DE69926289T2

DE69926289T2 - Flüssigkeitsausstosskopf, Kassette mit solchem Kopf , Flüssigkeitsausstossvorrichtung mit einer solchen Kassette und Verfahren zur Herstellung von Flüssigkeitsausstossköpfen

Info

Publication number: DE69926289T2
Application number: DE69926289T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Kubota; Toshio Kashino; Tomoyuki Hiroki; Teruo Ozaki; Takayuki Ono; Masaru Iketani
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: EP0950524A2; EP0950524A3; US6474780B1; EP0950524B1; DE69926289D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlkopf gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und eine Kopfkassette, die für einen Drucker, einen Videodrucker o.ä., der als Ausgangsterminal eines Kopiergerätes dient, ein Faxgerät, einen Wortprozessor, einen Wirtcomputer o.ä. verwendet wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die mit einem derartigen Tintenstrahlkopf versehen ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahlköpfen. Genauer gesagt betrifft die Erfindung einen Tintenstrahlkopf, der Tinte oder irgendeine andere Flüssigkeit, die zur Aufzeichnung verwendet wird, in der Form von fliegenden Tröpfchen von seinen Abgabeöffnungen abgibt, um eine Aufzeichnung durchzuführen, indem diese Flüssigkeit an einem Aufzeichnungsmedium haften kann.
Eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die eine Aufzeichnung als Flüssigkeitsabgabeaufzeichnungsvorrichtung durchführt, indem sie Tinte von den Öffnungen des Flüssigkeitsabgabekopfes abgibt, ist als ausgezeichnete Auf zeichnungsvorrichtung bekannt, da sie zusätzlich zu einigen anderen Vorteilen eine geringere Geräuschentwicklung besitzt und höhere Aufzeichnungsgeschwindigkeiten ermöglicht. Was die Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren für derartige Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtungen anbetrifft, so sind viele Verfahren vorgeschlagen worden, von denen einige in der Form von Produkten verwirklicht und nach einigen Verbesserungen bereits auf den Markt gebracht worden sind, während sich andere gegenwärtig noch im Untersuchungsstadium in bezug auf den Einsatz in der Praxis befinden.
Ein Beispiel eines Flüssigkeitsabgabekopfes, der für die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung Verwendung findet, ist schematisch in den 1 und 2 dargestellt. 1 ist eine Schnittansicht, die einen Teil des in herkömmlicher Weise hergestellten Flüssigkeitsabgabekopfes zeigt. 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die schematisch den in 1 dargestellten Flüssigkeitsabgabekopf zeigt.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, besitzt der herkömmliche Flüssigkeitsabgabekopf eine Öffnungsplatte 440 mit einer Vielzahl von Abgabeöffnungen 441 zur Abgabe von Tinte, eine Deckplatte 400 zur Ausbildung einer Vielzahl von Flüssigkeitsströmungsbahnen 401, die mit jeder der Abgabeöffnungen 441 in Verbindung stehen, und ein Elementarsubstrat 100 mit einer Vielzahl von elektrothermischen Wandlervorrichtungen (Heizeinrichtungen) 101 darauf, um thermische Energie zur Abgabe von Tinte von den Abgabeöffnungen 441 zu erzeugen. Daher wird der Kopf von der Deckplatte 400 und dem Kopfsubstrat 200, das mit der Vielzahl der elektrothermischen Wandlerelemente 101 und Flüssigkeitsströmungsbahnen 401 versehen ist, gebildet. Dann wird die Öffnungsplatte 400 direkt unter Verwendung eines Klebemittels mit dem Kopfsubstrat 200 verklebt.
Wie vorstehend beschrieben, sind auf der Öffnungsplatte 440 feine Abgabeöffnungen 441 für die Tintenabgabe ausgebildet. Jede der Abgabeöffnungen 441 stellt einen wichtigen Bestandteil eines Flüssigkeitsabgabekopfes dar, von dem das Verhalten des Abgabekopfes stark abhängt. Um die Richtungen, in denen die Flüssigkeitströpfchen von jeder Abgabeöffnung 441 abgegeben werden, zu stabilisieren, ist es bekannt, daß der Umfang einer jeden Abgabeöffnung 441 der Öffnungsplatte 440 in wünschenswerter Weise ein Flüssigkeitsabstoßvermögen (hiernach als Tintenabstoßvermögen oder Tintenabstoßschicht bezeichnet, um die Beschreibung zu vereinfachen) aufweisen sollte, und zwar zumindest auf seiner Außenfläche. Es wurde daher eine Tintenabstoßschicht auf der Oberfläche der Öffnungsplatte ausgebildet, um den Umfang einer jeden Abgabeöffnung mit Tintenabstoßvermögen zu versehen.
Die Außenfläche 440a der Öffnungsplatte, auf der die Tintenabstoßschicht ausgebildet ist, wird jedoch vom Reinigungsblatt zur Durchführung eines Abwischvorganges, der erforderlich ist, um durch die Ausführung eines Wiederherstellprozesses das Tintenabgabevermögen aufrechtzuerhalten, abgerieben. Infolgedessen kann der Fall auf treten, daß die Tintenabstoßschicht in Abhängigkeit von ihrem Material, ihrem Ausbildungsverfahren, dem Material des Blattes o.ä. vom Reinigungsblatt abgekratzt, verschlissen oder beschädigt wird. Es wird dann in einigen Fällen schwierig, das Tintenabstoßvermögen über einen langen Zeitraum in einem guten Zustand zu halten.
Man hat daher die Aufmerksamkeit auf dieses Verschleißproblem der Tintenabstoßschicht gerichtet, und es wurde beispielsweise vorgeschlagen, das Tintenabstoßmaterial in dem Material, mit dem die Öffnungsplatte geformt wird, zu dispergieren, wie dies in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 57-157765 beschrieben ist.
Wenn jedoch ein solches Material mit eingearbeitetem Tintenabstoßmaterial als Material der Öffnungsplatte verwendet wird, tritt ein neues Problem auf, da dann generell das Verbindungsvermögen zwischen der Öffnungsplatte und dem Kopfsubstrat um so geringer wird, je größer das im Material enthaltene Tintenabstoßvermögen ist. Daher wurde bis heute noch kein höchst zuverlässiger Flüssigkeitsabgabekopf geschaffen, der in der Lage ist, das Tintenabstoßvermögen der Öffnungsplatte in einem guten Zustand zu halten und gleichzeitig eine feste Verbindung zwischen der Öffnungsplatte und dem Kopfsubstrat zu besitzen. Mit diesem Problem hat man sich bislang nur befasst, um Verbesserungen hinsichtlich einer noch effektiveren Tintenabstoßschicht zu erzielen.
Die Erfinder haben diese Umstände untersucht und sind zu der Erkenntnis gelangt, daß durch Durchführung einer Oberflächenbehandlung der Öffnungsplatte zumindest auf der Seite ihrer Verbindungsfläche es möglich wird, selbst dann die Öffnungsplatte mit dem Kopfsubstrat in einem guten Zustand zu verbinden, wenn ein Fluorharz mit einem ausgezeichneten Tintenabstoßvermögen oder ein Harz mit darin dispergiertem Tintenabstoßmaterial als Öffnungsplattenmaterial verwendet wird.
Die JP 08 187 863 zeigt eine Öffnung eines Tintenstrahlkopfes gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Öffnung ist aus einem Metallverbundmaterial, das ein Metall und ein Fluorkohlenstoffharz enthält, geformt. Eine metallplattierte Schicht, die immer mit einer Aufzeichnungsflüssigkeit in Kontakt steht, ist aus einem Material geformt, das kein Fluor enthält. Wie man der Figur entnehmen kann, ist die Schicht auch an einem Verbindungsabschnitt zwischen der Öffnung und einer Tintenstrahlaufzeichnungskopfplatte vorhanden. Eine Behandlung der Verbindungsfläche wird in dieser Veröffentlichung nicht beschrieben.
Die EP 0 531 535 zeigt einen Tintenstrahldruckkopf mit einer Düse, bei dem auf der Oberseite der Düse eine Wasserabstoßschicht ausgebildet ist. Diese Veröffentlichung beschreibt ein Verfahren zum Entfernen der Wasserabstoßschicht, um eine Verbindung durchzuführen. Es wird jedoch keine Öffnungsplatte, die aus einem Material mit Tintenabstoßvermögen geformt ist, noch eine Plasmaprozeßbehandlung beschrieben.
Die JP 08169117 zeigt einen eine Tintenausstoßöffnung bildenden Teil, der eine Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen aufweist. Dieser Anwendungsfall betrifft jedoch ein Material für den die Tintenausstoßöffnung bildenden Teil, das in bezug auf Tinte korrosionsfest ist. Eine Oberflächenbehandlung ist hier überhaupt nicht beschrieben.
Die EP 0 648 803 beschreibt ein Verfahren zum Modifizieren der Oberflächen von Formmaterialien aus Fluorharzen. Hierbei werden die Oberflächen durch eine Bestrahlung mit einem UV-Laserstrahl modifiziert.
Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Flüssigkeitsabgabekopf und ein Verfahren zur Herstellung desselben zu schaffen, bei denen die Klebkraft zwischen dem Kopfsubstrat und der Öffnungsplatte gesichert wird und die Tintenabstoßvermögen aufweisende Öffnungsplatte ein gutes Tintenabstoßvermögen über einen langen Zeitraum aufrechterhalten kann.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit einem Tintenstrahlkopf, der die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist, und mit einem Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Daher umfasst ein Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung ein Kopfsubstrat, das mit einer Vielzahl von Tintenbahnen versehen ist, wobei jede der Druckerzeu gungsvorrichtungen für jede dieser Bahnen angeordnet ist, und eine Öffnungsplatte, die mit Tintenabgabeöffnungen versehen ist, welche jeweils mit jeder Tintenbahn in Verbindung stehen, und die mit dem Kopfsubstrat verbunden ist, wobei die Verbindungsflächenseite der Öffnungsplatte zum Substrat durch eine Plasmaprozeßbehandlung geschaffen ist.
Die Öffnungsplatte besteht aus einem Fluor enthaltenden Harz. Bei der Oberflächenbehandlung für das Fluorharz handelt es sich um einen Plasmaprozeß. Das Fluorharz wird auf die Verbindungsfläche des Substrates mit der Öffnungsplatte aufgebracht, wonach die Verbindungsfläche des Substrates der Plasmabehandlung unterzogen wird, wodurch die Öffnungsplatte über die erreichte Selbstbindung mit dem Substrat verbunden wird.
Die Oberflächenschicht des Fluorharzes wird durch die Oberflächenbehandlung modifiziert, um Leitfähigkeit zu erhalten, und ein Metallplattierungsprozeß wird für die leitende Schicht durchgeführt, um diese unter Verwendung eines Bindemittels mit dem Substrat zu verbinden.
Um das vorstehend beschriebene Ziel zu erreichen, umfasst das Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahlköpfen der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte: Herstellen eines Kopfsubstrates, das mit einer Vielzahl von Tintenbahnen und Druckerzeugungselementen, die jeweils für eine Bahn angeordnet sind, versehen ist; Herstellen einer Öffnungsplatte, die mit Tintenabgabeöffnungen versehen ist, welche mit jeder der Tinten bahnen in Verbindung stehen und mit dem Kopfsubstrat verbunden sind; Durchführen der Oberflächenbehandlung auf der Seite der Verbindungsfläche der Öffnungsplatte zum Substrat; und Verbinden der Öffnungsplatte mit dem Kopfsubstrat.
