehen. Z. B. ist es möglich, eine Arbeitsstation 11 durch Kombinieren der Stufen mit Freiheitsgraden in Bezug auf drei Achsen auszubilden, die zueinander rechtwinklig sind, und fünf Drehachsen um zwei Achsen. Durch Vorsehen eines Aufbaus, um zu ermöglichen, die Mitte der Dreheinstellung mit der Mitte des zu bearbeitenden Werkstücks in Übereinstimmung zu bringen, ist es möglich, die Steuerung einer. solchen Justiervorrichtung zu vereinfachen.
Zum Positionieren des Werkstücks W in der Arbeitsstation 11 ist eine Vorrichtung 11a, welche in der Arbeitsstation 11 angeordnet ist, vorzugsweise mit einer Vielzahl von Bezugsstiften zu versehen, die an dem Werkstück W anliegen, das in der Arbeitsstation 11 angeordnet ist. Hinsichtlich der Vorrichtung 11a ist zu bevorzugen, einen Klemmechanismus mittels Luftsaugen oder dergleichen zusätzlich zu dem Anlagemechanismus vorzusehen, wie vorstehend beschrieben, und dann den Klemmechanismus mit einer automatischen Hand zu koppeln, wodurch Werkstücke W der Arbeitsstation 11 automatisch zugeführt werden. Es ist auch möglich, die Zeitdauer zu verkürzen, die für das Anordnen und Entfernen des Werkstücks erforderlich ist, um eine Vielzahl von Werkstücken W in der Arbeitsstation 11 gleichzeitig anzuordnen. In diesem Fall ist es jedoch unmöglich, eine Achse der Justiervorrichtung in der Mitte des Werkstücks W in der Drehrichtung zu positionieren. Daher sollte sich der Bezugswert während der Messung des Werkstücks W und dessen Bewegung verändern.
Das Beobachtungs- und Meßsystem 9 weist einen Objektivtubus 9a auf, der mit einer Objektlinse versehen ist, einem Paar einer Meßausrüstung, jeweils mit einer Lichtquelle 9b der abfallenden Beleuchtung, die in den Objektivtubus 9a integriert ist, und einen CCD-Kamerasensor 9c, der mit dem Objektivtubus 9a verbunden ist, und einen Zwei-Flächen-Spiegel 9d, der zu der optischen Achse a angeordnet ist. Sowohl die Meßausrüstung als auch der Spiegel 9d ist zwischen dem optischen Projektionssystem 8b und der Arbeitsstation 11 angeordnet, und dann wird der Spiegel 9d von der optischen Achse a zurückgezogen, wenn der Laserstrahl einstrahlt. Er befindet sich nur dann auf der optischen Achse a, wenn die Messung ausgeführt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Bewegung des Spiegels 9d mittels eines Luftzylindermechanismus gesteuert.
Die Lagedaten des Werkstücks W, die aus dem Beobachtungsund Meßsystem 9 gewonnen werden können, und die Daten zur Strahlleistung, die aus der Leistungserfassungsvorrichtung 4 erlangt sind, werden zu dem Datenverarbeitungs- und Steuersystem 7 zurückgeführt. Zuerst wird das Ergebnis einer Messung, die durch das Beobachtungs- und Meßsystem 9 ausgeführt ist, über die vorstehend beschriebene Meßausrüstung einem Bildverarbeitungssystem 7a zugeführt, und dann wird das Ergebnis der Signalverarbeitung einem Steuersystem 7b zugeleitet. Das Steuersystem 7b berechnet den Bewegungsabstand für das Werkstück W gemäß dem Ergebnis der vorstehend beschriebenen Messung und veranlaßt eine Bewegungsvorrichtung 7c die Tischbewegung auf der Arbeitsstation 11 einzuleiten. Somit erreicht der Wert des Beobachtungs- und Meßsystems 9 einen spezifischen Wert und die Lageeinstellung unter Verwendung der Bewegungsvorrichtung 7c wird abgeschlossen. Der Spiegel 9d wird aus der optischen Achse a gelenkt, und dann werden Signale zur Abstrahlung des Laserstrahls 2 dem Laseroszillator 1 für eine bestimmte Zeitdauer oder eine spezifische Anzahl von Impulsen zugeleitet. Es wird auch die Strahlleistungsinformation, die von der Leistungserfassungsvorrichtung 4 erlangt werden kann, dem Steuersystem 7b zurückgeführt, wodurch die Einstellung der Ausgabe an den Laseroszillator 1 über eine Schnittstelle 7d eingestellt wird.
Für einen Laseroszillator 1, der als das Laserbearbeitungsgerät verwendet wird, ist es möglich, jeden Hochleistungsoszillator zu übernehmen, wie z. B. einen YAG-Laseroszillator, einen CO₂-Laseroszillator, einen Excimerlaseroszillator oder einen N₂-Laseroszillator. Da jedoch Polymerharz als das Werkstück W in der vorliegenden Ausführungsform verwendet ist, wird ein Excimerlaseroszillator, insbesondere ein Kr-F-Excimerlaseroszillator aus den folgenden Gründen übernommen:
Der Excimerlaseroszillator ist in der Lage, Ultraviolettstrahlen mit hoher Leistung abzustrahlen. Er weist eine hervorragende Monochromasie und Richtfähigkeit auf. Er kann nicht nur in kurzen Impulsen schwingen, sondern weist auch einen Vorteil dahingehend auf, daß er unter Verwendung einer Konvexlinse eine höhere Energiekonzentration ausbilden kann. In anderen Worten, der Excimerlaseroszillator kann ultraviolette Strahlen kurzer Impulse (15 bis 35 ns) durch Pumpen der Entladungen eines Mischgases von Edelgas und Halogen erzeugen. Hier wird ein Kr-F-, Xe-Cl-, Ar-F-Laser oder dergleichen häufig angewendet. Dessen Schwingungsenergie beträgt 100 mJ/Impuls. Die Frequenz der wiederholten Impulse beträgt 30 bis 100 Hz. Wenn somit die Ultraviolettstrahlen hoher Leuchtdichte der kurzen Impulse auf die Oberfläche des Polymerharzes einstrahlen, wird der bestrahlte Abschnitt augenblicklich mit Plasmaabstrahlungen und Schlaggeräuschen aufgelöst und zerstreut. Der sogenannte abtragende Photozersetzungsprozeß (APD-Prozeß) erfolgt, wodurch es möglich ist, das Polymerharz zu bearbeiten. Dies unterscheidet sich deutlich von der Verwendung anderer Laserstrahlen, wie z. B. infrarotem CO2-Laser, der für die Erzeugung von Löchern verwendet wird. Wenn z. B. der Excimerlaser (Kr-F-Laser) verwendet wird, um dessen Laserstrahl auf Polyimid-(PI)-Folie zu strahlen, ist es möglich, Durchgangsöffnungen zu erzeugen, weil die Lichtabsorptionswellenlänge der PI-Folie in dem W-Bereich ist. Wird jedoch der YAG-Laser angewendet, sind die Kanten der Löcher rauh, weil dieser Laser nicht in dem W-Bereich wirksam ist. Wird der CO₂-Laser verwendet, erscheinen um die Löcher Krater.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Laser, der ultraviolette Strahlen abstrahlen kann, für die Bearbeitung von Polymerharz hervorragend. Als ein Laser, der ultraviolette Strahlen abstrahlen kann, werden der YAG-Laser der vierten höheren Oberschwingungen, der YAG-Laser mit Mischlicht der Grundwelle und der zweiten höheren Oberschwingungen und der N₂-Laser genannt. Diese Laser sind ebenfalls auf das Laserbearbeitungsgerät anwendbar.
Unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Laserbearbeitungsgeräts werden die Nuten 202 und die Rippen 210a, 210b und 210c für das Nutenelement 200 erzeugt. Nachstehend werden unter Bezugnahme auf 8A bis 8C deren Erzeugungsschritte beschrieben.
Zuerst wird die flache Ebene 200a am Material des Nutenelements für die Anordnung der Nuten erzeugt (siehe 8A). Es ist möglich, diese Ebene 200a mittels Formgebung oder Bearbeitung nach der Formgebung zu erzeugen. Dann strahlt der Laserstrahl durch die Maske mit den Nutstrukturen 200 auf spezifische Abschnitte der Ebene 200a zur Erzeugung der Vielzahl von Nuten 202 (siehe 8B). Nachdem die Nuten 202 erzeugt sind, werden die Masken ersetzt und der Laserstrahl strahlt auf die Fläche, die durch Schräglinien be zeichnet ist, welche als ein Maskierungsabschnitt 220 angeordnet ist, wie in 8C gezeigt ist. Mit Ausnahme des Maskierungsabschnitts 220 wird die Fläche der Ebene 200a entfernt, so daß der Maskierungsabschnitt als die Rippen 210a, 210b und 210c erzeugt wird.
Auf diese Weise werden die Nuten 202 und Rippen 210a, 210b und 210c erzeugt. Ferner wird das Nutenelement 200, welches mit den Ausstoßöffnungen 203 versehen ist, das entsprechend den Nuten 202 ausgebildet ist, mit der Grundplatte 300 verbunden, auf welchem eine Vielzahl von Elementsubstraten mit Ausstoßenergie-Erzeugungselementen 101 auf jedem von diesen genau angeordnet ist. Somit ist ein Tintenstrahlkopf hergestellt.
(Zweite Ausführungsform)
9 zeigt eine Ansicht, welche den Kontaktdruckzustand zwischen Heizplatten 150 und den Wänden 209 darstellt, welche die Tintenkanäle für einen Tintenstrahlkopf unterteilen, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 9 gezeigt, sind zwei Rippen 260b und 260c erzeugt, wie in der ersten Ausführungsform in bezug auf die Wand 209 in Gegenüberlage der Grenze zwischen den aneinander angrenzenden Heizplatten 150. Auf den anderen Wänden 209 ist eine Rippe 260d in dem mittleren Teil in der Breitenrichtung jeder von diesen ausgebildet.
Mit diesem Aufbau ist jeder Kontaktbereich zwischen den Heizplatten 150 und den Rippen 260b, 260c und 260d kleiner als die Kontaktfläche in der ersten Ausführungsform ausgebildet. Daher wird durch ein und denselben Druck die Stärke des Drucks größer, die auf jede der Rippen 260b, 260c und 260d ausgeübt wird. Demzufolge werden die Rippen 260b, 260c und 260d leichter zusammengedrückt, wenn das Nutenelement mit den Heizplatten 150 unter Druck in Kontakt ist. Daher ist es möglich, die Ausgleichswirkung in bezug auf den aus den Stufen zwischen Heizplatten 150 resultierenden Stufen zu vergrößern.
(Dritte Ausführungsform)
Ein Werkstück W, das durch die Anwendung der vorliegenden Ausführungsform bearbeitet ist, ist einer der Teile, um einen Tintenstrahlkopf auszubilden, der für ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät verwendet wird. In mehr spezifischer Weise ist es ein Nutenelement, das als das Nutenelement 200 eines in 10 bis 12 gezeigten Tintenstrahlkopfs verwendet wird.
Nachstehend wird in Verbindung mit 10 bis 12 der Tintenstrahlkopf beschrieben. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung eines erfindungsgemäßen Tintenstrahlkopfs. 11 zeigt eine Querschnittansicht des in 10 gezeigten Tintenstrahlkopf im Schnitt entlang dessen Tintenkanal. 12 zeigt ebenfalls eine Querschnittansicht des Nutenelements des in 10 gezeigten Tintenstrahlkopfs im Schnitt entlang der Anordnungsrichtung der Nuten.
Der Tintenstrahlkopf der vorliegenden Ausführungsform weist ein Siliziumelementsubstrat 100 auf, auf welchem die Ausstoßenergie-Erzeugungselemente für die Erzeugung von Energie strukturiert sind, die zum Ausstoß von Tinte verwendet werden, und ein Nutenelement, das mit dem Elementsubstrat 100 verbunden ist. Als ein Ausstoßenergie-Erzeugungselement wird ein Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement 101 (Wärmeerzeugungswiderstand oder dergleichen) zum Erzeugen von Wärmeenergie beim Zuführen einer angelegten Spannung verwendet. Eine Vielzahl von Elektrizität-Wärme-Umwandlungselementen 101 ist parallel angeordnet und auf den Elementsubstraten 100 mittels eines Schichterzeugungsverfahrens zusammen mit der Aluminiumverdrahtung oder dergleichen zum Zuführen von Energie zu den Elektrizität-Wärme-Umwandlungselementen 101 einstückig erzeugt.
Für das Nutenelement 200 sind einstückig Nuten 202 vorgesehen, die jeweils entsprechend jedem der Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente 101 erzeugt sind, welches jeden Tinten kanal 14 ausbildet, wenn das Nutenelement 200 mit dem Elementsubstrat 100 verbunden ist, eine Tintenflüssigkeitskammer 201 zum zeitweiligen Vorhalten von Tinte, die jedem der Tintenkanäle 14 zugeführt wird, eine Tintenzuführöffnung 12 zum Leiten der Tinte von einem Tintenbehälter (nicht gezeigt) zu der Tintenflüssigkeitskammer 201 und eine Düsenplatte 17, in welcher eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen 203 entsprechend jedem der Tintenkanäle 14 erzeugt ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird die Wärmeenergie in dem Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement 101 erzeugt, wenn dem Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement 101 Energie zugeführt wird. Dann wird das Filmsieden in der Tinte auf dem Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement 101 hervorgerufen, um eine Luftblase in dem Tintenkanal 14 zu erzeugen. Durch das Wachsen dieser Luftblase wird ein Tintentröpfchen aus der Ausstoßöffnung 203 ausgestoßen.
