DE69732389T2

DE69732389T2 - Tintenstrahldruckkopfherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69732389T2
Application number: DE69732389T
Authority: DE
Inventors: Masashi Ohta-ku Miyagawa; Hiroshi Ohta-ku Sugitani; Kazuaki Ohta-ku Masuda; Masashi Ohta-ku Kitani; Masami Ohta-ku Kasamoto; Toshihiro Ohta-ku Mori; Shuji Ohta-ku Koyama; Genji Ohta-ku Inada; Masaaki Sanjo-shi Okada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2017-04-12
Also published as: US6180018B1; EP0800921A3; EP0800921A2; DE69732389D1; EP0800921B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfs zum Bewirken von Drucken durch Ausstoßen einer Druckflüssigkeit (wie z. B. Tinte) als ein fliegendes Flüssigkeitströpfchen und Aufbringen eines solchen Flüssigkeitströpfchens auf ein Druckmedium.
Druck schließt hierin das ein, was durch Aufbringen von Tinte auf irgendein Tinte aufnehmendes Element, das in der Lage ist, einen solchen Tintenauftrag aufzunehmen, inbegriffen Gewebe, Fasermaterial, Papier, Blattelement usw. erhalten wird, und Druckgerät schließt irgendein Datenverarbeitungsgerät ein oder ein Ausgabegerät davon, und die vorliegende Erfindung ist auf diese Anwendungen anwendbar.
Bemerkungen zum Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Tintenstrahldruckköpfe (nachstehend vereinfacht Druckköpfe genannt), ist für das wirksame Drucken durch das Ausstoßen von Tinte aus einer Ausstoßöffnung ein Druckkopf bekannt, der einen Elektrizitäts-Wärme-Umwandler als Energieerzeugungselement zur Erzeugung von Energie, die für den Ausstoß von Tinte benötigt wird, verwendet.
Ein Beispiel eines solchen Druckkopfs besteht, wie in 1 und 2 gezeigt ist, aus einem Halbleitersubstrat 2 (nachstehend auch Heizerplatte genannt), das mit einer Vielzahl von Elektrizitäts-Wärme-Umwandlern 1 als Energieerzeugungselementen darauf versehen ist, und einer Deckplatte 6, welche Nuten 4 zur Ausbildung von Tintenkanälen 3 trägt, die entsprechend den Stellen der Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 1 und der Ausstoßöffnungen 5 angeordnet sind.
Das Substrat 2 ist mit einer Vielzahl von Elektrizitäts-Wärme-Umwandlern 1 versehen, die in einem vorherbestimmten Teilungsmaß in paralleler Lage angeordnet sind, und mit Steuerschaltkreisen (nicht gezeigt) zum Ansteuern der Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 1, die durch ein Halbleiterverfahren, welches die Schritte Ätzen, Verdampfen, Aufdampfen usw. aufweist, ausgebildet sind, und ist auf einem Trägerelement 7 fest angeordnet. Das Substrat 2 ist des weiteren, wie in 2 gezeigt ist, mit einer Vielzahl von Elektrodeninseln 8, die aus Aluminium bestehen und mit den Steuerschaltkreisen der Elektrizitäts-Wärme-Umwandler verbunden sind, versehen. Diese Elektrodeninseln 8 sind jeweils über Bonddrähte 11 aus Aluminium oder Gold mit den Leitbahnen 10 einer Leiterplatte 9 verbunden, um elektrische Signale von dem Aufzeichnungsgerät (nicht gezeigt) zu empfangen.
Zum anderen ist die Deckplatte 6 mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammmer 12 zur zeitweiligen Aufnahme von Tinte, die aus einem Tintenbehälter (nicht gezeigt) zugeführt wird, einer Vielzahl von Nuten 3, die jeweils entsprechend den Stellen der Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 1 angeordnet sind und mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 12 in Verbindung stehen, und Ausstoßöffnungen 5, die an einer Endfläche der Deckplatte 6 jeweils von den Enden der Nuten 3 aus öffnen, versehen. Die Nuten 3 der Deckplatte 6 bilden Tintenkanäle mit dem Substrat 2 aus, wenn die Deckplatte 6 damit zusammengefügt ist.
Das Zusammenfügen der Deckplatte 6 mit dem Substrat 2 wird auf nachstehende Weise erreicht. Zuerst wird die Deckplatte 6 in bezug auf das Substrat 2 derart angeordnet, daß die Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 1 jeweils den Nuten 3 entsprechen, und z. B. mit einer Blattfeder (nicht gezeigt) fixiert. Dann wird ein Klebstoffmaterial für eine Zwischenfixierung in die Verbindungsabschnitte des Substrats 2 und der Deckplatte 6 eingebracht, um dadurch das Substrat 2 und die Deckplatte 6 vorläufig zu fixieren. Ein solches Klebstoffma terial für die Zwischenfixierung besteht allgemein aus einem UV-härtbaren Polyester-Klebstoff (z. B. UV300, angeboten von Grace Japan Co., Ltd.). Zuletzt wird auf das Klebstoffmaterial für die Zwischenfixierung ein Kunstharz, vornehmlich aus der Silikon-Familie, aufgebracht, um dadurch die Zusammenfügungsabschnitte des Substrats 2 und der Deckplatte 6 abzudichten.
Bei dem herkömmlichen Tintenstrahldruckkopf von einer solchen herkömmlichen Anordnung verursacht jedoch, da jeder Tintenkanal sehr geringe Abmessungen besitzt, selbst ein geringfügiges Eindringen von Klebstoffmaterial oder des Dichtmaterials ein Verstopfen des Tintenkanals. Eine derartige Erscheinung bewirkt bei einem Teil der Vielzahl der Tintenkanäle unzulänglichen oder ausfallenden Tintenausstoß, wodurch sich die Zuverlässigkeit des Tintenstrahldruckkopfs vermindert. Deshalb war für das Zusammenfügen der Deckplatte und des Substrats bei der Herstellung des Tintenstrahldruckkopfs ein Zusammenfügungsverfahren ohne die Verwendung eines Klebstoffmaterials oder dergleichen wünschenswert.
Um derartigen Anforderungen zu entsprechen, wurden Verfahren, wie in 3A–3C und 4A–4E gezeigt ist, vorgeschlagen. Diese Verfahren sollen den Wandabschnitt der Tintenkanäle mit einem Kunstharzmaterial ausbilden und das Substrat und die Deckplatte durch die Haftkraft des Kunstharzmaterials bei dessen Aushärtung zusammenzufügen.
3A–3C zeigen Querschnittsansichten zur Darstellung der Schritte eines Zusammenfügungsverfahrens durch ein DF (Trockenschicht)-Verfahren.
In einem derartigen DF-Verfahren wird zuerst eine Trockenschicht 16 einer vorherbestimmten Stärke, wie in 3A gezeigt, auf der oberen Oberfläche des Substrats 2 z. B. durch Laminieren angeordnet. Auf der Trockenschicht 16 werden Ausnehmungen nach einer vorherbestimmten Struktur z. B. durch ein photolithographisches Verfahren unter Verwendung einer Maske (nicht gezeigt) ausgebildet. Die Abschnitte der Troc kenschicht 16, die auf dem Substrat 2 verbleiben, bilden, wie in 3B gezeigt ist, die Wände 17 der Tintenkanäle aus.
Dann wird, wie in 3C gezeigt ist, die Deckplatte 6 mittels einer anderen Trockenschicht 18 auf dem Substrat 2, welches die Tintenkanalwände 17 trägt, angeordnet. Die Trockenschicht 18 wird wärmegehärtet, und die Deckplatte 6 und das Substrat 2 können bei der Aushärtung durch die Haftkraft fest zusammengefügt werden.
4A–4E zeigen Querschnittsansichten zur Darstellung der Schritte eines Verfahrens zum Zusammenfügen nach dem sogenannten „Molding"-Verfahren.
Bei dem „Molding"-Verfahren wird zuerst eine Photolackschicht 20 einer vorherbestimmten Stärke, wie in 4A gezeigt ist, auf der oberen Oberfläche des Substrats 2 angeordnet.
Dann wird die Photolackschicht 20 unter Verwendung einer Maske (nicht gezeigt) mit einer vorherbestimmten Struktur einem photolithographischen Prozeß unterworfen, wodurch Abschnitte entsprechend den Tintenkanälen als eine Form 21 zur Ausbildung von Tintenkanälen verbleiben.
Dann wird, wie in 4C gezeigt, eine Kunstharzschicht 22 zur Ausbildung der Wände der Tintenkanäle auf dem Substrat 2 und der Form 21 erzeugt.
Dann wird die Deckplatte 6 über der Kunstharzschicht 22 auf dem Substrat 2 angeordnet. Die Kunstharzschicht 22 wird wärmegehärtet, und die Deckplatte 6 und das Substrat 2 können durch die Haftkraft bei der Aushärtung fest zusammengefügt werden.
Zuletzt wird die Stirnfläche für die Ausstoßöffnungen geschnitten, und der Photolack, der die Form bildet, wird z. B. mit einem Lösungsmittel herausgelöst, um dadurch die Düsen ausbilden.
Ein derartiges DF-Verfahren oder „Molding"-Verfahren erfordert jedoch, obwohl es in der Lage ist, das Verstopfen der Tintenkanäle durch die Abwesenheit eines Klebstoffmaterials zu vermeiden, einen strukturausbildenden Schritt beim Zusammenfügen, welcher die Verwendung eines teuren Belichtungsgerätes oder dergleichen erforderlich macht.
Deshalb ist ein weniger teures Verfahren zum Zusammenfügen wünschenswert.
Um solchen Anforderungen zu entsprechen, ist bereits ein Zusammenfügungsverfahren mit gegenseitiger Anordnung des Substrats, das die Energieerzeugungselemente trägt, und der Deckplatte, die mit den Tintenkanälen und den Ausstoßöffnungen versehen ist, und anschließendem Fixieren der Deckplatte und des Substrats mit einer Druckfeder, bekannt.
5 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Tintenstrahleinheit, die einen Tintenstrahldruckkopf aufweist, zur Darstellung des vorstehend erwähnten Verfahrens zum Zusammenfügen der Deckplatte und des Substrats, in dem eine Druckfeder verwendet wird.
In 5 ist ein Substrat 2 gezeigt, das eine Heizerplatte ausbildet, die aus einer Anordnung einer Vielzahl von Elektrizitäts-Wärme-Umwandlern (Ausstoßheizern) 1 und Leitbahnen, z. B. aus Al oder dergleichen zu deren Versorgung mit elektrischem Strom besteht, die durch ein Filmausbildungsverfahren auf einem Si-Halbleitersubstrat ausgebildet ist, und eine Leiterplatte 9 für die Heizerplatte 2.
Eine Deckplatte 6, die mit Unterteilungen (Nuten) zum Trennen der Vielzahl der Tintenkanäle und einer gemeinsamen Tintenkammer zum Vorhalten von Tinte für die Zuführung zu den Tintenkanälen versehen ist, ist einstückig mit einer Mündungsplatte 6a ausgeformt, welche mit einer Vielzahl von Ausstoßöffnungen versehen ist, die jeweils den Tintenkanälen entsprechen. Als ein Werkstoff für ein derartiges einstückiges Ausformen wird vorzugsweise Polysulfonharz verwendet, es können aber auch andere Kunstharz-Materialien für das Ausformen verwendet werden.
Ein Trägerelement 24, das z. B. aus Metall besteht, trägt die rückseitige Oberfläche der Leiterplatte 9 flächig und bildet die Grundplatte der Tintenstrahleinheit. Eine Druckfeder 25, die ein Druckelement ausbildet, weist eine M-Form auf und drückt leicht die gemeinsame Flüssigkeitskammer durch den Mittelabschnitt der M-förmigen Ausbildung, und drückt auch, gezielt in den linearen Bereichen, einen Teil der Tintenkanäle, vorzugsweise einen Teil nahe zu den Ausstoßöffnungen, mittels des hängenden vorderen Abschnitts 26. Die Schenkel der Druckfeder 25 reichen durch die Löcher 24a, 24b des Trägerelements 24 hindurch und rasten an deren Rückseite ein, um die Heizerplatte 2 und die Deckplatte 6 untereinander in einem verspannten Zustand zu halten, und so sind die Heizerplatte 2 und die Deckplatte 6 zusammengedrückt und fest angeordnet durch die vereinte Vorspannkraft der Druckfeder 25 und deren hängendem vorderen Abschnitt 26. Ein Tintenzuführelement 27 führt die Tinte, die aus einem nicht dargestellten Tintenbehälter zugeführt wird, den Tintenkanälen der Heizerplatte 2 durch die Deckplatte 6, die dazu unter Druck fest angeordnet ist, zu.
Das vorstehend erläuterte Verfahren zum Zusammenfügen der Deckplatte und des Substrats durch die Druckfeder weist einen Vorteil auf, daß das vorstehend erwähnte Zusammenfügen auf leichte Weise ohne Klebstoffmaterial erreicht wird, da das Zusammendrücken in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats mittels einer Druckfeder ausgeführt wird.
Es ist jedoch bei einem derartigen Zusammenfügen schwierig, die Wände der Vielzahl der Tintenkanäle, die zwischen der Deckplatte und dem Substrat ausgebildet sind, unter einem gleichförmigen Druck gegen das Substrat zu pressen. Deshalb kann sich insbesondere in einem Tintenstrahlkopf mit einer großen Zahl von Tintenkanälen ein Spalt C, wie in 6 gezeigt, zwischen dem Substrat 2 und einem Endabschnitt der Tintenkanalwand 3a ergeben, und ein derartiger Spalt C führt zu einem Kreuzkopplungs-Phänomen. Eine derartige Kreuzkopplung kann zu einem Druckabfall führen, wobei der Druck des Filmbläschens B, der in der Tinte in dem Tintenkanal 3 durch Wärmeenergie von dem wärmeerzeugenden Element 1 erzeugt wird, zu dem benachbarten Tintenkanal (wie durch den Pfeil in 6 gezeigt ist), durchsickert. Wegen des Vorliegens eines solchen Spaltes C kann sich auch der Druck des Filmbläschens B in den benachbarten Tintenkanal fortpflanzen, um dadurch ein Zurückziehen des Meniskus der Tinte an der Ausstoßöffnung (Mündung) eines solchen benachbarten Tintenkanals in Richtung auf das wärmeerzeugende Element herbeizuführen und eine Schwankung in der Menge des Tintenausstoßes zu verursachen.
In 6 sind weiterhin ein Antikavitationsfilm 30, ein Schutzfilm 31 und ein Zwischenschicht-Isolierfilm 32 gezeigt.
Die vorstehend erwähnte Kreuzkopplung ist ein sehr ernster Nachteil bei dem Tintenstrahldruckkopf, und die Verhinderung einer derartigen Kreuzkopplung ist ein wichtiges Erfordernis.
Ferner beschreibt das Dokument US-5 396 042 ein anodisches Verbindungsverfahren zum Verbinden einer Druckkopf-Trägerschicht und einer Schwingungsplatte eines piezoelektrischen Tintenstrahlkopfs ohne Verwendung eines Klebstoffs.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes mit einer höchst zuverlässigen Zusammenfügung zu schaffen, das in der Lage ist, das Kreuzkopplungs-Phänomen zwischen den Tintenkanälen, das bei den herkömmlichen Verfahren zum Zusammenfügen für das Substrat und die Deckplatte auftreten kann, sicher zu ver hindern.
Zum Erreichen des vorstehend erwähnten Ziels zeigt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1 auf. Vorteilhafte Abwandlungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
In einer Ausführungsform weist ein festes Anordnen ein Wärmeverschmelzen der Kontaktabschnitte der Deckplatte mit dem Substrat auf, während das Substrat und die Deckplatte in dem Anordnungszustand zusammengedrückt sind, um dadurch das Substrat und die Deckplatte zusammenzufügen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist das Verfahren auf: Zusammenfügen des Substrats und der Deckplatte durch Wärme, die von Zusammenfügungs-Wärmeerzeugungselementen erzeugt wird, während die Zusammenfügungsabschnitte der Deckplatte mit den Stellen der Zusammenfügungs-Wärmeerzeugungselemente des Substrats in Kontakt gehalten werden.
Gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform weist das Verfahren auf:
Jeweils Erwärmen und Verschmelzen von zwei oder mehr Stirnflächen des Zusammenfügungsabschnitts der Deckplatte durch Wärme, die von den Zusammenfügungs-Wärmeerzeugungselementen erzeugt wird, während die Zusammenfügungsabschnitte der Deckplatte in Kontakt mit den Zusammenfügungs-Wärmeerzeugungselementen des Substrats gehalten werden, um dadurch das Substrat und die Deckplatte zusammenzufügen.
Gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform weist das Verfahren auf:
Wärmeschmelzen einer Kunstharzschicht, während die Endabschnitte der Düsenwände auf die freigelegte Kunstharzschicht aufgedrückt sind, um das Kunstharz, welches die Kunstharzschicht ausbildet, zu veranlassen, zwischen die Endabschnitte der Düsenwände und der Abdeckschicht zu gelangen.
Gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform weist das Ver fahren auf:
Erwärmen der freigelegten Abschnitte einer Zusammenfügungs-Kunstharzschicht und der Endabschnitte der Tintendüsenwände in deren gegenseitigem Berührungszustand, um dadurch die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht und die Endabschnitte der Tintendüsenwände zusammenzufügen.
Gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform weist das Verfahren auf:
Einpressen der Endabschnitte der Tintendüsenwände in eine Kunstharzschicht durch Wirkungsfenster hindurch und Wärmeschmelzen der Kunstharzschicht, um dadurch die Endabschnitte der Tintendüsenwände unter plastischer Verformung in die Abdeckschicht auszudehnen, und das Kunstharz, welches die Kunstharzschichten ausbildet, zu veranlassen, zwischen die Endabschnitte der Tintendüsenwände und die Abdeckschicht zu gelangen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Teilquerschnitts-Seitenansicht zur Darstellung der Hauptteile eines herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfs,
2 zeigt eine Teilquerschnitts-Draufsicht zur Darstellung der Hauptteile eines herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfs,
3A, 3B und 3C zeigen Querschnittsansichten der Schritte beim Zusammenfügen einer Deckplatte und eines Substrats mittels eines DF (Trockenschicht)-Verfahrens,
4A, 4B, 4C, 4D und 4E zeigen Querschnittsansichten zur Darstellung der Schritte beim Zusammenfügen nach dem sogenannten „Molding"-Verfahren,
5 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Tintenstrahleinheit, die einen Tintenstrahldruckkopf aufweist, zur Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens zum Zusammenfügen der Deckplatte und des Substrats mittels einer Druckfeder,
6 zeigt eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustands beim Druckverlust in dem Filmbläschen in einem herkömmlichen Tintenstrahldruckkopf,
7 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der grundlegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
8A zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Substrats, das einen Hauptbestandteil des in 7 gezeigten Druckkopfes ausbildet, und 8B zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Abschnitts 8B in 8A,
9 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung des Verfahrens zum Zusammenfügen des Substrats und der Deckplatte in dem Druckkopf, der in 7, 8A und 8B gezeigt ist,
10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des zusammengefügten Zustands des Substrats und der Deckplatte, die in 9 gezeigt sind,
11A zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Hauptteils in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 11B zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Abschnitts 11B in 11A,
12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des zusammengefügten Zustands des Substrats und der Deckplatte in dem Druckkopf, der in 11A und 11B gezeigt ist,
13 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des zusammengefügten Zustands der Deckplatte und des Substrats des Druckkopfs,
14A, 14B, 14C und 14D zeigen schematische Querschnitts ansichten zur Darstellung der Schritte der Zusammenfügung der Deckplatte und des Substrats, die in 13 gezeigt sind,
15 zeigt ein Ablaufdiagramm des Zusammenfügungsverfahrens,
16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F, 16G und 16H zeigen schematische Querschnittsansichten zur Darstellung des zusammengefügten Zustands, falls die Formen und Abmessungen der Zusammenfügungsabschnitte verändert werden,
17 und 18 zeigen schematische Querschnittsansichten zur Darstellung anderer Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung,
19 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Zusammenfügungsverfahrens in dem Herstellungsverfahren, das in 18 gezeigt ist,
20 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung,
21 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung,
22 zeigt eine vergrößerte Draufsicht zur Darstellung des Aufbaus zwischen den Elektroden in dem in 21 gezeigten Tintenstrahldruckkopf,
23 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung,
24A, 24B, 24C und 24D zeigen schematische Querschnitts ansichten zur Darstellung des Zusammenfügungsverfahrens in dem in 23 gezeigten Herstellungsverfahren,
25 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des tatsächlichen Heizerbereichs als Hauptteil in dem in 24 gezeigten Druckkopf,
26 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung des Aufbaus eines Zusammenfügungsheizers, der in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
27 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
28A und 28C zeigen schematische Querschnittsansichten zur Darstellung des Verfahrens zum Zusammenfügen der Deckplatte und des Substrats in dem in 27 gezeigten Druckkopf, und 28B zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Temperaturverteilung an dem Zusammenfügungsheizer,
29A und 29B zeigen schematische Querschnittsansichten zur Darstellung einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung,
30 und 31 zeigen vergrößerte schematische Draufsichten des Zusammenfügungsheizers,
32A und 32B zeigen schematische Draufsichten zur Darstellung von Abwandlungen des in 31 gezeigten Druckkopfs,
33 zeigt ein Ablaufdiagramm des Zusammenfügungsverfahrens in dem Herstellungsverfahren für den in 31 gezeigten Druckkopf,
34A, 34B, 34C, 34D und 34E zeigen schematische Quer schnittsansichten zur Darstellung des Zusammenfügungsverfahrens in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
35A und 35B zeigen schematische Draufsichten zur Darstellung des Aufbaus des Zusammenfügungsheizers in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung,
36A und 36B zeigen schematische Draufsichten zur Darstellung des Aufbaus des Zusammenfügungsheizers in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, jeweils vor und nach der Bestrahlung mit einem Excimerlaser,
37 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung,
38A, 38B, 38C, 38D und 38E zeigen schematische Querschnittsansichten zur Darstellung des Zusammenfügungsverfahrens in dem in 37 gezeigten Druckkopf,
39 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung der in 38A bis 38E gezeigten Schritte,
40 zeigt ein Schaltbild für den Zusammenfügungsheizer, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
41 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung des Aufbaus eines Zusammenfügungsheizers in einer anderen Ausführungsform,
42 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 41 gezeigten Druckkopfs,
43 zeigt eine schematische Draufsicht des Substrats in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
44 zeigt eine schematische Draufsicht der Deckplatte des in 43 gezeigten Druckkopfs,
45 zeigt ein Schaltbild des in 43 gezeigten Druckkopfs,
46 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung der Stufenbeziehung einer Zuammenfügungsfläche in der vorliegenden Ausführungsform,
47 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Zusammenfügungsverfahrens in einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung,
48 und 49 zeigen schematische Draufsichten zur Darstellung anderer Ausführungsformen des Tintenstrahldruckkopfes der vorliegenden Erfindung,
50 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Zusammenfügungsverfahrens in einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung,
51 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
52 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 52-52 in 51,
53 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
54 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung einer Ausführungsform des Tintenstrahldruckkopfes (vom Typ „Side-Shooter"), der mittels der vorliegenden Erfindung hergestellt ist,
55 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 55-55 in 54,
56A, 56B, 56C und 56D zeigen Querschnittsansichten zur Darstellung der Herstellungsschritte einer Mündungsplatte, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
57 zeigt eine Teildraufsicht zur Darstellung der Hauptteile einer anderen Ausführungsform eines Tintenstrahldruckkopfs,
58 zeigt eine vergrößerte Draufsicht des in 57 gezeigten Elektrizitäts-Wärme-Umwandlers,
59 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 59-59 in 58,
60A und 60B zeigen Querschnittsansichten entsprechend einer Linie A-A in 57 zur Darstellung der Schmelzverformung eines vorstehenden Abschnitts der Deckplatte an dem Zusammenfügungsabschnitt durch Erwärmen in dem Ausnehmungsabschnitt,
61 und 62 zeigen Teilquerschnittsansichten zur Darstellung der Hauptteile von weiteren anderen Ausführungsformen des Tintenstrahldruckkopfes,
63 und 64 zeigen schematische Querschnittsansichten zur Darstellung anderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung,
65 zeigt eine Querschnittsansicht zur Darstellung des Aufbaus der Hauptteile einer Ausführungsform eines Tintenstrahldruckkopfs,
66 bis 70 zeigen schematische Ansichten zur Darstellung des Herstellungsverfahrens des in 65 gezeigten Tintenstrahldruckkopfs,
71 bis 76 zeigen schematische Ansichten zur Darstellung des Herstellungsverfahrens eines anderen Tintenstrahldruckkopfs der vorliegenden Erfindung,
77 bis 80 zeigen schematische Ansichten zur Darstellung des Herstellungsverfahrens eines weiteren anderen Tintenstrahldruckkopfs, und
81 zeigt eine Querschnittsansicht zur Darstellung des schematischen Aufbaus der Hauptteile einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. In solchen Ausführungsformen werden Bauteile, die gleich jenen in den vorstehend erklärten Zeichnungen sind, mit entsprechenden Zahlen dargestellt und nicht weiter erklärt.