Bei der Öffnungsplatte handelt es sich um ein Fluor enthaltendes Harz. Für das Fluorharz wird ein Plasmaprozeß durchgeführt. Gleichzeitig wird das Fluorharz auf die Verbindungsfläche des Substrates zur Öffnungsplatte aufgebracht, wobei die Plasmabehandlung auch für die Verbindungsfläche des Substrates durchgeführt wird, damit die Öffnungsplatte und das Substrat über die erzielte Selbstbindung miteinander verbunden werden können.
Die Öffnungsplatte besteht aus einem Fluor enthaltenden Harz, und das Fluorharz wird mit einem Ar-Laser bestrahlt. Gleichzeitig wird die Verbindungsfläche des Substrates mit der Öffnungsplatte durch den Ar-Laser bestrahlt, um die Verbindungsfläche der Öffnungsplatte zum Substrat für das Verbinden zu aktivieren.
Die Öffnungsplatte besteht aus einem Fluor enthaltenden Harz, und die Oberflächenschicht des Fluorharzes wird modifiziert, um Leitfähigkeit zu erhalten. Ein Metallplattierungsprozeß wird für die leitende Schicht durchgeführt, um diese unter Verwendung eines Bindemittels mit dem Substrat zu verbinden.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung werden zwei Substanzen über Molekularketten verbunden, die miteinan der diffundieren, wenn das Kopfsubstrat und die Öffnungsplatte miteinander verbunden werden. Dadurch, daß die Öffnungsplatte über die sogenannte Selbstbindung verbunden wird, wird es möglich, die Verbindungskraft bzw. Klebkraft zwischen der Tintenabstoßvermögen aufweisenden Öffnungsplatte und dem Kopfsubstrat selbst dann sicherzustellen, wenn Fluorharz o.ä., das Tintenabstoßvermögen aufweist, beispielsweise als Material der Öffnungsplatte verwendet wird. Ferner wird es durch die Verwendung einer derartigen Öffnungsplatte mit Tintenabstoßvermögen möglich, einen Tintenstrahlkopf zu erhalten, mit dem die Abgaberichtung der von den auf der Öffnungsplatte ausgebildeten Abgabeöffnungen abgegebenen Tinte stabilisiert werden kann und gleichzeitig ein gutes Tintenabstoßvermögen über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann. Da die Öffnungsplatte durch die auf diese Weise sichergestellte Selbstbindung mit dem Kopfsubstrat verbunden bzw. verklebt wird, wird es möglich, den Einfluß zu verringern, der durch die thermische Ausdehnung eines jeden Bauteils des Tintenstrahlkopfes oder Flüssigkeitsabgabekopfes infolge der durch die Abgabeenergieerzeugungselemente erzeugten Wärme, wenn der Flüssigkeitsabgabekopf betrieben wird, ausgeübt werden kann, so daß ein Flüssigkeitsabgabekopf erhalten wird, dessen Abgabeeigenschaften stabilisiert sind.
Es wird bevorzugt, Fluorharz als Material der Öffnungsplatte zu verwenden. Wenn Fluorharz als Material der Öffnungsplatte verwendet wird, wird es möglich, die Öffnungsplatte mit einem Tintenabstoßvermögen auszustat ten, so daß die Abgaberichtung der von den Abgabeöffnungen der Öffnungsplatte abgegebenen Tinte stabilisiert wird.
Auch kann der Tintenstrahlkopf mit einem Elementarsubstrat mit einer Vielzahl von Abgabeenergieerzeugungselementen auf seiner Oberfläche und einer Deckplatte mit einer Vielzahl von Rillen, die jede der Flüssigkeitsströmungsbahnen bilden, wobei die Deckplatte mit der Oberfläche des Elementarsubstrates verbunden ist, versehen sein.
Des weiteren kann eine Vielzahl von beweglichen Elementen vorgesehen sein, die so auf dem Elementarsubstrat angeordnet sind, daß sie jedem der Abgabeenergieerzeugungselemente gegenüberliegen, wobei ein Ende hiervon auf der aufstromseitigen Seite der Bewegungsrichtung der Flüssigkeit in jeder Flüssigkeitsströmungsbahn fixiert ist, während das andere Ende frei ist.
Es wird ferner bevorzugt, ausgenommene Abschnitte auf der Verbindungsfläche des Kopfsubstrates mit der Öffnungsplatte und Extrusionen auf der Öffnungsplatte in einem Zustand, in dem sie in die ausgenommenen Abschnitte eingepasst werden, wenn die Öffnungsplatte mit dem Kopfsubstrat verbunden wird, vorzusehen.
Ferner wird bevorzugt, die ausgenommenen Abschnitte auf der Verbindungsfläche des Kopfsubstrates mit der Öffnungsplatte auszubilden, wobei es mit den in die ausgenommenen Abschnitte, die auf der Öffnungsplatte ausge bildet sind, eingepassten Extrusionen möglich wird, die Öffnungsplatte zu positionieren, indem die ausgenommenen Abschnitte und die Extrusionen eingepasst werden, wenn die Öffnungsplatte mit dem Kopfsubstrat verbunden wird.
Vorzugsweise werden die Extrusionen der Öffnungsplatte und die Abgabeöffnungen durch einen Ätzprozeß unter Verwendung von Röntgenstrahlen hoher Luminanz erzeugt.
Die Kopfkassette der vorliegenden Erfindung umfasst einen Tintenstrahlkopf und einen Flüssigkeitsbehälter, der Flüssigkeit enthält, die dem Tintenstrahlkopf zugeführt wird.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Kopfkassette mit dem vorstehend erwähnten Tintenstrahlkopf versehen ist, ist es möglich, eine besonders zuverlässige Kopfkassette zu erhalten.
Ferner besitzt die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung den vorstehend beschriebenen Tintenstrahlkopf und eine Aufzeichnungsmediumzuführvorrichtung zum Tragen eines Aufzeichnungsmediums, das vom Tintenstrahlkopf abgegebene Tinte empfängt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zu erhalten, die in der Lage ist, über einen langen Zeitraum eine Aufzeichnung in einem guten Zustand durchzuführen, da, wie vorstehend beschrieben, die Vorrichtung mit dem Tintenstrahlkopf versehen ist, dessen Öffnungsplatte ein gutes Tintenabstoßvermögen über einen langen Zeitraum aufrechterhalten kann und gleichzeitig eine gute Verbindungskraft bzw. Klebkraft zwischen der Öffnungsplatte und dem Kopfsubstrat sicherstellt. Die auf diese Weise erhaltene Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung kann eine Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmedium auch bei Temperaturänderungen o.ä. auf stabile Weise durchführen.
Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine Schnittansicht eines in herkömmlicher Weise hergestellten Flüssigkeitsabgabekopfes;
2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die den in 1 dargestellten Flüssigkeitsabgabekopf zeigt;
3 eine Schnittansicht, die den grundlegenden Aufbau des Tintenstrahlkopfes oder Flüssigkeitsabgabekopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine Schnittansicht, die das in 3 gezeigte Elementarsubstrat zeigt;
5 eine Schnittansicht, die die Antriebsvorrichtung im Schnitt in Vertikalrichtung der Hauptvorrichtung, die in den 3 und 4 dargestellt ist, zeigt;
6 eine perspektivische Ansicht, die schematisch jedes der Bauteile des Flüssigkeitsabgabekopfes durch teilweise Demontage des in 3 gezeigten Flüssigkeitsabgabekopfes zeigt;
die Figuren 7A und 7B Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung einer in den 3 und 6 dargestellten Deckplatte zeigen;
8 eine perspektivische Ansicht, die die durch jeden Schritt des in den 7A und 7B dargestellten Herstellverfahrens hergestellte Deckplatte zeigt;
die A, 9B und 9C Ansichten, die das Herstellverfahren der in den 3 und 6 dargestellten Öffnungsplatte zeigen;
die 10A, 10B, 10C und 10D Ansichten, die das Herstellverfahren des in Verbindung mit den 3 und 6 beschriebenen Flüssigkeitsabgabekopfes zeigen;
die 11A, 11B, 11C und 11D Ansichten, die das Herstellverfahren der in den 3 und 6 dargestellten Öffnungsplatte zeigen;
die 12A, 12B, 12C und 12D Ansichten, die das Herstellverfahren des in Verbindung mit den 3 und 6 beschriebenen Flüssigkeitsabgabekopfes zeigen;
die 13A und 13B Ansichten, die das Verfahren zum Verbinden bzw. Verkleben der Öffnungsplatte mit dem in Verbindung mit den in den 3 und 6 beschriebenen Kopfsubstrat zeigen;
die 14A und 14B Ansichten, die die Aufzeichnungskopfeinheit zeigen, auf der eine Vielzahl von Flüssigkeitsabgabeköpfen der 3 montiert sind;
15 eine Ansicht, die die Aufzeichnungskopfeinheit in dem Zustand zeigt, in dem die Öffnungsplatte von der in den 14A und 14B dargestellten Aufzeichnungskopfeinheit entfernt ist, von der Verbindungsseite der Öffnungsplatte her gesehen; und
16 eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zeigt, die als Flüssigkeitsabgabeaufzeichnungsvorrichtung mit dem daran montierten, in den 3 und 6 dargestellten Flüssigkeitsabgabekopf dient.
Es werden nunmehr anhand der beigefügten Zeichnungen die Ausführungsformen in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben.
3 ist eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel des grundlegenden Aufbaues des Tintenstrahlkopfes oder Flüssigkeitsabgabekopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Richtung der Flüssigkeitsströmungsbahn zeigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Flüssigkeitsabgabekopf, wie in 3 gezeigt, ein Elementarsubstrat 1 mit einer Vielzahl von Wärmeerzeugungsvorrichtungen 2 (in 3 ist nur eine hiervon gezeigt), die parallel zueinander angeordnet sind und als Abgabeenergieerzeugungselemente zur Aufbringung von thermischer Energie auf die Flüssigkeit zur Erzeugung von Blasen dienen, eine mit dem Elementarsubstrat 1 verbundene bzw. verklebte Deckplatte 3 und eine mit dem Vorderende des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 verbundene bzw. verklebte Öffnungsplatte 4.
Wie später beschrieben, ist das Elementarsubstrat 1 so geformt, daß auf einem Siliciumsubstrat o.ä. ein Siliciumoxidfilm oder Siliciumnitridfilm zu Isolationszwecken und Wärmeansammlungszwecken geformt und auf diesem Film eine elektrische Widerstandsschicht und eine Verdrahtung gemustert sind, um jede der Wärmeerzeugungsvorrichtungen 2 auszubilden. Wenn Spannung über die Verdrahtung an diese elektrische Widerstandsschicht gelegt wird, erzeugt die Wärmeerzeugungsvorrichtung 2 mit dem auf diese Weise auf der elektrischen Widerstandsschicht fließenden elektrischen Strom Wärme. Ferner ist auf der Verdrahtung und der elektrischen Widerstandsschicht ein Schutzfilm ausgebildet, um diese gegenüber Tinte zu schützen. Auf dem Schutzfilm ist ein Kavitationsschutzfilm ausgebildet, um den Schutzfilm gegenüber einer durch das Entschäumen der Tinte verursachten Kavitation zu schützen.