Wie in 12 gezeigt, sind auf jeder Oberfläche der Wände des Nutenelements 200, welche die Nuten 202 unterteilen, wo diese mit dem Elementsubstrat 100 verbunden sind, jeweils Vertiefungen 15 erzeugt. Jede Vertiefung 15 mit einer Tiefe h und Breite w erstreckt sich parallel zu den Nuten 202. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Tiefe h der Vertiefung 15 3 μm und deren Breite 14 μm.
Als das Material des Nutenelements 200 ist insbesondere die Verwendung ratsam von Polymerharzen, wie Polysulfon, Polyethersulfon, Polyphenylenoxid oder dergleichen, welche eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Tinte zeigen. In der vorliegenden Ausführungsform wird Polysulfon verwendet. Für die Formgebung des Nutenelements 200 ist es möglich, ein Spritzgießverfahren zu übernehmen. Da jedoch die Ausstoßöffnungen 203, Nuten 202 und Vertiefungen 15 mittels Laserbearbeitung erzeugt werden, wie nachstehend beschrieben ist, wird das Spritzgießen angewendet, um den vorbereitenden Aufbau zu erzeugen, der ermöglicht, diese Ausstoßöffnungen 203, Nuten 202 und Vertiefungen 15 später zu bearbeiten.
Die Nuten 202 und Vertiefungen 15 werden durch das in 7 gezeigte Laserbearbeitungsgerät bearbeitet. Bei der Bearbeitung der Nuten 202 und Vertiefungen 15 wird ein Nutenelement, d. h. ein Werkstück W, für die Bearbeitung dessen Oberfläche vorbereitet (die mit dem Substrat 100 zu verbindende Oberfläche), die bereits flach ausgeformt ist. Das Werkstück wird in der Arbeitsstation 11 mit dessen zu bearbeitender Oberfläche zu der Maskeneinheit 10 des Geräts angeordnet. Dann wird der Laserstrahl 2 auf eine solche Oberfläche für die beabsichtigte Bearbeitung durch die in der Maskeneinheit 10 gehaltene Maske eingestrahlt.
Bei der Bearbeitung der Nuten 202 und der Vertiefungen 15 wird die Maske 21 mit Strukturen verwendet, die darauf angeordnet sind, wie in 13 gezeigt ist. In anderen Worten, die Maske 21 ist mit einer Struktur 21a zum Bearbeiten von Nuten versehen, und eine Struktur 21b zum Bearbeiten von Vertiefungen ist entsprechend der Struktur 21a zur Bearbeitung von Nuten angeordnet.
Unter Verwendung einer solchen Maske 21 werden die Nuten 202 und Vertiefungen 15 mittels des in 7 gezeigten Laserbearbeitungsgeräts bearbeitet. Da in diesem Fall die Maskeneinheit 10 mit der Maske 21 mittels des Maskeneinheit-Bewegungsmechanismus 10a senkrecht bewegbar ist, wird die Maske 21 auf der Maskeneinheit 10 in einer solchen Weise angeordnet, daß die Struktur 21a zum Bearbeiten der Nuten und die Struktur 21b für die Bearbeitung der Vertiefungen in der Bewegungsrichtung der Maskeneinheit 10 angeordnet sind. Daher ist es möglich, Wechselmasken einzusparen, weil nur durch die Bewegung der Maske 21 der Laserstrahl 2 durch die Struktur 21a gestrahlt werden kann, wenn die Nuten bearbeitet werden, und durch die Struktur 21b, wenn die Vertiefungen bearbeitet werden.
Es ist möglich, die Nuten 202 eher als die Vertiefungen 15 zu bearbeiten oder umgekehrt, doch in der vorliegenden Ausführungsform werden die Vertiefungen 15 nach den Nuten 202 bearbeitet. Um hier zu verhindern, daß der Laserstrahl 2 durch das Vorliegen der Düsenplatte 17 versperrt wird, ist es ratsam, das Nutenehement 200 zu der optischen Achse a zu neigen. Für die vorliegende Ausführungsform ist die Bearbeitungsfläche des Nutenelements in einem Winkel von 15 Grad zu der optischen Achse a geneigt. Auch die Tiefe h jeder Vertiefung 15 unterscheidet sich von jeder Nut 202, doch es ist möglich, mit diesem Unterschied klarzukommen, indem die Impulsanzahl gesteuert wird, wenn der Laserstrahl 2 einstrahlt.
Andererseits werden die Ausstoßöffnungen 203 durch die Bestrahlung mit dem Kr-F-Excimerlaser von der Seite der Nut 202 bearbeitet, nachdem die Nuten 202 bearbeitet sind.
Wie vorstehend beschrieben, wird die mechanische Festigkeit der Verbindungsfläche kleiner, wenn die Vertiefungen 15 auf den Oberflächen (Boden) vorgesehen sind, wo die Wände 202 des Nutenelements, welche die Nuten 200 unterteilen, das Elementsubstrat 100 verbinden. Wenn daher das Nutenelement 200 das Elementsubstrat 100 verbindet, wird die Verbindungsfläche des Nutenelements 200 mit dem Elementsubstrat 100 durch den Druck zusammengedrückt, der durch das Nutenelement 200 ausgeübt wird, in dem Maße, daß die Vertiefungen 15 vorgesehen sind, wodurch der enge Kontakt zwischen dem Nutenelement 200 und dem Elementsubstrat 100 enger wird. Demzufolge wird der gegenseitige Einfluß der Tintenausstoßenergie ausgeschlossen, der in jedem der Tintenkanäle 14 ausgeübt wird, und es ist möglich, die Kreuzkopplungserscheinung zur Stabilisierung der Eigenschaften der Tintenausstöße zu vermeiden. Da die Vertiefungen 15 parallel zu den Nuten 200 angeordnet sind, wird der enge Kontakt zwischen dem Nutenelement 200 und dem Elementsubstrat 100 noch enger.
Die Anwendung des Laserstrahls 2 erleichtert die Feinbearbeitung der Nuten 200 und der Vertiefungen 15, wodurch die Fertigungsausbeute der Nutenelemente erhöht wird. Ferner ist es bei der Bearbeitung der Nuten 200 und Vertiefungen 15 möglich, die Nuten 200 und Vertiefungen 15 unter Verwendung nur einer Maske 21 mit der Übernahme des Laserbearbeitungsgeräts, das zur Bewegung der Maske 21 in der Lage ist, zu bearbeiten. Die Bearbeitungszeitdauer wird demgemäß verkürzt. Es ist auch möglich, die Struktur 21a zur Bearbeitung von Nuten und die Struktur 21b zur Bearbeitung von Vertiefungen auf einer Maske 21 auszubilden, wodurch die Lagegenauigkeit der Nuten 21 und der Vertiefungen 15 bei der größeren Fertigungsausbeute der Nutenelemente erhöht wird.
(Vierte Ausführungsform)
15 zeigt eine Querschnittansicht des Nutenelements eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt entlang der Anordnungsrichtung der Nuten.
