DE60128605T2

DE60128605T2 - Druckkopf, Verfahren zu dessen Herstellung und Drucker

Info

Publication number: DE60128605T2
Application number: DE60128605T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Horii; Shigeyoshi Hirashima; Atsushi Nakamura; Shinji Kayaba; Makoto Ando; Hiroshi Tokunaga; Takaaki Murakami
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2021-08-08
Also published as: US20040021735A1; DE60128607T2; DE60131708T2; EP1657066B1; SG136001A1; US20050151793A1; DE60128606T9; US7150514B2; US6663223B2; DE60128605D1; DE60131708D1; EP1657063A1; EP1179430A3; EP1657063B1; DE60128606D1; SG126682A1; EP1179430A2; US20020067395A1; EP1666256A1; EP1657064B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen Druckkopf.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In herkömmlicher Weise sind Druckköpfe bekannt, bei welchen Tintendruckzellen, die einzeln mit Heizelementen versehen sind, durch ein Düsenbildungselement abgedeckt sind, in dem kleine Tintenausstoßdüsen gebildet sind. Wenn die Heizelemente schnell erwärmt werden, werden Blasen aus Tintendampfs (Tintenblasen) erzeugt, und Tintentropfen werden aus den Tintenausstoßdüsen aufgrund von Drücken, die durch die Tintenblasen eingebracht werden, ausgestoßen.
Ein derartiger Druckkopf weist normalerweise einen Aufbau auf, wie er in den 34 und 35 gezeigt ist.
Ein Druckkopf schließt ein Substratelement d, das mit Heizelementen c versehen ist, und das Seitenflächen und eine Endfläche von Tintendruckzellen b definiert, ein. Das Substratelement d ist durch ein Bilden der Heizelemente c auf einer Fläche eines Halbleitersubstrats e, das aus Silizium, etc. gebildet ist, und ein Laminieren einer Barrierenschicht f auf das Halbleitersubstrat e auf der gleichen Seite wie der Seite aufgebaut, auf welcher die Heizelemente c abgeschieden sind. Die Barrierenschicht f definiert Seitenflächen der Tintendruckzellen b; mit anderen Worten dient sie als Seitenwände der Tintendruckzellen b. Die Barrierenschicht f ist beispielsweise aus einem Trockenfilm gebildet, der durch eine Belichtung aushärtbar ist, und ist durch ein Laminieren des Trockenfilms ü ber der gesamten Fläche des Halbleitersubstrats e, auf dem die Heizelemente c gebildet sind, und ein Entfernen unnötiger Teile durch einen Fotolithografieprozess aufgebaut. Dementsprechend ist das Substrat d komplett.
Dann wird ein Düsenbildungselement g auf die Barrierenschicht f des Substrats d laminiert. Das Düsenbildungselement g ist mit Tintenausstoßdüsen h versehen, die relativ zu den Heizelementen c ausgerichtet sind, die auf dem Substrat d gebildet sind.
Dementsprechend sind die Tintendruckzellen b, deren Endflächen durch das Substratelement d und das Düsenbildungselement g definiert sind, und deren Seitenflächen durch die Barrierenschicht f definiert sind, gebildet. Die Tintendruckzellen d sind mit einem Tintendurchlass i verbunden und mit den Tintenausstoßdüsen h versehen, die den Heizelementen c gegenüberstehen. Die Heizelemente c in den Tintendruckzellen b sind elektrisch mit einer externen Schaltung über Leiter (nicht gezeigt) verbunden, die auf das Halbleitersubstrat e abgeschieden sind.
Normalerweise schließt ein einzelner Druckkopf hunderte von Heizelementen c und Tintendruckzellen b ein, die die Heizelemente c enthalten. Die Heizelemente c werden selektiv in Übereinstimmung mit einem Befehl erwärmt, der durch eine Steuereinheit eines Druckers ausgegeben wird, und Tintentropfen werden aus den entsprechenden Tintenausstoßdüsen h ausgestoßen.