Die Deckplatte 3 ist diejenige Platte, die eine Vielzahl von Flüssigkeitsströmungsbahnen 7 entsprechend einer jeden Wärmeerzeugungsvorrichtung 2 und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 8, von der Flüssigkeit jeder Flüssigkeitsströmungsbahn 7 zugeführt wird, bildet. Jede der Strömungsbahnwände 9, die sich vom Deckenabschnitt zwischen jeder der Wärmeerzeugungsvorrichtungen 2 aus erstrecken, ist einstückig ausgebildet. Die Deckplatte 3 besteht aus Siliciummaterial, und die Muster der Flüssigkeitsströmungsbahnen 7 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8 können durch Ätzen ausgebildet sein oder der Abschnitt der Flüssigkeitsströmungsbahnen 7 kann durch Ätzen ausgebildet werden, nachdem das Siliciumnitrid oder Siliciumoxid durch CVD oder irgendein anderes bekanntes Filmerzeugungsverfahren als Material, das jede der Strömungsbahnwände 9 bildet, abgeschieden worden ist.
Auf der Öffnungsplatte 4 ist eine Vielzahl von Abgabeöffnungen 5 ausgebildet, die mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8 über jede der Strömungsbahnen 7 in Verbindung stehen. Als Material für die Öffnungsplatte 4 findet Fluorharz Verwendung. Mit dem für die Öffnungsplatte 4 verwendeten Fluorharzmaterial erhält die Öffnungsplatte 4 ein Tintenabstoßvermögen, und durch dieses Tintenabstoßvermögen wird die Abgaberichtung der Tinte, wenn diese von jeder Tintenabgabeöffnung 5 abgegeben wird, stabilisiert.
Wenn das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 miteinander verbunden bzw. verklebt werden, wird das Kopfsubstrat mit einer Vielzahl von Wärmeerzeugungsvorrichtungen 2 und Flüssigkeitsströmungsbahnen 7 versehen. Dann wird die Fluorharz-Öffnungsplatte mit dem Vor derende des Kopfsubstrates direkt oder über eine metallplattierte Schicht, wie später beschrieben, verbunden bzw. verklebt.
Bei dem Flüssigkeitsabgabekopf sind bewegliche Elemente 6 in einer freikragenden Form so angeordnet, daß sie jeder der Wärmeerzeugungsvorrichtungen 2 gegenüberliegen und die ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen 7a und die zweiten Flüssigkeitsströmungsbahnen 7b, die jeweils mit den Wärmeerzeugungsvorrichtungen 2 versehen sind, voneinander trennen. Bei dem beweglichen Element 6 handelt es sich um einen aus Siliciummaterialien, wie Siliciumnitrid oder Siliciumoxid, gebildeten Dünnfilm.
Das bewegliche Element besitzt einen Drehpunkt 6a auf der auf stromseitigen Seite einer großen Strömung, die sich infolge des Flüssigkeitsabgabevorganges von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8 zur Seite der Abgabeöffnung durch das bewegliche Element 6 erstreckt. Das bewegliche Element ist in einer Position angeordnet, in der es der Wärmeerzeugungsvorrichtung 2 gegenüberliegt, um die Wärmeerzeugungsvorrichtung 2 mit einem speziellen Spalt zu überdecken, damit das freie Ende 6b auf der abstromseitigen Seite in bezug auf den Drehpunkt 6a angeordnet sein kann. Dieser Spalt zwischen jeder Wärmeerzeugungsvorrichtung 2 und jedem beweglichen Element 6 wird zum Blasenerzeugungsbereich 10.
Wenn bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion die Wärmeerzeugungsvorrichtung 2 erregt wird, wirkt Wärme auf die Flüssigkeit ein, die sich im Blasenerzeugungsbe reich 10 zwischen dem beweglichen Element 6 und der Wärmeerzeugungsvorrichtung 2 befindet. Durch das Filmsiedephänomen wird eine Blase erzeugt und auf der Wärmeerzeugungsvorrichtung 2 entwickelt. Der mit der Entwicklung dieser Blase ausgeübte Druck wirkt zuerst auf das bewegliche Element 6 ein, und, wie durch die gestrichelte Linie in 3 gezeigt, wird das bewegliche Element 6 so verschoben, daß es sich unter Zentrierung am Drehpunkt 6a stark zur Seite der Abgabeöffnung 5 hin verschiebt. Mit dieser Verschiebung des beweglichen Elementes 6 oder durch den verschobenen Zustand desselben wird die Fortpflanzung des durch die Erzeugung der Blase oder die Entwicklung der Blase selbst ausgeübten Drucks zur Seite der Abgabeöffnung 5 hin gerichtet, so daß die Flüssigkeit von der Abgabeöffnung 5 abgegeben wird.
Mit anderen Worten, mit der Anordnung des beweglichen Elementes 6, das den Drehpunkt 6a auf der aufstromseitigen Seite (der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8) und das freie Ende 6b auf der abstromseitigen Seite (der Seite der Abgabeöffnung 5) in der Strömung der Flüssigkeit in der Flüssigkeitsströmungsbahn 7 besitzt, wird die Fortpflanzungsrichtung des durch die Blase ausgeübten Drucks zur abstromseitigen Seite hin gelenkt, so daß der Druck der Blase direkt in wirksamer Weise zur Abgabe der Flüssigkeit beitragen kann. Die Entwicklungsrichtung der Blase selbst wird ebenfalls wie die Fortpflanzungsrichtung des Drucks zur abstromseitigen Seite hin gelenkt, so daß sich die Blase stärker auf der abstromseitigen Seite als auf der aufstromseitigen Seite entwickeln kann. Auf diese Weise wird auch die Ent wicklungsrichtung der Blase selbst durch die Anordnung des beweglichen Elementes und somit die Fortpflanzungsrichtung des von der Blase ausgeübten Drucks gesteuert. Mit dieser Anordnung wird es möglich, die grundlegenden Abgabeeigenschaften, wie die Abgabeeffizienz und das Abgabevermögen, zu verbessern.
Wenn andererseits der Prozeß des Verschwindens der Blase beginnt, findet ein rasches Verschwinden der Blasen zusammen mit einem durch die Elastizität des beweglichen Elementes 6 erzeugten Mehrfacheffekt statt. Schließlich kehrt das bewegliche Element in seine mit einer durchgezogenen Linie in 3 gezeigte Ausgangsposition zurück. Um das Volumen der abgegebenen Flüssigkeit zu kompensieren, kann Flüssigkeit von der aufstromseitigen Seite her, d.h. der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8 her, einströmen, um die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsströmungsbahn 7 wieder aufzufüllen. Dieses Wiederauffüllen mit Flüssigkeit wird zusammen mit dem Rückkehrvorgang des beweglichen Elementes 6 auf effiziente, vernünftige und stabile Weise durchgeführt.
4 ist eine Schnittansicht, die das in 3 dargestellte Elementarsubstrat 1 zeigt. Wie in 4 gezeigt, sind am Elementarsubstrat 1 auf der Oberfläche des Siliciumsubstrates 11 ein thermischer Oxidationsfilm 12, der als Wärmeansammlungsschicht dient, und ein Zwischenschichtfilm 13, der ebenfalls als Wärmeansammlungsschicht dient, in dieser Reihenfolge vorgesehen. Als Wärmeansammlungsschicht 12 findet ein SiO₂-Film oder Si₃N₄-Film Verwendung. Auf der Oberfläche des Zwischenschichtfilmes 13 ist eine Widerstandsschicht 14 teilweise ausgebildet. Auf der Oberfläche der Widerstandsschicht 14 befindet sich teilweise eine Verdrahtung 15. Als Verdrahtung 15 findet Al oder Al-Si, Al-Cu oder irgendeine Al-Legierung Verwendung. Auf der Oberfläche der Verdrahtung 15, der Widerstandsschicht 14 und der Zwischenschicht 13 ist der Schutzfilm 16 ausgebildet, der aus einem SiO₂-Film oder Si₃N₄-Film besteht. Auf dem Oberflächenabschnitt des Schutzfilmes 16, der der Widerstandsschicht 14 entspricht, und dem Umfang dieses Abschnittes ist ein Kavitationsschutzfilm 17 ausgebildet, um den Schutzfilm 16 gegenüber chemischen und physikalischen Schockbelastungen zu schützen, die der Wärmeerzeugung der Widerstandsschicht 14 folgen. Der Bereich auf der Oberfläche der Widerstandsschicht 14, in dem die Verdrahtung 15 nicht ausgebildet ist, ist der Wärmeaktivierungsabschnitt 18. Man lässt die Wärme der Widerstandsschicht 14 auf diesen Bereich einwirken.
Jeder der Filme auf dem Elementarsubstrat 1 wird nacheinander auf der Oberfläche des Siliciumsubstrates 11 durch die Anwendung von Halbleiterherstelltechnologien und -techniken ausgebildet, und der Wärmeerzeugungsaktivierungsabschnitt 18 wird auf dem Siliciumsubstrat 11 vorgesehen.
5 ist eine Schnittansicht, die die Antriebsvorrichtung im Schnitt in Vertikalrichtung der Hauptvorrichtung, die in den 3 und 4 dargestellt ist, zeigt.
Wie in 5 gezeigt, sind auf der Oberfläche des Siliciumsubstrates 11, bei dem es sich um den P-Leiter handelt, der N-Wellbereich 22 und der p-Wellbereich 23 teilweise vorgesehen. Dann wird unter Anwendung des generellen MOS-Prozesses die Verunreinigungsinstallation, wie Ionenimplantation und deren Diffusion, durchgeführt, um den P-MOS 38 auf dem N-Wellbereich 22 und den N-MOS 39 auf dem P-Wellbereich 23 auszubilden. Der P-MOS 38 umfaßt u.a. den Sourcebereich 25, in dem die Verunreinigung vom N-Typ oder P-Typ teilweise auf der Oberflächenschicht des N-Wellbereiches 22 implantiert ist, und den Drainbereich 26 sowie ferner die Gate-Verdrahtung 35, die durch den Gate-Isolationsfilm 28 in einer Dicke von einigen Å auf der Oberfläche des N-Wellbereiches 22 neben dem Sourcebereich 25 und dem Drainbereich 26 abgeschieden ist. Der N-MOS 39 umfaßt u.a. den Sourcebereich 25, in dem die Verunreinigung vom N-Typ oder P-Typ teilweise auf der Oberflächenschicht des P-Wellbereiches 23 implantiert ist, und den Drainbereich 26 sowie ferner die Gate-Verdrahtung 35, die durch den Gate-Isolationsfilm 28 in einer Dicke von einigen Å auf der Oberfläche des N-Wellbereiches 22 neben dem Sourcebereich 25 und dem Drainbereich 26 abgeschieden ist. Die Gate-Verdrahtung 35 ist aus Polysilicium gebildet, das über das CVD-Verfahren in einer Dicke von 4.000 Å bis 5.000 Å abgeschieden ist. Dann wird die C-MOS-Logik über diese P-MOS 38 und N-MOS 39 strukturiert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der N-MOS-Transistor 30 für den Abschnitt des P-Wellbereiches 22 vorgesehen, um die elektrothermischen Wandlerelemente anzu treiben. Der Transistor ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Es kann jegliche Art von Transistor Anwendung finden, wenn dieser nur in der Lage ist, eine Vielzahl von elektrothermischen Wandlerelementen individuell anzutreiben, und es dieser Transistor möglich macht, die Struktur so fein auszubilden, wie vorstehend beschrieben.