Ausführungsform 1
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8A zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Substrats, das den Hauptteil des in 7 gezeigten Druckkopfs ausbildet, und 8B zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Abschnitts 8B in 8A. In diesen Zeichnungen besteht ein Substrat 2 z. B. aus Silizium, und auf dem Substrat 2 ist eine Deckplatte 6 angeordnet, die mit einer Mündungsplatte versehen ist, in welcher eine Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen (auch als Mündungen bezeichnet) 5 für den Tintenausstoß ausgebildet ist. Das Substrat 2 ist, entlang einer Seitenkante, mit einem Bereich von einer Vielzahl von Tintenausstoßheizern 1 darauf versehen, die mit einem vorherbestimmten Teilungsmaß angeordnet sind und Ausstoßenergie-Erzeugungselemente für die Erzeugung von Wärmeenergie für den Tintenausstoß ausbilden. Auf dem Substrat 2, und zwischen solchen Tintenausstoßheizern 1, sind des weiteren Zusammenfügungs-Ausnehmungen 49 mit einem vorherbestimmten Teilungsmaß ausgebildet, und ein Zusammenfügungsheizer 50 ist auf dem Boden jeder der Ausnehmungen 49 angeordnet. Die Räume zwischen den Ausnehmungen 49 bilden beim Zusammenfügen des Substrats 2 mit der Deckplatte 6 Teile von Tintenkanälen (auch als „Nozzles" bezeichnet) aus, die mit den Mündungen 5 verbunden sind, und welche an deren rückwärtigen Enden des weiteren mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer verbunden sind, wie in 8 gezeigt ist. Die gemeinsame Flüssigkeitskammer 12 ist, wie in 7 gezeigt ist, mit einem nicht dargestellten Tintenbehälter durch einen Tintenzuführungsabschnitt 44, der auf der Deckplatte vorsteht, verbunden. Ein derartiges Substrat 2 ist auf einer Grundplatte 24 angeordnet, die z. B. aus Aluminium besteht, und die auch als Wärmeabführungsplatte durch ein Haftmaterial mit zufriedenstellender Wärmeleitfähigkeit dient, und ist des weiteren mittels Bonddrähten 11 mit einem Leitabschnitt, wie z. B. Kontaktinseln 8, verbunden, die auf einer Leiterplatte 9 ausgebildet sind, welche gleichfalls auf der Grundplatte 24 angeordnet ist.
Die seitlichen Wandabschnitte 9a der Ausnehmungen 49 sind sich umgekehrt verjüngend oder in überhängender Form ausgebildet, wie in 8 gezeigt ist, so daß die Öffnung jeder Ausnehmung 49 schmaler ausgebildet ist als deren Bodenfläche.
Eine derartige überhängende oder sich umgekehrt verjüngende Ausnehmung 49 kann durch Erzeugen einer Ausnehmungen bildenden Schicht mit Ausnehmungen mit überhängender Struktur ausgebildet werden. Die Ausnehmungen von einem solchen überhängenden Aufbau können im allgemeinen durch Erzeugen einer Ausnehmungen bildenden Schicht durch Vakuum-Filmbildung, dann Ausbildung einer Photolackstruktur auf dieser Schicht, und Ausführen von trockenem oder chemischem Ätzen erhalten werden. Im Falle des trockenen Ätzens kann der überhängende Aufbau durch Erhöhung des Drucks des Ätzgases erzielt werden, um dadurch die Anisotropie des Ätzens zu vermindern. Im Falle des chemischen Ätzens kann der überhängende Aufbau erhalten werden, da der Ätzprozeß grundsätzlich nicht anisotrop ist.
Das Filmmaterial, das für die Erzeugung der Ausnehmungen bildenden Schicht zur Ausbildung von Ausnehmungen mit überhängendem Aufbau verwendet wird, weist vorzugsweise eine ho he Tintenbeständigkeit auf und erlaubt auf leichte Weise die Filmausbildung. Ein Beispiel eines Kunstharzes, das solche Anforderungen erfüllt, ist Silikonpolymer. Ein derartiges Polymer, das in organischen Lösungsmitteln löslich und für Schleuderbeschichten geeignet ist, gestattet auf leichte Weise die Filmausbildung und ist höchst widerstandsfähig gegenüber alkalischen Tinten. Die üblichen Siloxanharze sind bei Normaltemperatur flüssig, aber auch die Polydiphenylsiloxanharze und die Doppelstrang-Silikonharze, die bei Normaltemperatur fest sind, sind in der vorliegenden Erfindung verwendbar.
Außer den Polydiphenylsiloxanen können auch Polymethylsilsesquioxane, Polyethylsilsesquioxane und Polyphenylsilsesquioxane verwendet werden.
Diese Silikonharze, die in organischen Lösungsmitteln wie z. B. Estern und Ketonen lösbar sind, können auf leichte Weise durch Schleuderbeschichten als Film ausgebildet werden. Auch die Silikonpolymere, die im allgemeinen nichtabgesättigte Hydroxylradikale an den Enden der Polymerketten aufweisen, können durch eine Wärmebehandlung bei 200 bis 400°C nach dem Beschichten vernetzt werden. Man kann auch einen Siliciumoxidfilm durch Freisetzen der Kohlenwasserstoffradikale, wie z. B. Methyl- oder Ethylradikal, durch Wärmebehandlung bei 400–500°C erhalten.
Die vorstehend erwähnten Silikonschichten können auf leichte Weise durch Auftragen und Strukturieren eines Photolacks darauf und Ausführen von trockenem oder chemischem Ätzen bearbeitet werden. Das trockene Ätzen kann durch Gas, wie z. B. CF₄ oder C₃H₈, erreicht werden. Die Ausnehmungen mit dem überhängenden Aufbau können durch einen Ätzvorgang bei einem Druck von 50 Pa oder höher, zur Verminderung der Anisotropie des Ätzens, ausgebildet werden. Das naßchemische Ätzen kann durch eine Ätzflüssigkeit, die Fluorwasserstoffsäure enthält, erreicht werden. Da jedoch eine solche Ätzflüssigkeit auch Siliciumoxid oder Siliciumnitrid, welche im allgemeinen für den Schutzfilm verwendet werden, ätzt, sollte ein Schutzfilm verwendet werden, der gegenüber dem Ätzmittel beständig ist. Ein Schutzfilm mit befriedigend hoher Selektivität kann in am meisten vorzuziehender Weise mit einem Polyimidpolymer erhalten werden. Beispiele eines derartigen filmausbildenden Polyimidpolymers schließen PIQ (Handelsname; hergestellt von Hitachi Chemical Co.), Photonice (Handelsname; hergestellt von Toray Corp.) und PIMEL (Handelsname; hergestellt von Asahi Chemical Co.) ein.
Organische Polymerverbindungen können ebenfalls als Material zur Ausbildung von überhängenden Ausnehmungen verwendet werden. Es können irgendwelche Polymerverbindung verwendet werden, die in einem Lösungsmittel gelöst und zur Beschichtung durch Aufschleudern verwendet werden können, jedoch sind Polysulfone, Polyethersulfone und Polyetherketone in Anbetracht ihrer hohen Tintenbeständigkeit bevorzugt. Es können des weiteren als wärmehärtbare Kunstharze Epoxidharze und Polydialiphthalatharze vorteilhaft verwendet werden. Die Ausnehmungen mit überhängendem Aufbau können auf der Polymerschicht strukturiert werden durch Ausbildung einer Maskenstruktur darauf mit einem Material, das gegenüber Sauerstoffplasma widerstandsfähig ist, und Anwenden von Trockenätzen mit Sauerstoffplasma. Das einfachste Strukturierungsverfahren besteht im Strukturieren eines Photolacks vom Silikontyp mittels eines photolithographischen Prozesses und Ausführen von Trockenätzen unter Verwendung der dadurch erhaltenen Struktur als Maske. Beispiele eines Photolacks vom Silikontyp schließen CMS (Handelsname; hergestellt von Toso Co.) und FH-SP (Handelsname; hergestellt von Fuji-Hunt Co.). Insbesondere ermöglicht FH-SP auf leichte Weise die Herstellung einer Maskenstruktur des Silikon-Typs, da es mit einem einfachen Belichtungsgerät strukturiert und mit einer alkalischen Entwicklerlösung entwickelt werden kann.
Das Trockenätzen kann mittels reaktivem Ionenätzen (RIE) unter Verwendung von Sauerstoffplasma ausgeführt werden. Zur Ausbildung des überhängenden Aufbaus wird es vorzugsweise bei einem Druck von 20 Pa oder höher und vorzugsweise für eine Zeitdauer entsprechend einer Überätzung von 10 bis 50% in bezug auf das einfache Ätzen ausgeführt. In der vorliegenden Erfindung kann der Unterschichtsschutz- oder Antikavitationsfilm, da das Ätzen mit Sauerstoffplasma ausgeführt wird, aus Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder Tantal bestehen.
Das Substrat, das die Elektrizitäts-Wärme-Umwandler trägt, ist im allgemeinen in den Bereichen, in denen die Heizer und die Leitbahnen, z. B. aus Aluminium, nicht angeordnet sind, mit einem Schutzfilm aus Siliciumnitrid und einem Tantalfilm als einer Antikavitationschicht auf einer wärmespeichernden Schicht aus Siliciumoxid versehen. Daher kann ein zufriedenstellender überhängender Aufbau durch Ätzen des Tantalfilms durch naßchemisches Ätzen mit einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure erzielt werden, oder durch Trockenätzen mit fluorhaltigem Gas und anschließendem naßchemischen Ätzen der Siliciumschicht oder der Siliciumnitridschicht mit einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure und Ammoniumfluorid. In dem Raum zwischen den Heizern kann eine Fläche für die Herstellung des vorstehend erwähnten überhängenden Aufbaus gesichert werden durch die Ausbildung der Leitbahnen, z. B. aus Aluminium, unter dem Heizer.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 9 und 10 das Zusammenfügen des Substrats 2 und der Deckplatte 6 erklärt.
9 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht zur Erklärung des Verfahrens zum Zusammenfügen des Substrats und der Deckplatte in dem Druckkopf, der in 7, 8A und 8B gezeigt ist, und 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des in 9 gezeigten zusammengefügten Zustands des Substrats und der Deckplatte.
Die Deckplatte 6, oder sogenannte „grooved" Deckplatte, ist an deren Unterfläche mit einer Vielzahl von Tintenkanälen 3 entsprechend den Tintenausstoßheizern 8 auf dem Substrat 2 versehen, und solche Tintenkanäle sind hauptsächlich durch die Tintenkanalwände 3a, die mit einem vorherbestimmten Teilungsmaß angeordnet sind, ausgebildet. Die unteren Enden der Tintenkanalwände 3a weisen eine solche Form und Größe auf, um in den Ausnehmungen 49 des Substrats 2 angeordnet zu werden, wenn die Deckplatte 6 mit dem Substrat 2 zusammengefügt ist.
Die unteren Enden der Tintenkanalwände 3a sind in die Ausnehmungen 49 des Substrats 2 unter Zusammenpressen bei einem Druck von 400 g bis 1 kgw eingeführt. In solch einem Einfügungszustand oder vor einem solchen Einfügen werden die Zusammenfügungsheizer 50 in den Ausnehmungen 49 des Substrats 2 erregt und ausgelöst. Die Erregung erfolgt durch Zuführung von Impulsstrom, z. B. für eine Zeitdauer von 20 Sekunden unter den Bedingungen eines Stroms von 200 mA, einer Impulsdauer von 10 μsec und einer Frequenz von 5 kHz, um dadurch im wesentlichen allein die unteren Endabschnitte der Tintenkanalwände 3a, die in den Ausnehmungen 49 angeordnet sind, zu erhitzen, wärmezuschmelzen und teilweise zu verformen. Die vorstehend erwähnten Bedingungen für die Erregung sind aus dem nachstehend folgenden Grund gewählt worden. Wenn der Strom kontinuierlich eine Sekunde lang zugeführt wird, wird der Heizer 50 zerstört, so daß der untere Endabschnitt der Tintenkanalwand nicht wärmeverschmolzen und die erforderliche Verbindungsfestigkeit nicht erhalten werden kann. Wenn ein Material andererseits in der Lage ist, einer derartigen kontinuierlichen Stromzuführung standzuhalten, kann die Zerstörung des Heizers natürlich sogar bei kontinuierlicher Stromzuführung verhindert werden, aber die Temperatur des ganzen Siliciumsubstrats erhöht sich, so daß die ganze Tintenkanalwand wärmegeschmolzen wird und deren Form nicht weitgehend genug aufrechterhalten werden kann. Deshalb wird der Zusammenfügungsheizer 50 mit Impulsstromversorgung betrieben.
Da die wärmeverschmolzenen unteren Endabschnitte der Tintenkanalwände 3a, die durch Erwärmen mittels der Zusammenfügungsheizer 50 erzeugt sind, in einem Zustand abgekühlt sind, in dem sie die Ausnehmungen 49 ausfüllen, erstarren sie einstückig mit den Ausnehmungen 49 des Substrats 2 in einer Ausbildung eng zu der überhängenden Ausbildung der Ausnehmungswände 9a. In der vorliegenden Ausführungsform bildet der erstarrte Abschnitt dadurch einen seitlich vorstehenden Abschnitt 3b in einer Richtung entlang der oberen Oberfläche des Zusammenfügungsheizers 50 aus. Eine derartige Zusammenfügung der Deckplatte 6 und des Substrats 2 durch die Ausbildung der seitlichen Überstände 3b in den Ausnehmungen 49 vermeidet die Ausbildung des Spalts C zwischen den Tintenkanalwänden 3a und dem Substrat 2, wie in 6 gezeigt ist, um dadurch die Kreuzkopplung zwischen den Tintenkanälen 3 sicher zu verhindern.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Zusammenfügungsheizer durch ein vorherbestimmtes Filmausbildungsverfahren auf dem Siliciumsubstrat 2 ausgebildet, dann wird die Ausnehmungen bildende Schicht 51 auf der gesamten Fläche des Siliciumsubstrats 2, eingeschlossen die Flächen der Heizer 50, ausgebildet, und die Ausnehmungen 9 werden durch Entfernen nur der Flächen auf den Zusammenfügungsheizern 50 von der Ausnehmungen ausbildenden Schicht 51 durch ein photolithographisches Verfahren erzeugt. Um wie in der vorliegenden Ausführungsform einen überhängenden Aufbau im Innern der Ausnehmung 9 auszubilden, werden die oberen und unteren Bereiche der Ausnehmungen ausbildenden Schicht 51 vorzugsweise mit unterschiedlichen Eigenschaften versehen, um die geätzte Menge in den oberen und unteren Bereichen jeweils kleiner und größer zu halten. Der sich umgekehrt verjüngende Aufbau kann im Innern der Ausnehmung 9 ebenfalls erreicht werden, indem die Ausnehmungen ausbildende Schicht 51 einen stapelförmigen Aufbau aufweist, um dadurch die Eigenschaften schrittweise von dem oberen zu dem unteren Bereich zu verändern.
Der Zusammenfügungsheizer kann grundsätzlich aus dem gleichen Material wie die Tintenausstoßheizer 1 bestehen. Es können z. B. Dünnschichten wie HfB₂, TaN oder TaAl verwendet werden. Die Ausnehmungen ausbildende Schicht besteht des weiteren z. B. aus SiN oder SiO₂ und ist durch dasselbe Halbleiterverfahren wie das für das Siliciumsubstrat ausgebildet.
Ausführungsform 2
11A zeigt eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des Hauptteils einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während 11B eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Abschnitts Y in 11A zeigt, und 12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des zusammengefügten Zustands des Substrats und der Deckplatte des in 11A und 11B gezeigten Druckkopfs.
In dem Druckkopf der vorliegenden Ausführungsform sind die in einem Bereich des Substrats 2 angeordneten Tintenausstoßheizer 1 in drei Gruppen, wie 11A zeigt, aufgeteilt, und die Heizer 1 dieser Gruppen stehen jeweils mit gemeinsamen Flüssigkeitskammern 12a, 12b, und 12c in Verbindung. Zwischen den gemeinsamen Flüssigkeitskammern ist das Substrat 2, wie in 11B gezeigt ist, mit Trennausnehmungen 51 versehen, und auf dem Boden jeder der Trennausnehmungen 51 ist ein Zusammenfügungsheizer angeordnet. Ein Bereich 53 zwischen benachbarten Flüssigkeitskammern auf dem Substrat 2 ist als unstrukturierte Fläche ausgebildet, und ein entsprechender Abschnitt der Deckplatte 6 ist als Ausnehmung 54 ausgebildet, um einen Spalt mit einer vorbestimmten Größe auf einer solchen Fläche 53 auszubilden. Dieser Spalt ist für die Wärmeableitung von den Zusammenfügungsheizern 51 vorgesehen für die Ausbildung von Zusammenfügungsabschnitten der Deckplatte 6 zum Einfügen in die Trennausnehmungen 51 und zur Verminderung des Gewichts des gesamten Druckkopfs einschließlich der Deckplatte.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Tintenkanäle, welche die Tintenaustoßheizer 1 enthalten, in drei Gruppen aufgeteilt, so daß die Zusammenfügungsfläche oder der Abstand größer ausgebildet werden kann. Es wird daher ermöglicht, Zusammenfügung mit einer gleichförmigen Verbindungsfestigkeit über den ganzen Kopf zu erzielen, und die Kreuzkopplung zwischen den Tintenkanälen oder zwischen den gemeinsamen Flüssigkeitskammern, selbst in einem Druckkopf mit einer großen Zahl von Tintenkanälen, sicher zu verhindern. Des weiteren gewährleistet das Zusammenfügen für jede ge meinsame Flüssigkeitskammer eine gleichbleibende Verbindungsfestigkeit, so daß das herkömmliche Federelement nicht länger für das Zusammendrücken der Deckplatte und des Substrats erforderlich ist. Deshalb ist es möglich, die Zahl der Komponenten zu vermindern und auf den Schritt des Abdichtens der gemeinsamen Flüssigkeitskammer mit Kunstharz zu verzichten. Wegen der Abwesenheit des Schritts zur Abdichtung mit Kunstharz kann der Abstand zwischen den gemeinsamen Flüssigkeitskammern kleiner gehalten werden, so daß die Breite des Substrats vermindert werden kann. Es ist daher möglich, die Zahl der Substrate, die aus einer Siliciumscheibe erhältlich sind, zu erhöhen, um dadurch den Druckkopf weniger teuer herzustellen.
Ausführungsform 3
13, 14A bis 14D, 15 und 16A bis 16H zeigen eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung, und das Zusammenfügungsverfahren dafür, durch wärmeschmelzendes Zusammenfügen ohne die Klebstoffschicht.
13 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht des Zusammenfügungsabschnitts der Deckplatte und des Substrats des Druckkopfs, während 14A–14D schematische Querschnittsansichten zur Darstellung der Schritte des in 13 gezeigten Verfahrens zur Zusammenfügung der Deckplatte und des Substrats zeigen, 15 zeigt ein Ablaufdiagramm des Zusammenfügungsverfahrens, und 16A–16H zeigen schematische Querschnittsansichten, wenn die Form und die Abmessung der Zusammenfügungsabschnitte verändert sind.
13 zeigt ein Beispiel eines Schichtaufbaus eines Substrats, das mit Zusammenfügungsheizern versehen ist, die mittels eines Halbleiterverfahrens hergestellt sind.
Der Zusammenfügungsheizer 107 besteht aus einem Material mit zufriedenstellender Stabilität in der Wärmeerzeugung, wie z. B. HfB₂ oder Ta_xN_y, wie im Fall des Tintenausstoßheizers, während die Elektroden, die mit dem Heizer 107 verbunden sind, aus einem weniger teuren Material, wie z. B. Aluminium, bestehen. Um Korrosion durch direkten Kontakt mit der Tinte zu vermeiden, ist der Zusammenfügungsheizer 107 mit einer isolierenden Schutzschicht 104, welche aus SiO₂ oder SiN besteht, abgedeckt. Die Schutzschicht 104 ist mit Durchgangsöffnungen für die Verbindung der Elektroden mit den Elektrodeninseln (nicht gezeigt) versehen. Auf dem Heizerbereich ist eine Antikavitationsschicht 105, z. B. aus Tantal, angeordnet, um eine Zerstörung durch die Kavitation der erzeugten Blase zu vermeiden.
Der Zusammenfügungsheizer 107 ist an jeder Zusammenfügungsstelle der Tintendüsenwand 203 angeordnet und ist an beiden Enden mit Elektroden für die Stromzuführung zu dem Heizer 107 versehen.
Die Strukturen der Elektroden für die Zusammenfügungsheizer 107 sind so entworfen, daß die Widerstände zwischen den Zusammenfügungsheizern und der Stromquelle untereinander nicht unterschiedlich sind.
13 zeigt die Anordnung der vorliegenden Ausführungsform in einem Querschnitt entlang der Richtung der Anordnung der Tintenausstoßheizer.
Die Deckplatte besteht aus Polysulfonharz, und das Ende 208 der Tintendüsenwand ist mit einem Vorsprung 209 versehen. Die Düsenwände 203 sind mit einem Teilungsmaß von 43,3 –43,5 μm angeordnet, während die Breiten Wn, Wn' des Düsenwandendes 208 und des Vorsprungs 209 jeweils 10 und 4 μm betragen. Der Vorsprung 209 weist einen im wesentlichen dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt mit einer Höhe von 4 μm in der Z-Richtung auf. Der Vorsprung 209 wird auf leichte Weise zerbrochen und deformiert, wenn er auf das Substrat unter einer Last von 10 gf gepreßt wird, um dadurch als ein Zwischenmaterial für das Zusammenfügen der Düsenwände 208 und der Oberfläche des Substrats 101 zu dienen.
An der Substratoberfläche, die sich im Berührungszustand mit der Düsenwand 203 befindet, ist der Zusammenfügungsheizer 107 angeordnet, dessen freigelegte Oberfläche durch eine SiO₂-Schutzschicht 104 abgedeckt ist. Unter Berücksichtigung des Haftverhaltens mit dem Polysulfonharz, welches die Deckplatte ausbildet, können an der Berührungsfläche andere Oxidmaterialien, wie z. B. Ta₂O₅, freigelegt werden.
An der Berührungsfläche ist des weiteren eine Ausnehmung 110, welche Merkmal des Dokuments JP-06-179116 ist, angeordnet, und darin ist der Zusammenfügungsheizer 107 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Breiten Ws, Wh der Ausnehmung 110 und des Zusammenfügungsheizers 107 jeweils 12 und 8 μm. Die Höhe der Düse 203 liegt im Hinblick auf die Tintenausstoßleistung innerhalb eines Bereichs von 30 bis 50 μm und schwankt örtlich in der Y-Richtung.
Um die Funktion der in dem Dokument JP-06-179116 offenbarten Ausnehmung zu erreichen, und um die Funktion als Damm gegen das wärmegeschmolzene Polysulfon-Kunstharz zu erhalten, wie weiter nachstehend erklärt werden wird, sind die Ausnehmung 110 und die Düsenwand 203 vorzugsweise so ausgebildet, daß sie die Relation Ws > Wn erfüllen. Des weiteren erfüllen, in dem in 13 gezeigten Querschnitt, die Düsenwand 203, der Vorsprung 209 und der Zusammenfügungsheizer 107 die Relation: Wn' < Wh < Wn (1)
Die Bedeutung der Relation (1) wird nachstehend unter Bezugnahme auf 16A–16H erklärt. Gemäß der Untersuchung der genannten Erfinder kann die Erregung der Zusammenfügungsheizer örtlich allein die Berührungsfläche und deren Umgebung auf 180–300°C aufheizen, um dadurch das Kunstharz in dem Berührungsabschnitt der Deckplatte zu schmelzen. In mehr spezifischer Weise kann allein das Polysulfonharz in der Nachbarschaft des Berührungsabschnitts der Deckplatte geschmolzen werden durch Zuführen von einigen hundert bis zu einigen tausend Impulsen an Energie von 2,4 μJ/μm²/Impuls, bei einer Frequenz von etwa 1 kHz, an den Zusammenfügungsheizer.