Wie 15 zeigt, sind erfindungsgemäß Formstücke 115 auf der Oberfläche der Wände des Nutenelements 200 erzeugt, welche die Nuten 202 unterteilen, wo jedes der Formstücke jeweils mit dem Elementsubstrat 100 verbunden ist. Jedes der Formstücke 115 mit einer Höhe h und einer Breite w erstreckt sich parallel mit jeder der Nuten 202. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Höhe h des Formstücks 115 3 μm und dessen Breite beträgt 6 μm. Die anderen Strukturen sind gleich denen der vorhergehenden Ausführungsform. Daher wird deren Beschreibung ausgelassen.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform werden die Nuten 202 und die Formstücke 115 mittels dem in 7 gezeigten Laserbearbeitungsgerät bearbeitet. Es ist jedoch unmöglich, die Formstücke 115 durch die Anwendung der Laserbearbeitung hinzuzufügen. Daher wird jeder Abschnitt, anders als der für die Erzeugung des Formstücks 115, durch die Anwendung der Laserbearbeitung in einer spezifischen Tiefe entfernt, um zu ermöglichen, daß das Formstück 115 in einem solchen Abschnitt verbleibt. Der Abschnitt, der auf diese Weise entsprechend höher ist, wird als das Formstück 115 erzeugt. Für diese Bearbeitung wird eine Maske 12, wie in 14 ge zeigt, in der vorliegenden Ausführungsform verwendet. In anderen Worten, die Maske 121 ist mit einer Struktur 121a zur Bearbeitung von Nuten versehen, wie in der vorliegenden Ausführungsform und auch mit einer Struktur 121b, die Öffnungen zur Verarbeitung von Formstücken aufweist, die jeweils in den gleichen Abständen wie die Breite w des Formstücks 115 erzeugt sind, und entsprechend der Position der Struktur 121a zur Bearbeitung von Nuten erzeugt sind.
Unter Verwendung einer solchen Maske 121 werden die Nuten 202 und die Formstücke 115 bearbeitet, während sich die Maske 121 bewegt, wie in der vorhergehenden Ausführungsform. Auf diese Weise ist es möglich, auf leichte Weise die Formstücke 115 in hoher Genauigkeit zu bearbeiten und die Fertigungsausbeute des Nutenelements 200 zu erhöhen.
Wie vorstehend beschrieben, durch das Vorsehen der Formstücke 115 auf den Oberflächen, an welchen die Wände 209 des Nutenelements, welche die Nuten 202 unterteilen, mit dem Elementsubstrat 100 verbunden sind, werden die Formstücke 115 durch den Druck, der durch die Nutenelemente 200 ausgeübt wird, wenn sich das Nutenelement 200 mit dem Elementsubstrat 100 verbindet, flachgedrückt, wodurch der enge Kontakt zwischen dem Nutenelement 200 und dem Elementsubstrat 100 enger wird, wie in der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform. Wenn die Formstücke 115 in der Anordnungsrichtung der Nuten 202 angeordnet sind, wird der enge Kontakt zwischen dem Nutenelement 200 und dem Elementsubstrat noch enger ausgebildet. Gleichzeitig ist es möglich, auf wirkungsvolle Weise die Kreuzkopplung zwischen den durch die Nuten ausgebildeten Tintenkanälen zu verhindern.
(Fünfte Ausführungsform)
16 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche den Hauptteil eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn von der Seite der Verbindungsfläche des Nutenelements und des Elementsubstrats beobachtet.
Wie in 16 gezeigt, ist eine Vielzahl von runden Vertiefungen 215 in jeder der Verbindungsflächen der Wände 209 des Nutenelements 200, welche die Nuten 202 unterteilen, und dem Elementsubstrat 100 erzeugt. Jede der Vertiefungen 215 einer Tiefe h ist in einer solchen Weise angeordnet, daß sie mit der angrenzenden Nut leitend verbunden ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Tiefe h jeder Vertiefung 215 3 μm. Die anderen Strukturen sind die gleichen wie jene der vorhergehenden Ausführungsform. Daher wird deren Beschreibung ausgelassen. In dieser Hinsicht ist die Form der Vertiefung nicht notwendigerweise auf einen Kreis beschränkt.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform werden die Nuten 202 und die Vertiefungen 215 mittels des in 7 gezeigten Laserbearbeitungsgeräts bearbeitet. Bei der Bearbeitung der Nuten 202 und der Vertiefungen 215 wird eine Maske 221 mit dafür vorgesehenen Strukturen verwendet, wie in 17 gezeigt ist. In anderen Worten, die Maske 221 ist mit einer Struktur 221a zur Bearbeitung von Nuten versehen, wie in der vorhergehenden Ausführungsform und auch mit einer Struktur 221b zur Bearbeitung der Formstücke 221b, die jeweils entsprechend der Position der Struktur 221a zur Bearbeitung von Nuten angeordnet sind.
Unter Verwendung einer solchen Maske 221 werden die Nuten 202 bearbeitet, während sich die Maske 221 bewegt, wie in der vorhergehenden Ausführungsform. Auf diese Weise ist es leichter, die Vertiefungen ihn hoher Genauigkeit zu bearbeiten und somit die Fertigungsausbeute der Nutenelemente 200 zu erhöhen. Die Größe jeder Vertiefung 215 kann beliebig durch Ändern der Größe der Maschenweite der Struktur 221b auf der Maske 221 zur Verarbeitung der Vertiefungen eingestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird durch das Vorsehen vieler Vertiefungen 215 in der Verbindungsfläche der Wände 209 des Nutenelements, welche die Nuten 202 unterteilen, und dem Elementsubstrat 100 die Verbindungsfläche des Nutenelements mit dem Elementsubstrat 100 durch den Druck, der durch das Nutenelement 200 ausgeübt wird, in dem Maß zusammengedrückt, daß die Vertiefungen 215 vorgesehen werden, wenn sich das Nutenelement 200 mit dem Elementsubstrat 100 verbindet. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform wird daher der enge Kontakt zwischen dem Nutenelement 200 und dem Elementsubstrat 100 enger ausgebildet. Da jede der Vertiefungen 215 in einer solchen Weise angeordnet ist, daß sie nicht mit der angrenzenden Nut 202 leitend verbunden ist, wird Tinte in jeder Nut 202 nicht veranlaßt, durch die Vertiefung 215 in die angrenzende Nut 202 auszutreten.
(Andere Ausführungsformen)
Als Ausführungsformen eines Tintenstrahlkopfs der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine in 18 gezeigte Tintenstrahlkopfkassette 600 neben der Zeilenausführung des in 1 gezeigten Tintenstrahlkopfs zu übernehmen. Die Tintenstrahlkopfkassette 600 ist durch einstückige Ausbildung eines Tintenstrahlkopfs 601 und eines Tintenbehälters 602, der die dem Tintenstrahlkopf 601 zuzuführende Tinte vorhält, kleiner auszubilden. Eine solche Tintenstrahlkopfkassette 600 ist zusammen mit dem Tintenstrahlkopf 600 ersetzbar, wenn Tinte in dem Tintenbehälter 602 vollständig aufgebraucht ist. Es besteht keine Notwendigkeit für das Anordnen und Entfernen von Rohren zwischen dem Tintenbehälter 602 und dem Tintenstrahlkopf 601, wodurch es leicht möglich ist, Tintenbehälter 602 zu ersetzen.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines Tintenstrahlgeräts, das einen vorstehend beschriebenen Tintenstrahlkopf verwendet. Allgemein werden Aufzeichnungsgeräte, welche mittels eines Aufzeichnungskopfs aufzeichnen, der in Bezug auf ein Aufzeichnungsmedium abtastend bewegt wird, in die der Zeilenausführung und der seriellen Ausführung unterteilt. Für ein Tintenstrahlgerät, das einen Tintenstrahlkopf verwendet, sind auch zwei Typen verfügbar.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 19 eine Zeilenausführung des Tintenstrahlgeräts beschrieben. 19 zeigt eine Ansicht, welche schematisch ein Beispiel eines Tintenstrahlgeräts der sogenannten Vollzeilenausführung zeigt.