Zwischen jeder dieser Vorrichtungen, wie beispielsweise zwischen dem P-MOS 38 und dem N-MOS 39 oder dem N-MOS 39 und dem MOS-Transistor 30 ist ein Trennbereich 24 in der Form eines oxidierten Filmes in einer Dicke von 5.000 Å bis 10.000 Å durch Anwendung eines Feldoxidationsverfahrens ausgebildet. Über diesen Oxidationsfilm-Trennbereich 24 wird jede der Vorrichtungen voneinander getrennt. Der Abschnitt, der dem Wärmeaktivierungsabschnitt 18 entspricht, dient als Wärmeansammlungsschicht 34 auf der ersten Schicht, von der Oberflächenseite des Siliciumsubstrates 11 aus gesehen.
Auf der Oberfläche einer jeden Vorrichtung P-MOS 38, N-MOS 39 und dem N-MOS-Transistor 30 wird der Zwischenschichtisolationsfilm 36 über das CVD-Verfahren mit dem PSG-Film oder BPSG-Film in einer Dicke von 7.000 Å ausgebildet. Nach Glättung des Zwischenschichtisolationsfilmes durch Anwendung einer Wärmebehandlung wird die Verdrahtung unter Verwendung der Al-Elektroden 27 realisiert, die als erste Verdrahtungsschicht dient, und zwar durch das Kontaktloch, das den Zwischenschichtisolationsfilm 36 und den Gate-Isolationsfilm 38 durchdringt. Auf der Oberfläche des Zwischenschichtisolationsfilmes 36 und der Al-Elektroden 37 wird der Zwischenschichtisolationsfilm 38 durch das Plasma-CVD-Verfahren mit einem SiO₂-Film in einer Dicke von 10.000 Å bis 15.000 Å ausgebildet. Auf dem Abschnitt der Oberfläche des Zwischenschichtisolationsfilmes 38, der dem Wärmeaktivierungsabschnitt 18 und dem N-MOS-Transistor 30 entspricht, wird die Widerstandsschicht 14 über ein DS-Sputterverfahren mit einem TaN_0,8,hex-Film in einer Dicke von etwa 1.000 Å ausgebildet. Die Widerstandsschicht 14 wird in der Nachbarschaft des Drain-Bereiches 31 über das Durchgangsloch, das auf dem Zwischenschichtisolationsfilm 38 ausgebildet ist, elektrisch an die Al-Elektroden 37 angeschlossen. Auf der Oberfläche der Widerstandsschicht 14 wird die Al-Verdrahtung 15 ausgebildet, die als zweite Verdrahtungsschicht dient und die Verdrahtung für jedes der elektrothermischen Wandlerelemente bildet.
Der Schutzfilm 16, der auf der Oberfläche der Verdrahtung 15, der Widerstandsschicht 14 und dem Zwischenisolationsfilm 38 ausgebildet wird, ist ein Si₃-N₄-Film, der über das Plasma-CVD-Verfahren in einer Dicke von 10.000 Å geformt wird. Der Kavitationsschutzfilm 17 auf der Oberfläche des Schutzfilmes 16 wird mit einem Ta-Film o.ä. in einer Dicke von etwa 1.500 Å ausgebildet.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch jeden der Bauteile des Flüssigkeitsabgabekopfes durch teilweises Demontieren des in 3 gezeigten Flüssigkeitsabgabekopfes zeigt. Auf der Oberfläche der Deckplatte 3 auf der Seite des Elementarsubstrates 1 sind die Strömungsbahnseitenwände 9 ausgebildet, wie in
3 gezeigt, und ist der SiN-Film 44 ausgebildet, um eine Vielzahl der ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen 7a vorzusehen. Auf der Oberfläche der Deckplatte 3 gegenüber der Seite des Elementarsubstrates 1 ist der SiO2-Film 43 ausgebildet. Ferner ist auf der Oberfläche des Elementarsubstrates 1 eine Vielzahl der Wärmeerzeugungsvorrichtungen 2 parallel zueinander entsprechend einer jeden der Vielzahl der ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen 7a angeordnet. Auf der Öffnungsplatte 4 sind die Abgabeöffnungen 5 in einer Linie angeordnet, die jeder der Vielzahl der ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen 7a entspricht. In 6 sind die beweglichen Elemente 6 und die zweiten Flüssigkeitsströmungsbahnen 7b, die in 3 gezeigt sind, weggelassen.
Die 7A und 7B sind Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung der in den 3 und 6 dargestellten Deckplatte 3 zeigen. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die die durch jeden der Schritte des in den 7A und 7B gezeigten Herstellverfahrens hergestellte Deckplatte 3 zeigt.
Als erstes wird auf einer Oberfläche des in 7A gezeigten Siliciumwafers 41 der SiO₂-Film 42 ausgebildet, während auf der anderen Oberfläche des Siliciumwafers 41 der SiO₂-Film 43 in einer Dicke von etwa 1 μm durch thermische Oxidation ausgebildet wird. Dann wird auf der Oberfläche des SiO₂-Filmes 42 der Abschnitt gemustert, der der in 3 gezeigten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8 entspricht, und zwar durch Fotolithografie oder irgendein anderes bekanntes Verfahren. Des weiteren wird hierauf der SiN-Film 44 in einer Dicke von etwa 20 μm durch das Mikrowellenplasma-CVD-Verfahren geformt, der zu den Strömungsbahnwänden 9 gemäß 3 wird. Die für die Ausbildung des SiN-Filmes 44 durch das Mikrowellenplasma-CVD-Verfahren verwendeten Gase sind Monosilan (SiH₄), Stickstoff (N₂) und Argon (Ar). Als Kombination von Gasen ist es jedoch auch möglich, Disilan (Si₂H₆), Ammoniak (NH₃) o.ä. oder ein Mischgas zu verwenden. Der SiN-Film 44 wird im Vakuum mit einem Druck von 5 mTorr und einer Mikrowellenenergie von 1,5 kW mit einer Frequenz von 2,45 GHz ausgebildet. Die Gase werden mit einem Durchsatz von 100 sccm für Monosilan, 100 sccm für Stickstoff und 40 sccm für Argon zugeführt. Auch kann es möglich sein, den SiN-Film 44 unter Anwendung eines Mikrowellenplasma-CVD-Verfahrens zu formen, dessen Gaszusammensetzungsverhältnis anders ist als vorstehend beschrieben, oder eines CVD-Verfahrens, das mit Hochfrequenzenergie arbeitet.
Um den Abschnitt des SiN-Filmes 44, der den in 3 gezeigten ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen 7a entspricht, zu entfernen, wird der SiN-Film 44 mit Hilfe eines bekannten Verfahrens, wie beispielsweise der Fotolithografie, gemustert.
Hiernach wird unter Verwendung einer Ätzvorrichtung, die ein dielektrisches Kopplungsplasma verwendet, ein Ätzvorgang durchgeführt, um den Abschnitt zu entfernen, der den ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen 7a in der Form von Rillen entspricht, wie in 7B gezeigt. Auf diese Weise wird eine Grabenstruktur auf dem SiN-Film 44 ausgebildet. Dann wird ein Teil des Abschnittes, in dem die gemeinsame Flüssigkeitskammer 8 auf dem Siliciumwafer 41 geformt wird, durch Ätzen entfernt, wobei TMAH (Texamethylammoniumhydrid) Verwendung findet, um zu bewirken, daß dieser Abschnitt des Siliciumwafers penetriert wird. Auf diese Weise wird die Deckplatte 3 hergestellt, wie in 8 gezeigt.
Die 9A bis 9C sind Ansichten, die das Verfahren zum Herstellen der in den 3 und 6 dargestellten Öffnungsplatte 4 zeigen. Die Öffnungsplatte 4 wird durch die in den 9A bis 9C dargestellten Verfahrensschritte hergestellt.
Als erstes wird eine Fluorharzplatte 51 in einer Dicke von 100 μm hergestellt, wie in 9A gezeigt. Dann werden, wie in 9B gezeigt, die Strahlen eines Synchrotrons 54a als Röntgenstrahlen mit hoher Luminanz auf die Oberfläche der Fluorharzplatte 51 durch eine Maske 53 gerichtet, die vorher gemustert worden ist, um Extrusionen 52 mit einer jeweiligen Höhe von 50 μm auf der Oberfläche der Fluorharzplatte 51 auszubilden.
Dann werden, wie in 9C gezeigt, die Strahlen des Synchrotrons 54b auf die Oberfläche der Fluorharzplatte 51 durch eine Maske 55 gerichtet, die Öffnungen auf den den Abgabeöffnungen 5 entsprechenden Abschnitten aufweist, um die konischen Abgabeöffnungen 5 auszubilden. Die Strahlen der Synchrotrons 54a und 54b werden entlang den optischen Achsen der auf dem Synchrotron angesammelten Elektronen geleitet. Um jede Abgabeöffnung 5 konisch auszubilden, werden nur die Umfangsabschnitte der Öffnungen der Maske 55 dünner als die Dicke des Lichtabschirmabschnittes der Maske 55, mit Ausnahme dieser Umfangsabschnitte, ausgebildet. Des weiteren findet eine Kupferplatte für die hier verwendeten Masken 53 und 55 Anwendung, wobei jedoch die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Es ist ausreichend, wenn die Platte in der Lage ist, die vom Synchrotron abgegebenen Strahlen abzuschirmen.
Wie vorstehend beschrieben, werden mit dem Ätzverfahren unter Verwendung der vom Synchrotron abgegebenen Strahlen die Extrusionen 52 und Abgabeöffnungen 5 auf der Öffnungsplatte 4 ausgebildet, während die Masken 53 und 55 durch einen fotolithografischen Prozeß zum Gebrauch der vom Synchrotron abgegebenen Strahlen hergestellt werden. Daher werden die Extrusionen 52 und die Abgabeöffnungen 5 mit hoher Genauigkeit und hoher Dichte ausgebildet. Da die vom Synchrotron abgegebenen Strahlen für die Ausbildung der Abgabeöffnungen 5 verwendet werden, wird es möglich, letztere mit einem exakten Längenverhältnis herzustellen. Daher ist ein besonders genaues Verfahren mit hoher Dichte für das Material möglich, dessen Dicke für eine einfachere Handhabung groß genug ist, was einen beträchtlichen Vorteil darstellt.
Die Extrusionen 52 und die Abgabeöffnungen 5 werden auf der Öffnungsplatte ausgebildet, bevor diese mit dem Vorderende des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 verbunden bzw. verklebt wird. Es gibt daher keine Möglichkeit, daß Staubpartikel in das Innere der Düsen des Flüssigkeitsabgabekopfes eindringen können, wie dies bei dem herkömmlichen Flüssigkeitsabgabekopf der Fall ist, bei dem die Abgabeöffnungen geformt werden, nachdem die Öffnungsplatte mit dem Vorderende des Elementarsubstrates und der Deckplatte verklebt worden ist.