Ein in 16A gezeigter Aufbau weist einen Spielraum in der Genauigkeit der Ausrichtung der Deckplatte und des Substrats in Richtung der Düsenanordnung auf, ist aber mit der Gefahr verbunden, daß das Kunstharz an beide Seiten der Düsenwand fließen kann und dadurch die Endabschnitte der Tintenausstoßheizer, wie in 16 gezeigt, abdeckt. Eine derartige Anordnung in 18a ist unvorteilhaft wegen des vorstehend erwähnten Nachteils, insbesondere falls das Teilungsmaß infolge des beschränkten Abstands zwischen der Düsenwand und dem Heizer für die Tintendüsen 35–45 μm oder weniger beträgt.
Es ist des weiteren in den in 16C und 16E gezeigten Anordnungen schwierig, eine ausreichende Verbindungsfestigkeit zwischen den Enden der Düsenwand und dem Substrat wegen der unvollständig geschmolzenen Abschnitte, die an beiden Seiten der Düsenwände erzeugt werden können, wie in 16D und 16F gezeigt ist, zu erzielen.
Eine in 16G gezeigte Anordung kann andererseits eine Verschmelzung mit Sicherheit erzielen, weil der Vorsprung 209, der zerbrochen und in Berührung mit dem Zusammenfügungsheizer 107 gebracht ist, in dessen Heizbereich gehalten wird. Falls das geschmolzene Kunstharz in Richtung der Düse fließt, kann es schnell in einem Raum verfestigt werden, der zwischen dem Ende des Zusammenfügungsheizers 107 und dem Ende der Düsenwand 208 gegeben ist und als Kühlfläche wirkt, wie in 16H gezeigt ist, und fließt daher nicht in die Tintendüse 202. Folglich ist die Anordnung in 16G besonders wirksam im Fall eines kleinen Düsen-Teilungsmaßes von 65 pm oder weniger.
Nachstehend werden Schritte des Anfügens der Deckplatte in der in 13 gezeigten Anordnung unter Bezugnahme auf 14A–14D und 15 erklärt.
Zuerst werden die Deckplatte und das Substrat in einer vorherbestimmten lagemäßigen Beziehung ausgerichtet und vorläufig fest angeordnet (14a). Dann wird eine Belastung auf die Deckplatte in der Z-Richtung ausgeübt um dadurch das Düsenwandende 208 und das Substrat 101 unter Druckkontakt zu halten (14B). In diesem Schritt wird der Vorsprung 209 zerbrochen und auf dem Substrat verformt. Dadurch kann der Spalt zwischen den Düsenwänden und dem Substrat, der sich aus der Verbiegung der Deckplatte ergibt, beseitigt werden. Die Düsenwände werden mit dem Substrat gleichmäßig in Berührung gebracht, und eine Wärmeisolierschicht, welche durch Abtrennung der Düsenwände 203, die geschmolzen werden von dem Substrat, das die Wärmequelle darstellt, erzeugt wird, wird nicht ausgebildet.
Nach dem Kontaktieren werden die Zusammenfügungsheizer 107 erregt, um das Polysulfonharz zu schmelzen (14C) und um den Raum zwischen den Zusammenfügungsabschnitten der Deckplatte und der Substratoberfläche im wesentlichen mit der geschmolzenen Substanz auszufüllen, wodurch die Zusammenfügung der Düsenwände 203 und des Substrats abgeschlossen wird. Ein derartiges Ausfüllen mit Kunstharz ist zum Abkühlen des geschmolzenen Kunstharzes, das aus dem Heizbereich des Heizers 107 überfließt, und für eine Erhöhung der Verbindungsfestigkeit zwischen den Düsenwänden und dem Substrat nach dem Erwärmen vorzuziehen. Selbst wenn das Kunstharz nicht ausreichend abgekühlt werden kann wegen örtlicher Überhitzung durch die Zusammenfügungsheizer, was sich z. B. aus einer Schwankung in der Dicke der wärmeerzeugenden Elemente ergibt, kann die in 13 gezeigte Anordnung den Fluß des geschmolzenen Kunstharzes an den Kanten der Ausnehmung beenden.
Die Belastung, die für das Kontaktieren angewandt wird, kann nach dem Zusammenfügungsschritt zeitweise oder vollständig entfernt werden, doch das Anbringen einer Druckfeder, das von der herkömmlichen Anordnung des Wärmetintenstrahlkopfs bekannt ist, kann in dem in 15 gezeigten Lastanwendungsschritt erfolgen.
Die Deckplatte kann beim Schmelzen der Kontaktabschnitte der Deckplatte infolge der Erregung der Zusammenfügungsheizer auf das Substrat zu absinken, die Belastung kann aber ange messen eingestellt werden, um eine erhebliche Schwankung in der Kontaktkraft zu vermeiden.
Ausführungsform 4
17 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Ausführungsform weist das Merkmal auf, daß der Vorsprung 209 des Düsenwandendes 208 sich nicht bis zur Umgebung der Mündung 204, die in der Mündungsplatte 206 ausgebildet ist, erstreckt, wie in 17 gezeigt ist, und daß der Zusammenfügungsheizer 107, der auf dem Substrat 101 entsprechend dem Vorsprung 209 angeordnet ist, sich ebenfalls nicht bis in die Nachbarschaft der Mündung 204 erstreckt.
Selbst wenn das durch die Wärme des Zusammenfügungsheizers 107 geschmolzene Kunstharz entlang dem Substrat zu fließen beginnt, kann es in der vorliegenden Ausführungsform an einer Stelle vor der Flüssigkeitskammer oder der Mündung, an welcher der Zusammenfügungsheizer nicht mehr vorhanden ist, schnell erstarren. Die erstarrte Substanz kann folglich den inneren Aufbau des Tintenkanals (Tintendüse) 202 nicht nachteilig beeinflussen und den Tintenfluß bei dem Aufzeichnungsvorgang behindern.
Ausführungsform 5
18 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung, und 19 zeigt ein Ablaufdiagramm des Zusammenfügungsverfahrens in dem in 18 gezeigten Herstellungsverfahren.
Die vorliegende Ausführungsform ist durch die Verwendung einer Klebstoffschicht in den Kontaktabschnitten zwischen dem Substrat und der Deckplatte bei dem Anfügen der Deckplatte gekennzeichnet.
18 zeigt den Aufbau der vorliegenden Ausführungsform in einem Querschnitt entlang der Richtung der Anordnung der Ausstoßheizer 102, worin die Breiten Wa, Wh der Klebstoffschicht 109 und des Zusammenfügungsheizers 107 so gewählt sind, daß sie die Relation Wa < Wh (2)erfüllen. Die Klebstoffschicht 109 ist durch die Strukturierung eines Films, der durch Auflösen des Polysulfonharzes, welches die Deckplatte ausbildet, in einem Lösungsmittel, und Beschichten des Substrats 101 mit der erhaltenen Lösung in einer vorherbestimmten Stärke, ausgebildet.
In 18 sind die Düsenwände 203 mit einem Teilungsmaß von 43,3 μm angeordnet, und Wn, Wa und Wh betragen jeweils 10, 3 und 7 μm.
In dem Größenverhältnis der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Stärke der Klebstoffschicht 109 vorzugsweise 5 μm oder weniger und liegt mehr vorzugsweise in einem Bereich von 2–4 μm, damit die gesamte Polysulfon-Klebstoffschicht geschmolzen werden kann.
Die Klebstoffschicht kann auch, zusätzlich zum Zusammenfügen der Deckplatte und des Substrats, als eine Polsterungsschicht zur Aufnahme der Verbiegung der Deckplatte in der Z-Richtung dienen. Solange diesen Zielen entsprochen werden kann, braucht das Material für die Klebstoffschicht weder auf das, welches die Kontaktabschnitte der Deckplatte ausbildet, noch auf thermoplastische Materialien beschränkt zu werden.
19 zeigt die Schritte des Anfügens der Deckplatte in der vorliegenden Ausführungsform. Im Vergleich zur in 15 gezeigten vorstehenden Ausführungsform ist die vorliegende Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die Klebstoffschicht vor dem vorläufigen Zusammenfügen erwärmt und erweicht/geschmolzen ist. Das soll die vorstehend erwähnten zwei Funktionen der Klebstoffschicht 109 wirkungsvoller ausnutzen.
In der Anordnung der vorliegenden Ausführungsform, die der vorstehend angeführten Relation (2) genügt, ist die Klebstoffschicht 109, welche zwischen dem Düsenwandende 208 und der Substratoberfläche vorhanden ist, vollkommen in dem Heizbereich des Zusammenfügungsheizers 107 eingeschlossen und kann daher durch Wärme von diesem sicher geschmolzen werden. Wenn das Polysulfonharz, das die Klebstoffschicht 109 ausbildet, geschmolzen ist und auf die Düse zufließt, kann es schnell in einem Raum, der zwischen dem Ende des Zusammenfügungsheizers 107 und dem Düsenwandende 208 vorhanden ist und als ein Bereich zum Abkühlen von Kunstharz dient, erstarren, so daß der Tintenfluß oder die Blasenbildung in der Düse 202 bei dem Aufzeichnungsvorgang nicht behindert ist.
Ausführungsform 6
20 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenwandende 208 mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen 209 versehen ist, und daß eine Klebstoffschicht 109, unmittelbar oberhalb des Zusammenfügungsheizers 107 in dem Substrat, angeordnet ist. In dieser Anordnung dienen die zwei Vorsprünge, zusätzlich zu der Funktion, die in der vorstehenden Ausführungsform 3 erklärt ist, zur Erhöhung des wirksamen Kontaktflächenbereichs mit der Klebstoffschicht.
In der Anordnung der 20 wird der Zusammenfügungsheizer 107 benötigt, um die Klebstoffschicht 109 und/oder die Vorsprünge 209 mittels Wärme zu verschmelzen. Folglich kann die Breite der Vorsprünge, verglichen mit dem Zusammenfügungsheizer 107, durch den Abstand zwischen den beiden äußeren Enden der Vorsprünge, in 20 mit Wn' dargestellt, definiert werden. Des weiteren können, unter Berücksichtigung der vorstehend angegebenen Beziehungen (1) und (2), Wa, Wn', Wn und Wh so gewählt werden, daß sie der Beziehung min(Wa, Wn') < Wh < Wn (3) genügen.
Ausführungsform 7
21 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 22 zeigt eine vergrößerte Draufsicht zur Darstellung der Anordnung zwischen den Elektroden in dem in 21 gezeigten Druckkopf.
Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte und das Substrat ohne die Verwendung einer Klebstoffschicht zusammengefügt sind.
In 21 und 22 sind die Tintenausstoßheizer und deren Elektroden zum leichteren Verständnis weggelassen. 22 ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung der in 21 gezeigten Elektroden 108 und 108c.
Der Zusammenfügungsheizer 107, der auf dem Substrat 101 des Tintenstrahlkopfs der vorliegenden Erfindung angeordnet ist, besitzt eine im wesentlichen konstante Breite Wh des Heizers in einer Richtung rechtwinklig zu der Richtung des Stroms zwischen den Elektroden an beiden Enden. Die Zusammenfügungsheizer 107 sind mit einer gemeinsamen Elektrode 108c verbunden und deren Struktur ist so entworfen, daß die Widerstände zwischen den Zusammenfügungsheizern und der Stromquelle untereinander gleich sind. Die Deckplatte ist mit Polysulfonharz ausgebildet.
Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeerzeugende Material eine im wesentlichen gleichbleibende Dicke überall in dem Zusammenfügungsheizer aufweist, und daß die Breiten Ws, Wc der Leitbahnen an den Enden des Zusammenfügungsheizers nicht die Breite Wh des Heizelements übersteigen, worin Ws = Wc ist.
In der Anordnung der vorliegenden Ausführungsform ist der Schichtwiderstand des wärmeerzeugenden Elements im wesentlichen gleichförmig über den gesamten Zusammenfügungsheizer, und es ergibt sich keine örtliche Erhöhung der Stromdichte auf dem wärmeerzeugenden Element des Zusammenfügungsheizers 107. Die Stromdichte ist an beiden Enden des Zusammenfügungsheizers 107 in der X-Richtung kleiner als in anderen Bereichen, aber solche Endabschnitte erzeugen relativ kleine Wärmemengen und besitzen nur begrenzten Einfluß auf den Schritt zum Anfügen der Deckplatte. Abgesehen von der physischen Größe des Zusammenfügungsheizers 107, ist sein praktischer Heizabschnitt, der im thermischen Sinn wirksam ist, in mehr spezifischer Weise ein Bereich einer Länge Lh (in Stromrichtung) und einer Breite (Y-Richtung) Wh' = Wc = Ws (ein solcher Bereich wird nachstehend wirksame Heizerfläche genannt). In einem derartigen Bereich ist die Stromdichte im wesentlichen gleichförmig, so daß bei der Erregung des Zusammenfügungsheizers 107 kein sogenannter Überhitzungspunkt erzeugt wird, an dem die Temperatur örtlich sehr viel höher ist, als in anderen Abschnitten. Der Zusammenfügungsheizer der Anordnung, welche in 21 und 22 gezeigt ist, kann folglich gleichförmig heizen und den kontaktierten Endabschnitt 209 der Düsenwand schmelzen.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf 23, 24A bis 24D und 25, in denen 23 ein Ablaufdiagramm einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung zeigt, die Einzelheiten des Verfahrens zum Anfügen der Deckplatte erklärt. 24A–24D zeigen schematische Querschnittsansichten zur Darstellung des Zusammenfügungsverfahrens in dem in 23 gezeigten Herstellungsverfahren, und 25 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung der wirksamen Heizerfläche als den Hauptteil des in 14A bis 14D gezeigten Druckkopfs. Bei der Ausrichtung der Deckplatte und des Substrats in einer vorherbestimmten lagemäßigen Beziehung wird der Endabschnitt 208 auf der wirksamen Heizerfläche auf dem Substrat angeordnet. Der Endabschnitt der Düsenwand 203, welcher der wirksamen Heizerfläche und ebenfalls einem Abschnitt F in 1 entspricht, ist, wie in 25 gezeigt, mit einer Ausformung 207 versehen, die sich, im Vergleich zu anderen Abschnitten der Deckplatte gegenüber dem Substrat, in Richtung der negativen Z-Richtung er streckt. Wie weiter nachstehend erklärt wird, bildet eine solche Verlängerung einen Randabschnitt zum Schmelzen durch die Wärme des Zusammenfügungsheizers aus. Die Abmessung ΔZ eines solchen schmelzbaren Abschnitts 207 ist vorzugsweise so groß, um die Durchbiegung, in der Z-Richtung, der Zusammenfügungsfläche der Deckplatte gegenüber dem Substrat aufzunehmen, doch liegt sie normalerweise in der Größenordnung von 10 pm oder weniger, um ein brauchbares Anfügen der Deckplatte zu erreichen.
Zuerst werden die Zusammenfügungsheizer 107 eingeschaltet, um die Heizeroberfläche vorzuheizen (24A), und die Deckplatte wird unter einer Belastung auf das Substrat gedrückt (24B). In diesem Zustand dient die Belastung dazu, die Durchbiegung der Deckplatte zu korrigieren, um dadurch die Zusammenfügungsabschnitte, wie z. B. die Endabschnitte 208 der Deckplatte, in enge Berührung mit dem Substrat zu bringen. Nachdem der Druckkontakt der Deckplatte erreicht ist, wird die Erregung der Zusammenfügungsheizer bis zu dem Zeitpunkt fortgesetzt, an dem die Umgebung von deren Zusammenfügungsabschnitten geschmolzen und mit dem Substrat zusammengefügt ist, während andere Bestandteile weder geschmolzen noch verformt sind (25C). Die Ansteuerbedingungen für den Zusammenfügungsheizer sind so zu wählen, daß die maximale Temperatur an der Heizeroberfläche den Glasumwandlungspunkt des Polysulfonharzes überschreitet. Die Vielzahl von Zusammenfügungsheizern innerhalb des gleichen Substrats wird vorzugsweise so angesteuert, daß die Verschmelzung der Vielzahl der Düsenwände ohne erheblichen Unterschied in der Zeitsetzung erfolgt, und daß mehr vorzugsweise, alle Heizer zur gleichen Zeit angesteuert werden. Nach den Untersuchungen der genannten Erfinder kann ein relativ befriedigendes Ergebnis der Verschmelzung der erwünschten Abschnitte nur der Deckplatte erhalten werden durch Ansteuern der Heizer 107 mit Impulsen, die den Heizer auf eine maximale Oberflächentemperatur von ungefähr 350°C oder höher bringen, für einen Zeitraum von ungefähr 30 bis 60 Sekunden mit einer Frequenz von 1 bis 5 kHz.
Dann werden die Heizer ausgeschaltet, um das Substrat und die Deckplatte (24D) abzukühlen, und nach dem Ende des Abkühlungsschrittes werden die Deckplatte und das Substrat von der Druckbelastung befreit. Die Belastung der Deckplatte und des Substrats wird während der Kühlperiode fortgesetzt, um ein Reißen der zusammengefügten Teile, das bei der Abkühlung durch Schrumpfen des Polysulfonharzes entsteht, zu vermeiden.
Die Endabschnitte 208 der Deckplatte sind durch die vorstehend erklärten Schritte eng mit der Oberfläche des Substrats an den Zusammenfügungsheizern 107 zusammengefügt. Um die Zuverlässigkeit des Anfügens der Deckplatte zu verbessern, wird dann die Umgebung des zusammengefügten Teils mit einem Silikon-Dichtmittel abgedichtet.
Auf diese Weise kann eine höchst zuverlässige Zusammenfügung, die frei von Undichtigkeit zwischen benachbarten Tintendüsen ist, erreicht werden.
Die vorstehende Ausformung des schmelzbaren Abschnitts 207 ist keine notwendige Voraussetzung in der vorliegenden Erfindung, aber sie erleichtert die Steuerung der mit dem Verschmelzen verbundenen Schritte. In einem Abschnitt des Rahmens der Flüssigkeitskammern können die Deckplatte und das Substrat ebenfalls mit einer Anordnung, die ähnlich der in den Zusammenfügungsabschnitten der Düsen ist, versehen werden.
Falls die Zusammenfügungsheizer durch ein Halbleiterverfahren hergestellt sind, werden Wc und Ws, unter Berücksichtigung einer möglichen Abweichung zwischen den Strukturen der Elektrode und des Wärmeerzeugungselements, vorzugsweise mit einem Wert gewählt, der Wh nicht übersteigt (Wh – Genauigkeit einer Ausrichtung in dem Halbleiterverfahren).
Ausführungsform 8
26 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung der Anordnung des Zusammenfügungsheizers, der in einer anderen Ausführungsform des Tintenstrahlkopfes der vorliegenden Erfindung brauchbar ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, falls der Zusammenfügungsheizer so geformt ist, daß sich dessen Breite, rechtwinklig zu der Stromrichtung, längs der Stromrichtung verändert, wie in 26 gezeigt ist, die Breite der Elektroden kleiner als die minimale Breite Whmin des Heizers gewählt. Als konkretes Beispiel übersteigen in der in 26 gezeigten Anordnung weder Wc noch Ws Whmin, wobei Wc vorzugsweise gleich Ws ist.
Ausführungsform 9
27 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während 28A und 28C schematische Querschnittsansichten zur Erklärung des Verfahrens zum Zusammenfügen für die Deckplatte und das Substrat in dem in 27 gezeigten Druckkopf zeigen, und 28B zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Temperaturverteilung auf dem Zusammenfügungsheizer. Die vorliegende Ausführungsform definiert in mehr spezifischer Weise das größenmäßige Verhältnis zwischen dem Endabschnitt 208 und dem Zusammenfügungsheizer 107, um die Wärme für das Verschmelzen des Kontaktabschnitts der Deckplatte ausreichend auf die Endabschnitte der Düsenwände zu übertragen.
In 27 ist die Heizerbreite Wh, da die Breite Wh des Zusammenfügungsheizers 107 kleiner als die Breite der Elektroden 108 ist, im wesentlichen gleich der Breite der wirksamen Heizerfläche.
Nach der Untersuchung der genannten Erfinder ist es, falls der gesamte Endabschnitt 208 direkt mit dem Substrat zusammengefügt ist, nicht vorzuziehen, daß die Breite Wn des Zusammenfügungsheizers 107 kleiner gehalten ist als dieses Wn des Endabschnitts 208. Wenn z. B. die Düsenwand 203 mit der Oberfläche des Heizers 107 in Berührung gebracht war unter Befriedigung einer Relation Wh = Wh' (Breite der wirksamen Heizerfläche) = Wn (28A), dann wies die Oberfläche eines solchen Heizers 107 eine Temperaturverteilung wie in 28B gezeigt auf. Somit liegen Bereiche mit einer niedrigeren Temperatur an beiden Enden des Heizers 107 vor. Die maximale Temperatur Tmax verändert sich mit dem zugeführten Strom, Δx liegt jedoch im allgemeinen innerhalb eines Bereichs von 2–5 μm, falls die Schutzschicht 104 des Substrats aus einem Silicium enthaltenden Material, wie z. B. SiO₂ oder SiN, besteht und eine Schichtdicke aufweist, die 5 pm nicht übersteigt, und wenn Wh von einer Größe von einigen zehn Mikron oder weniger ist. Die beiden Enden des Endabschnitts 30 sind folglich im Vergleich zu dem Rest weniger leicht verschmelzbar, und es ist schwierig, ein gleichmäßiges Zusammenfügen zu erreichen. Daher ist, zumindest in dem bevorzugten Ausrichtungszustand, in einem brauchbaren Tintenstrahlkopf ein Größenverhältnis Wh > Wn erforderlich, damit dieser Endabschnitt 208 die Abschnitte des Zusammenfügungsheizers 107 mit der niedrigen Temperatur nicht berührt. Entsprechend dem in 28B gezeigten Sachverhalt ist in mehr spezifischer Weise ein Verhältnis Wh ≥ Wn + 2 × Δx = Wn + 4 μm, mehr vorzugsweise Wh ≥ Wn + 6 μm, bevorzugt.
Unter Berücksichtigung der vorstehend erwähnten Temperatureigenschaften der Oberfläche des Heizers 107 ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 27 und 28 gezeigt ist, die Breite Wn des Endabschnitts 208 gleich Wh – 4 μm gewählt, um dadurch eine gleichmäßige Wärmelieferung von dem Heizer 107 zu dem Endabschnitt 208 zu ermöglichen.
Da der Kontaktabschnitt der Deckplatte in der Anordnung der vorliegenden Ausführungsform an einer Stelle relativ hoher Temperatur in der Heizeroberfläche angefügt ist, kann eine höchst zuverlässige Zusammenfügung erreicht werden, und der Wärmewirkungsgrad ist deshalb auch verbessert.
In der vorstehenden Ausführungsform müssen die Düsenwand 203 und der Heizer 107 gegenseitig so ausgerichtet sein, daß deren zentrale Achsen im wesentlichen zusammenfallen. Unter Berücksichtigung des Fehlers in der Ausrichtung von beiden ist es notwendig, Wh so zu wählen, daß es Wh ≥ Wn + 4 μm + (Ausrichtungsfehler) erfüllt, damit der Endabschnitt der Düsenwand die Bereiche niedriger Temperatur an beiden Enden des Heizers 107 nicht berührt.
Des weiteren ist Wh in der oben erwähnten Größenbeziehung durch Wh' zu ersetzen, falls die Breite Wn' der wirksamen Heizfläche gleich oder kleiner als die geometrische Breite des in 21 gezeigten Zusammenfügungsheizers ist.
Ausführungsform 10
29A und 29B zeigen schematische Querschnittsansichten zur Darstellung einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung und zeigen eine bevorzugte Abmessung für den Zusammenfügungsheizer 107 auf, falls der Kontaktabschnitt der Deckplatte mit einem Überstand zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Zusammenfügung, wie in dem Dokument JP-4-150048 beschrieben, versehen ist.