In dem Druckkopf a werden die Tintendruckzellen b mit Tinte gefüllt, die über den Tintendurchlass i von einem Tintentank (nicht gezeigt) zugeführt wird, der mit dem Druckkopf a kombiniert ist. Wenn ein Strompuls an eines der Heizelemente c für eine kurze Zeit, wie etwa 1 bis 3
, angelegt wird, wird das Heizelement c schnell erwärmt, und eine Blase aus Tintendampf (Tintenblase) wird an der Oberfläche davon erzeugt. Dann wird, wenn sich die Tintenblase ausdehnt, ein bestimmtes Tintenvolumen nach vorne ausgestoßen, und selbiges Tintenvolumen wird aus der entsprechenden Tintenausstoßdüse h als ein Tintentropfen ausgestoßen. Der Tintentropfen, der aus der Tintenausstoß düse h ausgestoßen wird, haftet auf einem Druckmedium (landet darauf), wie etwa einem Stück Papier, etc.
Der oben beschriebene Druckkopf a wird üblicherweise für einen seriellen Kopf verwendet, der eine Mehrzahl von Kopfchips einschließt. Ein einzelner Kopfchip ist durch ein Laminieren eines einzelnen Substratelements, in welchem eine Mehrzahl von Tintendruckzellen und Heizelementen gebildet sind, auf ein einzelnes Düsenbildungselement gebildet, und eine Mehrzahl von Druckchips sind in einer Richtung senkrecht zu der Zufuhrrichtung des Druckmediums angeordnet.
Wenn der Druckkopf a verwendet wird, wird er in der Richtung senkrecht zu der Zufuhrrichtung des Druckmediums bewegt und druckt eine Zeile. Dann wird das Druckmedium in der Zufuhrrichtung bewegt, und die nächste Zeile wird gedruckt.
In dem oben beschriebenen Druckkopf a werden die Eigenschaften des Tintentropfenausstoßes durch Positionsbeziehungen zwischen den Heizelementen c (den Tintendruckzellen b) und den Tintenausstoßdüsen h beeinflusst. Wenn die Heizelemente c (die Tintendruckzellen b) und die Tintenausstoßdüsen h in hohem Maße versetzt sind, kann die Tintenausstoßgeschwindigkeit verringert sein, und die Ausstoßrichtung kann verändert sein. Überdies kann es sogar unmöglich sein, Tintentropfen auszustoßen. Dementsprechend führen Versetzungen zwischen den Heizelementen c (den Tintendruckzellen b) und den Tintenausstoßdüsen h zu einer Verschlechterung der Druckqualität und stellen somit ein großes Problem dar.
Im Allgemeinen sind Heizprozesse zum Herstellen des Druckkopfs a erforderlich. Beispielsweise wird, nachdem die Barrierenschicht f auf dem Halbleitersubstrat e gebildet und das Düsenbildungselement e auf die Barrierenschicht f laminiert ist, ein Wärmehärtungsprozess zum Aushärten der Barrierenschicht f und zum Befestigen des Düsenbildungselements e bei einer hohen Temperatur durchgeführt. Zusätzlich wird ein weiterer Hochtemperaturhärtungsprozess durchgeführt, um eine Tintenbeständig keit bezüglich der Barrierenschicht f bereitzustellen, die auf dem Trockenfilm-Resist gebildet wird.
Wie obenstehend beschrieben, sind Heizprozesse zum Herstellen eines Druckkopfs erforderlich. Ein linearer Ausdehnungskoeffizient von Silizium, das normalerweise zum Bilden des Halbleitersubstrats e verwendet wird, beträgt 2,6 × 10^–6, und jener von Nickel, das normalerweise zum Bilden des Düsenbildungselements g verwendet wird, beträgt 13,4 × 10^–6. Dementsprechend unterscheiden sich die linearen Ausdehnungskoeffizienten von Silizium und Nickel um ungefähr eine Größenordnung.
Wenn zwei Materialien, die äußerst unterschiedliche lineare Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, zusammen in einem Heizprozess laminiert werden, tritt eine relative Versetzung aufgrund eines Unterschieds in Schrumpfungsraten auf. Eine derartige Versetzung variiert in Übereinstimmung mit dem Unterschied in den linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Elementen, die zusammen laminiert werden, und ist erhöht, wenn der Unterschied größer wird.
Unter Bezugnahme auf 36 sind an einer Position (a) das Heizelement c (die Tintendruckzelle b) und die Tintenausstoßdüse h ausgerichtet. Jedoch ist an einer Position (b), die entfernt von der Position (a) ist, die Tintenausstoßdüse h relativ zu dem Heizelement c (der Tintendruckzelle b) versetzt, und an einer Position (c), die weiter entfernt von der Position (a) ist, ist die Tintenausstoßdüse h vollständig versetzt, auch von der Tintendruckzelle b. Ein derartiger Versatz nimmt mit der Größe der Elemente, die zusammen laminiert werden, zu. Wenn das Heizelement c (die Tintendruckzelle b) und die Tintenausstoßdüse h relativ zueinander versetzt sind (siehe 36, Position (b)), wird die Tintenausstoßrichtung geändert. Zusätzlich wird es, wenn der Versatz dazwischen noch weiter erhöht wird (siehe 36, Position (c)), unmöglich, Tinte auszustoßen.