Die 10A bis 10D sind Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung des in den 3 und 6 dargestellten Flüssigkeitsabgabekopfes zeigen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Flüssigkeitsabgabekopf durch die in den 10A bis 10D gezeigten Verfahrens-schritte hergestellt. Die 10A und 10B sind Schnittansichten in einer Richtung senkrecht zur Strö-mungsbahnrichtung der Flüssigkeitsströmungsbahn 7 gemäß 3. Die 10C und 10D sind Schnittansichten in Strömungsbahnrichtung der Flüssigkeitsströmungsbahn 7.
Als erstes wird gemäß 10A durch Lithografie eine Musterung auf dem Abschnitt des Siliciums auf der Oberfläche des Elementarsubstrates 1 auf der Seite der Wärmeerzeugungsvorrichtung 2, die mit der Deckplatte 3 verbunden ist, durchgeführt.
Dann wird, wie in den 10B und 10C gezeigt, das Ar-Gas o.ä. auf die Verbindungsfläche des Elementarsubstrates 1 mit der Deckplatte 3 und die Verbindungsfläche der Deckplatte 3 mit dem Elementarsubstrat 1 gestrahlt, um diese Verbindungsflächen zu aktivieren. Hiernach werden unter Verwendung einer Kaltverbindungsvorrichtung diese Verbindungsflächen des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 bei Raumtemperatur miteinander verbunden. Auf diese Weise wird ein Kopfsubstrat mit einer Vielzahl von darauf angeordneten Wärmeerzeugungsvorrichtungen der Flüssigkeitsströmungsbahnen 7 hergestellt.
Die hier verwendete Kaltverbindungsvorrichtung umfaßt zwei Kammern, nämlich eine Vorbereitungskammer und eine Druckkammer, wobei das Ausmaß des angelegten Unterdrucks 1 bis 10 Pa für jede Kammer beträgt. In der Vorbereitungskammer der Kaltverbindungsvorrichtung werden die Verbindungsflächen des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 positioniert. Hierbei werden die ausgerichteten Positionen des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 durch Bildbearbeitung in Übereinstimmung miteinander gebracht. Hiernach werden das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 zur Druckkammer geführt, während sie in den ausgerichteten Positionen gehalten werden. In der Druckkammer werden die Verbindungsflächen des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 mit Hilfe eines Hochgeschwindigkeitsatomstrahles vom Sattelfeldtyp mit Energiepartikeln bestrahlt. Nach der Aktivierung der Verbindungsflächen des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 durch die Bestrahlung mit den Energiepartikeln werden das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 miteinander verbunden. Hierbei werden das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 auf eine Temperatur von 200°C oder weniger erhitzt oder unter Druck gesetzt, um die Verbindungsabschnitte des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 zu verstärken.
Als Verfahren zum Verbinden des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 wird jede Verbindungsfläche vor dem Verbinden der Flächen aktiviert. Anstelle eines derartigen Verfahrens kann es auch möglich sein, das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 über ein Epoxidharz oder Wasserglas, das als Bindemittel wirkt, zu verbinden.
Dann wird gemäß 10D die Öffnungsplatte 4 mit dem Vorderende des Kopfsubstrates verbunden, das durch das Verbinden des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 geformt wurde. Bevor die Öffnungsplatte 4 verbunden wird, werden die ausgenommenen Abschnitte (nicht gezeigt), die mit den Extrusionen 52 der Öffnungsplatte 4 übereinstimmen, welche in Verbindung mit den 9A bis 9C beschrieben wurden, am Vorderende des Kopfsubstrates ausgebildet. Dabei werden die Extrusionen 52 in diese Ausnehmungen gepasst, um die Öffnungsplatte 4 zu positionieren. Beispielsweise kann es möglich sein, Scheinflüssigkeitsströmungsbahnen, die sich von den Flüssigkeitsströmungsbahnen für den tatsächlichen Einsatz für die Flüssigkeitsabgabe unterscheiden, als solche ausgenommenen Abschnitte zur Einpassung der Extrusionen 52 zu formen. Auf diese Weise wird es möglich, die Öffnungsplatte 4 und das Kopfsubstrat unter Verwendung einer einfachen Vorrichtung ohne die Verwendung einer komplizierten Flüssigkeitsabgabeaufzeichnungsvorrichtung für die Bildverarbeitung o.ä. zu positionieren, wenn nur die ausgenommenen Abschnitte, die auf der Verbindungsfläche des Kopfsubstrates, das das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 umfaßt, ausgebildet sind, so daß sie der Öffnungsplatte 4 gegenüber liegen, mit den Extrusionen 52 der Öffnungsplatte 4 zusammengepaßt werden, um diese zu positionieren.
Wenn die Öffnungsseite 4 mit dem Vorderende des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 verbunden wird, wird ein Wasserüberzug, der ein Fluorharz enthält, auf das Vorderende des Elementarsubstrates 1 und die Deckplatte 3 aufgebracht. Hiernach wird das Vorderende einer Plasmabehandlung unterzogen. Dann wird das auf diese Weise behandelte Vorderende in eine Wasserlösung von Methacrylsäure (MAA), Acrylsäure (AA) und Methacrylsäure-2-(dimethylamino)ethyl (DMAEMA)-Monomer bei einer Temperatur von 60°C eingetaucht, und das Vorderende wird mit UV-Strahlen beaufschlagt, um auf diese Weise die Oberflächenbehandlung bei 1a und 3a in 10D durchzuführen. Erfindungsgemäß wird der Wasserüberzug, der das Fluorharz enthält, auf das Vorderende des Elementarsubstrates 1 und die Deckplatte 3 aufgebracht. Anstelle der Aufbringung eines Wasserüberzuges, der Fluorharz enthält, kann es jedoch auch möglich sein, das Fluorharz auf das Vorderende des Elementarsubstrates 1 und die Deckplatte 3 zu übertragen.
Die Oberfläche der Öffnungsplatte, die mit dem Vorderende des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 verbunden ist, wird ebenfalls der Plasmabehandlung unterzogen. Dann wird sie in die Monomerwasserlösung eingetaucht, und gleichzeitig wird die Verbindungsfläche hiervon mit den UV-Strahlen beaufschlagt, um die Oberflächenbehandlung bei 4a in 10D auszuführen.
Wie in 10D gezeigt, werden hiernach das durch Verbinden des Elementarsubstrates 1 mit der Deckplatte 3 gebildete Kopfsubstrat und die Öffnungsplatte 4 auf eine Temperatur von 150°C erhitzt, wonach die Öffnungsplatte 4 mit dem Vorderende des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 unter Druck verbunden wird. In diesem Fall werden bei dem Verfahren zum Verbinden der Öffnungsplatte 4 die Selbstbindungseigenschaften ausgenutzt, ohne irgendein Bindemittel zu verwenden. Diese Selbstbindungseigenschaften bedeuten, daß die Molekularketten der beiden Substanzen ineinander diffundieren, um sich miteinander zu verbinden, wobei eine feste Bindung an jedem dieser verbindenden Abschnitte ausgebildet wird, um eine Trennung der einmal miteinander verbundenen beiden Substanzen zu verhindern. "Selbstbindung" bedeutet, daß zwei polymere Materialien über die Macro-Brown'sche Bewegung und die Diffusion der Polymermoleküle zwischen den beiden polymeren Materialien miteinander verbunden werden. Daher sind der Wasserüberzug, der das Fluorharz enthält und auf das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 aufgebracht wird, und die Verbindungsfläche der Öffnungsplatte 4 harzfeucht. Dann wird jede der pfropfpolymerisierten Verbindungsflächen erhitzt und unter Druck miteinander verbunden, um sie in ausreichender Weise in Kontakt zu halten. Auf diese Weise werden das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 sowie die aus Fluorharz gebildete Öffnungsplatte 4 fest miteinander verbunden.
Selbst wenn, wie vorstehend beschrieben, ein Fluorharz mit Tintenabstoßvermögen als Material der Öffnungsplatte 4 verwendet wird, ist es möglich, die Öffnungsplatte 4 aus sich selbst heraus in zuverlässiger Weise mit dem Umfangsabschnitt der Flüssigkeitsströmungsbahnen am Vorderende des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 zu verbinden, so daß eine ausreichende Verbindungsfestigkeit der Öffnungsplatte 4 erzielt wird.
Als anderes Verfahren zum Verbinden der Öffnungsplatte 4 mit dem Vorderende des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 kann es möglich sein, ein Oberflächenaktivverbindungsverfahren (SAB) einzusetzen, das die Selbstbindung des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 an der Öffnungsplatte 4 ausnutzt, wie vorstehend beschrieben.
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Kaltverbindungsvorrichtung werden das Vorderende des Elementarsubstrates 1 und die Deckplatte 3 in einem Vakuum relativ zur Verbindungsfläche der Öffnungsplatte 4 ausgerichtet. Hiernach werden beide Verbindungsflächen mit Ar-Partikeln vom Ar-Laser bestrahlt, um jede Verbindungsfläche zu aktivieren. Nach Durchführung der Oberflächenbehandlungen bei 1a, 3a und 4a gemäß 10D werden beide miteinander verbunden. In diesem Fall ist eine Verbindung ohne die Aufbringung des Fluorharzüberzuges auf das Vorderende des Elementarsubstrates 1 und die Deckplatte 3 möglich. Diesbezüglich kann eine Oberflächenaktivverbindung durch die Bestrahlung mit Hochgeschwindigkeitsatomstrahlen aus Argon (Ar) oder die Bestrahlung mit Wasserstoff- oder Sauerstoffradikalstrahlen durchgeführt werden. Auch eine Bestrahlung mit neutralisierten Strahlen als Ionenstrahlbehandlung ist möglich. Dies deswegen, weil die IC-Vorrichtungen, die in die Heizplatte eingearbeitet sind, vor einer Zerstörung geschützt werden sollten.
(Andere Ausführungsformen)
Die 11A bis 11D zeigen das Verfahren zur Herstellung der in den 3 und 6 dargestellten Öffnungsplatte 4. Die Öffnungsplatte wird über die in den 11A bis 11D dargestellten Verfahrensschritte hergestellt.
Als erstes wird gemäß 11A die Fluorharzplatte 51 mit einer Dicke von 30 μm als Plattenelement mit Tintenabstoßvermögen hergestellt. Dann wird die Oberfläche der Fluorharzplatte 51 in das Gemisch aus der Natriumhydroxidwasserlösung und der Ammoniakwasserlösung eingetaucht, um die Fluoratome auf der Oberflächenschicht der Fluorharzplatte 51 durch die Natronatome, Sauerstoffatome o.ä. zu ersetzen. Auf diese Weise wird die Oberflächenschicht der Fluorharzplatte 51 als leitende Schicht ausgebildet. Mit diesem Reformierprozeß wird die Oberflächenschicht der Fluorharzplatte 51 leitfähig gemacht.
