EP0204099B1 - Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Tröpfchenerzeugung in Tintenschreibeinrichtungen - Google Patents

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    • B41J2002/041—Electromagnetic transducer

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an arrangement for producing individual droplets in ink writing devices, with a multilayer plate arrangement in which ink channels are formed and with a comb arrangement applied to the plate arrangement, the individual strip-shaped metallic brackets in the movable middle part of which each have a nozzle hole for ejecting individual droplets exhibit.
  • drive elements are designed in the form of conductor loops which are fastened on both sides of an ink channel.
  • the drive elements each have arrow-like angled, movable middle parts which are arranged to run in the ink channel.
  • a magnet system extending over the entire length of the ink channel is designed such that the density of the magnetic field lines has a maximum in the region of the central parts of the drive elements.
  • a change in the current flow in a drive element then generates a force acting on the central part, which in turn causes the central part to move rapidly and a droplet to be expelled from the associated nozzle hole.
  • the invention has for its object to provide a simple and economical method for producing such arrangements for generating single droplets in ink writing devices.
  • the first metal double layer consists, for example, of 0.1 ⁇ m titanium and 1.0 J.lm aluminum, the second metal double layer of 0.1 ⁇ m titanium and 0.5 ⁇ m copper, the comb and the feed lines from 50 ⁇ m nickel.
  • the ink channels are, for example, 200 J.lm deep.
  • 1 denotes a glass support.
  • a metal double layer 2, 3 structured in the form of a strip and a further metal double layer 4, 5 are applied thereon.
  • 6 denotes an electrodeposited metal layer and 7 the bow-like drive elements (conductor loops).
  • the dash-dotted circle A in FIG. 1 roughly delimits the section of the layer structure shown enlarged in FIG. K denotes ink channels, D nozzle holes in the temples and F photoresist.
  • a further metal layer 6 can optionally be electroplated onto the second metal double layer 4, 5.
  • photoresist structures for example 10 ⁇ m high
  • the photoresist structure is tailored to the demand for smooth-walled, funnel-shaped nozzle holes in the temple and temple distances of less than 30 J.lm at a temple height of 50 J.lm: the resist structures developed are tempered resist-specifically so that they flow easily, become wider, their flanks flatten and smooth their surfaces.
  • the resist structure of the nozzle hole is bell-shaped.
  • the electrodeposited layer also grows laterally over the resist structure.
  • the glass By removing the layers 4, 5, 6 even under the brackets before the glass etching, the glass can be removed from top to bottom at any point, so that the ink channels have a flat bottom. Only the ultrasound enables the necessary etching exchange through the narrow intermediate spaces between the glasses, the even removal of glass and the removal of the etching products.
  • the inclination of the glass flanks can be varied within a wide range in glass etching by selecting the titanium thickness and / or the concentration of the hydrofluoric glass sets. Decreasing titanium thickness and / or increasing glass etching concentration make the glass flanks steeper. This principle applies regardless of the glass composition and the use of ultrasound in glass etching.
  • the stirrup material must be ferromagnetic.
  • the electrodepositable nickel is particularly suitable. Copper is suitable as a non-ferromagnetic strap material for the manufacturing process described.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Erzeugung von Einzeltröpfchen in Tintenschreibeinrichtungen, mit einer mehrschichtigen Plattenanordnung in welcher Tintenkanäle gebildet sind und mit einer auf die Plattenanordnung aufgebrachten Kammordnung, deren einzelne streifenförmig ausgebildete metallische Bügel im beweglichen Mittelteil jeweils ein Düsenloch zum Ausstoßen von Einzeltröpfchen aufweisen.