Im Druckermarkt ist es erforderlich, die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen, und ein Zugang, diese Anforderung zu erfüllen, be steht darin, die Anzahl von Düsen zu erhöhen, aus welchen Tinte ausgestoßen wird. Wenn die Auflösung eines Druckers aufrechterhalten und die Anzahl von Düsen erhöht wird, wird die Größe des Druckkopfs auch erhöht. Somit wird der Einfluss der Versetzungen zwischen den Heizelementen c (den Tintendruckzellen b) und den Tintenausstoßdüsen h, die aufgrund des Unterschieds in den linearen Ausdehnungskoeffizienten auftreten, auch erhöht. Zusätzlich besteht bei großen Druckköpfen, wie etwa Zeilenköpfen etc., ein großes Problem dahingehend, dass die Versetzungen zwischen den Heizelementen c (den Tintendruckzellen b) und den Tintenausstoßdüsen h relativ groß werden.
Zusätzlich schließt der herkömmliche Druckkopf eine Mehrzahl von Kopfchips ein, die einzeln aufgebaut sind, und die Tintendurchlässe und die Düsenbildungselemente, die in den Druckchips enthalten sind, werden getrennt angebracht. Dementsprechend weist der herkömmliche Druckkopf einen komplexen Aufbau zum Versorgen jedes der Druckchips mit Tinte auf.
Überdies sind, da ein einzelner Druckkopf auf einem einzelnen Düsenbildungselement aufgebaut ist, die Druckeigenschaften aufgrund der Dimensionsfehler der Kopfchips, der Versetzungen der Kopfchips, die auftreten, wenn Kopfchips angeordnet werden, etc., verschlechtert.
Eine geringe Länge der Kopfchips ist ein weiterer Grund der Verschlechterung der Druckeigenschaften.
Da die Kopfchips durch ein Bilden von Heizelementen auf einem Halbleitersubstrat hergestellt werden, d.h. auf einem kreisförmigen Halbleiterwafer, ist es schwierig, lange Substratelemente zu bilden. Wenn die Länge der Substratelemente erhöht wird, wird eine Ausbeute verringert, und die Herstellungskosten sind erhöht. Dementsprechend ist es schwierig, die Länge der Substratelemente zu erhöhen. Jedoch ist es, wenn die Heizelemente auf den Substratelementen gebildet werden, die eine geringe Länge aufweisen, schwierig, die Abmessungen, Dicken, etc. der Heizelemente, die in den unterschiedlichen Substratelementen gebildet sind, gleich auszuführen.
Folglich können, wenn eine Mehrzahl von Druckchips angeordnet werden, die Eigenschaften des Tintentropfenausstoßes, und insbesondere die Größe der Tintentropfen bei sämtlichen der Druckchips nicht gleichförmig ausgeführt werden.
Wenn derartige Druckchips nur in einer Zeile angeordnet werden, erscheinen Bilder, die durch benachbarte Druckchips gedruckt werden, unterschiedlich. Dementsprechend besteht ein Problem, dass eine Drucksprenkelung auftritt.