In 19 wird ein Aufzeichnungsmedium 502, wie z. B. Papier oder Gewebe, in die Richtung transportiert, die durch einen Pfeil bezeichnet ist, mittels zwei Transportwalzen 501, die parallel zueinander angeordnet sind. In Gegenüber- lage des Aufzeichnungsmediums 502 ist ein Tintenstrahlkopf 503 der Vollzeilenausführung mit einem speziellen Spalt zwischen dem Kopf und dem Aufzeichnungsmedium 502 angeordnet. Für den Tintenstrahlkopf 503 sind Ausstoßöffnungen (nicht gezeigt) über die Gesamtbreite des Aufzeichnungsmediums 502 in dessen Breitenrichtung angeordnet. Dieser Kopf wird mit den gleichen Strukturen und Schritten wie in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen hergestellt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau werden die Ausstoßenergie-Erzeugungselemente (nicht gezeigt) gemäß Aufzeichnungssignalen angesteuert, während das Aufzeichnungsmedium 502 transportiert wird, wodurch das Aufzeichnen auf dem Aufzeichnungsmedium 502 durch Ausstoß von Tinte aus den Ausstoßöffnungen ausgeführt wird. Da der Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung einen hervorragend engen Kontakt zwischen dessen Nutenelement und dem Elementsubstrat aufweist, wie vorstehend beschrieben, ist das Tintenausstoßverhalten selbst für einen sich längs erstreckenden Kopf stabil. Ferner ist es leichter, einen solchen Kopf herzustellen. Daher ist die vorliegende Erfindung besonders wirkungsvoll, wenn sie auf die Herstellung des Vollzeilen-Tintenstrahlkopfs 503 angewendet ist.
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf 20 die Beschreibung einer seriellen Ausführung des Tintenstrahlgeräts unter Verwendung einer Tintenstrahlkopfkassette, wie in 18 gezeigt. 20 zeigt eine perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung eines Beispiels einer seriellen Ausführung des Tintenstrahlgeräts unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Tintenstrahlkopfs.
In 20 wird die Tintenstrahlkopfkassette 600 durch einen Tintenstrahlkopf und einen Tintenbehälter ausgebildet, die in der gleichen Weise wie der in 18 gezeigte einstückig angeordnet sind. Sie ist auf einem Schlitten 710 abnehmbar angeordnet. Von diesen zwei Elementen wird der Tintenstrahlkopf mit den gleichen Strukturen und Schritten wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen hergestellt.
Eine Führungsspindel 756 mit einer Spiralnut 755 ist mit der Normaldrehung und der Rückwärtsdrehung eines Antriebsmotors 764 verriegelt und wird durch Antriebskraft-Übertragungsräder 762 und 760 drehend angetrieben. Der Schlitten 710 ist mittels eines Stifts (nicht gezeigt), der in einem Anordnungsabschnitt im Eingriff mit der Spiralnut 755 der Führungsspindel 765 ist. Durch eine Führungsschiene 754 gleitfähig geführt, bewegt sich der Schlitten wechselseitig in die durch Pfeile a und b bezeichneten Richtungen.
Währenddessen wird das Aufzeichnungsmedium 771 unter Verwendung der Aufzeichnungsmedium-Transportvorrichtung transportiert, wie nachstehend beschrieben. Das Aufzeichnungsmedium wird mittels eines Führungselements 741 geführt und wird durch die Drehung einer Papiertransportwalze 751, die durch einen Transportmotor 743, der als deren Antriebsquelle wirkt, angetrieben, und dann mittels eines Zuführmotors 36, der als die andere Antriebsquelle wirkt, zur Aufzeichnung zugeführt. Das so transportierte Aufzeichnungsmedium 771 wird mittels einer Blattandruckplatte 753 an die Papiertransportwalze 751 in einer Position in Gegenüberlage der Tintenstrahlkopfkassette 600 angedrückt. In einem Zustand, bei dem der Spalt zwischen dem Aufzeichnungsmedium und dem Tintenstrahlkopf 600 in einem speziellen Abstand gehalten wird, werden die Ausstoßenergie-Erzeugungselemente (nicht gezeigt) gemäß Aufzeichnungssignalen angesteuert, während die wechselseitige Bewegung des Schlittens 710 erfolgt, und die schrittweise Zuführung des Aufzeichnungsmediums 771 wird mit einer vorbestimmten Schrittweite wiederholt, wobei das Ausstoßen von Tinte aus den Ausstoßöffnungen (nicht gezeigt) erfolgt, um die Aufzeichnung auszuführen.
Lichtschranken 758 und 759 bilden eine Ausgangsposition-Erfassungsvorrichtung zum Reversieren der Drehrichtung eines Antriebsmotors 764 aus und führen auch andere diesbezügliche Operationen durch Bestätigen des Vorliegens eines Hebels 757 des Schlittens 710 in diesem Bereich aus.
Das Verkappungselement 770, welches das Vorderende der Tintenstrahlkopfkassette 600 verkappt, wird durch ein Tragelement 765 getragen und ist auch mit einer Saugvorrichtung 773 ausgestattet. Daher führt dieses Element die Saugwiedergewinnung des Tintenstrahlkopfs 602 durch die Öffnung 771 in der Kappe aus. Eine Tragplatte 768 ist an der Tragplatte 767 fest angeordnet, die der Hauptkörper des Geräts trägt. Eine Reinigungsklinge 766, die durch diese Tragplatte 768 gleitfähig getragen ist, wird durch die Antriebsvorrichtung (nicht gezeigt) veranlaßt, sich vorwärts und rückwärts zu bewegen. Die Betriebsweise der Reinigungsklinge 766 ist nicht notwendigerweise auf die eine in 20 gezeigte begrenzt. Es ist natürlich möglich, eine der bekannten Betriebsweisen für die vorliegende Ausführungsform zu übernehmen. Der Hebel 763 dient zum Einleiten der Saugwiedergewinnungsoperation und ist zusammen mit der Bewegung eines Nockens 769 beweglich, um mit dem Schlitten 710 in Kontakt zu sein. Die Antriebskraft eines Antriebsmotors 764 wird für die Bewegung des Nockens mittels eines Zahnrads 761 und einer bekannten Übertragungsvorrichtung, wie z. B. Schalten unter Verwendung einer Kupplung, gesteuert.