Dann wird gemäß 11B die leitende Schicht der Fluorharzplatte 51 zur Kathode gemacht. Unter Verwendung eines Ni-Plattierungsbades, das Nickelsulfat, Nickelchlorid und Borsäure enthält, wird die elektrische Ni-Plattierung bei einer Temperatur von 50°C durchgeführt, wobei die Kathode eine Stromdichte von 50/cm² besitzt. Mit diesem Plattierungsverfahren wird die Metallplattierungsschicht 52 auf der Oberfläche der Fluorharzplatte 51 ausgebildet. Die Metallplattierungsschicht 52 muß nicht mit Hilfe des Plattierungsbades ausgebildet werden, sondern es kann möglich sein, diese Schicht mit einem Metall auszubilden, das aus verschiedenen Arten von Metallsalzen, wie einem Monosalz, Doppelsalz, Komplexsalz, extrahiert ist. Bei dem Metall, das die Metallplattierungsschicht 5 bildet, handelt es sich um ein Einzelmetall, wie Ni, Au, Pd, Pt, Cr, Cu, Ag, Zn, oder um eine Legierung aus Cu-Zn, Sn-Co, Ni-Fe, Ni-Cr, Ni-Pd, Ni-Co, Zn-Ni u.a. Ein Material, das irgendeine andere elektrische Plattierung möglich macht, kann ebenfalls für die Metallplattierungsschicht 52 Verwendung finden.
Dann wird, wie in 11C gezeigt, die Metallplattierungsschicht 52 über einen fotolithografischen Prozeß und einen Ätzprozeß gemustert, um die speziellen Abschnitte zu entfernen und auf diese Weise das Verstärkungselement 57 und die Extrusionen 58 auf der Oberfläche der Fluorharzplatte 51 auszubilden. Das Verstärkungselement 57 und die Extrusionen 58 werden jeweils vom restlichen Abschnitt der Metallplattierungsschicht 52 auf der Fluorharzplatte 51 gebildet.
Dann werden gemäß 11D die Strahlen des Synchrotrons 54 auf die Oberfläche der Fluorharzplatte 51 durch die Maske 53, die die Öffnungen auf den den Abgabeöffnungen 5 entsprechenden Abschnitten aufweist, gerichtet, um die konischen Abgabeöffnungen 5 auszubilden.
Auf diese Weise wird die Öffnungsplatte 4 hergestellt. Die Strahlen des Synchrotrons 54 werden entlang den optischen Achsen der auf dem Synchrotron angesammelten Elektronen geleitet. Um eine jede Abgabeöffnung 5 im Schnitt konisch auszubilden, werden nur die Umfangsabschnitte der Öffnungen der Maske 53 dünner ausgebildet als der Lichtabschirmabschnitt der Maske 53 mit Ausnahme dieser Umfangsabschnitte. Für die hier verwendete Maske 53 findet eine Kupferplatte Verwendung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung einer Kupferplatte beschränkt. Es ist ausreichend, wenn die Platte in der Lage ist, die vom Synchrotron abgegebenen Strahlen abzuschirmen.
Wie vorstehend beschrieben, werden mit dem Ätzprozeß unter Anwendung der vom Synchrotron abgegebenen Strahlen die Abgabeöffnungen 5 auf der Öffnungsplatte 4 ausgebildet, während die Maske 53 durch den fotolithografischen Prozeß zur Verwendung der vom Synchrotron abgegebenen Strahlen hergestellt wird. Daher werden die Abgabeöffnungen 5 mit hoher Genauigkeit und hoher Dichte ausgebildet. Da die vom Synchrotron abgegebenen Strahlen für die Ausbildung der Abgabeöffnungen 5 verwendet werden, wird es möglich, die Abgabeöffnungen mit einem genauen Längenverhältnis auszubilden. Infolgedessen ist ein besonders genaues Verfahren mit hoher Dichte für ein Material möglich, dessen Dicke groß genug ist, um eine einfachere Handhabung zu ermöglichen, was einen wesentlichen Vorteil darstellt.
Die 12A bis 12D zeigen das in Verbindung mit den 3 und 6 beschriebene Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeitsabgabekopfes. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Flüssigkeitsabgabekopf durch die in den 12A bis 12D gezeigten Verfahrensschritte hergestellt. Die 12A und 12B sind Schnittansichten in einer Richtung senkrecht zur Strömungsbahnrichtung der Flüssigkeitsströmungsbahn 7 gemäß 3. Die 12C und 12D sind Schnittansichten in Strömungsbahnrichtung der Flüssigkeitsströmungsbahn 7.
Als erstes wird gemäß 12A eine lithografische Musterung auf dem Abschnitt des Siliciums auf der Oberfläche des Elementarsubstrates 1 auf der Seite der Wärmeerzeugungsvorrichtung, der mit der Deckplatte 3 verbunden ist, durchgeführt.
Wie in den 12B und 12C gezeigt, wird dann das Ar-Gas o.ä. auf die Verbindungsfläche des Elementarsubstrates 1 mit der Deckplatte 3 und die Verbindungsfläche der Deckplatte 3 mit dem Elementarsubstrat 1 gestrahlt, um diese Verbindungsflächen zu aktivieren. Hiernach werden unter Verwendung einer Kaltverbindungsvorrichtung diese Verbindungsflächen des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 bei Raumtemperatur miteinander verbunden. Auf diese Weise wird ein Kopfsubstrat 61 mit einer Vielzahl von Wärmeerzeugungsvorrichtungen und darauf angeordneten Flüssigkeitsströmungsbahnen 7 hergestellt.
Die hier verwendete Kaltverbindungsvorrichtung umfasst zwei Kammern, nämlich eine vorbereitende Kammer und eine Druckkammer, und der angelegte Unterdruck für jede Kammer beträgt 1 bis 10 Pa. In der vorbereitenden Kammer der Kaltverbindungsvorrichtung werden die Verbindungsflächen des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 angeordnet. Die ausgerichteten Positionen des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 werden durch Bildverarbeitung in Übereinstimmung gebracht. Hiernach werden das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 der Druckkammer zugeführt, während sie in den ausgerichteten Positionen gehalten werden. In der Druckkammer werden Energiepartikel mit Hilfe eines Hochgeschwindigkeitsatomstrahles vom Sattelfeldtyp auf die Verbindungsflächen des Elementarsubstrates 1 und die Deckplatte 3 abgestrahlt. Nach der Aktivierung der Verbindungsflächen des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 durch die Bestrahlung mit den Energiepartikeln werden das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 miteinander verbunden. Das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 werden dabei auf eine Temperatur von 200°C oder weniger erhitzt oder unter Druck gesetzt, um die Verbindungsabschnitte des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 zu verstärken.
Als Verfahren zum Verbinden des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 wird jede der Verbindungsflächen vor dem Verbinden der Flächen aktiviert. Anstelle eines solchen Verfahrens kann es auch möglich sein, das Elementarsubstrat 1 und die Deckplatte 3 über ein Epoxidharz oder Wasserglas, das als Bindemittel wirkt, zu verbinden.
Dann wird gemäß 12D die Öffnungsplatte 4, die aus der Fluorharzplatte 51 und dem Verstärkungselement 57 geformt wurde, mit dem Vorderende des Kopfsubstrates 61 verbunden, das aus dem Elementarsubstrat 1 und der Deckplatte 3 geformt wurde, um auf diese Weise den Flüssigkeitsabgabekopf herzustellen.
Die 13A und 13B zeigen das Verfahren zum Verbinden der Öffnungsplatte mit dem Vorderende des Kopfsubstrates 61. 13A ist eine perspektivische Ansicht, die den Flüssigkeitsabgabekopf vor dem Verbinden der Öffnungsplatte mit dem Kopfsubstrat zeigt. 13B ist eine perspektivische Ansicht, die die Öffnungsplatte zeigt.
Wie in 13A gezeigt, wird das Kopfsubstrat 61, das aus dem Elementarsubstrat 1 und der Deckplatte 3 geformt ist, an der Basisplatte 63 fixiert. Mit der Seite des Kopfsubstrates 61, die den Flüssigkeitsströmungsbahnen 7 gegenüberliegt, wird ein TAB-Band 62 verbunden. Am Vorderende des Kopfsubstrates 61 auf der Seite der Flüssigkeitsströmungsbahn 7 wird der ausgenommene Abschnitt 64 in Anpassung zur Extrusion 58 der Öffnungsplatte 4, die in Verbindung mit 11C beschrieben wurde, ausgebildet. Bei dem ausgenommenen Abschnitt 64 handelt es sich um eine Scheindüse, die zusammen mit den Flüssigkeitsströmungsbahnen 7 ausgebildet wurde.
Wenn die Öffnungsplatte 4 mit dem Kopfsubstrat 61 verbunden wird, wird die Extrusion 58 in den ausgenommenen Abschnitt 64 eingesetzt, um die Öffnungsplatte 4 zu po sitionieren. Hierbei wird das Epoxidharzbindemittel auf die Verbindungsfläche des Kopfsubstrates 61 und der Basisplatte 63 in einer Dicke von etwa 2 μm aufgebracht. Dann wird der Verbindungsabschnitt des Kopfsubstrates 61 mit der Öffnungsplatte 4 auf eine Temperatur von 150°C erhitzt. Danach werden das Kopfsubstrat 61 und die Öffnungsplatte 4 unter Druck miteinander verbunden.
Wie vorstehend beschrieben, wird das Verstärkungselement 57 auf der Fluorharzplatte 51 zu deren Verstärkung ausgebildet. Auf diese Weise wird die Festigkeit der Fluorharzplatte 51 erhöht. Wenn die Öffnungsplatte 4 einer Wärmebehandlung o.ä. unterzogen wird, um das Vorderende des Kopfsubstrates 61 für die Verbindung auf eine hohe Temperatur zu bringen, wird eine Verformung der Fluorharzplatte 51 infolge der Erwärmung durch das auf diese Weise vorgesehene Verstärkungselement 57 verhindert. Daher wird es möglich, eine Verformung der Abgabeöffnungen 5 zu verhindern. Die Öffnungsplatte 4 wird auf zuverlässige Weise mit dem Kopfsubstrat 61 ohne Beeinträchtigung der Abgabeeigenschaften des Kopfes verbunden. Ferner ist es möglich, einen besonders zuverlässigen Flüssigkeitsabgabekopf zu erhalten, der in ausreichender Weise Änderungen der Umwelt, die durch Wärme o.ä. verursacht werden, widerstehen kann. Da die Abgabeöffnungen 5 auf der Fluorharzplatte 51 mit Tintenabstoßvermögen geformt werden, wird die Abgaberichtung der von den Abgabeöffnungen 5 abgegebenen Tinte stabilisiert, so daß ein Flüssigkeitsabgabekopf mit stabilisierten Abgabeeigenschaften erhalten wird. Da die Öffnungsplatte 4 aus der Fluorharzplatte 51 und dem Verstärkungselement 57 geformt wird, kann sie ein gutes Tintenabstoßvermögen über einen langen Zeitraum aufrechterhalten.
Durch die Ausbildung der Metallplattierungsschicht auf der Fluorharzplatte 51 durch Anwendung eines Plattierungsverfahrens, wobei diese Metallplattierungsschicht zum Verstärkungselement 57 wird, wird es neben einigen anderen Vorteilen einfacher, die Fluorharzplatte 51 zu handhaben. Ferner werden die Temperaturfestigkeitseigenschaften der Öffnungsplatte durch die Wärmebehandlung verbessert. Des weiteren ist es möglich, die Öffnungsplatte 4 mit der Ausbildung des Verstärkungselementes 57 auf der Fluorharzplatte 51 durch die Anwendung einer einfachen Vorrichtung herzustellen.