  • Derartige Anordnungen zur Erzeugung von Einzeltröpfchen in Tintenschreibeinrichtungen sind beispielsweise aus der EP-A-0 135 197 oder der DE-A-3 333 980 bekannt. Bei diesen bekannten Anordnungen sind Antriebselemente in Form von Leiterschleifen ausgebildet, die beidseits eines Tintenkanals befestigt sind. Die Antriebselemente weisen jeweils pfeil artig abgewinkelte, bewegliche Mittelteile auf, die im Tintenkanal verlaufend angeordnet sind. Ein sich über die gesamte Länge des Tintenkanals erstreckendes Magnetsystem ist derart ausgebildet, daß im Bereich der Mittelteile der Antriebselemente die Dichte der magnetischen Feldlinien ein Maximum aufweist. Durch eine Änderung des Stromflusses in einem Antriebselement wird dann eine auf das Mittelteil einwirkende Kraft erzeugt, welche ihrerseits eine rasche Bewegung des Mittelteils und den Ausstoß eines Tröpfchens aus dem zugeordneten Düsenloch verursacht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung derartiger Anordnungen zur Erzeugung von Einzeltröpfchen in Tintenschreibeinrichtungen anzugeben.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch
    • a) Aufbringen einer ersten Metalldoppelschicht auf eine Grundplatte aus Glas durch Bedampfen oder Sputtern, Strukturierung der ersten Metalldoppelschicht zur Erzeugung von Streifen im späteren Bereich der Düsenlöcher und Abscheiden einer zweiten Metalldoppelschicht;
    • b) fotolithographisches Erzeugen von Positiv-Trockenresist-Strukturen, Belichten der Bereiche unter denen später die Tintenkanäle geschaffen werden sollen, galvanisches Abscheiden der Kammordnung mit ihren Bügeln zwischen den Fotoresiststrukturen;
    • c) Ablösen der belichteten Fotoresistanteile, Abätzen der freigelegten Basismetallisierung zwischen den Kammelementen;
    • d) Ätzen der Tintenkanäle aus der Grundplatte unter zusätzlicher Einwirkung von Ultraschall;
    • e) Entfernen des Fotoresists, Lösen der Bügel in ihrem Mittelteil von der Grundplatte durch selektives Ätzen einer Zwischenschicht der ersten Metalldoppelschicht, Ätzen der Basismetallisierung zwischen der Kammstruktur und unter dem Bügelmittelteil.
  • Die erste Metalldoppelschicht besteht beispielsweise aus 0,1 um Titan und 1,0 J.lm Aluminium, die zweite Metalldoppelschicht aus 0,1 µm Titan und 0,5 µm Kupfer, der Kamm und die Zuleitungen aus 50 µm Nickel. Die Tintenkanäle sind beispielsweise 200 J.lm tief.
  • Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist es möglich, auf einfache Weise in kompakter Bauart die in der EP-A-0 135 197 oder in der DE-A-3 333 980 beschriebene Anordnung so zu realisieren, daß ein elektrischer Abgleich der einzelnen Bügel zur Nivellierung des Schwingverhaltens überflüssig wird. Außerdem kann man die Kammsysteme in Mehrfachanordnung auf einem Glasträger herstellen.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 ein Zwischenstadium der Herstellung eines Schreibkopfes,
    • Figur 2 eine vergrößerte Einzelheit A der Figur 1,
    • Figur 3 einen Ausschnitt im Bügelbereich des fertigen Schreibkopfes,
    • Figur 4 die Unterseite eines bügelartigen Antriebselementes im Mittelteil und
    • Figur 5 im Stadium der Figur 1 den Schnitt durch einen Bügel längs der Verbindungsgeraden der Düsenlochmittelpunkte und senkrecht zur Grundplatte.
  • In den Figuren ist mit 1 ein Glasträger bezeichnet. Darauf sind eine streifenförmig strukturierte Metalldoppelschicht 2, 3 und eine weitere Metalldoppelschicht 4, 5 aufgebracht. 6 kennzeichnet eine galvanisch abgeschiedene Metallschicht und 7 die bügelartigen Antriebselemente (Leiterschleifen).
  • Der strichpunktierte Kreis A in der Figur 1 begrenzt in etwa den in Figur 2 vergrößert dargestellten Ausschnitt des Schichtaufbaus. Mit K sind Tintenkanäle, mit D Düsenlöcher in den Bügeln und mit F Fotoresist bezeichnet.