Jeder dieser Verkappungs-, Reinigungs- und Saugwiedergewinnungsprozesse wird in den jeweils entsprechenden Positionen durch die Funktion der Führungsspindel 756 ausgeführt, wenn der Schlitten 710 in dem Bereich auf der Seite der Ausgangsposition ankommt. Wenn nur die gewünschten Operationen unter Anwendung der bekannten Zeitsteuerung ausgeführt werden, ist eine der Betriebsarten auf die vorliegende Ausführungsform anwendbar.
Von den Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren ist die vorliegende Erfindung besonders wirkungsvoll, wenn sie auf einen Aufzeichnungskopf und ein Aufzeichnungsgerät angewendet wird, das ein Tintenstrahlverfahren zum Aufzeichnen mittels fliegender Tröpfchen anwendet, die unter Ausnutzung von Wärmeenergie erzeugt sind.
Hinsichtlich des typischen Aufbaus und des Wirkprinzips eines solchen Verfahrens ist zu bevorzugen, jene zu übernehmen, welche unter Verwendung des Grundprinzips ausgeführt werden können, das in den Beschreibungen der USA-Patente Nr. 4 723 129 und Nr. 4 740 796 offenbart ist. Dieses Verfahren ist sowohl auf das sogenannte Auf-Anforderung-Aufzeichnungssystem als auch auf ein Dauerbetrieb-Aufzeichnungssystem anwendbar. Insbesondere ist jedoch das Verfahren wirkungsvoll für die Verwendung der Auf-Anforderung-Ausführung, weil mindestens ein Ansteuersignal, welches zu einem raschen Temperaturanstieg über den Kernsiedepunkt hinaus führt, als Reaktion auf die Aufzeichnungsdaten, an ein Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement angelegt werden kann, das auf einer Flüssigkeit (Tinte) zurückhaltenden Unterlage oder in einem Flüssigkeitskanal angeordnet ist, wodurch das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement veranlaßt wird, Wärmeenergie zu erzeugen, um das Filmsieden in dem wärmeaktiven Abschnitt des Aufzeichnungskopfs hervorzurufen, was auf wirksame Weise zu der sich ergebenden Ausbildung einer Blase in der Aufzeichnungsflüssigkeit (Tinte) im Verhältnis 1 : 1 für jedes der Ansteuersignale führt. Durch das Wachsen und Schrumpfen der Blase wird die Flüssigkeit (Tinte) durch eine Ausstoßöffnung ausgestoßen, um mindestens ein Tröpfchen zu erzeugen. Das Ansteuersignal ist in mehr bevorzugter Weise in der Impulsform, weil das Wachsen und Schrumpfen der Blase augenblicklich und zweckentsprechend bewirkt werden kann, wodurch die Flüssigkeit (Tinte) mit schnellerem Ansprechverhalten ausgestoßen werden kann.
Das Ansteuersignal in der Impulsform ist bevorzugt ein solches, wie es in den Beschreibungen der USA-Patente Nr. 4 463 359 und Nr. 4 345 262 offenbart ist. In dieser Hinsicht ist die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit der Heizoberfläche vorzugsweise so, wie in der Beschreibung des USA-Patents Nr. 4 313 124 für eine hervorragende Aufzeichnung in einem besseren Zustand offenbart ist.
Der Aufbau des Aufzeichnungskopfs kann sein, wie in jeder der vorstehend erwähnten Beschreibungen aufgezeigt, wobei der Aufbau eingerichtet ist, die Ausstoßöffnungen, Flüssigkeitskanäle und die Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente (geradlinige Flüssigkeitskanäle oder rechtwinklige Flüssigkeitskanäle). Außerdem ist der Aufbau, wie er in den Beschreibungen der USA-Patente Nr. 4 558 333 und Nr. 4 459 600 offenbart ist, wobei die wärmeaktiven Abschnitte in einem gekrümmten Bereich angeordnet sind, ebenfalls in die vorliegende Erfindung einbezogen.
Ferner ist die vorliegende Erfindung in der Lage, die vorstehend beschriebenen Wirkungen wirkungsvoller zu demonstrieren, wenn diese auf einen Aufzeichnungskopf der Vollzeilenausführung mit einer Länge entsprechend der maximalen Breite eines Aufzeichnungsmediums, das durch das Aufzeichnungsgerät unter Verwendung eines solchen Kopfs bedruckt werden kann, angewendet wird. Für einen Aufzeichnungskopf der Art ist es möglich, entweder einen Aufbau zu übernehmen, wobei die erforderliche Länge durch Kombinieren einer Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen erbracht wird, oder einen Aufbau, mit einem einstückig erzeugten Aufzeichnungskopf.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung auf wirkungsvolle Weise auf den Aufzeichnungskopf der austauschbaren Chip-Ausführung anwendbar, welche mit dem Gerätehauptkörper elektrisch verbunden werden kann oder bei welchem Tinte von dem Gerätehauptkörper zugeführt werden kann, wenn dieser in dem Gerätehauptkörper angeordnet ist, oder auf den Aufzeichnungskopf einer Kassettenausführung, in welcher der Tintenbehälter mit dem Aufzeichnungskopf einstückig ausgebildet ist.
Hinsichtlich der vorliegenden Erfindung ist zu bevorzugen, einen Aufzeichnungskopf zusätzlich mit einer Wiedergewinnungsvorrichtung und einer vorläufigen Hilfsvorrichtung als Bestandteile des Aufzeichnungsgeräts vorzusehen, weil diese zusätzlichen Vorrichtungen dazu beitragen, die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung weiter zu stabilisieren. Speziell sind diese eine Verkappungsvorrichtung für den Aufzeichnungskopf, eine Reinigungsvorrichtung, eine Druck- oder Saugwiedergewinnungsvorrichtung, eine Vorheizvorrichtung, wie z. B. Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement oder Heizelemente anders als solche Umwandlungselemente, oder die Kombination dieser Arten von Elementen, und eine Vorausstoßvorrichtung zum Ausführen des Ausstoßes anders als der regelmäßige Ausstoß.
Als Aufzeichnungsmodus des Aufzeichnungsgeräts ist die vorliegende Erfindung äußerst wirkungsvoll bei Anwendung nicht nur eines Aufzeichnungsmodus, in welchem nur eine Hauptfarbe, wie z. B. Schwarz, verwendet wird, sondern auch auf ein Gerät mit mindestens einer der Vielzahl von Farbmoden, die durch Tinten unterschiedlicher Farben ermöglicht werden, oder ein Vollfarbenmodus, der die Mischung der Farben anwendet, unabhängig davon, ob die Aufzeichnungsköpfe einstückig aufgebaut sind oder durch eine Kombination einer Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen ausgebildet sind.
Als Modus des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsgeräts kann ein mit einer Lesevorrichtung kombiniertes Kopiergerät, zusätzlich mit der Bildausgabe-Endeinrichtung für einen Computer oder ein anderes Datenverarbeitungsgerät übernommen werden, und es ist auch möglich, einen Modus eines Faksimilegeräts zu übernehmen, das Sende- und Empfangsfunktionen aufweist.
Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist es ist es im Fall der vorliegenden Erfindung möglich, die nachstehend aufgezeigten Wirkungen zu demonstrieren.
Für den erfindungsgemäßen Tintenstrahlkopf sind Rippen in Abschnitten angeordnet, in welchen die Wände des Nutenelements an den Grenzen zwischen den Elementsubstraten angeordnet sind und jede der Rippen jeweils durch zwei Rippen ausgebildet ist, die in Kontakt mit unterschiedlichen Elementsubstraten unter Druck sind. Selbst wenn ein Spalt oder eine Stufe zwischen angrenzenden Elementsubstraten verursacht wird, ist es auf diese Weise möglich, die Nuten und Elementsubstrate in Druckkontakt ohne jeden Spalt anzuordnen. Demzufolge wird weder das Eintreten eines Tintenaustritts zwischen Tintenkanälen noch eine durch den Ausstoßdruck bewirkte Kreuzkopplung verursacht, wodurch ein Tintenstrahlkopf hoher Qualität erhalten wird. Es sind auch die herkömmlichen Montageschritte noch anwendbar, so daß es leichter ist, einen Tintenstrahlkopf hoher Qualität zu erzielen. Ferner können die Rippen auf leichte Weise durch Anwendung der Laserbearbeitung erzeugt werden.
Zwischen den für das Nutenelement angeordneten Druckkontaktabschnitten ist eine Rippe am Unterteil jeder Wand entgegengesetzt zu einem Elementsubstrat angeordnet. Wenn demzufolge die Verbindung des Nutenelements mit den Elementsubstraten erfolgt, wird der Druck erhöht, der auf die Rippen ausgeübt wird, die jeweils in der Nähe der Grenzen zwischen den Elementsubstraten angeordnet sind, um zu ermöglichen, das Nutenelement und die Elementsubstrate zuverlässiger zu verbinden.
Ferner ist es möglich, auf leichte Weise einen sich längs erstreckenden Tintenstrahlkopf direkt durch Vergrößern der Anzahl der Elementsubstrate herzustellen. Daher ist die vorliegende Erfindung in geeigneter Weise für die Herstellung von Zeilenköpfen anwendbar, wie z. B. den Vollzeilen-Tintenstrahlkopf.
Ein erfindungsgemäßes Tintenstrahlgerät ist mit dem vorstehend beschriebenen Tintenstrahlkopf versehen und ist in der Lage, im guten Zustand aufzuzeichnen, weil die Nuten des Tintenstrahlkopfs und die Elementsubstrate zuverlässig eng miteinander verbunden sind.
Gemäß einem Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung und einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Tintenstrahlkopfs ist mindestens eine Vertiefung oder ein Formstück in der Verbindungsfläche jeder Wand des Nutenelements mit jedem Elementsubstrat erzeugt. Daher wird der enge Kontakt zwischen den Substraten und dem Nutenelement noch enger ausgebildet. Daher wird der gegenseitige Einfluß der Ausstoßenergie zwischen jedem der Tintenkanäle ausgeschlossen, um das Auftreten der Kreuzkopplungserscheinung zu unterdrücken. Insbesondere dann, wenn das Nutenelement, das mit Formstücken versehen ist, zur Verwendung übernommen wird, ist es leichter, die Formstücke fein zu bearbeiten, weil die Formstücke durch die Laserbearbeitung erzeugt werden, die auf deren Umgebungsabschnitte einwirkt. Dadurch wird die Fertigungsausbeute der Nutenelemente vergrößert. Dies ist auch auf den Fall anwendbar, wenn die Vertiefungen durch die Anwendung der Laserbearbeitung erzeugt werden.
Die Vertiefungen oder Formstücke werden parallel zu den Nuten erzeugt. Dadurch wird der enge Kontakt zwischen dem Nutenelement und den Elementsubstraten in der Längsrichtung der Tintenkanäle noch enger ausgebildet, wodurch der gegenseitige Einfluß der Ausstoßenergie, der zwischen Tintenkanälen auftritt, auf wirkungsvollere Weise unterdrückt wird.
Je länger sich ein Tintenstrahlkopf erstreckt, um so schwieriger ist es, den engen Kontakt zwischen dem Nutenelement und den Elementsubstraten zu erzielen. In diesem Fall zeigt der erfindungsgemäße Tintenstrahlkopf eine signifikante Wirkung in bezug auf den Tintenstrahlkopf, dessen Ausstoßöffnungen in der Breitenrichtung des Aufzeichnungsbereichs ei nes für die Aufzeichnung verwendeten Aufzeichnungsmediums angeordnet sind.
Mit der Erfindung eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Tintenstrahlkopfs ist es möglich, die Nuten und Vertiefungen oder Formstücke gleichzeitig in einer Reihe von Bearbeitungsschritten der Vertiefungen oder Formstücke durch die Anwendung des Laserprozesses zu erzeugen. Auf diese Weise werden die Nutenelemente auf wirkungsvollere Weise hergestellt.
Ein erfindungsgemäßes Tintenstrahlgerät ist mit einem vorstehend beschriebenen Tintenstrahlkopf ausgerüstet. Daher ist es möglich, in gutem Zustand aufzuzeichnen, weil das Nutenelement und die Elementsubstrate zuverlässig eng verbunden sind.
Ein Laserbearbeitungsgerät, das für die Erzeugung der Nuten verwendet wird, ist mit einem Maskeneinheit-Bewegungsmechanismus ausgestattet, der in der Lage ist, die Maskeneinheit in der Richtung rechtwinklig zu der optischen Achse des Laserstrahls zu bewegen. Daher ist es möglich, Maskenstrukturen in beliebigen Positionen im Hinblick auf ein Werkstück anzuordnen. Insbesondere ist es möglich, als eine Maske eine Maske zu verwenden, die eine Vielzahl von Strukturarten aufweist, die jeweils auf einen Bearbeitungsschritt des Werkstücks anwendbar sind. Daher besteht keine Notwendigkeit zum Auswechseln von Masken, wenn eine Vielzahl von Arten von Strukturierungsprozessen für ein und dasselbe Werkstück ausgeführt werden. Die für die Bearbeitung erforderliche Zeitdauer wird demgemäß verkürzt. Da eine Vielzahl von Strukturarten für eine Maske angeordnet wird, ist die Positioniergenauigkeit für jede zur Bearbeitung verwendete Struktur hervorragend. Folglich ist die Laserbearbeitung besonders zur Verarbeitung einer Vielzahl von Arten von feinen Strukturen geeignet, die z. B. zur Bearbeitung von Nuten des Nutenelements und von Vertiefungen oder Formstücken verwendet wer den, welche den erfindungsgemäßen Tintenstrahlkopf ausbilden.