Wenn das Kopfsubstrat 61 und die Öffnungsplatte 4 miteinander verbunden werden, werden das Kopfsubstrat 61 und die Öffnungsplatte 4 positioniert, indem die auf der Öffnungsplatte 4 ausgebildete Extrusion 58 in den für das Kopfsubstrat 61 vorgesehenen ausgenommenen Abschnitt 64 eingepaßt wird. Hierbei muß keine Bildverarbeitung oder irgendeine komplizierte Vorrichtung Verwendung finden. Mit einer einfachen Vorrichtung ist eine Positionierung möglich.
Die 14A und 14B zeigen die Aufzeichnungskopfeinheit, auf der eine Vielzahl von Flüssigkeitsabgabeköpfen montiert ist. 14A ist eine Schnittansicht in einer Richtung senkrecht zur Anordnungsrichtung der Vielzahl der Flüssigkeitsabgabeköpfe. 14B ist eine Schnittansicht in Anordnungsrichtung der Vielzahl der Flüssig keitsabgabeköpfe. 15 ist eine Ansicht, die die Aufzeichnungskopfeinheit in einem Zustand zeigt, in dem die Öffnungsplatte von der in den 14A und 14B gezeigten Aufzeichnungseinheit entfernt ist, von dem Abschnitt aus gesehen, mit dem die Öffnungsplatte verbunden ist.
Wie in den 14A und 14B gezeigt, ist ein Rahmenelement 72, an dem drei Flüssigkeitsabgabeköpfe montiert sind, an einem Kopfhalter 71, an dem eine Vielzahl von Tintentanks lösbar befestigbar ist, fixiert. Am Kopfhalter 71 sind ein Tintentank 73a für schwarze Farbe, ein Tintentank 73b für dunkelgelbe Farbe, ein Tintentank 73c für dunkle Magentafarbe und ein Tintentank 73d für dunkle Cyanfarbe, ein Tintentank 73e für hellgelbe Farbe, ein Tintentank 73f für helle Magentafarbe und ein Tintentank 73g für helle Cyanfarbe angeordnet. Drei Flüssigkeitsabgabeköpfe, die jede Tinte abgeben können, sind am Rahmen 72 montiert. Die Aufzeichnungskopfeinheit ist so angeordnet, daß die Lagebeziehung zwischen diesen drei Flüssigkeitsabgabeköpfen auf zuverlässige Weise sichergestellt wird.
Wie in 15 gezeigt, werden die Kopfsubstrate 74a, 74b und 74c, die jeden der Flüssigkeitsabgabeköpfe bilden, im Inneren des Rahmens 72 installiert. Jedes der Kopfsubstrate 74a, 74b und 74c entspricht dem vorstehend beschriebenen Kopfsubstrat 61. Dann wird die Öffnungsplatte 75 mit jedem davon verbunden, um drei Flüssigkeitsabgabeköpfe zu bilden. Es werden die Vielzahl der Extrusionen 76 für Positionierungszwecke und das Ver stärkungselement 77 auf der Oberfläche der Öffnungsplatte 75 auf der Seite des Kopfsubstrates ausgebildet. Die Extrusionen 76 und das Verstärkungselement 77 werden über das gleiche Verfahren wie bei dem in Verbindung mit den 11A bis 11D beschriebenen Herstellverfahren für die Öffnungsplatte geformt. Auf jedem der Kopfsubstrate 74a, 74b und 74c wird ein ausgenommener Abschnitt, wie der in 13A gezeigte ausgenommene Abschnitt, ausgebildet, um jedes Kopfsubstrat und die Öffnungsplatte 75 zu positionieren. Wenn jede Extrusion 76 in jeden ausgenommenen Abschnitt eingepasst worden ist, ist die Position eines jeden Kopfsubstrates 74a, 74b und 74c fixiert. Da die Öffnungsplatte 75 durch das Verstärkungselement 77 verstärkt ist, wird es möglich, eine Verformung der Öffnungsplatte 75 selbst dann zu verhindern, wenn die Öffnungsplatte 75 auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, um sie mit den Kopfsubstraten 74a, 74b und 74c zu verbinden.
Nach dem Verbinden der Öffnungsplatte 75 mit jedem Kopfsubstrat 74a, 74b und 74c, die positioniert worden sind, wird die Öffnungsplatte 74 durch Verwendung eines Bindemittels o.ä. mit dem Rahmen 72 verbunden. Auf diese Weise werden die von den Kopfsubstraten 74a, 74b und 74c gebildeten Flüssigkeitsabgabeköpfe, die mit der Öffnungsplatte 75 und dem Rahmen 72 verbunden sind, verstärkt.
Als Material für die Öffnungsplatte, die die Köpfe bildet, kann es möglich sein, ein Material zu verwenden, bei dem Fluor in ein Harz diffundiert ist, das neben dem vorstehend beschriebenen Fluorharz für die Öffnungsplatte geeignet ist. Natürlich ist es darüber hinaus auch möglich, ein anderes Material zu diffundieren oder einzuarbeiten, um die Funktionsweise und das Verhalten des Materiales der Öffnungsplatte zu verbessern.
Insbesondere dann, wenn die Verbindung unter Ausnutzung einer Selbstbindung hergestellt wird, wird bevorzugt, ein Material mit Hochtemperatureigenschaften, beispielsweise einer Hitzefestigkeit von 200°C oder mehr, auszuwählen.
16 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zeigt, bei der es sich um ein Beispiel der Flüssigkeitsabgabeaufzeichnungsvorrichtung handelt, auf der der in Verbindung mit den 3 und 6 beschriebene Flüssigkeitsabgabekopf angeordnet ist. Die Kopfkassette 601, die auf der in 16 gezeigten Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 montiert ist, ist mit dem in Verbindung mit den 3 und 6 beschriebenen Flüssigkeitsabgabekopf und dem Flüssigkeitsbehälter, der die dem Flüssigkeitsabgabekopf zuzuführende Flüssigkeit enthält, versehen. Wie in 16 gezeigt, ist die Kopfkassette 601 an einem Schlitten 607 montiert, der mit einer Spiralnut 606 der Leitspindel 605 in Eingriff steht, welche durch die Kraftübertragungszahnräder 603 und 604 gedreht wird, die von einem Antriebsmotor 603 vorwärts und rückwärts gedreht werden. Durch die Antriebsenergie des Antriebsmotors 602 bewegt sich die Kopfkassette 601 zusammen mit dem Schlitten 607 entlang der Führung 608 in dem durch die Pfeile a und b angedeuteten Richtungen hin- und her. Die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 ist mit einer Aufzeichnungsmediumszuführvorrichtung (nicht gezeigt) versehen, die das Druckblatt P trägt, welches als Aufzeichnungsmedium dient, das die Tinte oder andere Flüssigkeit, die von der Kopfkassette 601 abgegeben wird, aufnimmt. Eine Blattdruckplatte 610 zur Verwendung des von der Walze 609 getragenen Druckblattes P mit der Aufzeichnungsmediumszuführvorrichtung ist angeordnet, um das Druckblatt P über die Bewegungsrichtung des Schlittens 607 gegen die Walze 609 zu pressen.
In der Nachbarschaft des einen Endes der Leitspindel 605 sind Fotokoppler 611 und 612 angeordnet. Diese Fotokoppler 611 und 612 bilden Ausgangspositionsdetektionseinrichtungen, die das Vorhandensein eines Hebels 607a des Schlittens 607 innerhalb des von den Fotokopplern 611 und 612 abgedeckten Bereiches detektieren, um neben einigen anderen Operationen die Drehrichtungen des Antriebsmotors 602 umzuschalten. In der Nachbarschaft von einem Ende der Walze 609 ist ein Lagerelement 613 angeordnet, um ein Kappenelement 614 zu lagern, das das Vorderende abdeckt, an dem die Abgabeöffnungen für die Kopfkassette 601 vorgesehen sind. Ferner sind Tintenabsaugeinrichtungen 615 vorgesehen, um die im Inneren des Kappenelementes 61 infolge von Leerabgaben o.ä. von der Kopfkassette 601 vorhandene Tinte abzusaugen. Mit diesen Tintenabsaugeinrichtungen 615 wird eine Wiederherstellung des Absaugevermögens der Kopfkassette 601 durch die Öffnung des Kappenelementes 614 durchgeführt.
Für die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 ist ein Hauptkörperlagerelement 619 vorgesehen. Für dieses Hauptkörperlagerelement 619 wird ein Bewegungselement 618 beweglich in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gelagert, d.h. in Richtungen beweglich gelagert, die sich unter einem rechten Winkel zu den Bewegungsrichtungen des Schlittens 607 erstrecken. Auf dem Bewegungselement 618 ist ein Reinigungsblatt 617 montiert. Dieses Reinigungsblatt 617 ist nicht unbedingt auf diesen Verwendungszweck beschränkt. Es kann auch für irgendeinen anderen Verwendungszweck eingesetzt werden. Des weiteren ist ein Hebel 620 vorgesehen, um einen Absaugvorgang zu initiieren, wenn eine Wiederherstellung des Saugvermögens mit Hilfe der Tintenabsaugeinrichtungen 615 durchgeführt wird. Der Hebel 620 bewegt sich zusammen mit der Bewegung eines Nockens 621, der mit dem Schlitten 607 in Eingriff steht. Diese Bewegung wird durch bekannte Kraftübertragungseinrichtungen, wie eine Kupplung, gesteuert, die die Antriebskraft des Antriebsmotors 602 überträgt. Eine Tintenstrahlaufzeichnungssteuereinheit (in 16 nicht gezeigt) ist am Hauptkörper der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung installiert, um den für die Kopfkassette 601 vorgesehenen Wärmeerzeugungsvorrichtungen Signale zuzuführen oder die Antriebssteuerung eines jeden der vorstehend beschriebenen Mechanismen durchzuführen.
Die auf diese Weise ausgebildete Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 führt eine Aufzeichnung auf einem Druckblatt P durch, das von der Walze 609 mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Aufzeichnungsmediumszuführvor richtung getragen wird, während sich die Kopfkassette 601 über die gesamte Breite des Druckblattes P hin- und herbewegt.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Verbindungskraft zwischen der Öffnungsplatte 4 und dem Kopfsubstrat des Flüssigkeitsabgabekopfes durch Selbstbindung der Öffnungsplatte 4 am Kopfsubstrat selbst dann sichergestellt, wenn ein Fluorharz mit Tintenabflussvermögen als Material der Öffnungsplatte 4 verwendet wird, um die Tintenabgaberichtung zu stabilisieren. Die Öffnungsplatte 4 kann ein gutes Tintenabstoßvermögen über einen langen Zeitraum aufrechterhalten. Darüber hinaus kann der Umfangsabschnitt der Flüssigkeitsströmungsbahnen 7 in zuverlässiger Weise auf der Verbindungsfläche des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 mit der Öffnungsplatte 4 verbunden werden. Damit wird die Öffnungsplatte 4 mit der Endfläche des Elementarsubstrates 1 und der Deckplatte 3 über den Selbstbindungseffekt verbunden, so daß der Einfluß reduziert wird, der durch die Wärmeausdehnung eines jeden Bauteiles des Flüssigkeitsabgabekopfes infolge der durch die Wärmeerzeugungsvorrichtungen 2 erfolgten Wärme, wenn der Flüssigkeitsabgabekopf betrieben wird, ausgeübt werden kann. Es wird daher möglich, einen Flüssigkeitsabgabekopf zu erhalten, dessen Abgabeeigenschaften beständig sind.