  • Zur Verbesserung der Haftung der Bügel auf dem Glas und zur Verstärkung der Abdeckung in den nicht Glas zu ätzenden Bereichen kann wahlweise auf die zweite Metalldoppelschicht 4, 5 galvanisch eine weitere Metallschicht 6 abgeschieden werden.
  • Im Betrieb wird beim Zurückschlagen des abgehobenen Bügels auf den Glassockel zwischen den beiden Kanälen K ein Teil der Tinte zwischen Sockel und Bügel durch das Düsenloch D im Bügel ausgestoßen. Diese Tintenmenge kann gesteigert werden, indem an der Aufschlagfläche des Bügels ein Hohlraum mit Hilfe der Schichten 5, 6 erzeugt wird. Dazu ist das beschriebene Verfahren in folgender Weise zu erweitern:
  • Nach Abscheidung der Schichten 4 und 5 werden im späteren Düsenlochbereich rechteckige oder ovale Fotoresiststrukturen (zum Beispiel 10 µm hoch) erzeugt. - Galvanische Abscheidung der Metallschicht 6 um den Fotoresist und in gleicher Höhe. - Abscheiden (Bedampfen, Sputtem) einer weiteren nicht dargestellten Schicht (zum Beispiel 0,5 µm Kupfer) über die Schicht 6 und den Fotoresist (ebenfalls nicht dargestellt).
  • Daran schließen sich die Schritte b bis d unverändert an.
  • Entfernen des Fotoresists zwischen der Bügelanordnung 7 (der Resist unter dem Düsenloch zwischen den Schichten 5 und der weiteren nicht dargestellten Schicht ist noch nicht zugänglich). - Ätzen der nicht dargestellten Schicht, ferner der Schichten 6, 5, 4 zwischen der Bügelanordnung. - Entfernen des Resists unter dem Düsenloch und Ätzen des darunterliegendesn Teiles der Schicht 5 durch das Düsenloch. - Lösen der Bügel 7 in ihrem Mittelteil vom Glassockel durch selektives Ätzen der Zwischenschicht 3.-Abätzen der Schichten 2 und 4 zwischen Glas und Bügelmittelteil.
  • Auf die Forderung nach glattwandigen, trichterförmigen Düsenlöchem im Bügel sowie Bügelabständen kleiner 30 J.lm, bei 50 J.lm Bügelhöhe, ist die Fotoresiststruktur wie folgt abgestimmt: die entwickelten Resiststrukturen werden resistspezifisch so temperiert, daß sie leicht verfließen, breiter werden, ihre Flanken abflachen und sich ihre Oberflächen glätten. Die Resiststruktur des Düsenloches ist glockenförmig. Die galvanisch abgeschiedene Schicht wächst auch seitlich über die Resiststruktur.
  • Durch das Entfernen der Schichten 4, 5, 6 auch unter den Bügeln vor dem Glasätzen kann das Glas an jeder Stelle von oben nach unten abgetragen werden, so daß die Tintenkanäle einen ebenen Boden erhalten. Dabei ermöglicht erst der Ultraschall den notwendigen Ätzaustausch durch die engen Bügelzwischenräume den gleichmäßigen Glasabtrag und den Abtransport der Ätzprodukte.
  • Bei Verwendung von Titan als erster Metallschicht auf dem Glas kann beim Glasätzen durch Wahl der Titandicke und/oder der Konzentration der flußsäurehaltigen Glasätze die Neigung der Glasflanken in einem weiten Bereich variiert werden. Abnehmende Titandicke und/oder zunehmende Glasätzekonzentration machen die Glasflanken steiler. Dieses Prinzip gilt unabhängig von der Glaszusammensetzung und der Verwendung von Ultraschall beim Glasätzen.
  • Soll zur Bewegung der Bügel ein unipolarer Stromimpuls verwendet werden, so muß das Bügelmaterial ferromagnetisch sein. Für diesen Fall ist das galvanisch gut abscheidbare Nickel besonders geeignet. Als nicht ferromagnetisches Bügelmaterial eignet sich für das beschriebene Herstellverfahren Kupfer.