Falls der Endabschnitt der Düsenwand 203, der mit dem Substrat in Kontakt zu bringen ist, mit einem Überstand versehen ist, wie in 29A und 29B gezeigt, ist die Breite Wh des Heizers 107 in der Anordnung in 29A in mehr spezifischer Weise gleich oder größer als (Wn' + 4 μm) zu wählen, worin Wn' die Breite des Überstands 209 in der X-Richtung ist. Falls eine Mehrzahl von Überständen 209, wie in 29B gezeigt, angeordnet ist, ist die Breite Wh des Heizers 107 gleich oder größer als (Wn'' + 4 μm) zu wählen, worin Wn'' die Breite der Überstände 209 an beiden Enden ist.
Ausführungsform 11
30 zeigt eine schematische vergrößerte Draufsicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Darstellung einer Anordnung, die mit einer Klebstoffschicht am Kontaktabschnitt des Substrats und der Deckplatte bei deren Zusammenfügung versehen ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist in Verbindung mit einer Deckplatte, die aus einem thermoplastischen Polysulfonharz besteht, die Klebstoffschicht an den Zusammenfügungsheizern 107 als eine Dünnschicht aus Polysulfon mit einer Dicke von 1–4 μm strukturiert. Um Nachteile zu vermeiden, wie z. B. ein geneigter Zustand der Deckplatte relativ zu dem Substrat, der sich aus einer uneben geschmolzenen Verformung des Düsenwandendes ergibt, muß die Oberfläche des Zusammenfügungsheizers, an welchen die Klebstoffschicht auszubilden ist, frei von einem Überhitzungspunkt sein. Auch falls die Breite Wn des Endabschnitts 208 der Düsenwand gleich oder größer als die Breite der wirksamen Heizerfläche des Zusammenfügungsheizers 207 ist, ist es vorzuziehen, daß die Klebstoffschicht innerhalb der wirksamen Heizerfläche angeordnet ist, nämlich nicht in den Bereichen mit niedriger Temperatur an beiden Enden des Zusammenfügungsheizers, wie in 28B gezeigt ist. Wenn die Klebstoffschicht sowohl innerhalb als auch außerhalb der wirksamen Heizerfläche angeordnet ist, kann die Klebstoffschicht außerhalb der wirksamen Heizerfläche ungeschmolzen oder nicht erweicht sein, wobei ein solcher nicht erweichter Abschnitt als Abstandshalter wirkt und das Zusammenfügen von Deckplatte und Substrat behindert.
Die Klebstoffschicht 109 ist in einem inneren Bereich des Heizers 107 zumindest um Δx von dessen Kanten entfernt angeordnet, um in dem Bereich mit niedriger Temperatur in dem Randbereich des Heizers 107 nicht vorzuliegen. Falls die Breite der wirksamen Heizfläche kleiner als die geometrische Breite des Heizers ist, ist die Klebstoffschicht vorzugsweise in einem inneren Bereich, der zumindest durch Δx von der Kante der wirksamen Heizerfläche getrennt ist, angeordnet.
In einem brauchbaren Tintenstrahlkopf beträgt Δx zumindest 2 μm.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstand zwischen der Klebstoffschicht 109 und der Kante des Zusammenfügungsheizers 107 mit 4 μm gewählt, und, unter Berücksichtigung des Stufenunterschieds zwischen der Elektrode 108 und der Oberfläche des Heizers 107, ist des weiteren in der Y-Richtung ein Spalt von ΔY = 2 μm zwischen der Klebstoffschicht 109 und den Elektroden 108, 108C angeordnet.
Die Anordnung der vorliegenden Ausführungsform kann die Klebstoffschicht gleichmäßig schmelzen, da die Klebstoffschicht 109 in einem Abschnitt, der eine relativ hohe gleichmäßige Temperatur in dem Zusammenfügungsheizer 107 aufweist, angeordnet ist.
Da in der vorliegenden Ausführungsform die Klebstoffschicht 109 entsprechend der wirksamen Heizerfläche des Zusammenfügungsheizers 107 angeordnet ist und daher auf sichere und gleichzeitige Weise vollständig geschmolzen oder erweicht werden kann, können Deckplatte und Substrat ohne Rücksicht auf das Größenverhältnis der Breite Wn der Düsenwandenden und Wh an den Kontaktabschnitten zusammengefügt werden.
Des weiteren kann, da das Größenverhältnis der Klebstoffschicht und des Zusammenfügungsheizers in der vorliegenden Ausführungsform gleichmäßiges Erwärmen der gesamten Klebstoffschicht auf dem Zusammenfügungsheizer ermöglicht, die Klebstoffschicht aus anderen wärmereaktiven Materialien, wie z. B. wärmehärtbarem Kunstharz, bestehen.
Ausführungsform 12
35A und 35B zeigen schematische Draufsichten zur Darstellung der Anordnung eines Zusammenfügungsheizers in anderen Ausführungsformen des Tintenstrahldruckkopfs der vorliegenden Erfindung. Der Zusammenfügungsheizer einer in 35A gezeigten Ausbildung weist eine gleichbleibende Heizerbreite zwischen den Elektroden auf, kann aber einen Überhitzungspunkt 111 wegen eines Stromstaus in einem Innenabschnitt 110, wo der Heizer 107 gekrümmt ist, erzeugen. Gemäß der Untersuchung der genannten Erfinder verursacht der Überhitzungspunkt, der unter der Klebstoffschicht im festen Zustand erzeugt ist, nur in der Umgebung eines solchen Überhitzungspunkts ein schnelles Schmelzen der Klebstoffschicht und erzeugt schließlich an der Stelle eines solchen Überhitzungspunkts eine Blase.
Demzufolge schält sich die Klebstoffschicht als Film von dem Zusammenfügungsheizer ab und behindert dadurch die Wärmeleitung zu der Klebstoffschicht. Deshalb wird die Klebstoffschicht 109 bei deren Strukturierung nicht in der Nachbarschicht des Innenabschnitts 110 angeordnet. Des weiteren kann in der in 35a gezeigten Anordnung der äußere Bereich des gekrümmten Abschnitts eine niedrigere Temperatur aufweisen, so daß es vorstellbar ist, die Klebstoffschicht von einem derartigen Außenbereich zu entfernen. Daher ist es durch eine solche Anordnung ermöglicht, die Klebstoffschicht entsprechend dem wärmeerzeugenden Bereich des Zusammenfügungsheizers wirksam und gleichmäßig zu schmelzen.
Falls der Zusammenfügungsheizer sich in der Breite entlang der Stromrichtung verändert, wie in 35B gezeigt ist, ist es denkbar, die Klebstoffschicht nicht in dem engsten Bereich, wo die Stromdichte maximal wird, und in dessen Umgebung anzuordnen.
Ausführungsform 13
36A und 36B zeigen schematische Draufsichten zur Darstellung der Anordnung eines Zusammenfügungsheizers in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, worin 36A und 36B jeweils Zustände vor und nach der Bestrahlung mit dem Excimer-Laser zeigen.
Die vorliegende Ausführungsform befaßt sich, falls auf dem Zusammenfügungsheizer eine unerwünschte Störung vorhanden ist, mit der Entfernung der Klebstoffschicht an einer solchen Störung vor dem Anfügen der Deckplatte.
Bei der Herstellung des Zusammenfügungsheizers durch ein Halbleiterverfahren kann sich letztendlich eine Störung, wie z. B. Riß der Struktur, z. B. durch ein Teilchen, das auf dem Substrat aufgebracht ist, ergeben. Die Stelle eines solchen Heizerfehlers kann abnormal in bezug auf die Wärmeerzeugung sein, und es ist vorzuziehen, die Klebstoffschicht an der Stelle einer solchen Störung zu entfernen.
In der vorliegenden Ausführungsform befolgt das Verfahren das in 33 gezeigte Ablaufdiagramm bis zu dem Strukturieren der Klebstoffschicht, wie in 36A gezeigt ist.
Falls die Störung bei der Prüfung vor dem Aufdrücken der Deckplatte gefunden wurde, wird die Klebstoffschicht nach der Strukturierung an der Stelle eines derartigen Fehlers mit einem Excimer-Laserstrahl bestrahlt und wird so entfernt (36B).
In einem Vielfach-Düsen-Tintenstrahlkopf führt der vorstehend erwähnte Schritt zu einer Schwankung in der Verbindungsfestigkeit der Düsenwandenden, aber, da die Heizerstörung normalerweise zufällig und örtlich erzeugt ist, ist die Verbindungsfestigkeit durch das Vorliegen oder die Abwesenheit einer derartigen Heizerstörung praktisch nicht vermindert.
Ausführungsform 14
31 zeigt eine schematische vergrößerte Draufsicht des Zusammenfügungsheizers, der in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung brauchbar ist, während 32A und 32B schematische Draufsichten zur Darstellung der Abwandlungen der in 31 gezeigten Anordnung zeigen, und 33 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Zusammenfügungsverfahrens im Herstellungsverfahren des in 31 gezeigten Druckkopfs.
In der vorliegenden Ausführungsform bestehen die Deckplatte und die Klebstoffschicht vornehmlich aus Polysulfon.
Der in 31 gezeigte Zusammenfügungsheizer besteht aus einem wärmeerzeugenden Material von einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke, aber weil die Breite der Elektroden 108, rechtwinklig zur Stromrichtung, größer ist als die Breite des wärmeerzeugenden Materials, erreicht die Stromdichte an der Stelle ein Maximum, an der die Breite des wärmeerzeugenden Materials reduziert ist, wobei ein Überhitzungspunkt erzeugt werden kann.
Andererseits kann die Anordnung der Elektroden in 31 die wirksame Heizerbreite vergrößern und ist für den räumlichen Wirkungsgrad vorteilhaft in dem Tintenstrahlkopf, in dem die Tintendüsen 202 in hoher Dichte angeordnet sind.
Auch falls die Dicke des wärmeerzeugenden Materials örtlich kleiner ist, kann ein Überhitzungspunkt an einer solchen Stelle und in deren Umgebung erzeugt werden.
In der Anordnung der vorliegenden Ausführungsform ist die Klebstoffschicht 109, wie in 32A gezeigt ist, an der Oberfläche des Zusammenfügungsheizers 107 in der Umgebung der Elektroden 108, 108c, in Stromrichtung des Zusammenfügungsheizers 107, nicht angeordnet. Das soll den Überhitzungspunkt von der Klebstoffschicht freihalten. Die Lage des Überhitzungspunkts kann auf leichte Weise durch die Berechnung der Stelle abgeschätzt werden, an der die Stromdichte den Maximalwert erreicht. Falls der Überhitzungspunkt als klein in bezug auf den Heizerbereich zu erwarten ist, ist auch eine Anordnung wie in 32B gezeigt vorstellbar.
Des weiteren sind in der vorliegenden Ausführungsform in einem zentralen Bereich des Zusammenfügungsheizers 107, entfernt von den Elektroden, Strukturen 112 in einem vorherbestimmten Intervall angeordnet, wo die Klebstoffschicht entfernt ist. Falls eine Filmstörung an dem Zusammenfügungsheizer 107 einen Überhitzungspunkt an der Stelle eines solchen Fehlers erzeugt, entspannt dieser Aufbau die Abschälkraft, die an der Grenzfläche zwischen der Klebstoffschicht und dem Zusammenfügungsheizer wirkt. Derartige filmfreie Strukturen 112 sind in einem vorherbestimmten Intervall angeordnet, weil die vorstehend erwähnte Filmstörung auf zufällige Weise entstehen kann, und solche Strukturen weder unbedingt die gleiche Form haben, noch in einem gleichbleibenden Abstand angeordnet sein müssen.
In der X-Richtung sind die Breite Wa der Klebstoffschicht 109, die Breite Wh des Zusammenfügungsheizers 107 und die Breite Wn des Düsenwandendes so gewählt, daß sie die Relation (5) erfüllen, um zufriedenstellendes Zusammenfügen zu erreichen. Mehr vorzugsweise ist eine Bedingung Wn ≤ Wh – 4 μm aus einem Grund übernommen, der weiter nachstehend erklärt wird.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf 33 und 34A–34E die Anordnung, welche die vorliegende Ausführungsform kennzeichnet und die Schritte beim Anfügen der Deckplatte erklärt.
Unter Berücksichtigung der Anhaftung der Deckplatte auf einer Klebstoffschicht ist das Substrat vorzugsweise so ausgebildet, daß Siliciumoxid oder Tantaloxid auf der Oberfläche des Zusammenfügungsheizers freigelegt ist. In der vorliegenden Ausführungsform besteht die Schutzschicht 104 aus SiO₂, und in einem Lösungsmittel aufgelöstes Polysulfon ist darauf mittels Schleuderbeschichtung mit einer Dicke von einigen Mikron oder weniger aufgebracht (34A). Nachdem die Klebstoffschicht ausgehärtet ist, wird ein Photofilm darauf so strukturiert, daß er die Bereiche abdeckt, wo die Klebstoffschicht auf dem Substrat verbleiben soll, und die Klebstoffschicht in den unnötigen Bereichen, wie z. B. auf dem Überhitzungspunkt des Zusammenfügungsheizers, z. B. durch Veraschung entfernt werden kann. Dann wird der Photofilm abgewaschen, um die Klebstoffschicht nur in den erwünschten Bereichen des Zusammenfügungsheizers zu belassen (34B). Die Klebstoffschicht in den unnötigen Bereichen kann auch durch Bestrahlung mit einem Excimer-Laser entfernt werden.
Bei dem Anfügen der Deckplatte wird zuerst der Zusammenfügungsheizer erregt, um die Klebstoffschicht 109 auf dem Zusammenfügungsheizer 107 zu schmelzen. Nachdem die Klebstoffschicht 109 in den vorherbestimmten Bereichen geschmolzen ist, werden die Endabschnitte 208 der Düsenwände 203 der Deckplatte durch die Klebstoffschicht hindurch auf das Substrat aufgedrückt.
Um die Klebstoffschicht in Kontakt mit der Wärmequelle, wie z. B. dem Zusammenfügungsheizer oder dem Berührungsabschnitt der thermoplastischen Deckplatte zu verschmelzen, ist es ohne Rücksicht darauf, ob die Klebstoffschicht anwesend oder abwesend ist, vorzuziehen, wiederholt kurze Impulse von 0,1 bis 10 ms, jeder mit ausreichend Energie für das Schmelzen, bei einer Frequenz von einigen kHz oder weniger, anzuwenden. Eine kontinuierliche Zuführung von Gleichstrom kann Übertra gung der Wärme, die in dem Heizer 107 erzeugt wird, zur Klebstoffschicht oder der Deckplatte verursachen, was zur Diffusion der Klebstoffschicht in das umliegende Substrat führt oder im Extremfall zur Schmelzverformung der gesamten Düsenwände der Deckplatte.
Wenn der Heizer 107 der in 31 gezeigten Anordnung, der durch ein filmausbildendes Verfahren hergestellt ist, erregt wird, wird Wärme in dem im wesentlichen gesamten Bereich des Heizers erzeugt, aber es tritt ein Temperaturabfall in kleinen Bereichen Δx an den Enden des Heizers auf, wie in 34c gezeigt ist, und es kann in solchen Bereichen keine ausreichende Wärmemenge auf die Klebstoffschicht übertragen werden. Es ist daher auf leichte Weise möglich, in einem Abschnitt, der solchen Bereichen mit niedriger Temperatur entspricht und in seinem Außenbereich einen solchen Heizzustand für die Klebstoffschicht 109 auszuwählen, daß Polysulfon in nicht geschmolzenem Zustand erhalten bleibt.
Entsprechend der Untersuchung der genannten Erfinder liegt Δx im allgemeinen innerhalb eines Bereichs von 2–5 μm falls die Schutzschicht 104 des Substrats aus siliziumhaltigem Material, wie z. B. SiO₂ oder SiN besteht, und eine Dicke hat, die ungefähr 5 μm nicht übersteigt, und wenn Wh eine Größe von einigen zehn Mikron oder weniger hat. Folglich ist in der vorstehend erklärten Anordnung die Breite Wh des Heizers 107 vorzugsweise 4 μm oder größer, mehr vorzugsweise 10 μm oder größer, um eine zufriedenstellende Funktion zu erzielen.
Falls die Klebstoffschicht aus Polysulfon eine Dicke von ungefähr 2–4 μm hatte, schmolz nach der Untersuchung der genannten Erfinder die Anwendung von Energie von 0,7 mJ/μm² das Polysulfonharz, das zumindest 2 μm von dem Heizer entfernt ist, nicht, doch das Polysulfon in den anderen dem Heizer 107 entsprechenden Bereichen war zufriedenstellend zum Zusammenfügen geschmolzen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die nicht geschmol zene Klebstoffschicht, die in und außerhalb des vorstehend erwähnten Bereichs mit niedriger Temperatur angeordnet ist, positiv als ein Dammelement für das Klebstoffmaterial im geschmolzenen Zustand ausgenutzt. Auf diese Weise fließt das beim Anfügen der Deckplatte geschmolzene Polysulfonharz nicht, um einen Teil des Heizers 102, welcher in der X-Richtung des Substrats zu dem Zusammenfügungsheizer 107 benachbart ist, abzudecken.
Um das Fließen des geschmolzenen Materials der Klebstoffschicht zu verhindern und um gleichzeitig die Düsenwandenden 208 der Deckplatte in Kontakt mit der geschmolzenen Klebstoffschicht zu bringen, wie in 34D gezeigt ist, ist in mehr spezifischer Weise die folgende Größenbeziehung erforderlich: Wa > Wh > Wn (5)
Nach der vorstehend erklärten Untersuchung der genannten Erfinder ist in der vorstehend erwähnten Bedingung das nachstehende Verhältnis Wh ≥ Wn + 2 × Δx = Wn + 4 μmmehr bevorzugt.
Die Deckplatte und das Substrat werden durch die vorstehend erklärten Schritte zusammengefügt, und das Verfahren zum Anfügen der Deckplatte wird durch die Inaktivierung der Zusammenfügungsheizer beendet. In einem bevorzugten Zusammenfügungszustand sind alle Düsenwände, wie in 34E gezeigt, angefügt, aber wenn die Deckplatte eine Durchbiegung in der Z-Richtung aufweist, kann eine dünne Schicht des Klebstoffmaterials zwischen dem Endabschnitt der Düsenwand 203 und der Oberfläche des Zusammenfügungsheizers 107 des Substrats verbleiben.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Aufbau verwendet, daß die Klebstoffschicht auf dem Substrat, das den Zusammenfügungsheizer aufweist, angeordnet ist, und ein Teil der Klebstoffschicht vor dem Zusammenfügen entfernt ist, um dadurch keine Klebstoffschicht bereitzustellen. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können jedoch auch durch Einzel nutzung von jedem erhalten werden.
In der vorliegenden Ausführungsform besteht die Klebstoffschicht aus einem Thermoplastmaterial, es kann aber auch wärmehärtbares Material verwendet werden. Das Thermoplastmaterial ist jedoch vorzuziehen, falls ein Teil der auf dem Zusammenfügungsheizer angeordneten Klebstoffschicht entfernt ist.
Bei einem Verbindungsabschnitt, der nicht die zugrundeliegende Klebstoffschicht aufweist, kann ebenfalls der Aufbau, der das Dokument JP-4-25004 kennzeichnet, verwendet werden, um die Zuverlässigkeit der Zusammenfügung zu verbessern.
Ausführungsform 15
37 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung, während 38A–38E schematische Querschnittsansichten zeigen zur Darstellung des Zusammenfügungsverfahrens in dem in 37 gezeigten Druckkopf, und 39 ist ein Ablaufdiagramm der in 38A–38E gezeigten Schritte. Des weiteren zeigt 40 ein Schaltbild, das sich auf den Zusammenfügungsheizer in der vorliegenden Ausführungsform bezieht.
Die vorliegende Ausführungsform wendet Zusammenfügen durch Verschmelzen ohne Verwendung der Klebstoffschicht an.
37 zeigt eine Deckplatte, die mit einem Bereich 212 von Nuten zur Ausbildung von Düsen für den Ausstoß von Flüssigkeitströpfchen (nachstehend als „Düsennutenbereich" bezeichnet), versehen ist, und, an beiden Seiten eines solchen Bereichs, mit Bereichen 213 von Nuten zum Ausbilden von Blinddüsen (nachstehend als „Blinddüsennutenbereich" bezeichnet). Die Düsenwände 203 und die Blinddüsenwände 203' sind jeweils an deren Endabschnitten mit Vorsprüngen 209, 209' zum Sicherstellen des anfänglichen Kontakts zwischen der Deckplatte und dem Substrat versehen. Die Vorsprünge 209, 209' sind so entworfen, daß sie in Räumen zwischen den Zusammenfügungsheizern 107 und den Enden 208, 208' der Düsenwände durch eine Belastung nach unten in der Z-Richtung, die zum vorläufigen Zusammenfügen von Deckplatte und Substrat ausgeübt wird, leicht zerbrechen und sich verformen.
In dem Düsenbereich, der zum Erreichen einer stabilen Ausbildung flüssiger Tröpfchen ein sicheres Zusammenfügen erfordert, stehen die Endabschnitte 208 der Düsenwände 203 des Düsennutenbereichs 212 mehr als die Endabschnitte 208' der Düsenwände 203' des Blinddüsennutenbereichs 213 in der Richtung des Zusammenfügens vor. Diese Anordnung soll die Düsenwände 203 des Düsennutenbereichs 212 mit dem Substrat selbst im Fall, daß die Deckplatte eine Biegungsverformung in der Z-Richtung aufweist, sicher in Berührung bringen. Der Blinddüsennutenbereich 213 steht mehr vor als ein Flüssigkeitskammer-Rahmen 210.
Die Endabschnitte der Düsenwände 203 und der Blinddüsenwände 203' haben eine im wesentlichen gleiche, im Querschnitt in 37 gezeigte Form.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Düsenwände mit einer Dichte von 600 dpi angeordnet, und die Breite der Enden der Düsenwand und der Höhe der Düsenwand betragen jeweils 8 μm und 25–45 μm. Die Höhe der Düsenwand kann unter Berücksichtigung des möglichen Absinkens der Düsenwände beim Schmelzen, das weiter nachstehend erklärt wird, im voraus größer als der Wert, der für die Ausbildung von flüssigen Tröpfchen geeignet ist, gewählt werden.
Der Betrag ΔZ1 des vorstehend erwähnten Vorstehens der Düsenwände 203 und die Höhe Δh der Vorsprünge 209, 209' in der Z-Richtung sind jeweils ungefähr 4 und 6 μm. Die Ebene des Flüssigkeitskammer-Rahmens 210 ist an der Seite der Düsenwände 203' entgegengesetzt zu der Seite der Stelle der Zusammenfügung angeordnet, und der Betrag ΔZ2 des Vorstehens der Düsenwände in Richtung des Substrats in bezug auf den Rahmen der Flüssigkeitskammer beträgt 8 μm.
Wenn die Deckplatte in der Z-Richtung derart absinkt, daß die Düsenwände 203 im wesentlichen mit dem Substrat durch die Erregung der Zusammenfügungsheizer 107 zusammengefügt sind, werden die Düsenwände 203', entsprechend der Bedingung ΔZ1 < (Höhe des Vorstehens) in der Anordnung der vorliegenden Ausführungsform, gleichzeitig über die Vorsprünge 209' mit der Oberfläche der Zusammenfügungsheizer 107' des Substrats in Berührung gebracht.
Die vorliegende Ausführungsform kann ferner das Merkmal aufweisen, daß die Zusammenfügungsheizer 107, 107' jeweils den Düsenwänden 203, 203' entsprechend auf dem Substrat angeordnet sind, und daß die Zusammenfügungsheizer 107, die dem Düsennutenbereich 212 entsprechen, durch Parallelschaltung derart verbunden sind, daß die Widerstände der Segmente untereinander gleich werden. Andererseits sind die Zusammenfügungsheizer 107', die dem Blinddüsennutenbereich 213 entsprechen, durch Parallelschaltungen verbunden, die unabhängig von jenen für die Zusammenführungsheizer 107 ansteuerbar sind (vgl. 40). Demzufolge können die Gruppe der Zusammenfügungsheizer 107 und die der Heizer 107' mit gegenseitig verschiedenen Energien und/oder Ablaufsteuerungen versehen werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 38A–38E und 39 das Verfahren zum Anfügen der Deckplatte einer Ausbildung, wie in 37 gezeigt, die einen Stufenunterschied an der durch Aufschmelzen anzufügenden Fläche aufweist, erklärt.