Die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 kann ihre Aufzeichnung auf beständige und stabile Weise gegenüber Temperaturänderungen auf einem Aufzeichnungsmedium durchführen, da die Vorrichtung mit dem Flüssigkeitsabgabekopf versehen ist, der die vorstehend beschriebenen stabilisierten Abgabeeigenschaften besitzt.
Auch hier wird wie vorstehend beschrieben erfindungsgemäß Fluorharz o.ä. als Material der Öffnungsplatte verwendet, um die Flüssigkeitsabgaberichtung zu stabilisieren. Dann wird die Öffnungsplatte, die Tintenabstoßvermögen aufweist, durch ihren Selbstbindeeffekt mit dem Kopfsubstrat verbunden. Auf diese Weise wird es möglich, eine ausreichende Verbindungsfestigkeit zwischen dem Kopfsubstrat und der Öffnungsplatte zu erzielen. Gleichzeitig kann die Öffnungsplatte ein gutes Tintenabstoßvermögen über einen langen Zeitraum aufrechterhalten, da der signifikante Effekt erzeugt wird, daß die Abgabeeigenschaften des Flüssigkeitsabgabekopfes stabilisiert werden und da der auf diese Weise erhaltene Flüssigkeitsabgabekopf mit Umweltveränderungen infolge Wärme o.ä. fertig wird.
Wie vorstehend beschrieben, besitzt die Öffnungsplatte Tintenabstoßvermögen und ist gleichzeitig mit einem Verstärkungselement für das Plattenelement versehen, auf dem die Abgabeöffnungen angeordnet sind. Daher wird eine Verformung des Plattenelementes, die durch Wärme erzeugt werden kann, über ein derartiges Verstärkungselement verhindert, wenn die Öffnungsplatte über den Hochtemperaturprozeß mit dem Kopfsubstrat verbunden wird. Infolgedessen entsteht der signifikante Effekt, daß die Öffnungsplatte auf sichere Weise mit dem Kopfsubstrat verbunden wird und daß es möglich gemacht wird, einen besonders zuverlässigen Flüssigkeitsabgabekopf zu erhalten, der in ausreichender Weise Umweltveränderungen infolge von Wärme o.ä. erträgt. Mit dem Tintenabstoßvermögen aufweisenden Plattenelement, das als Öffnungsplatte dient, wird die Abgaberichtung für die von den auf einem derartigen Plattenelement ausgebildeten Abgabeöffnungen abgegebene Tinte stabilisiert. Es wird daher möglich, einen Flüssigkeitsabgabekopf zu erhalten, der mit einer Öffnungsplatte versehen ist, die ein gutes Tintenabstoßvermögen über einen langen Zeitraum aufrechterhalten kann.
Darüber hinaus wird es durch die Ausbildung der Metallplattierungsschicht auf dem Plattenelement als Verstärkungselement durch Anwendung eines Plattierungsverfahrens leichter, das Plattenelement, dessen Dicke einige 10 μm beträgt, zu handhaben, während die Hitzefestigkeit der Öffnungsplatte, wenn eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, verbessert wird. Auch kann die mit dem Verstärkungselement versehene Öffnungsplatte unter Verwendung einer einfachen Vorrichtung hergestellt werden.
Wenn die Öffnungsplatte mit dem Kopfsubstrat verbunden wird, wird die auf der Öffnungsplatte ausgebildete Extrusion in den auf der Verbindungsfläche des Kopfsubstrates mit der Öffnungsplatte ausgebildeten ausgenommenen Abschnitt eingepasst, um das Kopfsubstrat und die Öffnungsplatte zu positionieren. Somit wird keine komplizierte Vorrichtung benötigt, die eine Bildverarbeitung o.ä. durchführt, um einen derartigen Positionie rungsvorgang durchzuführen. Es ergibt sich der signifikante Effekt, daß der Flüssigkeitsabgabekopf unter Verwendung einer einfacheren Vorrichtung hergestellt werden kann.
Durch Ausbildung der Abgabeöffnungen auf der Öffnungsplatte über einen Ätzprozeß unter Verwendung von Röntgenstrahlenluminanz ist es möglich, die Abgabeöffnungen auf der Öffnungsplatte mit hoher Genauigkeit und hoher Dichte auszubilden, da die für den Ätzprozeß verwendete Maske durch ein fotolithografisches Verfahren hergestellt wird. Es ergibt sich daher der Effekt, daß es möglich wird, einen Flüssigkeitsabgabekopf herzustellen, mit dem besonders genaue Bilder erzeugt werden können.
Ein Tintenstrahlkopf umfasst ein Kopfsubstrat, das mit einer Vielzahl von Tintenbahnen und Druckerzeugungselementen, die jeweils für jede Tintenbahn vorgesehen sind, versehen ist, und eine Öffnungsplatte, die mit Tintenabgabeöffnungen versehen ist, die jeweils mit jeder Tintenbahn in Verbindung stehen. Die Verbindungsflächenseite der Öffnungsplatte zum Substrat ist mindestens einer Oberflächenbehandlung unterzogen worden. Die Öffnungsplatte ist aus einem Fluorharz oder einem Fluor enthaltenden Harz geformt. Mit der auf diese Weise ausgebildeten Ausführungsform wird es möglich, die Tintenabstoßvermögen aufweisende Öffnungsplatte fest und sicher mit dem Kopfsubstrat zu verbinden, während der auf diese Weise hergestellte Tintenstrahlkopf ein gutes Tintenabstoßvermögen über einen langen Zeitraum aufrechterhalten kann.

Claims

Tintenstrahlkopf mit einem Kopfsubstrat (1, 3), das mit einer Vielzahl von Tintenbahnen (7) und Druckerzeugungselementen (2), die jeweils für jede Bahn (7) angeordnet sind, versehen ist; und einer Öffnungsplatte (4), die aus Tintenabstoßvermögen besitzendem Material geformt, mit Tintenabgabeöffnungen (5), die jeweils mit jeder Tintenbahn (7) in Verbindung stehen, versehen und mit dem Kopfsubstrat (1, 3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsflächenseite der Öffnungsplatte (4) zum Substrat (1, 3) durch eine Plasmaprozessbehandlung geschaffen ist.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 1, bei dem die Öffnungsplatte (4) aus einem Fluor enthaltenden Harz besteht.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 2, bei dem die Verbindungsfläche des Substrates (1, 3) zur Öffnungsplatte (4) mit dem Fluor enthaltenden Harz beschichtet ist und die Plasmabehandlung für die Verbindungsfläche des Substrates (1, 3) auch so vorgesehen ist, dass sich die Öffnungsplatte (4) und das Substrat (1, 3) über Selbstbindung miteinander verbinden können.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 2, bei dem die Oberflächenschicht des Fluorharzes (4) durch den Plasmaprozess zur Erzeugung von Leitfähigkeit modifiziert ist und ein Metallplattierungsprozess durchgeführt ist, um die leitfähige Schicht unter Verwendung eines Bindemittels mit dem Substrat (1, 3) zu verbinden.
Tintenstrahlkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, der mit einem Elementarsubstrat (1) versehen ist, das eine Vielzahl der Abgabeenergieerzeugungselemente (2) auf seiner Oberfläche aufweist, und eine Deckplatte (3) mit einer Vielzahl von Rillen, die jede der Tintenströmungsbahnen (7) bilden, besitzt, die mit der Oberfläche des Elementarsubstrates (1) verbunden ist.
Tintenstrahlkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, der des weiteren umfasst: eine Vielzahl von beweglichen Elementen (6), die auf dem Elementarsubstrat (1) angeordnet sind und auf jedes der Abgabeenergieerzeugungselemente (2) weisen, wobei ein Ende hiervon an der aufstromseitigen Seite in Bewegungsrichtung der Tinte in jeder Tintenströmungsbahn (7) fixiert ist, während das andere Ende frei ist.
Tintenstrahlkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ausgenommene Abschnitte auf der Verbindungsfläche des Kopfsubstrates (1, 3) zur Öffnungsplatte (4) geformt sind und Extrusionen (58) auf der Öffnungsplatte (4) in einem Zustand, in dem sie in die ausgenommenen Abschnitte eingepasst werden, wenn die Öffnungsplatte (4) mit dem Kopfsubstrat (1, 3) verbunden wird, ausgebildet sind.
Tintenstrahlkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Extrusionen (58) der Öffnungsplatte (4) und die Abgabeöffnungen durch einen Ätzprozess unter Anwendung von Röntgenstrahlen mit hoher Luminanz geformt sind.
Kopfkassette mit einem Tintenstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem Tintenbehälter, der Tinte enthält, die dem Tintenstrahlkopf zugeführt wird.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit einem Tintenstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Aufzeichnungsmediumzuführvorrichtung zum Tragen eines Aufzeichnungsmediums, das vom Tintenstrahlkopf abgegebene Tinte empfängt.
Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahlkopfes mit den folgenden Schritten: Herstellen eines Kopfsubstrates (1, 3), das mit einer Vielzahl von Tintenströmungsbahnen (7) und Druckerzeugungselementen 82), die jeweils für jede Bahn angeordnet sind, versehen ist; Herstellen einer Öffnungsplatte (4), die aus einem Material mit Tintenabstoßvermögen geformt, mit Tintenabgabeöffnungen (5), die mit jeder Tintenbahn (7) in Verbindung stehen, versehen und mit dem Kopfsubstrat (1, 3) verbunden ist; und Verbinden der Öffnungsplatte (4) und des Kopfsubstrates (1, 3), gekennzeichnet durch die Durchführung einer Plasmaprozessbehandlung auf der Verbindungsflächenseite der Öffnungsplatte (4) zum Substrat (1, 3f), bevor die Öffnungsplatte (4) und das Kopfsubstrat (1, 3) miteinander verbunden werden.
Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahlkopfes nach Anspruch 11, bei dem ein Fluorharz oder ein Fluor enthaltendes Harz als Material der Öffnungsplatte (4) verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahlkopfes nach Anspruch 11 oder 12, bei dem eine Beschichtung mit Fluorharz für die Verbindungsfläche des Substrates (1, 3) zur Öffnungsplatte (4) durchgeführt wird, wobei die Plasmabehandlung auch für die Verbindungsfläche des Substrates (1, 3) ausgeführt wird, damit sich die Öffnungsplatte (2) und das Substrat (1, 3) durch Selbstbindung miteinander verbinden können.
Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahlkopfes nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das Fluorharz mit einem Ar-Laser bestrahlt wird und die Verbindungsfläche des Substrates (1, 3) zur Öffnungsplatte (4) mit dem Ar-Laser bestrahlt wird, um die Verbindungsfläche der Öffnung zum Substrat zum Verbinden zu aktivieren.
Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahlkopfes nach Anspruch 11, bei dem die Oberflächenschicht des Fluorharzes modifiziert wird, um diese leitfähig zu machen, und ein Metallplatzierungsprozess für die leitfähige Schicht durchgeführt wird, um diese unter Verwendung eines Bindemittels mit dem Substrat (1, 3) zu verbinden.