  • Das beschriebene Herstellverfahren für Kammanordnungen ist für alle in der deutschen Patentanmeldung P 35 00 985 erwähnten Ausführungsformen der beweglichen Leiterschleifen geeignet (winkelförmig, geradlinig, ein- oder mehrreihige Düsenanordnung).

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Erzeugung von Einzeltröpfchen in Tintenschreibeinrichtungen, mit einer mehrschichtigen Plattenanordnung, in welcher Tintenkanäle (K) gebildet sind und mit einer auf die Plattenanordnung aufgebrachten Kammanordnung, deren einzelne streifenförmig ausgebildete metallische Bügel (7) im beweglichen Mittelteil jeweils ein Düsenloch (D) zum Ausstoßen von Einzeltröpfchen aufweisen, gekennzeichnet durch
a) Aufbringen einer ersten Metalldoppelschicht (2, 3) auf eine Grundplatte (1) aus Glas durch Bedampfen oder Sputtern, Strukturierung der ersten Metalldoppelschicht (2, 3) zur Erzeugung von Streifen im späteren Bereich der Düsenlöcher (D) und Abscheiden einer zweiten Metalldoppelschicht (4, 5);
b) fotolithographisches Erzeugen von Positiv-Trockenresist-Strukturen, Belichten der Bereiche, unter denen später die Tintenkanäle (K) geschaffen werden sollen, galvanisches Abscheiden der Kammanordnung mit ihren Bügeln (7) zwischen den Fotoresiststrukturen;
c) Ablösen der belichteten Fotoresistanteile, Abätzen der freigelegten Basismetallisierung (4 bis 6) zwischen den Kammelementen;
d) Ätzen der Tintenkanäle (K) aus der Grundplatte (1) unter zusätzlicher Einwirkung von Ultraschall; und
e) Entfernen des Fotoresists, Lösen der Bügel (7) in ihrem Mittelteil von der Grundplatte (1) durch selektives Ätzen einer Zwischenschicht (3) der ersten Metalldoppelschicht (2, 3), Ätzen der Basismetallisierung (5, 4, 2) zwischen der Kammstruktur und unter dem Bügelmittelteil.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise auf die zweite Metalldoppelschicht (4, 5) galvanisch eine weitere Metallschicht (6) abgeschieden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abscheidung der zweiten Metalldoppelschicht (4, 5) im späteren Düsenlochbereich (D) Fotoresiststrukturen, zum Beispiel rechteckig oder oval erzeugt werden;
galvanische Abscheidung der Metallschicht (6) um den Fotoresist und in gleicher Höhe;
Abscheiden (Bedampfen, Sputtem) einer weiteren Schicht über die Schicht (6) und den Fotoresist; Schritte b bis d entsprechend Anspruch 1;
Entfernen des Fotoresists zwischen der Bügelanordnung (7);
Ätzen der zusätzlich abgeschiedenen Schicht und den Schichten (6, 5, 4) zwischen der Bügelanordnung;
Entfernen des Resists unter dem Düsenloch und Atzen des darunterliegenden Teiles der Schicht (5) durch das Düsenloch;
Lösen der Bügel (7) in ihrem Mittelteil vom Glas durch selektives Ätzen der Zwischenschicht (3); Abätzen der Schichten (2 und 4) zwischen Glas und Bügelmittelteil.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß der entwickelte Resist resistspezifisch so temperiert wird, daß er verfließt, breiter wird, seine Flanken abflachen und sich seine Oberfläche glättet.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (4, 5, 6) vor dem Glasätzen auch unter den Bügeln entfernt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lage der zweiten Metalldoppelschicht (4) Titan ist und die Neigung der Glasflanken durch Wahl der Titandicke und/oder der Konzentration der flußsäurehaltigen Glasätze variiert wird.
EP86104558A 1985-04-10 1986-04-03 Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Tröpfchenerzeugung in Tintenschreibeinrichtungen Expired - Lifetime EP0204099B1 (de)

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