Zuerst werden die Deckplatte und das Substrat in einer vorherbestimmten Lagebeziehung gegenseitig ausgerichtet und vorläufig fixiert (38A). Dann wird die Deckplatte in der Z-Richtung einer Belastung unterworfen, um dadurch die Düsenwandenden 208 und das Substrat 101 in Druckberührung zu halten (38B). Bei diesem Schritt werden auf dem Substrat die Vorsprünge 209 zerbrochen und verformt. Dadurch kann in dem Düsennutenbereich 212 der Spalt zwischen den Düsenwänden und dem Substrat, der sich aus der Durchbiegung der Deckplatte ergibt, beseitigt werden. Die Düsenwände 203 sind mit dem Substrat unter Druck gleichmäßig in Berührung gebracht, und eine wärmeisolierende Schicht infolge Abtrennens der aufzuschmelzenden Düsenwände 203 von dem Substrat, das die Wärmequelle ausbildet, ist nicht erzeugt.
Nach der Druckberührung werden die Zusammenfügungsheizer 107 erregt, um das Polysulfonharz zu schmelzen (38C) und um den Raum zwischen den Zusammenfügungsabschnitten der Deckplatte und der Substratoberfläche mit der geschmolzenen Substanz im wesentlichen zu füllen, wodurch der Hauptschritt des Zusammenfügens der Düsenwände und des Substrats abgeschlossen ist. Um nur die Berührungsabschnitte der Deckplatte zu erwärmen und ein Schmelzen der gesamten Deckplatte zu vermeiden, werden die Zusammenfügungsheizer vorzugsweise durch Zuführung eines Impulsstroms mit einer Frequenz von 1–10 kHz anstatt einer Gleichstromzuführung angesteuert.
In diesem Stadium befinden sich die Düsenwände 203' über die verformten Vorsprünge 209' im Berührungszustand mit dem Substrat. Dann werden die Zusammenfügungsheizer 107' erregt, um das Wärmeschmelzen der Düsenwandenden 209' zu starten (38D). Annähernd gleichzeitig werden die Zusammenfügungsheizer 107 inaktiviert, um ein übermäßiges Erhitzen der Düsenwände 203 zu vermeiden. Mit einer solchen Inaktivierung des Heizers 107 kühlen die Oberflächen der Heizer 107 durch Wärmeverlust in das Substrat und zu dem Hauptkörper der Deckplatte schnell ab.
Falls die Deckplatte durch das Schmelzen der Düsenwandenden 209' absinkt, werden die Düsenwände 203 auch weiterhin auf das Substrat gedrückt. Daher ist es besser, wenn die Zusammenfügungsheizer 107' nach dem Abschalten der Heizer 107 aktiviert werden, um das Sinken erneut zu starten, bevor das Kunstharz der Düsenwandenden 209 erstarrt. Falls das Substrat 101 auf kristallinem Silicium mit einer Dicke, die 1 mm nicht überschreitet, basiert, beträgt die Verzögerungszeit zwischen dem Inaktivieren des Zusammenfügungsheizers 107 und dem Einschalten des Heizers 107' vorzugsweise 1 sec oder weniger, mehr vorzugsweise 100 msec oder weniger.
Durch die Erregung der Zusammenfügungsheizer 107' wird auch die Zusammenfügung der Düsenwände 203' und des Substrats in dem Blinddüsennutenbereich 213 auf dieselbe Weise, wie in dem Düsennutenbereich 212, abgeschlossen (38E).
Die Belastung für den Druckkontakt kann vorläufig oder vollständig nach dem Zusammenfügungsschritt entfernt werden, doch kann eine Druckfeder, wie von der herkömmlichen Anordnung eines Wärmetintenstrahlkopfs bekannt, in dem in 39 gezeigten Lastanwendungsschritt angebracht werden.
In der vorstehend erklärten Anordnung ist es durch Abschalten der Zusammenfügungsheizer 107, die den Düsenwänden 203 entsprechen, die bereits geschmolzen und mit dem Substrat verbunden sind, in dem Heizschritt für die Düsenwandenden 208' und die Vorsprünge 209' ermöglicht, nur den notwendigen Abschnitt jeder der mit einem Stufenunterschied ausgebildeten Oberflächen in einer erwünschten Zeitabfolge zu erhitzen, um dadurch die Verschlechterung in der Zuverlässigkeit und Festigkeit des Anfügens des Düsennutenbereichs 212 infolge von übermäßigem Erwärmen zu vermeiden. Es ist des weiteren möglich, die Menge der freigesetzten Wärme, die sich aus übermäßiger Energiezuführung ergibt, zu vermindern, um dadurch Energieersparnis in dem Verfahren zu erreichen.
Da die Gruppe der Zusammenfügungsheizer 107 und die der Heizer 107' nicht gleichzeitig erregt sind, kann das Zusammenfügungsgerät außerdem für eine verminderte elektrische Belastung ausgelegt und deshalb in den Kosten reduziert werden. Um die Gruppe der Zusammenfügungsheizer 107 und die der Zusammenfügungsheizer 107' unter gegenseitig unterschiedlichen Bedingungen anzusteuern, ist es möglich, diese Gruppen mit einer gemeinsamen Diodenmatrixschaltung oder einem gemeinsamen Verschieberegister zu verbinden und die Ansteuerbedingung oder die Zeitabfolge für die zwei Gruppen durch die Verknüpfung von Eingangssignalen zu unterscheiden. Des weiteren kann die Ansteuerschaltung für die Zusammenfügungsheizer in den Schaltkreis für die Heizer 102 zur Ausbildung von Flüssigkeitströpfchen einbezogen werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind alle die Zusammenfügungsheizer 107, die für die Ausbildung der Düsen verwendet werden, anders als diejenigen für die Blinddüsen, parallel zusammengeschaltet und werden gleichzeitig mit derselben Energie angesteuert. Es kann aber auch eine Schaltkreisanordnung übernommen werden, die in der Lage ist, die Heizer in Blöcke unter Berücksichtigung der Form und Lage der Düsenwände aufzuteilen, und solche Blöcke mit Verzögerung und/oder unter unterschiedlichen Programmbedingungen anzusteuern. Es können auch unterschiedliche Ansteuerbedingungen für einzelne Zusammenfügungsheizer übernommen werden.
Ausführungsform 16
Die vorstehende Ausführungsform stellt eine Anordnung ohne Verwendung der Klebstoffschicht dar. An einer Stelle, wie z. B. an den Düsenwandenden, die eine besonders hohe Zuverlässigkeit des Anfügens erfordert, oder falls die Deckplatte eine Biegeverformung in der Z-Richtung in einem Grad aufweist, der nicht durch Belastung, die beim Einschalten der Zusammenfügungsheizer ausgeübt wird, korrigiert werden kann, ist aber außerdem zu erwägen, eine Klebstoffschicht aus einem thermoplastischen Material an den Berührungsabschnitten des Substrats und/oder der Deckplatte auszubilden, mehr vorzugsweise eine Klebstoffschicht innerhalb des wirksamen Bereichs der Oberfläche des Zusammenfügungsheizers auszubilden, um den Zusammenfügungsheizer zu Beginn des Heizschritts direkt unter einer solchen Klebstoffschicht zu aktivieren, und den vorläufigen Zusammenfügungsschritt und den nachfolgenden Schritt für die Deckplatte auszuführen, wenn eine solche Klebstoffschicht erweicht ist.
Das vorstehend erklärte Verfahren ermöglicht zufriedenstellendes Anfügen der Deckplatte auf relativ einfache Weise, ohne genaue Korrektur der Form der Deckplatte zum Ausgleich des Stufenunterschieds zu erfordern, der sich in der Zusammenfügungsfläche zwischen der Deckplatte und dem Substrat aus der Dicke der Klebstoffschicht ergibt.
Ausführungsform 17
41 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung der Anordnung der Zusammenfügungsheizer in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 42 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 41 gezeigten Druckkopfs. Diese Ausführungsform bildet eine Anordnung zum Erzielen einer erhöhten Verbindungsfestigkeit aus, falls ein Düsenbereich einer Polysulfon-Deckplatte durch spontane Haftkraft mit der Anfügeoberfläche des Substrats zusammengefügt ist.
In der in 41 gezeigten Anordnung zur Erzeugung einer brauchbaren Haftkraft mit dem Polysulfonharz ist die SiO₂-Schutzschicht 104 auf der Kontaktoberfläche des Substrats freigelegt. Auf der Kontaktoberfläche kann auch Ta₂O₅, das durch örtliche Oxidation von Ta, das die Antikavitationsschicht 105 ausbildet, freigelegt sein. Das Düsenteilungsmaß beträgt 600 dpi für den gesamten Düsenbereich.
Die vorliegende Ausführungsform weist das Merkmal auf, daß in den Blinddüsennutenbereichen 213, die an beiden Seiten des Düsennutenbereichs 212 angeordnet sind, die Breite Wn' der Düsenwandenden 209' größer gehalten ist als die Breite Wn der Düsenwandenden 209. In mehr spezifischer Weise betragen Wn und Wn' jeweils 8 μm und 12 μm. Um die Anordnung zu vereinfachen, bilden der Düsennutenbereich 212 und der Blinddüsennuten-Bereich 213 keinen Stufenunterschied in der Z-Richtung aus.
Die Breiten Wh, Wh' in der X-Richtung der Zusammenfügungsheizer 107, 107', die solchen Düsenwänden entsprechen, betragen jeweils 6 μm und 12 μm. Der Schaltkreisentwurf ist so ausgeführt, daß die Heizer 107 und 107' unter gegenseitig unterschiedlichen Bedingungen, einschließlich der der Ansteuerzeitabfolge, angesteuert werden können (vgl. 40).
In der in 41 gezeigten Anordnung der Deckplatte ist die Zusammenfügungsfläche der Düsenwand in dem Blinddüsennuten-Bereich 213 größer als die der in dem Düsennutenbereich 212, und es kann eine größere Verbindungsfestigkeit bei dem Erwärmen der Düsenwandenden 208, 208' erzielt werden.
Andererseits ist es, um das Polysulfonharz an den Enden der Düsenwände zu schmelzen, erforderlich, die Berührungsabschnitte örtlich auf 180°C oder höher zu erwärmen. Da die Zusammenfügungsheizer 107 und 107' darin unterschiedlich sind, daß letzterer im Bereich der Heizoberfläche breiter ist, erfordern sie unterschiedliche Ansteuerbedingungen, wie z. B. Spannung, Strom, Anwendungszeit, Impulsdauer oder Gesamtimpulszahl, um das Kunstharz an den Zusammenfügungsabschnitten zu schmelzen und keine Überhitzung zu verursachen. Es ist im allgemeinen vorzuziehen, solche Bedingungen auszuwählen, daß die Menge der je Flächeneinheit erzeugten Energie des Zusammenfügungsheizers im wesentlichen gleich wird. Die Anordnung der vorliegenden Ausführungsform erlaubt andererseits, Bedingungen für die Zusammenfügungsheizer 107 und 107' auszuwählen, die für das Schmelzen jeweils entsprechender Gruppen von Düsenwänden geeignet sind.
Da die Düsenwände in der Anordnung der vorliegenden Ausführungsform in der Zusammenfügungsrichtung stufenfrei ausgebildet sind, können die Bedingungen für die Ansteuerung der Zusammenfügungsheizer 107, 107' so gewählt werden, daß das Schmelzen der Zusammenfügungsabschnitte der Düsenwände 203, 203' im wesentlichen gleichzeitig abläuft, um den thermischen Wirkungsgrad des Schmelzens zu verbessern. Mehr vorzugsweise werden die Zusammenfügungsheizer 107 und 107' ohne gegenseitige Verzögerung erregt.
Die Anordnung der vorliegenden Ausführungsform weist Bereiche einer relativ hohen Verbindungsfestigkeit an beiden Enden des Düsenbereichs auf, wo sicheres Zusammenfügen erforderlich ist, um dadurch zufriedenstellendes Anfügen der Deckplatte zu ermöglichen.
Ausführungsform 18
43 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung des Substrats in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 44 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung der Deckplatte des in 43 gezeigten Druckkopfs, 45 zeigt ein Schaltbild davon, und 46 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung der Abstufung in der Zusammenfügungsfläche der vorliegenden Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Rahmen der Flüssigkeitskammer mit dem Substrat zusammengefügt, um das Zusammenfügen der Düsenwände mit dem Substrat zu unterstützen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist zusätzlich zu dem Zusammenfügungsheizer 107 zum Erwärmen und Schmelzen der Enden der Düsenwände ein Zusammenfügungsheizer 107' zum Erwärmen des Berührungsabschnitts des Rahmens der Flüssigkeitskammer angeordnet (43). Die Zusammenfügungsheizer 107, 107' können einzeln durch Auswahl der Zuführungspunkte P₁–P₄ des elektrischen Signals erregt werden. Der Zusammenfügungsheizer 107 wird durch die Zuführung von Strom zu dem an der Oberfläche des Substrats freigelegten Ta-Film von außen betrieben und wird des weiteren als Antikavitationsschicht verwendet. Der Zusammenfügungsheizer 107' ist ebenfalls als Wärmeerzeugungselement funktionswirksam, welches aus einem an der Oberfläche des Substrats freigelegten Ta-Film hergestellt ist, und gleichzeitig bei demselben Schritt zur Strukturierung des Ta-Films, wie bei der Ausbildung des Heizers 107, ausgebildet wurde. Die Oberfläche des Zusammenfügungsheizers 107' kann im voraus einem Oxidationsprozeß zum Sicherstellen der Verbindungsfestigkeit zwischen dem Substrat und dem Polysulfonharz, das die Deckplatte ausbildet, unterworfen werden, um dadurch die Dichtigkeit des Rahmens der Flüssigkeitskammer, nachdem die Deckplatte angefügt ist, zu verbessern.
Nachstehend wird die Ausbildung der Deckplatte zum Zusammenfügen mit dem in 43 gezeigten Substrat unter Bezugnahme auf 44 und 46 erklärt.
44 zeigt die Deckplatte 201, betrachtet von der Seite der Ausnehmung, die die Flüssigkeitskammer ausbildet, und dort sind ein Düsennutenbereich 212, ein Blinddüsennutenbereich 213 und ein Flüssigkeitskammer-Rahmen 210 gezeigt, welcher mit einem Vorsprung versehen ist, der bei Berührung mit dem Substrat auf leichte Weise zerbrochen und verformt werden kann. Die Zusammenfügungsfläche ist mit solchen Abstufungen versehen, daß, wie in 46 gezeigt, der Vorsprung 209 am Ende der Düsenwand 203, der Vorsprung 209', das Ende der Düsenwand und der Flüssigkeitskammer-Rahmen 210 in dieser Reihenfolge in der Richtung der Zusammenfügung vorstehen. Die Düsenwände haben keine Abstufung zwischen dem Düsennutenbereich 212 und dem Blinddüsennuten-Bereich 213. Selbst wenn die Zusammenfügungsfläche der Deckplatte eine gewisse Biegungsverformung in der Z-Richtung aufweist, wenn die Deckplatte und das Substrat zusammengefügt sind, wird in dieser Anordnung der Düsenbereich zuerst mit dem Substrat zusammengefügt, und dann werden die Vorsprünge 209' mit den Zusammenfügungsheizern 107' zusammengefügt. Es ist daher auch möglich, das Anfügen des Düsenbereichs, das direkt mit der Tintenausstoßleistung zusammenhängt, ohne Verwendung der Vorsprünge 209 zu bewirken, und die Abstufungen derart auszunutzen, daß das Ende der Düsenwand, Vorsprung 209' und Flüssigkeitskammer-Rahmen 210 in dieser Reihenfolge in der Richtung der Zusammenfügung vorstehen.
Die Abstufung zwischen dem Ende der Düsenwand und dem Rahmen der Flüssigkeitskammer sollte zur Ausbildung eines Tintenkanals ohne Undichtigkeit von der Düsen-Flüssigkeitskammer her so klein wie möglich gehalten sein, was der Zweck des Anfügens der Deckplatte ist. Die Abstufung ΔZ3 zwischen dem Ende 208, das die Anfügungsfläche der Düsenwand ausbildet, und dem Flüssigkeitskammerrahmen 210 beträgt vorzugsweise 6 μm oder weniger, mehr vorzugsweise 0 μm.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf 47, welche ein Ablaufdiagramm des Zusammenfügungsverfahrens in der vorliegenden Ausführungsform zeigt, die Schritte des Anfügens der Deckplatte erklärt.
Zuerst werden die Deckplatte und das Substrat in einer vorausbestimmten Lagebeziehung ausgerichtet und vorläufig fixiert, und die Deckplatte wird in der Z-Richtung einer Belastung unterworfen, um die Deckplatte in Druckberührung mit dem Substrat zu bringen. In diesem Schritt werden die Vor sprünge 209, 209' auf dem Substrat zerbrochen und verformt.
Nachdem die Druckberührung hergestellt ist, wird ein Strom zwischen P1 und P2 zugeführt, um Wärme von dem Zusammenfügungsheizer 107 zu erzeugen, um den Vorsprung 209 und das Düsenwandende 208 zu schmelzen und den Raum zwischen dem Zusammenfügungsabschnitt der Deckplatte und der Substratoberfläche im wesentlichen mit der geschmolzenen Substanz zu füllen, wodurch das Anfügen des Hauptanteils des Düsenbereichs erreicht wird. Wenn die Blinddüsen an beiden Seiten des Düsenbereichs angeordnet sind, wird ebenfalls ein Strom zwischen P1–P3 und zwischen P2–P4 zugeführt, um das Anfügen der Düsenwände solcher Blinddüsen zu erreichen. Das Anfügen der Blinddüsen kann auch zum Zweck der Vereinfachung des Verfahrens weggelassen sein.
Zum Schluß wird ein Strom zwischen P3 und P4 zugeführt, um Wärme von dem Heizer 107' zu erzeugen, um den Vorsprung 209' zu schmelzen und die Zusammenfügung zwischen dem Rahmen der Flüssigkeitskammer und dem Substrat abzuschließen.
Die Trennung der Schmelzschritte für die Düsenwand und für den Rahmen der Flüssigkeitskammer, wie in 47 gezeigt ist, soll die elektrische Belastung des Zusammenfügungsgeräts herabsetzen, um dadurch dessen Kosten zu vermindern, des weiteren, um Energie in dem Verfahren zu sparen, und um thermisch herbeigeführte Nachteile zu vermeiden, wie z. B. übermäßiger Temperaturanstieg der Oberfläche des Substrats, der sich aus dem Erwärmen über einen großen Bereich einschließlich des Rahmens der Flüssigkeitskammer ergibt und zu einer Verformung des Kunstharzes führt, welches die Deckplatte ausbildet.
Wenn es erforderlich ist, nicht die Abdichtung des Rahmens der Flüssigkeitskammer zu verbessern, sondern lediglich die Zusammenfügung der Deckplatte und des Substrats zu verstärken, ist es auch möglich, anstelle des Anfügens der gesamten Peripherie des Rahmens der Flüssigkeitskammer wie in der vorliegenden Ausführungsform, Zusammenfügungspunkte peri odisch entlang dem Rahmen der Flüssigkeitskammer auszubilden, wie in 48 gezeigt ist, und solche Zusammenfügungspunkte mit Vorsprüngen 209' zu versehen, um dadurch ein sicheres Zusammenfügen an solchen Zusammenfügungspunkten zu gewährleisten.
In beispielhafter Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform ist es auch möglich, das Substrat mit zweiten Zusammenfügungsheizern an Stellen, die in 49 durch mit Doppelpunkten unterbrochene Linien gekennzeichnet sind, anzuordnen, die unabhängig von den Zusammenfügungsheizern des Düsenbereichs ansteuerbar sind, und solche zweiten Zusammenfügungsheizer zur vorläufigen Fixierung der Deckplatte und des Substrats zu verwenden.
Falls der Schritt zum Anordnen der Deckplatte und der Schritt zum Anfügen der Deckplatte infolge begrenzten Herstellungsraums getrennt ausgeführt werden, erleichtert entsprechend dem in 50 gezeigten Verfahren die vorstehend erklärte Anordnung die Handhabung von Deckplatte und Substrat, die in dem vorläufig fixierten Zustand verbleiben.
Ausführungsform 19
51 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 52 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 52-52 in 51.
In der vorliegenden Ausführungsform ist in einem Tintenstrahldruckkopf vom sogenannten „Side-Shooter"-Typ, wie in 51 gezeigt, worin die Tinte aus einer Mündung 204, in Gegenüberlage zu der Fläche eines Heizers 102, ausgestoßen wird, ein Deckplattenelement 201 zum Zusammenfügen mit dem Substrat 101 aus einem Filmmaterial, in welchem die Mündung 204 ausgebildet ist, durch Inserttechnik ausgebildet.
In dem Tintenstrahldruckkopf des in 52 gezeigten Typs ist es erforderlich, den Abstand zwischen dem Heizer 102 und der Mündung 204 zu verringern, um ein kleineres Tröpfchen insbesondere zur Ausbildung einer hohen Bildqualität zu erzeugen. Der vorstehend erwähnte Abstand beträgt in einem brauchbaren Wärme-Tintenstrahldruckkopf ungefähr 20 bis 40 μm, um eine Ausstoßmenge z. B. von etwa 10 pl zu erhalten.
Um die Schwierigkeit beim gleichzeitigen Ausformen des Randprofils der Deckplatte und der dünnen Mündungsplatte zu vermeiden, wird in der vorliegenden Ausführungsform eine filmartige Mündungsplatte 206 einer Dicke von 30 μm in die Ausformung des Randprofils der aus Kunstharz bestehenden Deckplatte 201 eingesetzt. Die Düsenwände 203 und die Mündungen 204 werden nach dem Ausformen der Deckplatte mittels Excimer-Laserstrahls unter Gaskühlung ausgebildet. Wenn der Randteil der Deckplatte 201 und die Mündungsplatte 206 aus unterschiedlichen Materialien bestehen, sind diese vorzugsweise so ausgewählt, daß der lineare Ausdehnungskoeffizient des Materials des Randteils gleich oder größer ist als der des Materials der Mündungsplatte, um die Ebenflächigkeit der Mündungsplatte während der Zeit des Erwärmens der Deckplatte aufrechtzuerhalten.
Die vorliegende Ausführungsform verwendet Anfügen der Deckplatte durch Aufschmelzen, und der Zusammenfügungsheizer 107, welcher der Form der Mündungsplatte 204 entspricht, und der Zusammenfügungsheizer 107', welcher dem Randprofil der Deckplatte entspricht, sind unter gegenseitig unabhängigen Ansteuerbedingungen ansteuerbar ausgeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform können sowohl die Düsenwände, die mit dem äußeren Randteil der Deckplatte ausgebildet sind, als auch die Deckplatte sicher mit dem Substrat zusammengefügt werden, ohne daß Verformung der Mündungsplatte durch Überhitzen beim Erwärmen einer solchen Mündungsplatte, die erheblich dünner als der äußere Randteil der Deckplatte ist, herbeigeführt wird. Selbst wenn der äußere Randteil der Deckplatte und die Mündungsplatte unterschiedlich im Material sind, ist es möglich, eine Wärmebehandlung, die geeignet ist für verschiedene Arten von Werkstoff und Kunstharz, die verwendet werden, auszuführen.
In den vorstehenden Ausführungsformen ist das Substrat mit Ausnehmungen zur Aufnahme der Zusammenfügungsabschnitte der Deckplatte versehen, und es sind wärmeerzeugende Elemente zum Erwärmen und Schmelzen solcher Zusammenfügungsabschnitte in solchen Ausnehmungen angeordnet. Um den Sickerfluß der geschmolzenen Substanz der Endbereiche der Abschnitte zum Anfügen der Deckplatte zu verhindern, ist es am besten, das Substrat mit Ausnehmungen zu versehen und die Enden der Anfügungsabschnitte der Deckplatte in solche Ausnehmungen einzupassen. Um eine örtliche Lostrennung der Deckplatte von dem Substrat zu vermeiden, kann des weiteren die Ausnehmung so ausgebildet werden, daß sie eine Bodenfläche hat, die größer ist als ihre Öffnungsfläche, um dadurch einen Verankerungseffekt für die Deckplatte zu erzeugen. Eine solche Anordnung ist insbesondere in dem viele Düsen enthaltenden Tintenstrahldruckkopf vom „Side-Shooter"-Typ, um einen gleichmäßigen Abstand zwischen der Mündungsfläche des Druckkopfs und dem Druckmaterial (Abstand zum Papier) aufrechtzuerhalten, wirkungsvoll.