Auch dann, wenn ein Werkstück, wie z. B. ein Nutenelement eines Tintenstrahlkopfs oder dergleichen aus Polymerharz erzeugt wird, ist es möglich, das Polymerharz für einen gewünschten Aufbau mittels einer Lichtquelle, die ultraviolette Impulslaserstrahlen als dessen Lichtquelle abstrahlt, der Feinbearbeitung zu unterziehen.
Ein Tintenstrahlkopf zum Tintenausstoß weist eine Vielzahl von Elementsubstraten mit einer Vielzahl von Ausstoßenergie-Erzeugungselementen auf, die in Reihe angeordnet sind, um Tinte auszustoßen, ein Nutenelement mit einer Vielzahl von Wänden, die mit der Vielzahl von Elementsubstraten verbunden sind, welche angeordnet sind, Tintenkanäle für jedes der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente auszubilden, wobei diese Tintenkanäle durch Verbinden der Wände des Nutenelements unter Druck mit der Vielzahl der auf diese Weise angeordneten Elementsubstrate erzeugt sind, und zwischen der Vielzahl von Wänden eine Vielzahl von Rippen, die an dem Unterteil jeder Wand erzeugt sind, an jeder Grenze zwischen Elementsubstraten angeordnet sind und entlang dieser Grenzlinie ausgebildet sind, jeweils an jedem der unterschiedlichen Elementsubstrate anzuliegen. Auf diese weise werden Spalte und Stufen, die zwischen den Elementsubstraten vorliegen, durch die Rippen abgedichtet, die für die Wände des Nutenelements erzeugt sind, wenn dieses Element mit den Elementsubstraten unter Druck verbunden ist, wodurch jeder Tintenaustritt aus solchen Spalten und Stufen verhindert wird und auch die Druckwellen-Kreuzkopplung zwischen Tintenkanälen unterdrückt wird, um die Aufzeichnung in hoher Qualität auszuführen.

Claims

Tintenstrahlkopf zum Tintenausstoß, der aufweist: – eine Vielzahl von Elementsubstraten (100) mit einer Vielzahl von Ausstoßenergie-Erzeugungselementen (101), die in einer Matrix zum Erzeugen von Ausstoßenergie zum Tintenausstoß angeordnet sind, und – ein Nutenelement (200) mit einer Vielzahl von Wänden (209), die mit der Vielzahl von Elementsubstraten (100) verbunden sind, welche angeordnet sind, Tintenkanäle (14) auszubilden, die jeweils jedem der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente (101) entsprechen, wobei die Tintenkanäle (14) durch Verbinden der Wände (209) des Nutenelements (200) unter Druck mit der Vielzahl von angeordneten Elementsubstraten (100) erzeugt sind, wobei zwischen der Vielzahl von Wänden (209) eine Vielzahl von zusammendrückbaren Rippen (210b, 210c, 260b, 260c, 260d, 115) an dem Unterteil jeder Wand (209) erzeugt sind, die an jeder Grenze zwischen den Elementsubstraten (100) angeordnet und entlang der Grenzlinie ausgebildet sind, um jeweils mit jedem der unterschiedlichen Elementsubstrate (100) in Kontakt zu gelangen.
Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 1, wobei zwischen der Vielzahl von Wänden (209) eine Rippe (260d, 115) an dem Unterteil der Wand (209) ausgebildet ist, die nur für das einzelne Elementsubstrat angeordnet ist.
Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 1, wobei zwischen der Vielzahl von Wänden (209) Vertiefungen (215) an dem Unter teil der Wand (209) erzeugt sind, die nur für das einzelne Elementsubstrat angeordnet ist.
Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 3, wobei sich die Vertiefungen (215) in die Richtung entlang der Wand (209) erstrecken.
Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 1, wobei die Ausstoßenergie-Erzeugungselemente (101) Wärmeerzeugungselemente zum Erzeugen von Wärmeenergie sind.
Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 1, wobei die Rippen (210b, 210c, 260b, 260c, 260d, 115) mittels Laserbearbeitung erzeugt sind.
Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 3, wobei die Vertiefungen (215) mittels Laserbearbeitung erzeugt sind.
Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 1, wobei eine Ausstoßöffnung (203) für jeden der Tintenkanäle (14) angeordnet ist und eine Vielzahl der Ausstoßöffnungen (203) über die Länge angeordnet ist, welche der Aufzeichnungsbreite eines Aufzeichnungsmediums (502) entspricht.
Tintenstrahlkopfkassette, die aufweist: – einen Tintenstrahlkopf (601) gemäß Anspruch 1 und – einen Tintenbehälter (602) zum Vorhalten von Tinte, die dem Tintenstrahlkopf (601) zugeführt wird.
Tintenstrahlapparat, nachstehend als ein Tintenstrahlgerät bezeichnet, das aufweist: – einen Tintenstrahlkopf (601) gemäß Anspruch 1 und – eine Aufzeichnungsmedium-Transportvorrichtung (751) zum Transportieren eines Aufzeichnungsmediums (771) zum Aufnehmen von Tinte, die aus dem Tintenstrahlkopf ausgestoßen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfs (601), das die folgenden Schritte aufweist: – Anordnen einer Vielzahl von Elementsubstraten (100) in einer Matrix mit einer Vielzahl von Ausstoßenergie-Erzeugungselementen (101), die in einer Reihe angeordnet sind, um die Ausstoßenergie zum Tintenausstoß zu erzeugen, – Erzeugen eines Nutenelements (203) durch Erzeugen einer Vielzahl von Wänden (209) zum Ausbilden von Tintenkanälen (14) entsprechend jedem der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente (101) und einer Vielzahl von zusammendrückbaren Rippen (210b, 210c, 260b, 260c, 260d, 115) an dem Unterteil der Wände (209), und – Anordnen der Rippen (210b, 210c, 260b, 260c, 260d, 115) jeder Wand (209), die an jeder Grenze zwischen den Elementsubstraten (100) angeordnet sind, um mit unterschiedlichen Elementsubstraten (100) in Kontakt zu gelangen, um sich mit dem Nutenelement (203) und den Elementsubstraten (100) unter Druck zu verbinden.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfs gemäß Anspruch 11, das ferner den Schritt aufweist: – Erzeugen der Wände (209) zeitlich früher als das Erzeugen der Rippen (210b, 210c, 260b, 260c, 260d, 115) jeder Wand (209).
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfs gemäß Anspruch 11, das ferner den Schritt aufweist: – Erzeugen der Rippen (210b, 210c, 260b, 260c, 260d, 115) jeder Wand (209) zeitlich früher als das Erzeugen der Wände (209).
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfs gemäß Anspruch 12 oder 13, das ferner den Schritt aufweist: – Erzeugen von Vertiefungen (215) an dem Unterteil von Wänden (209), anders als jede Wand mit dafür erzeugten Rippen.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfs gemäß Anspruch 14, wobei die Vertiefungen (215) in der Richtung entlang den Wänden (209) erzeugt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfs gemäß Anspruch 11, wobei die Rippen (210b, 210c, 260b, 260c, 260d, 115) und die Wände (209) durch die Bestrahlung mit einem Laserstrahl ausgebildet sind.