Nachstehend werden andere Ausführungsformen 20 bis 24 erklärt, in denen die vorliegende Erfindung auf einen Tintenstrahlkopf vom „Side-Shooter"-Typ angewandt ist.
Ausführungsform 20
54 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung eines Tintenstrahldruckkopfs („Side-Shooter"-Typ), der mit der vorliegenden Erfindung herstellbar ist, und 55 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 55-55 in 54.
In der vorliegenden Ausführungsform sind Bauteile, die jenen in den vorstehenden Ausführungsformen entsprechen, durch dieselbe Zahl dargestellt und werden nicht weiter erklärt. In 55 ist eine Aufnahmenut oder Aufnahmeausnehmung 1501 auf einem Antikavitationsfilm 1207 eines Druckkopf-Substrats 1100 angeordnet. Die Aufnahmeausnehmung 1501 ist mit sich umgekehrt verjüngenden Wänden ausgebildet, die einen Verankerungseffekt aufweisen, durch Aufbringen eines SiO₂-Films 1502 einer Dicke von ca. 2 μm auf einen Antikavitationsfilm 1207, weiteres Aufbringen eines SiN-Films 1503 einer Dicke von 1 μm darauf, dann Strukturierung des SiN-Films durch Trockenätzen und Naßätzen des SiO₂-Films 1502 auf dem Boden des auf diese Weise geätzten Abschnitts. In 54 und 55 bezeichnet ein Bezugszeichen 1504 Tintenkanalwände aus Kunstharz, welche die Wände einer Vielzahl von Tintendüsen ausbilden, und die Tintenkanalwände 1003a, die als ein Teil der aus Kunstharz bestehenden Mündungsplatte ausgebildet sind, bilden Düsen aus als die Tintenkanäle, wenn sie mit dem vorstehend erwähnten Druckkopf-Substrat 1100 zusammengefügt sind. Jede der Düsenwände der Tintenkanalwände 1003a ist an deren Ende mit einer Rippe 1003c versehen, die einen Aufnahmevorsprung zum Einführen in die Aufnahmeausnehmung 1501 ausbildet. Um das Einrasten der Rippe 1003c in die Aufnahmeausnehmung 1501 durch Drop-In-Montage, z. B. durch Vibration, zu erreichen, reicht eine Tiefe der Aufnahmeausnehmung 1501 von 1 μm aus.
Der Aufbau ist so ausgelegt, daß, wenn die Rippe 1003c der Tintenkanalwand 1003a in die Aufnahmeausnehmung 1501 des Druckkopf-Substrats 1100 eingeführt ist, die Kopffläche der Rippe 1003c mit dem Boden der Aufnahmeausnehmung 1501 in Berührung gelangt, und die Schultern 1003b der Tintenkanalwand 1003a, die an beiden Seiten der Rippe 1003c angeordnet sind, sich in der Umgebung der Aufnahmeausnehmung 1501 des Druckkopf-Substrats 1100 mit der oberen Oberfläche des SiN-Films in Berührung befinden.
Zwischen der Vielzahl der Tintenkanalwände 1003a ist eine Tintendüse 1003 ausgebildet, welche auf dem Druckkopf-Substrat 1100 einen Tintenkanalraum darstellt, der einem Heizer 1101 entspricht. Tinte Ik wird jeder Düse 1003, wie in 54 gezeigt ist, aus einem Tintenbehälter (nicht gezeigt) über einen Tintenzuführungskanal 1507 an einem Ende des Druckkopf-Substrats 1100 zugeführt. An dem vorderen Ende der Düse 1003 ist eine Tintenausstoßöffnung 1005 zum Ausstoßen einer vorherbestimmten Menge von Tinte durch eine plötzliche Volumenerhöhung der Tinte Ik durch die Wirkung der Wärmeenergie von dem Heizer 1101 des Druckkopf-Substrats 1100 ausgebildet.
Die vorstehend erwähnte Mündungsplatte kann einschließlich der mit Düse 1003 und Rippe 1003c versehenen Tintenkanalwände 1003a, aber ohne die Ausstoßöffnung 1005, durch Ausformung hergestellt werden. Die Mündungsplatte ist vorzugsweise mit einem in 56A–56D gezeigten Verfahren hergestellt.
Unter Bezugnahme auf 56A ist eine Polysulfon-Folie 1601 z. B. durch Formpressen oder Streckverfahren hergestellt und weist in der vorliegenden Ausführungsform eine Dicke von 100 μm auf. Eine Oberfläche 1601a der Folie 1601, an der die Mündung in einem späteren Schritt ausgebildet wird, wird einer wasserabstoßenden Behandlung unterzogen.
Dann wird, wie in 56B gezeigt ist, eine Maske (nicht gezeigt) aufgetragen, um an vorherbestimmten Stellen der anderen Oberfläche 1601b der Folie 1601 vorstehende Rippen 1003c zu belassen, und es wird darauf Bestrahlung mit dem Excimer-Laser angewandt, um die Oberfläche zu bearbeiten. Die Höhe der Rippe 1003c ist entsprechend der Tiefe der Aufnahmeausnehmung 1501 des in 55 gezeigten Druckkopf-Substrats 1100 bestimmt. Des weiteren werden die Oberflächen an beiden Seiten der Rippe 1003c, die in der Umgebung der Aufnahmeausnehmung 1501 in Berührung mit der oberen Oberfläche des SiN-Films gelangen, im Hinblick auf die mechanische Stabilität der Mündungsplatte und des Druckkopf-Substrats 1100 vorzugsweise so flach wie möglich durch Bearbeitung der Oberfläche ausgebildet.
Dann wird, wie in 56C gezeigt ist, eine Maske (nicht gezeigt) aufgetragen, um Vorläufer-Nuten der Düsen 1003 in vorherbestimmten Lagen zwischen den Rippen 1003c an der anderen Oberfläche 1601b auszubilden, und die andere Oberfläche 1601b wird durch Bestrahlung mit dem Excimer-Laser bearbeitet.
Dann wird, wie in 56D gezeigt ist, eine Maske (nicht gezeigt) aufgetragen, um eine durchstoßende Ausstoßöffnung 1005 in einer vorherbestimmten Lage auf dem Boden der Vorläufernut der Düse 1003 auszubilden, und es wird Laserbestrahlung auf den Boden gerichtet.
Die Ausstoßöffnung 1005 weist eine Querschnittsform auf, die auf der Seite der Düse 1003 weiter und zu der Seite der Mündungsplatte 1601a hin enger ist, und es wird durch eine solche Querschnittsform ein stabiler Tintenausstoß erreicht. Die Laserbestrahlung zum Öffnen der Mündung wird in der vorliegenden Ausführungsform von der Seite der Düse (Seite der Oberfläche 1601b) ausgeführt, aber die Bestrahlung von der Seite der Mündung (Seite der Oberfläche 1601a) kann in gewissen Fällen mehr vorzuziehen sein. Das liegt daran, daß, wenn der Öffnungsdurchmesser der Mündung größer wird, die Laserbestrahlung von der Seite der Düse infolge des Zusammentreffens des Laserstrahls mit einem vorspringenden Teil, z. B. in der Düse, außerstande sein kann, einen ausreichend großen Öffnungsdurchmesser auszubilden. Andererseits führt die Laserbestrahlung von der Seite der Mündung zum Vermeiden eines solchen Nachteils zu einer Verjüngung, welcher der vorzuziehenden Form entgegengesetzt ist. Die Mündung von sich verjüngender Form, wie sie für die Stabilität der Tintenausstoßleistung wünschenswert ist, kann erreicht werden, indem die zu bearbeitende Folie mit einer abfallenden Dichte in der Dickenrichtung der Folie versehen ist, in mehr spezifischer Weise, indem die Folie mit einer abfallenden Dichte versehen ist, die von der Seite der Mündung fortschreitend auf die Seite der Düse oder Rippe zu abnimmt und die Laserabstrahlung von der Seite der Mündung beeinflußt. Eine solche Mündung von sich verjüngender Form, wie sie für die Stabilität der Tintenausstoßleistung wünschenswert ist, kann anderweitig erhalten werden durch Auflaminieren einer anderen Folie von höherer Kunstharzdichte auf die Oberfläche 1601a der Folie 1601 zur Ausbildung der Mündungsplatte, und Ausführen der Laserbestrahlung von der Seite der Mündung aus.
In dieser Ausführungsform wurde ein Druckkopf zur Ausbildung von Druckpunkten von 100 μm im Durchmesser bei 360 dpi her gestellt. Der Kopf verwendet einen Heizer einer Größe von 40 × 85 μm, eine Mündung mit einem Durchmesser von 30 μm, eine Düsenwand mit einer Höhe von 40 μm und einer Breite von 15 μm und eine Rippe einer Breite von 5 μm und einer Höhe von 1 μm oder mehr. Die vorliegende Ausführungsform war mit einer Rippenhöhe von 1 μm oder mehr realisierbar.
Ausführungsform 21
57 zeigt eine Teildraufsicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Tintenstrahldruckkopfs („Side-Shooter"-Typ).
Im Gegensatz zu der vorstehenden Ausführungsform besitzt die vorliegende Ausführungsform das Merkmal, daß die vorstehenden Abschnitte, die auf der Deckplatte ausgebildet sind, nicht auf die Tintenkanalwände beschränkt, sondern auf die Wände, welche die gemeinsame Flüssigkeitskammer 1012 ausbilden, erweitert sind, und daß Ausnehmungen, die den vorstehenden Abschnitten entsprechen, auf dem Substrat ausgebildet sind. Ein solcher Aufbau verhindert das Eindringen des Abdichtmittels in die gemeinsame Flüssigkeitkammer 1012 sicher, zusätzlich zur Verhinderung der Kreuzkopplung zwischen den Tintenkanälen, und vermeidet vollständig die Abtrennung der Deckplatte von dem Substrat, um dadurch zu ermöglichen, einen gleichmäßigen Abstand zu dem Papier einzuhalten und ein gedrucktes Bild von gleichmäßiger Qualität auszubilden.
Nachstehend wird der in der vorliegenden Ausführungsform verwendete Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 1001 erklärt. 58 zeigt eine vergrößerte Draufsicht des in 57 gezeigten Elektrizitäts-Wärme-Umwandlers. 59 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 59-59 in 58.
Auf dem Substrat 1002 ist, wie in 58 und 59 gezeigt ist, ein Zwischenschicht-Isolierfilm 1051 mit einer Dicke von 1–7 μm, vorzugsweise 2–4 μm ausgebildet, der aus einem SiO₂-Film besteht, welcher durch Wärmeoxidation erhalten wurde und als Wärmeaufnahmeschicht dient. Auf der Wärmeaufnahmeschicht 1051 ist eine Vielzahl von wärmeerzeugenden Wi derstandsschichten 1052 ausgebildet, die jeweils den Lagen der Tintenkanäle 1003 (vgl. 57) entsprechen. Die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 1052 besteht z. B. aus einem HfB₂-Film oder einem TaN_x-enthaltenden Film mit einer Dicke von 100–1000 Å, vorzugsweise 500–1500 Å.
Des weiteren ist ein Paar von Elektroden 1053a, 1053b für die Zuführung von Strom zu der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1052, zusammen mit Leitbahnen (nicht gezeigt) des vorstehend genannten Ansteuerschaltkreises ausgebildet, z. B. durch Ausbildung eines Al-Cu- oder Al-Si-Films mit einer Dicke von 3000–10000 Å, gefolgt von einer lithographischen Strukturierung in die gewünschte Form. Die wärmeerzeugende Widerstandschicht 1052 erzeugt Wärme durch daran über das Paar von Elektroden 1053a, 1053b angelegte Spannung. Somit bilden die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 1052 und das Elektrodenpaar 1053a, 1053b den Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 1001 aus, und der zwischen dem Elektrodenpaar 1053a, 1053b vorliegende Abschnitt stellt einen Wärmewirkungs-Abschnitt 1054 dar, welcher die Tinte mit Wärmeenergie versieht.
Im Fall der Multischicht-Leitbahnanordnung ist auf den vorstehend genannten Elektroden 1053a, 1053b eine Zwischenschicht-Isolierschicht (nicht gezeigt) mit einem SiO₂-Film oder SiN_x-enthaltenden Film mit einer Dicke von 1–5 μm, vorzugsweise 2–3 μm, ausgebildet, und Zweitelektroden (nicht gezeigt) sind durch Formieren eines Al-, Al-Cu- oder Al-Si-Films mit einer Dicke von 3000–10000 Å, vorzugsweise 5000–7000 Å, gefolgt von einer Strukturierung in die erwünschte Form, ausgebildet.
Die vorstehend genannten Schichten sind durch eine erste Schutzschicht 1031 und eine zweite Schutzschicht 1030 (auch als Antikavitationsschicht bezeichnet), welche ferner auf der Oberfläche der ersten Schutzschicht 1031 angeordnet ist, geschützt. Die erste Schutzschicht 1031 besteht z. B. aus einem SiO₂-Film oder einem SiN_x-enthaltenden Film und ist mittels CVD oder Sputtern mit einer Dicke von 0,5–2 μm for miert. Die zweite Schutzschicht 1030 ist zum Schutz des Wärmewirkungs-Abschnitts 1054 vor dem Stoß vorgesehen, der beim Platzen der Blase, welche durch die von dem Wärmewirkungs-Abschnitt 1054 übertragene Wärme erzeugt wird, entsteht. Die zweite Schutzschicht 1030 kann z. B. durch Aufbringen eines Ta-Films durch Sputtern mit einer Dicke von 500–5000 Å, vorzugsweise 1000–2500 Å, erhalten werden, gefolgt von einer Strukturierung in eine erwünschte Form.
Eine Ausnehmung, die in einer dritten Schutzschicht 1041, welche auf der zweiten Schutzschicht 1030 des Substrats 1002 angeordnet ist, ausgebildet ist, wird erhalten durch Formierung einer oder mehrerer Schichten z. B. eines SiO₂-Films oder eines SiNx-enthaltenden Films durch CVD oder Sputtern mit einer Dicke von 1–8 μm, vorzugsweise von 2–5 μm, gefolgt von einem photolithographischen Ätzen in die erwünschte Form. In diesem Arbeitsgang wird die dritte Schutzschicht 1041 nicht nur in einem solchen Ausnehmungsabschnitt, sondern auch in einem Bereich entfernt, der den Wärmewirkungs-Abschnitt umgibt (welcher den gesamten Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 1001 umfaßt), um den Wirkungsgrad der Blasenbildung zu verbessern.
Nachdem das Substrat 1002, auf dem eine Vielzahl von Elektrizitäts-Wärme-Umwandlern 1001 auf die vorstehend erklärte Weise ausgebildet ist, und eine Leiterplatte 1009 genau in einer erwünschten Lage auf einem Trägerelement 1007 fest angeordnet sind, kann die Deckplatte 1006 auf dem Substrat 1002 genau angeordnet werden derart, daß die Elektrizitäts-Wärme-Umwandler in einem Verhältnis von eins zu eins den Tintenkanälen 1003 entsprechen.
Dann werden die Elektrodeninseln 1008 des auf dem Trägerelement 1007 fest angeordneten Substrats 1002 und die Leitbahnen auf der Leiterplatte 1009 mit Bonddrähten 1011 elektrisch verbunden.
Nachstehend wird das Erwärmen des Zusammenfügungsabschnitts unter Bezugnahme auf 60A und 60B erklärt, welche Quer schnittsansichten entlang der Linie A-A in 57 zur Darstellung des Verfahrens zum Wärmeschmelzen und zur Verformung eines vorspringenden Abschnitts 1006b der Deckplatte 1006 in der Ausnehmung 1040 von überhängender Form zeigen. In den Zuständen in diesen Zeichnungen wird der Zusammenfügungsabschnitt des Substrats 1002 und der Deckplatte 1006 auf eine Temperatur innerhalb eines Bereichs von 50–250°C, vorzugsweise auf 100–200°C erwärmt, um Schmelzen und Verformen eines vorspringenden Abschnitts 1006b in der Umgebung des Anfügungsabschnitts der Deckplatte 1006 zu bewirken, um dadurch die Ausnehmung 1040, die auf dem Substrat 1002 ausgebildet ist, zu füllen. Die Erwärmungstemperatur ist nicht auf die vorstehend genannte beschränkt, sondern kann natürlich entsprechend dem Material, das die Deckplatte 1006 ausbildet, gewählt werden. Die oben genannte überhängende oder sich umgekehrt verjüngende Form kann auf leichte Weise durch stromlosen Überzug erzielt werden, was den Vorteil der Ausbildung einer Filmdicke von 4 μm oder mehr hat.
Nachdem die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Substrat 1002 und der Deckplatte 1006 auf diese Weise erhöht ist, werden der Zusammenfügungsabschnitt zwischen dem Substrat 1002 und der Deckplatte 1006 und die Bonddrähte 1011 gleichzeitig z. B. mit einem Silikondichtmittel abgedichtet (nicht gezeigt).
Dann wird der Tintenstrahldruckkopf durch Anordnen eines Schutzelements darauf (auch als Chipbehälter bezeichnet, nicht gezeigt) fertiggestellt, welches dazu dient, die Deckplatte 1006 und die Bonddrähte 1011 zu schützen, und mit einem Versorgungskanal für die Zuführung von Tinte zu der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 1012 versehen ist, welche in der Deckplatte 1006 ausgebildet ist.
Wie vorstehend erklärt ist, kann die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Substrat 1002 und der Deckplatte 1006 erhöht werden durch Ausbildung der Ausnehmung 1040 auf dem Substrat 1002, dann Anordnen und Fixieren der Deckplatte 1006, um in Eingriff mit der Ausnehmung 1040 zu gelangen, und Erwärmen des Zusammenfügungsabschnitts des Substrats 1002 und der Deckplatte 1006, um dadurch allein den vorspringenden Abschnitt 1006b, der im Bereich des Anfügungsabschnitts der Deckplatte 1006 angeordnet ist, zu schmelzen, und die Ausnehmung 1040 zu füllen. Deshalb kann, selbst falls der Zusammenfügungsabschnitt des Substrats 1002 und der Deckplatte 1006 mit einem Dichtungsmittel mit niedriger Viskosität abgedichtet ist, das Eindringen eines solchen Dichtmittels in die gemeinsame Flüssigkeitskammer 1012 und die Tintenkanäle 1003 verhindert werden. Es kann demzufolge ein Tintenstrahldruckkopf mit hervorragender Ausstoßleistung und mit hoher Zuverlässigkeit erhalten werden. Die Ausnehmung 1040, die eine genaue Anordnung des Substrats 1002 und der Deckplatte 1006 ermöglicht, dient auch dazu, den Nachteil einer Abweichung im Teilungsmaß beim Anfügen der Deckplatte völlig zu beheben.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Ausnehmungen 1040 über den gesamten Zusammenfügungsabschnitt des Substrats 1002 und der Deckplatte 1006 angeordnet, aber sie können auch nur an den Tintenkanälen 1003 angeordnet sein, wenn noch eine zufriedenstellende Wirkung hinsichtlich des Vermeidens des Eindringens von Dichtmittel erhalten werden kann, so daß die Zahl und die Lage solcher Ausnehmungen 1040 nicht besonders eingeschränkt sind.
Ausführungsform 22
61 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer weiteren anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Darstellung eines Zustandes, in dem der vorstehende Abschnitt 1006b der Deckplatte 1006 durch das Erwärmen des Zusammenfügungsabschnitts geschmolzen ist und das Innere der Ausnehmung 1040 ausfüllt.
Bezugnehmend auf 61 besteht der Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen auch, ähnlich wie in der vorstehenden Ausführungsform 21, aus einem Einkristall-Silicium-Substrat 1002, auf dem eine Vielzahl von Elektrizitäts-Wärme-Umwandlern 1001 parallel mit einem vorherbestimmten Teilungsmaß angeordnet ist, und einer mit Nuten 1004 versehenen Deckplatte 1006, die nach Zusammenfügung mit dem Substrat 1002 dazu dient, Tintenkanäle 1003 entsprechend den Lagen der Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 1001 auszubilden.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehenden darin, daß die Ausnehmung 1040, die an der dritten Schutzschicht 1041 auf dem Substrat 1002 ausgebildet ist und dazu dient, in Eingriff mit der Deckplatte 1006 zu gelangen, eine Querschnittsform aufweist, die an der unteren Seite weiter und an der oberen Seite enger ist. Eine solche Form kann mit einer Einzelschicht oder mit einer Mehrzahl von Schichten ausgebildet sein. Andere Anordnungen können die gleichen sein wie jene der vorstehenden Ausführungsform 21 und werden deshalb nicht weiter erklärt.
Nachstehend wird die Ausbildung der Ausnehmung 1040 unter Bezugnahme auf 58 und 61 erklärt. Auf der zweiten Schutzschicht 1030 des Substrats 1002 ist die dritte Schutzschicht 1041 durch eine Vielzahl von Schichten mit gegenseitig unterschiedlichen Ätzgeschwindigkeiten ausgebildet und wird mit einer beliebigen Ätzflüssigkeit, passend zu dem Material, das die Ausnehmung 1040 ausbildet, geätzt. Die vorstehend genannte Form kann erzielt werden durch Ausbildung der dritten Schutzschicht 1041 derart, daß deren Ätzgeschwindigkeit in Richtung auf deren unteren Teil zu größer wird.
Das dargestellte Beispiel der dritten Schutzschicht 1042 besteht aus drei Schichten, aber die Anordnung ist natürlich nicht auf eine solche Zahl von Schichten beschränkt.
Die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Substrat 1002 und der Deckplatte 1006 kann wie in der vorstehenden Ausführungsform 21 erhöht werden, da die Deckplatte 1006 in bezug auf das Substrat genau angeordnet werden kann, und die Ausnehmung 1040 eine sich umgekehrt verjüngende Querschnittsform wie in der vorstehenden Ausführungsform 21 aufweist.
Wie in der vorstehenden Ausführungsform, so ist auch in der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl der Ausnehmungen 1040 nicht beschränkt, sondern kann beliebig gewählt werden, solange das Eindringen des Dichtmittels in die Tintenkanäle 1003 und die gemeinsame Flüssigkeitskammer 1012 verhindert werden kann. Um eine ausreichende Wirkung zur Verhinderung des Eindringens zu erreichen, ist die Ausnehmung 1040 so auszubilden, das sie eine überhängende oder sich umgekehrt verjüngende Form aufweist. In bezug auf die Tiefe der Ausnehmung 1040 erhöht eine große Tiefe die vorbeugende Wirkung gegen das Eindringen des Dichtmittels, aber erhöht andererseits auch die innere Spannung der Schicht 1041, welche die Ausnehmung 1040 ausbildet, was schließlich zu einer Verbiegung des Substrats 1002 oder zu einem Riß in der dritten Schutzschicht rund um die Ausnehmung 1040 führt. Folglich sollte die Tiefe beliebig, aber unter Berücksichtigung dieser beiden Faktoren bestimmt werden.
Ausführungsform 23
62 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer weiteren anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Darstellung des Zustandes, in dem die Deckplatte 1006 mit einem wärmehärtbaren Material 1055 auf dem Substrat 1002 fest angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf 62 besteht der Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen auch, wie in den vorstehenden Ausführungsformen 21 oder 22, aus einem Einkristall-Silicium-Substrat 1002, auf dem eine Vielzahl von Elektrizitäts-Wärme-Umwandlern 1001 in paralleler Weise mit einem vorherbestimmten Teilungsmaß angeordnet ist, und einer Deckplatte 1006, die mit Nuten 1004 versehen ist, welche nach dem Zusammenfügen mit dem Substrat 1002 dazu dient, Tintenkanäle 1003 entsprechend den Stellen der Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 1001 auszubilden.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehenden Ausführungsform 22 darin, daß nach der Ausbildung der Ausnehmung 1040 auf dem Substrat 1002 ein wärmeaus härtendes Material 1055 (z. B. Tonen Polysilazane, ein wärmehärtbares anorganisches Polymer, hergestellt von Tonen Co.) als eine dünne Schicht von einer Dicke, die eine solche Ausnehmung 1040 ausfüllt, aufgebracht ist, und der Zusammenfügungsabschnitt, nachdem die Deckplatte in Berührung gelangt ist, erwärmt wird, um dadurch das vorstehend genannte wärmehärtbare Material auszuhärten, während der Anfügungszustand der Deckplatte beibehalten ist. Andere Anordnungen sind gleich jenen in der vorstehenden Ausführungsform 22 und werden deshalb nicht weiter erklärt.
Die vorliegende Ausführungsform ist anderen Ausführungsformen darin überlegen, daß sie weder ein Abdichtmittel noch Zusammendrücken mit der Blattfeder erfordert, wodurch sie in den Herstellungskosten wesentlich vorteilhafter ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Beschichtungsmenge des wärmehärtbaren Materials 1005 ein wichtiger Gesichtspunkt. Bei einer hohen Beschichtungsmenge wird das Material auf den Heizer ausgebreitet und macht dadurch den Tintenausstoß instabil, während eine niedrige Beschichtungsmenge nicht genügend Haftkraft ausbilden kann. Es ist folglich nötig, wenn z. B. das Verfahren zur Schleuderbeschichtung verwendet wird, die Umdrehungszahl schrittweise einzustellen und nur die Ausnehmung 1040 zu füllen. Für eine weitere Erhöhung der Verbindungsfestigkeit können die Endabschnitte der Deckplatte 1006 mit einer oder einer Mehrzahl von Kerben 1006c versehen werden, in welche das wärmehärtbare Material 1055 eintreten kann. Die Form der Kerben 1006c ist nicht auf die in 62 gezeigte beschränkt, sondern kann beliebig festgelegt werden unter Berücksichtigung der erforderlichen Verbindungsfestigkeit und der Leichtigkeit der Ausbildung solcher Kerben, was von dem Material abhängt, das die Deckplatte 1006 ausbildet. Des weiteren kann entsprechend der erforderlichen Verbindungsfestigkeit das Vorliegen oder Fehlen der Kerben 1006c beliebig gewählt werden. Das Erwärmungsverfahren und die anderen Schritte sind jenen in der vorstehenden Ausführungsform gleich und werden deshalb nicht weiter erklärt.
Ausführungsform 24
63 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform.
Die Ausnehmung 1040 der vorliegenden Ausführungsform, die in der Ausnehmungen ausbildenden Schicht 1041 ausgebildet ist, ist unterschiedlich zu der in der vorliegenden Ausführungsform und weist eine Form auf, wie in 63 gezeigt ist, die innerlich gebogene Wände einschließt. Die Ausnehmung 1040 ist durch Ätzen der Ausnehmungen ausbildenden Schicht 1041 ausgebildet, und wenn die Ausnehmungen ausbildende Schicht 1041 eine bestimmte Dicke aufweist, werden die inneren Wände der Ausnehmung 1040, die durch ein solches Ätzverfahren ausgebildet sind, innerlich gebogen, um einen sich umgekehrt verjüngenden Querschnitt auszubilden. Wenn der Endabschnitt der Tintenkanalwand 1003a der Deckplatte in die Ausnehmung 1040 einer solchen Querschnittsform eingepaßt ist, kann die Ausnehmung an einem solchen Endabschnitt einen Verankerungseffekt zeigen.
Die vorliegende Ausführungsform verwendet keinerlei Klebstoffmaterial zum vorläufigen festen Anordnen beim Zusammenfügen der Deckplatte und des Substrats, sondern erreicht Zusammenfügung mit ausreichender Festigkeit durch Verschmelzen des Endabschnitts der Tintenkanalwand 1003a der Deckplatte und der Ausnehmung 1040 des Substrats. Zu diesem Zweck ist die untere Fläche des Endabschnitts der Tintenkanalwand 1003a als unstrukturierte Fläche ausgebildet, um dadurch den Berührungsbereich mit der Ausnehmung 1040 zu vergrößern, und die Größe der Öffnung am oberen Ende der Ausnehmung 1040 ist so nahe wie möglich zu der des Endabschnitts der Tintenkanalwand 1003a gehalten, um den Berührungsbereich zu vergrößern. Eine solche Größe der oberen Öffnung der Ausnehmung 1040, die so nahe wie möglich zu der des Endabschnitts der Tintenkanalwand gehalten ist, erlaubt leichtes Einpassen der Tintenkanalwand 1003a in die Ausnehmung 1040 durch ein Drop-In-Verfahren, z. B. durch Vibration.
Die Ausnehmungen ausbildende Schicht 1041 ist auf einem Ta- Film als Antikavitationsschicht ausgebildet durch Aufbringen eines Isoliermaterials, wie z. B. Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Kieselerde oder SOG, oder eines Metalls, wie z. B. Tantal, Aluminium, Aluminiumlegierung, Titan, Nickel oder Wolfram durch CVD, Sputtern, Aufdampfen oder Aufschleuderbeschichten, und die Ausnehmung 1040 ist durch photolithographisches Strukturieren einer solchen Ausnehmungen ausbildenden Schicht 1041 ausgebildet.
Die Ausnehmungen ausbildende Schicht 1041 kann auch mit einem photoempfindlichen Kunstharz erhalten werden, wie z. B. α-540 (Handelsname der Tokyo Oka Kogyo Co.), oder einem Polyimid-Beschichtungsmaterial, wie z. B. Photonice (Handelsname von Toray Co.) oder PL3798 (Handelsname der Hitachi Chemical Co.).
Die Ausnehmung 1040 ist für jeden Tintenkanal 1003a vorzugsweise so ausgebildet, daß sie die beiden Oberflächen der Tintenkanalwände 1003a bedrängt, wie in 63 gezeigt ist. Falls nicht für jeden Platz zwischen den Heizern eine Ausnehmung 1040 ausgebildet werden kann, z. B. wegen der größenmäßigen Begrenzung des Substrats, kann die Ausnehmung so ausgebildet werden, daß sie jeweils an die linke und rechte Seite von zwei Tintenkanalwänden drückt, wie 64 zeigt.
Die Ausnehmungen ausbildende Schicht 1041 kann das gesamte Substrat bedecken. Die Strukturierung des gesamten Kopf-Substrats kann für das in 65 gezeigte Beispiel ausgeführt werden durch Formieren der Ausnehmungen ausbildenden Schicht 1041 z. B. aus Siliziumnitrid im gesamten Bereich des Antikavitations-Ta-Films, und zum gegenseitigen Anpassen des Substrats des Kopfs und der mit Nuten versehenen Deckplatte ist die Ausnehmungen ausbildende Schicht 1041 in dem äußeren Bereich außerhalb der Flüssigkeitskammer belassen, und die Tintenkanäle, die Deckplatte sowie die Ausnehmungen 1040 werden in dem verbleibenden Bereich des Substrats ausgebildet. Ein Bezugszeichen 1008 bezeichnet die Draht-Bondinsel zur elektrischen Verbindung mit der Außenseite. Ein solcher Aufbau, der ein festes Zusammenfügen zwischen der Deckplatte und dem Substrat herstellt, schafft einen Tintenstrahldruckkopf mit äußerst hoher Stabilität des Tintenausstoßes ohne Kreuzkopplung zwischen den Tintenkanälen.
Die Ausnehmungen ausbildende Schicht 1041 weist vorzugsweise eine Schichtdicke von 1 μm oder mehr zum Ermöglichen von Drop-In-Montage durch Vibration und zum Vermeiden von Kreuzkopplung zwischen den benachbarten Tintenkanälen auf.
Ausführungsform 25
Unter Bezugnahme auf 65 zur Darstellung des schematischen Querschnittsaufbaus der Hauptteile wird nachstehend eine weitere andere Ausführungsform des Tintenstrahldruckkopfs ausführlich erklärt.
An dem Ende der Düsenwand 2015 einer mit Nuten versehenen Platte 2016 ist ein Paar von Eingriffsplatten-Abschnitten 2016, die seitlich in beiden Richtungen vorstehen, einstückig ausgebildet. Des weiteren sind auf der Oberfläche des Substrats 2013 ein Paar von Halteelementen 2030 einstückig ausgebildet, die dazu dienen, die Eingriffsplatten-Abschnitte 2029 mit der Oberfläche des Substrats derart zusammenzuhalten, daß die Düsenwände eingeschoben sind. Das Substrat 2013 mit den darauf angeordneten Elektrizitäts-Wärme-Umwandlern 2011 und Elektroden 2012, die in einem vorherbestimmten Teilungsmaß angeordnet sind, ist mit einer Isolier-Schutzschicht 2019 bedeckt, um Korrosion der Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 2011 und der Elektroden 2012 durch Berührung mit dem Ausstoßmittel zu verhindern. Der Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 2011 ist mit einer sich darauf befindenden Antikavitationschicht 2020 versehen, die z. B. aus Tantal besteht, um Zerstörung, welche durch das Sieden des Ausstoßmittels entsteht, zu verhindern, und die vorstehend erwähnten Halteelemente sind auf der Antikavitationsschicht 2020 ausgebildet.
Auf diese Weise werden die Eingriffsplatten-Abschnitte 2029 der Düsenwand 2015 durch das Substrat 2013 und die damit verbundenen Halteelemente 2030 festgehalten, wobei das Sub strat 2013 und die mit Nuten versehene Platte 2016 in dem einstückig zusammengefügten Zustand gehalten wird. Ein benachbarter düsenförmiger Kanal 2014, der vollständig durch die Labyrinthstruktur in dem Zusammenfügungsteil zwischen den Eingriffsplatten-Abschnitten 2029 an den Enden der Düsenwände 2015 und den Halteelementen 2030 des Substrats 2013 abgetrennt ist, ist von Kreuzkopplung freigehalten.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die vorstehend erwähnte mit Nuten versehene Platte 2016 und deren mit dem Substrat zusammengefügte Düsenwand 2015 mit Polysulfonharz ausgebildet, aber es ist auch möglich, die Düsenwand 2015 allein oder deren Endabschnitt allein mit Polysulfonharz und die übrigen Teile der mit Nuten versehenen Platte 2016 mit einem anderen Kunstharzmaterial als Polysulfon oder mit Metall auszubilden.
Nachstehend wird eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen solchen Tintenstrahldruckkopf, unter Bezugnahme auf 66 bis 70 zur Darstellung der Schritte eines solchen Verfahrens, ausführlich erklärt. Zuerst wird, wie in 66 gezeigt ist, das Substrat 2013 mit den darauf angeordneten Elektrizitäts-Wärme-Umwandlern 2011 und den Elektroden 2012, welche in einem vorherbestimmten Teilungsmaß angeordnet sind, an der Oberfläche mit einer Isolier-Schutzschicht 2019 abgedeckt.
Dann wird, wie in 67 gezeigt ist, eine Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031, die vornehmlich aus Polysulfon besteht und die vorstehend erwähnten Eingriffsplatten-Abschnitte 2029 ausbildet, auf der Isolier-Schutzschicht 2019 an den Stellen zum Anfügen der Düsenwand 2015 der mit Nuten versehenen Platte 2016 formiert.
Die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 kann erhalten werden durch Auflösen von Polysulfonharz als Granulat in einem organischen Lösungsmittel wie z. B. Cyclohexanon, dann Schleuderbeschichten mit der erhaltenen Lösung in einer Dünnschicht auf dem Substrat 2013 und Strukturieren der Dünnschicht so, daß bei Bestrahlung mit einem Excimer-Laser durch eine Maske an keinem der Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 2011, welche in dem düsenförmigen Kanal 2014 angeordnet sind, Polysulfon zurückgelassen wird. Es ist erforderlich, daß die Breite W₁ der Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 größer ist als die Breite W₂ der Endfläche der Düsenwand 2015 (vgl. 70), aber sie ist vorzugsweise so beschränkt, daß sie nicht oberhalb der Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 2011 in dem düsenförmigen Kanal 2014 angeordnet ist.
Nach der Ausbildung der Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 auf der Isolier-Schutzschicht 2019 wird eine Abdeckschicht 2032, welche die vorstehend erwähnten Halteelemente 2030 ausbildet, so formiert, daß sie, wie in 68 gezeigt ist, die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 bedeckt. Da in der vorliegenden Ausführungsform das Halteelement 2030 und die Antikavitationsschicht 2020 in demselben Schritt ausgebildet werden, wird Tantal für die Abdeckschicht 2032 auf dem Substrat 2013 verwendet, aber die Abdeckschicht 2032 kann auch aus einem Material bestehen, das unterschiedlich zu dem der Antikavitationsschicht 2020 ist, wie z. B. ein auf Silicium basierender Film oder ein photoempfindliches Harz.
Nach der Ausbildung der Abdeckschicht 2032 wird dann ein Eingriffsfenster 2033 ausgebildet, in welches der Endabschnitt der Düsenwand 2015 eingefügt wird, und die Abdeckschicht 2032 wird in einem Bereich teilweise entfernt, damit sie nicht die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 abdeckt, wie in 69 gezeigt ist, und die Antikavitationsschicht 2020 wird in diesem Strukturierungsschritt vorzugsweise direkt oberhalb des Elektrizitäts-Wärme-Umwandlers 2011 ausgebildet. Es ist erforderlich, die Breite W₃ des Eingriffsfensters 2033 kleiner als die Breite W₁ der Zusammenfügungs-Kunstharzschicht zu halten, aber vorzugsweise etwas größer, z. B. um ungefähr 1 μm, als die Breite W₂ der Endfläche der Düsenwand 2015. Unter Berücksichtigung des praktischen Größenfehlers sollte sie um etwa 2 bis 3 μm größer sein als die Breite W₂ der Endfläche der Düsenwand 2015.
Nachdem das Halteelement 2030, das die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 umgibt, auf diese Weise ausgebildet ist, werden die mit Nuten versehene Platte 2016 und das Substrat 2013 gegenseitig, wie in 70 gezeigt ist, derart überlagert, daß der Endabschnitt der Düsenwand 2015 durch das Eingriffsfenster 2033 hindurch mit der Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 in Berührung gelangt, und das Substrat 2013 wird mit einem nicht dargestellten Heizer erwärmt, um zu erweichen und zumindest den Endabschnitt der Düsenwand 2015 und die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 in diesen Zustand einzubeziehen.
Ein solches Erwärmen kann durch Bestrahlung des Zusammenfügungs-Abschnitts mit einem YAG-Laser von geeigneter Energiedichte erreicht werden, oder dadurch, daß das Substrat 2013 unter der Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 mit einem Wärmeerzeugungselement ähnlich dem Elektrizitäts-Wärme-Umwandler 2011 versehen ist, und daß durch Stromzuführung zu einem solchen Wärmeerzeugungselement Wärme erzeugt wird. Der bevorzugte Erwärmungszustand der Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 und des Endabschnitts der Düsenwand 2015 ist so, daß die Endfläche der Düsenwand 2015 und der Zusammenfügungs-Kunst-harzschicht 2031 allein geschmolzen sind, aber der oberhalb des Halteelements 2030 liegende Abschnitt der Düsenwand 2015 nicht geschmolzen ist.
Danach wird das Erwärmen des Zusammenfügungsabschnitts beendet, und der Tintenstrahldruckkopf des in 65 gezeigten Aufbaus kann durch Kühlen oder spontane Abkühlung erhalten werden.
In der vorstehend erklärten Ausführungsform werden die Zusammenfügungsabschnitte in einem Zustand erwärmt, in welchem die Endfläche der Düsenwand 2015 auf die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 auftrifft, aber es ist auch möglich, die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 im voraus durch Erwärmen zu erweichen oder zu schmelzen, und in einem solchen Zustand die Endfläche der Düsenwand 2015 auf die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 3031 auftreffen zu lassen. Es ist auch wirkungsvoll, eine Schulter an dem Endabschnitt der Düsenwand 2015 auszubilden, um den Abschnitt der Düsenwand 2015, der oberhalb der Halteelemente 2030 liegt, weniger schmelzbar zu machen.
Nachstehend wird eine andere Ausführungsform des Herstellungsverfahrens des Tintenstrahlkopfs der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 71 und 72 erklärt, worin Bestandteile, die in der Wirkung gleich jenen in der vorstehenden Ausführungsform sind, durch entsprechende Zahlen vertreten sind und nicht weiter erklärt werden.
Wie 71 zeigt, ist die Düsenwand 2015 der mit Nuten versehenen Platte 2016 an deren Ende mit einem abgesetzten Vorsprung 2034 versehen, der in das Eingriffsfenster 2033 eingefügt ist, und die Endfläche ist auf die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 gedrückt, welche durch die Halteelemente 2030 gestützt wird. Dann werden die Enden des abgesetzten Vorsprungs 2034 und die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031, während sie sich im gegenseitigen Berührungszustand befinden, erwärmt, wobei, wie in 72 gezeigt ist, die Düsenwand 2015 und die Eingriffsplatten-Abschnitte 2029, welche die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 ausbilden, durch den abgesetzten Vorsprung einstückig verbunden werden.
Da die Düsenwand 2015 und die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 durch den abgesetzten Vorsprung 2034 mit einer kleineren Breite zusammengefügt sind, ist das Erweichen oder Schmelzen eines solchen abgesetzten Vorsprungs 2034 beim Erwärmen beschleunigt, wodurch der Zusammenfügungsvorgang dieser Bestandteile in kurzer Zeit abgeschlossen und die Schmelzverformung des Abschnitts der Düsenwand 2015, der oberhalb der Halteelemente 2030 liegt, verhindert werden kann.
In der vorstehend erklärten Ausführungsform ist die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 an das Ende der Düsenwand 2015 angefügt, doch der Endabschnitt der Düsenwand 2015 kann geschmolzen und ausgedehnt werden, um die in 65 gezeigten Eingriffsplatten-Abschnitte auszubilden.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf 73 bis 76 andere Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens des Tintenstrahldruckkopfs der vorliegenden Erfindung erklärt, wobei Bestandteile, die in der Funktion gleich jenen in der vorstehenden Ausführungsform sind, durch entsprechende Zahlen dargestellt sind und nicht weiter erklärt werden.
Die Halteelemente 2030, welche die Eingriffsfenster 2033 festlegen, sind wie in 73 gezeigt angeordnet, und das Innere der Halteelemente 2030 ist mit einer Aufbauschicht 2035, ähnlich der vorstehend erwähnten Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031, ausgefüllt. Das Kunstharz, das die Aufbauschicht 2035 ausbildet, kann zusätzlich zu dem Polysulfonharz welches die mit Nuten versehene Platte 2016 ausbildet, photoempfindliches Kunstharz sein, löslich oder dispergierbar in Ketonen, wie z. B. Aceton, Alkoholen oder alkalische Lösungen.
Dann wird, wie in 74 gezeigt ist, die Aufbauschicht 2035 z. B. mit einem Lösungsmittel ausgewaschen. Die vorliegende Ausführungsform erfordert einen neu hinzugefügten Waschschritt im Vergleich mit den vorstehenden zwei Ausführungsformen, aber der Bereich für die Auswahl des Kunstharzes, das die Aufbauschicht 2035 ausbildet, kann erweitert werden, da die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031, welche von den Halteelementen 2030 gestützt wird, während des Gebrauchs nicht von der Tinte angegriffen wird, und sie läuft beim Wärmeverschmelzen nicht über die Halteelemente 2003 hinaus.
Wie in 75 auch gezeigt ist, ist ein Paar von gegenseitig getrennten Hörnern 2036 zur Ausbildung der vorstehend erwähnten Eingriffsplatten-Abschnitte 2029 jeweils rechtwinklig an den Enden der Düsenwand 2015 der mit Nuten versehenen Platte 2016 ausgebildet, und diese Hörner sind durch die Eingriffsfenster in das Innere der Halteelemente 2030 eingefügt und auf die Isolier-Schutzschicht 2019 des Substrats 2013 gedrückt.
Die Hörner 2036 werden, während sie auf die Isolier-Schutzschicht 2019 des Substrats 2013 gedrückt sind, erwärmt und erweicht, wobei sich die Hörner 2036 innerhalb der Halteelemente ausbreiten, wie in 76 gezeigt ist, um den Eingriffsplatten-Abschnitt 2029 auszubilden, der in Eingriff mit den Halteelementen 2030 gelangt.
Wenn in den in 66 bis 72 gezeigten Ausführungsformen die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031, welche die Eingriffsplatten-Abschnitte 2029 ausbildet, und der Endabschnitt der Düsenwand 2015 der mit Nuten versehenen Platte 2016 aus verschiedenen Materialien bestehen, können diese Bauteile im Erwärmungszustand nicht chemisch integriert werden, so daß keine ausreichende Verbindungsfestigkeit erhalten werden kann. In einem solchen Fall kann eine andere Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung wirksam verwendet werden. Eine solche Ausführungsform ist in 77 und 78 gezeigt, in welcher Bestandteile, die in der Funktion gleich jenen in der vorstehenden Ausführungsform sind, durch entsprechende Zahlen vertreten sind und nicht weiter erklärt werden.
Wie in 77 gezeigt ist, sind die Halteelemente 2030 auf der Isolier-Schutzschicht 2019 des Substrats 2013 so ausgebildet, daß sie die Zusammenfügungs-Kunststoffschicht 2031 durch das Eingriffsfenster freilegen, und die gegenseitig getrennten paarigen Hörner 2036 zur Ausbildung der vorstehend erwähnten Eingriffsplatten-Abschnitte 2029 sind jeweils rechtwinklig an beiden Seiten des Endabschnitts der Düsenwand 2015 der mit Nuten versehenen Platte 2016 ausgebildet, und diese Hörner sind durch das Eingriffsfenster 2033 in des Innere des Halteelements 2030 eingefügt und werden auf die Isolier-Schutzschicht 2019 des Substrats gedrückt.
Die Hörner 2036 werden, während sie auf die Isolier-Schutzschicht 2019 des Substrats 2013 gedrückt sind, erwärmt und erweicht, wobei die Hörner 2036 innerhalb der Halteelemente 2030 ausgebreitet werden, wie in 78 gezeigt ist, um die Eingriffsplatten-Abschnitte 2029 auszubilden, und die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht wird veranlaßt, zwischen diese Bauteile einzudringen, wobei der Spalt zwischen ihnen mit dem Zusammenfügungs-Kunstharz ausgefüllt wird.
Daher ist im erstarrten Zustand das Innere der Halteelemente 2030 ohne Zwischenraum mit den Eingriffsplatten-Abschnitten 2029 und dem Zusammenfügungs-Kunstharz ausgefüllt, um dadurch eine äußerst hohe Verbindungsfestigkeit zu erzeugen. In diesem Fall wirkt das Zusammenfügungs-Kunstharz auch als Klebstoff.
Um beim Erwärmen keine unnötige Verformung in der Düsenwand 2015 der mit Nuten versehenen Platte 2016 zu verursachen, weist das Kunstharzmaterial, welches die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 ausbildet, vorzugsweise einen Übergangspunkt auf, der den der mit Nuten versehenen Platte 2016 nicht übersteigt, und mehr vorzugsweise, deren Erweichungspunkt nicht übersteigt.
In den vorstehenden Ausführungsformen ist die Düsenwand 2015 an deren Endabschnitt mit den Eingriffsplatten-Abschnitten 2029 versehen, und die Haltelemente 2030, welche in mechanischen Eingriff mit solchen Eingriffsplatten-Abschnitten 2029 gelangen, werden zum Zusammenfügen des Endabschnitts der Düsenwand 2015 und des Substrats 2013 verwendet, aber es ist auch möglich, eine ähnliche Wirkung mit einer einfacheren Anordnung zu erreichen.
Eine solche andere Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung zeigen 79 und 80, in welchen Bestandteile, die in der Funktion gleich jenen in der vorstehenden Ausführungsform sind, durch entsprechende Zahlen vertreten sind und nicht weiter erklärt werden.
Die Abdeckschicht 2032 ist auf dem Substrat 2013 auf die gleiche Weise wie in der vorstehenden Ausführungsform, die 66 bis 68 zeigen, ausgebildet, doch die Breite der Zu sammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 ist in mehr spezifischer Weise wie der vorstehend erwähnte Wert W₃ gewählt, welcher etwas größer ist als die Breite des Endabschnitts der Düsenwand 2015. Dann wird, wie in 79 gezeigt ist, die Abdeckschicht 2032 geätzt, um die gesamte Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 freizulegen, um dadurch Dammabschnitte 2037 auszubilden, welche von der Abdeckschicht 2032 an beiden Seiten der Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2032 in Querrichtung belassen sind.
Dann wird, wie 80 zeigt, das Ende der Düsenwand 2015 auf die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031, die zwischen den Wallabschnitten 2031 vorliegt, gedrückt, und es wird die Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 in dieser Lage erwärmt und geschmolzen, wodurch das Zusammenfügungs-Kunstharz veranlaßt wird, zwischen den Wallabschnitt 2037 und die Seitenflächen des Endabschnitts der Düsenwände 2015 einzudringen, wobei diese Bestandteile einstückig zusammengefügt werden. In diesem Zustand dienen die Dammabschnitte 2037 dazu, das Überfließen des geschmolzenen Kunstharzes der Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 zu dem düsenförmigen Kanal 2014 zu verhindern und die Berührungsfläche zwischen der Düsenwand 2015 und dem Zusammenfügungs-Kunstharz zu vergrößern.
Diese Ausführungsform ist z. B. geeignet, falls die Breite der Zusammenfügungs-Kunstharzschicht 2031 wegen eines beschränkten Teilungsmaßes der Anordnung der düsenförmigen Kanäle 2014 nicht vergrößert werden kann. Es ist jedoch auch möglich, die Verbindungsfestigkeit durch physikochemisches Verändern der vorstehend erwähnten Dammabschnitte 2037 weiter zu erhöhen.
81 zeigt den Querschnittsaufbau eines solchen Zusammenfügungsabschnitts des Tintenstrahldruckkopfs der vorliegenden Erfindung, worin Bestandteile, die in der Funktion gleich jenen in der vorstehenden Ausführungsform sind, durch entsprechende Ziffern vertreten sind und nicht weiter erklärt werden.
In diesem Fall werden die Dammabschnitte 2037 in der in 80 gezeigten Lage erwärmt, um eine Vergrößerung der kristallinen Teilchen des Materials, das die Dammabschnitte 2037 ausbildet, herbeizuführen, um dadurch eine körperliche Verformung zu bewirken. Auf diese Weise werden die Dammabschnitte 2037 zu veränderten Abschnitten 2038 umgewandelt, wobei eine größere Verbindungsfestigkeit erhalten wird.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Dammabschnitte 2037 durch Strukturierung eines Aluminium-Films ausgebildet. Von einem gesputterten Aluminium-Film ist empirisch bekannt, daß er, wenn er bei ungefähr 300°C gehalten wird, eine irreversible Vergröberung der Oberflächenform erfährt. Im vorliegenden Fall werden die mit Nuten versehene Platte 2016 und die Düsenwand 2015 vorzugsweise mit einem Material ausgebildet, dessen Glasübergangstemperatur gleich oder höher ist als die Kristall-Wachstumstemperatur der Dammabschnitte 2037, z. B. Glas, und die Elektroden 2012 bestehen vorzugsweise aus einem anderen Material als Aluminium, z. B. aus Gold.
In der vorstehend erwähnten Ausführungsform wird die Wärmeveränderung an den Dammabschnitten 2037 vorgenommen, eine irreversible Veränderung kann aber auch an den Endabschnitten der Düsenwand 2015 ausgeführt werden.
Nachstehend wird ein Tintenstrahl-Druckgerät erklärt, in welchem ein Tintenstrahldruckkopf der vorstehenden Anordnungen angeordnet werden kann.
53 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Tintenstrahl-Druckgeräts, worin eine Tintenstrahlkopf-Kassette 1120 aus einem Tintenstrahldruckkopf 1121, welcher wie vorstehend erklärt ausgebildet ist, und einem Tintenbehälter (nicht gezeigt), der Tinte zum Zuführen zu dem Tintenstrahldruckkopf 1121 enthält, einstückig zusammengesetzt ist, und welche auf einem Schlitten 1116 abnehmbar getragen wird, welcher ein Trägerelement zum Tragen eines Tintenstrahldruckkopfs 1121 darstellt. Der Schlitten 1116 ist mit einem Stück des Antriebsriemens 1118 verbunden, welcher die Antriebskraft eines Antriebsmotors 1117 überträgt, und ist gleitfähig an zwei zueinander parallelen Führungsstangen 1119a, 1119b angeordnet. Eine Mündungsfläche, die mit Ausstoßöffnungen (nicht gezeigt) des Tintenstrahldruckkopfs 1121 versehen ist, ist in Gegenüberlage zu einer Druckplatte 1124 angeordnet, und es wird ein Aufzeichnungsvorgang erreicht über die gesamte Breite eines Druckmediums oder eines Aufzeichnungsblatts (nicht gezeigt), welche auf der Druckplatte 1124 transportiert werden, durch Ansteuern des Tintenstrahldruckkopfs 1121 mit Aufzeichnungssignalen, um Tintenausstoß herbeizuführen, während die Tintenstrahlkopf-Kassette 1120 durch die Antriebskraft des Motors 1117 wechselseitig bewegt wird. Da, wie vorstehend erklärt, für den Tintenstrahldruckkopf 1121 zufriedenstellende elektrische Verbindungen für die Elektrizitäts-Wärme-Umwandler (nicht gezeigt) und für die Leiterplatte (nicht gezeigt) aufrechterhalten sind, werden die Aufzeichnungssignale von dem Hauptteil des Druckgeräts zu dem Tintenstrahldruckkopf sicher übertragen, um dadurch zufriedenstellendes Aufzeichnen zu ermöglichen.
Eine Kopf-Wiederherstellungseinheit 1126 ist außerhalb des Bereichs für die wechselseitige Bewegung der Tintenstrahlkopf-Kassette 1120 beim Aufzeichnungsvorgang angeordnet, z. B. an einer Stelle, die der Ausgangsposition entspricht. Die Kopf-Wiederherstellungseinheit 1126 ist mit einem Verkappungselement 1126a zur Verkappung der Mündungsfläche des Tintenstrahldruckkopfs 1121 versehen und wird mittels eines Übertragungsmechanismus 1123 durch die Antriebskraft eines Reinigungsmotors 1122 angetrieben. Unter Mitwirkung der Verkappung des Tintenstrahldruckkopfs 1121 durch das Verkappungselement 1226a wird die Tintenabsaugung durch eine geeignete Absaugvorrichtung, welche in der Kopf-Wiederherstellungseinheit 1126 angeordnet ist, oder Druckaufbau durch eine geeignete Druckaufbauvorrichtung, welche in dem Tintenzuführungskanal zu dem Tintenstrahldruckkopf 1121 angeordnet ist, ausgeführt, um dadurch die Tinte aus den Ausstoßöffnungen energisch auszustoßen und um dadurch die Ausstoß-Wieder herstellung, wie z. B. Entfernung von eingedickter Tinte in den Tintenkanälen des Tintenstrahldruckkopfs 1121 zu erreichen. Des weiteren wird der Tintenstrahldruckkopf durch Verkappung am Ende des Aufzeichnungsvorgangs geschützt.
An der Seite der Kopf-Wiederherstellungseinheit 1126 ist eine Klinge 1130 angeordnet, die ein aus Silikongummi bestehendes Wischerelement darstellt. Die Klinge 1130 ist durch ein Klingen-Halterungselement 1130a über einen Auslegermechanismus gehaltert und wird so wie die Kopf-Wiederherstellungseinheit 1126 durch den Reinigungsmotor 1122 und den Übertragungsmechanismus 1123 angetrieben, so daß sie an die Mündungsfläche des Tintenstrahldruckkopfs 1121 gedrückt wird. Dadurch wird, zu einem geeigneten Zeitpunkt im Verlauf des Aufzeichnungsvorgangs des Tintenstrahldruckkopfs 1121 oder nach dem Ausstoß-Wiederherstellungsvorgang durch die Kopf-Wiederherstellungseinheit 1126, die Klinge 1130 veranlaßt, in der Bewegungsstrecke des Tintenstrahldruckkopfs 1121 vorzustehen, um dadurch Flüssigkeitstropfen, nässende Flüssigkeit oder Dunst von der Mündungsfläche des Tintenstrahldruckkopfs 1121 bei dessen Bewegungsvorgang abzuwischen.
Bei den verschiedenen Tintenstrahl-Drucksystemen erbringt die vorliegende Erfindung ausgezeichnete Wirkungen besonders bei einem Druckkopf oder einer Druckvorrichtung des Typs, der mit Elementen (wie z. B. Elektrizitäts-Wärme-Umwandlern oder Laserstrahl) zum Erzeugen von Wärmeenergie, die zum Ausstoßen von Tinte verwendet wird, versehen ist, und ausgelegt ist, eine Zustandsänderung der Tinte durch solche Wärmeenergie herbeizuführen, da ein solches Verfahren eine höhere Auflösung des aufgezeichneten Bildes erreicht.
Hinsichtlich seines typischen Aufbaus und Prinzips ist z. B. das eine Verfahren bevorzugt, das unter der Verwendung des Grundprinzips ausgeübt ist, welches in den Dokumenten US-4 723 129 und US-4 740 796 beschrieben ist. Dieses Verfahren ist auf jedes vom sogenannten „On-Demand"-Typ und „Continuous"-Typ anwendbar. Besonders wirksam ist der Fall des „On- Demand"-Typs, weil beim Anlegen von zumindest einem Steuersignal, welches zu einer schnellen Temperaturerhöhung führt, die Bläschensieden übersteigt, entsprechend der Aufzeichnungsinformation an einen Elektrizität-Wärme-Umwandler, der gemäß den Platten oder Flüssigkeit (Tinte) führenden Kanälen angeordnet ist, Wärmeenergie an dem Elektrizitäts-Wärme-Umwandler erzeugt wird, um Filmsieden auf der Wärmewirkungsoberfläche des Druckkopfs hervorzurufen, und folglich kann ein Doppel in der Flüssigkeit (Tinte) ausgebildet werden, entsprechend einem Verhältnis von eins zu eins zu dem Steuersignal. Beim Ausstoß von Flüssigkeit (Tinte) durch eine Ausstoßöffnung durch das Anwachsen und Zusammenfallen der Blase wird zumindest ein Tröpfchen ausgebildet. Bei Ausbildung des Steuersignals in Impulsform kann ein sofortiges und angemessenes Anwachsen und Zusammenfallen der Blase bewirkt werden, um mehr vorzugsweise einen besonders in den Ansprecheigenschaften hervorragenden Ausstoß von Flüssigkeit (Tinte) zu erreichen. Als Steuersignale einer solchen Impulsform sind jene in den Dokumenten US-4 463 359 und US-4 345 262 geeignet. Ferner kann ausgezeichnetes Aufzeichnen ausgeführt werden durch Anwendung der in dem Dokument US-4 313 124 beschriebenen Bedingungen der Erfindung, welche die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung der vorstehend erwähnten Wärmewirkungsfläche betreffen.
Zusätzlich zu den Anordnungen von Ausstoßöffnung, Flüssigkeitskanal und Elektrizitäts-Wärme-Umwandler (linearer Flüssigkeitskanal oder rechtwinkliger Flüssigkeitskanal), wie in den vorstehend erwähnten jeweiligen Patentschriften beschrieben, ist der Aufbau unter Verwendung der Dokumente US-4 558 333 und 4 459 600, die einen Aufbau mit einem Wärmewirkungsabschnitt, welcher in dem gebogenen Bereich angeordnet ist, beschreiben, ebenfalls in die vorliegende Erfindung einbezogen. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung auch wirksam auf den Aufbau des Dokuments JP-59-123 670 angewandt werden, welcher einen Spalt zusammen mit einer Vielzahl von Elektrizitäts-Wärme-Umwandlern als den Ausstoßabschnitt der Elektrizitäts-Wärme-Umwandler verwendet, oder des Dokuments JP-59-138 461 mit einer Öffnung zur Aufnahme einer Druckwel le von Wärmeenergie entsprechend dem Ausstoßabschnitt. Das beruht darauf, daß die vorliegende Erfindung sicheres und wirksames Aufzeichnen unabhängig von dem Aufbau des Druckkopfs erreichen kann.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin wirksam anwendbar auf den Druckkopf vom Vollzeilentyp mit einer Länge entsprechend der maximalen Breite des Druckmediums, welche von der Druckvorrichtung aufgezeichnet werden kann, und ein solcher Druckkopf kann einen Aufbau aufweisen, der eine solche Länge durch das Verbinden einer Mehrzahl von Druckköpfen verwirklicht, oder einer Anordnung, die mit einem einstückig angefertigten einzelnen Druckkopf ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung ist zusätzlich in der vorstehend erwähnten Druckvorrichtung des seriellen Typs wirksam, in einem Druckkopf, der auf dem Hauptkörper der Druckvorrichtung fest angeordnet ist, oder einem auswechselbaren Druckkopf vom Chip-Typ, welcher elektrische Verbindung mit dem Hauptkörper der Druckvorrichtung oder Tintenzuführung von einem solchen Hauptkörper durch Anordnung auf dem Hauptkörper erlaubt, oder dem Druckkopf vom Kassettentyp, in welchem ein Tintenbehälter an dem Druckkopf selbst einstückig angeordnet ist.
Des weiteren ist im Aufbau der Druckvorrichtung das Hinzufügen von den Ausstoß wiederherstellenden Vorrichtungen für den Druckkopf, vorbereitende Hilfsvorrichtungen usw. zu bevorzugen, weil die Wirkung der vorliegenden Erfindung weiter stabilisiert werden kann. Spezifische Beispiele unter diesen können Verkappungsvorrichtungen, Reinigungsvorrichtungen, Druckerzeugungs- oder Absaugvorrichtungen, Vorheizungsvorrichtungen zum Bewirken von Heizung durch einen Elektrizitäts-Wärme-Umwandler, ein anderes Heizelement oder deren Kombination, und Vorausstoßvorrichtungen zum Bewirken eines Leerausstoßes unabhängig von dem zum Drucken, einschließen.
Weiterhin kann, bezüglich der Art und Zahl der angeordneten Druckköpfe, nur ein Druckkopf entsprechend der Tinte von ei ner einzigen Farbe oder eine Mehrzahl von Druckköpfen entsprechend einer Mehrzahl von Tinten, welche in der Druckfarbe oder der Dichte unterschiedlich sind, angeordnet sein. In mehr spezififischer Weise ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein Aufzeichnungsverfahren zum Aufzeichnen einer einzelnen Hauptfarbe, wie z. B. Schwarz, beschränkt, sondern ist auch äußerst wirksam in dem Druckkopf zum Aufzeichnen einer Mehrzahl von verschiedenen Farben oder vollfarbig durch Farbmischung, worin der Druckkopf entweder einstückig aufgebaut ist oder aus einer Mehrzahl von Einheiten besteht.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf flüssige Tinte anwendbar, sondern auch auf Tinte, welche unterhalb Zimmertemperatur fest ist, bei Zimmertemperatur aber erweicht oder sich verflüssigt, oder welche innerhalb eines Temperatursteuerbereichs von 30 bis 70°C, welcher normalerweise beim Tintenstrahl-Aufzeichnen angenommen ist, erweicht oder sich verflüssigt. Daher braucht die Tinte nur flüssig zu sein, wenn das Aufzeichnungssignal anliegt. Außerdem kann der Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung Tinte verwenden, welche durch Wärmeenergie, die entsprechend dem Aufzeichnungssignal bereitgestellt wird, verflüssigt wird, wie z. B. Tinte, in welcher die Temperaturerhöhung durch Wärmeenergie absichtlich durch die Zustandsänderung von fest zu flüssig aufgenommen wird, oder Tinte, welche zum Zweck der Vermeidung von Tintenverdampfung im ungenutzten Zustand fest bleibt. Daher ist die vorliegende Erfindung auch auf den Fall der Verflüssigung der Tinte durch die Wärmeenergie, die entsprechend dem Aufzeichnungssignal bereitgestellt wird, anwendbar und stößt somit verflüssigte Tinte aus, oder auf den Fall der Verwendung von Tinte, welche beim Erreichen des Aufzeichnungsmediums zu erstarren beginnt. In diesen Fällen kann die Tinte als Feststoff oder Flüssigkeit in Vertiefungen oder Löchern eines porösen Blatts, wie in den Dokumenten JP-54-56 847 und JP-60-71 260 beschrieben ist, vorgehalten und in Gegenüberlage zu den Elektrizitäts-Wärme-Umwandlern angeordnet sein. Die vorliegende Erfindung ist am wirksamsten, wenn das vorstehend erwähnte Filmsieden in der Tinte der vorstehend erwähnten Anordnungen herbeigeführt wird.
Das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät kann weiterhin die Anordnung eines Endgeräts für die Bildausgabe für ein Datenverarbeitungsgerät annehmen, wie z. B. ein Computer, ein mit einem Leser kombiniertes Kopiergerät oder dergleichen, oder ein Faksimilegerät mit Übertragungs- und Empfangsfunktionen.
Effekt der Erfindung
Wie vorstehend erklärt, erlaubt die vorliegende Erfindung Zusammenfügen des Substrats und der Deckplatte, ohne Wärme auf die unnötigen Bestandteile der Deckplatte oder des Substrats zu übertragen außer auf die Abschnitte, welche thermisch zu verschmelzen sind, und somit ohne Zerstörung der Feinstrukturen, wie z. B. Tintenkanäle, indem das Substrat mit Wärmeerzeugungselementen zum Erwärmen und Verschmelzen der Endabschnitte der Tintenkanalwände an Stellen, die solchen Tintenkanalwänden der Deckplatte entsprechen, versehen ist. Da die Wärmeerzeugungselemente entsprechend allen Zusammenfügungsteilen der Deckplatte angeordnet sind, kann Zusammenfügung mit ausreichender Kraft ohne die Verwendung des herkömmlichen Federelements erreicht werden.
Des weiteren kann, falls das Substrat mit Ausnehmungen von überhängender oder sich umgekehrt verjüngender Form an Stellen versehen ist, welche den Anfügungsabschnitten der Deckplatte entsprechen, und die Wärmeerzeugungselemente auf dem Boden solcher Ausnehmungen angeordnet sind, eine Verankerungswirkung durch Schmelzen und Verformen allein der Endabschnitte der Zusammenfügungsabschnitte in solchen Ausnehmungen erhalten werden, um dadurch die Haftung zu verbessern und die Verbindungsfestigkeit zu erhöhen.
Gemäß dem Herstellungsverfahren für den Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung erlaubt des weiteren die Steuerung des Zeitablaufs der Erregung der Wärmeerzeugungselemente, allein die Endabschnitte der Tintenkanalwände ohne Erhöhung der Temperatur des ganzen Kopfs oder der gesamten Tintenkanäle zu verschmelzen.
Bei der Erregung der Zusammenfügungsheizer erlaubt die vor liegende Erfindung auch, das unerwünschte Fließen des geschmolzenen Kunstharzes zu verhindern, wodurch die Steuerung des Betriebs der Zusammenfügungsheizer erleichtert ist. Die vorliegende Erfindung gewährleistet auch mittels der Zusammenfügungsheizer gleichförmiges Erwärmen der vorherbestimmten Abschnitte der Zusammenfügungsabschnitte der Deckplatte und/oder der Klebstoffschicht, um eine gleichmäßige Verschmelzung und Vernetzungsreaktion in der gesamten Klebstoffschicht zu ermöglichen und die Zuverlässigkeit des Zusammenfügens zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung gewährleistet die Zusammenfügung besonders in den Düsenabschnitten, welche die Ausstoßleistung des Tintenstrahldruckkopfs stark beeinflussen und vermindern den Leckverlust an Ausstoßenergie zu den benachbarten Düsen während des Ansteuerungsvorgangs des Kopfs, um einen stabilen Ausstoß flüssiger Tröpfchen zu ermöglichen.
Um den Zusammenfügungszustand mit hoher Zuverlässigkeit zu erreichen, kann die vorliegende Erfindung in Abhängigkeit von dem Aufbau des Tintenstrahldruckkopfs auch auf den Tintenstrahldruckkopf des Typs angewendet werden, bei dem eine Druckfeder zum Zusammenfügen der Deckplatte und des Substrats benutzt wird oder auf das Herstellungsverfahren dafür.
Die vorliegende Erfindung verwirklicht des weiteren ein Zusammenfügungsverfahren ohne übermäßiges Schmelzen bei den Zusammenfügungsabschnitten, wie z. B. Düsenwänden, welche hohe Zuverlässigkeit und genaues Zusammenfügen mit Rücksicht auf die Leistung des Tintenstrahldruckkopfs benötigen, um dadurch den Tintenstrahldruckkopf mit genügend Verbindungsfestigkeit zu versehen.
In der vorliegenden Erfindung ist die Anfügeoberfläche des Substrats vorzugsweise im voraus mit einer Oxidschicht versehen, um eine spontane Verbindungsfestigkeit zwischen dem Substrat und der Deckplatte aus Kunstharz zu erhalten. Wenn die Anfügungsoberfläche des Substrats aus Tantal besteht, die kaum Verbindungsfestigkeit mit Kunstharz entwickelt, kann dennoch ein enger Zusammenschluß zwischen der Deckplatte und dem Substrat durch die Verwendung von Hilfsvorrichtungen, wie z. B. einer Druckfeder, verwirklicht werden. Folglich, selbst wenn die Werkstoffe, welche die Deckplatte und das Substrat ausbilden, von einer Kombination sind, die keine spontane Verbindungsfestigkeit ausbildet, sind die Anordnungen, welche die Zusammenfügungsheizer zum Feinverteilen örtlicher Erwärmung oder Aufteilen der zugeführten Energie verwenden, ausdrücklich in die vorliegende Erfindung einbezogen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl-Druckkopfs der aufweist: – ein Halbleitersubstrat (1100; 1002) mit einer Vielzahl von Ausstoßenergie erzeugenden Elementen (1001) zur Erzeugung von Energie, die für das Ausstoßen von Tinte verwendet wird, und – eine Deckplatte (1006) aus Kunstharzmaterial, die mit dem Substrat zusammengefügt ist, um zwischen der Deckplatte und dem Substrat Tintenkanäle (1003; 1506) auszubilden, die Ausstoßöffnungen (1005) zum Ausstoßen von Tinte aufweist und eine Vielzahl von Nuten (1003; 1506), die mit den Ausstoßöffnungen in Verbindung stehen und an Stellen jeweils entsprechend den Ausstoßenergie erzeugenden Elementen angeordnet sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Herstellen des Substrats (1100; 1002), das mit einer Vielzahl von Ausstoßenergie erzeugenden Elementen (1001) und mit Aufnahmeausnehmungen (1501; 1040) versehen ist, – Anordnen und in Kontakt bringen der Deckplatte (1006) und des Substrats derart, daß die Ausstoßenergie erzeugenden Elemente jeweils in den Nuten angeordnet sind, und – Festes Anordnen der Kontaktabschnitte (1003b, 1003c; 1505; 1006b) der Deckplatte auf dem Substrat durch Einfügen in die Ausnehmungen und durch Zuführen von Wärme, während das Substrat und die Deckplatte in dem Anordnungszustand zusammengepreßt sind, um dadurch das Substrat und die Deckplatte zusammenzufügen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Deckplatte (1006) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Kontaktabschnitte der Deckplatte Absätze (1003b) aufweisen, wobei die Absätze in Anlage mit dem Substrat (1100) angeordnet sind, wenn die Kontaktabschnitte der Deckplatte in die Ausnehmungen eingefügt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Ausnehmung in überhängender oder sich umgekehrt verjüngender Form ausgebildet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein Verfahren zur Ausbildung von Ausnehmungen (1501; 1040) die Schritte Formieren von zumindest einer Ausnehmungen ausbildenden Schicht (1502, 1503; 1041) zur Ausbildung von Ausnehmungen auf dem Substrat, und Entfernen von vorher festgelegten Abschnitten der Schicht zur Ausbildung von Ausnehmungen, entsprechend den Kontaktabschnitten der Deckplatte, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Entfernung der Schicht in dem Verfahren zur Ausbildung von Ausnehmungen durch Ätzen ausgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Ausbildung der Schicht in dem Verfahren zur Ausbildung von Ausnehmungen Schritte zur Ausbildung einer Schicht (1502) mit einer höheren Ätzgeschwindigkeit näher an dem Substrat, und zur Ausbildung einer Schicht (1503) mit einer niedrigeren Ätzgeschwindigkeit weiter entfernt von dem Substrat, aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Kontaktabschnitt (1003c; 1505; 1006b) des Substrats und der Deckplatte wärmeverschmolzen ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Kontaktabschnitt des Substrats (1002) und der Deckplatte (1006) ein wärmeschmelzbares Element (1055) aufweist, wobei das Substrat und die Deckplatte durch Wärmeschmelzen des wärmeschmelzbaren Elements (1055) zusammengefügt sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, und die Deckplatte (1006) auf eine Weise angeordnet ist, daß sich die Ausstoßöffnung (1005) und das entsprechende Ausstoßenergie erzeugende Element (1001) in Gegenüberlage befinden.