Die EP-A-666174 offenbart einen Druckkopf, der eine Düsenplatte aufweist, wobei eine Mehrzahl von Chips auf eine Zick-Zack-Weise in einer Reihenfolge so bondiert sind, dass die Endabschnitte der Kopfchips einander in senkrecht zur Ausrichtung der Chips überlappen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein Druckkopf, der zumindest Tintendruckzellen, Heizelemente und Tintenausstoßdüsen aufweist, eine Mehrzahl von Substratelementen, wovon jedes Seitenflächen und eine Endfläche der Tintendruckzellen bildet und mit Heizelementen versehen ist; und ein Düsenbildungselement ein, das die andere Endfläche der Tintendruckzellen bildet und in welchem Tintenausstoßdüsen gebildet sind, die einzeln den Tintendruckzellen entsprechen. Die Substratelemente sind mit den Tintendruckzellen und den Heizelementen versehen, die einzeln den Tintendruckzellen entsprechen, und eine Mehrzahl von Kopfchips sind durch ein Laminieren der Substratelemente auf ein gemeinsame Düsenbildungselement auf eine derartige Weise gebildet, dass die Tintenausstoßdüsen einzeln den Tintendruckzellen entsprechen. Die Kopfchips sind in einer Richtung senkrecht zu einer Zufuhrrichtung eines Druckmediums auf eine Zick-Zack-Weise angeordnet, so dass Endabschnitte der Kopfchips einander in der Längsrichtung davon überlappen, und auf eine derartige Weise, dass die Tin teneinlässe der Tintendruckzellen der Kopfchips einander gegenüberstehen, und ein gemeinsamer Tintendurchlass zwischen den Kopfchips, die einander gegenüberstehen, gebildet ist.
Somit sind eine Mehrzahl von Kopfchips auf einem einzigen gemeinsamen Düsenbildungselement aufgebaut. Dementsprechend kann die Positionsgenauigkeit der Tintenausstoßdüsen verbessert werden, und eine Drucksprenkelung kann durch ein Anordnen der Kopfchips auf eine Zick-Zack-Weise, so dass Endabschnitte davon einander überlappen, weniger störend gemacht werden.
Zusätzlich kann, da ein einzelner Tintendurchlass mit einer Mehrzahl von Kopfchips verbunden ist, der Aufbau zum Zuführen von Tinte zu jedem der Kopfchips einfacher ausgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Druckkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine explosionsartige, perspektivische Ansicht des Druckkopfs gemäß der ersten Ausführungsform;
3 eine Schnittansicht eines wichtigen Teils des Druckkopfs gemäß der ersten Ausführungsform;
4 eine Schnittansicht der 3, geschnitten entlang einer Linie IV-IV;
5 eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei welchem ein Düsenbildungselement auf einer Halteschablone bei einem Herstellungsprozess des Druckkopfs gemäß der ersten Ausführungsform;
6 eine schematische Darstellung, die einen Schritt zum Kombinieren eines Kopfrahmens und des Düsenbildungselements bei dem Herstellungsprozess des Druckkopfs gemäß der ersten Ausführungsform;
7 eine schematische Darstellung, die einen Schritt zum Kombinieren von Substratelementen und dem Düsenbildungselement bei dem Herstellungsprozess des Druckkopfs gemäß dem ersten Beispiel zeigt;
8 eine schematische Darstellung, die eine Druckeinheit zeigt, die durch ein Kombinieren des Kopfrahmens, des Düsenbildungselements und der Substratelemente bei dem Herstellungsprozess des Druckkopfs gemäß der ersten Ausführungsform;
9 eine schematische Darstellung, die einen Schritt zum Kombinieren der Druckeinheit und der Tintendurchlasseinheit bei dem Herstellungsprozess des Druckkopfs gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
10 einen Graphen, der eine Laminierungstemperatur des Kopfrahmens und des Düsenbildungselements und eine Laminierungstemperatur der Substratelemente und des Düsenbildungselements zusammen mit einer Ausdehnungskurve des Intervalls zwischen den Tintenausstoßdüsen, die in dem Düsenbildungselement gebildet sind, und einer Ausdehnungskurve des Intervalls zwischen Heizelementen, die in dem Substratelement gebildet sind, zeigt;
11 eine perspektivische Ansicht eines kombinierten Körpers eines Druckkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Tintendurchlassplatte;
12 eine explosionsartige, perspektivische Ansicht des kombinierten Körpers eines Druckkopfs gemäß der zweiten Ausführungsform und die Tintendurchlassplatte;
13 einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Eisengehalt (Fe) in einer Eisen-Nickel-(Fe-Ni)-Legierung und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Legierung zeigt;
14 eine Seitenansicht, die ein Problem zeigt, das mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einhergehen kann;
15 eine schematische Seitenansicht eines Druckkopfs gemäß einem Beispiel, das nicht in den Umfang der Erfindung fällt;
16 eine schematische Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, bevor ein Düsenbildungselement und ein Rahmenelement laminiert werden, in Übereinstimmung mit einem Beispiel eines Herstellungsverfahrens für einen Druckkopf des Beispiels;
17 eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei welchem die Temperatur auf die Raumtemperatur verringert ist, nach einem Laminieren des Düsenbildungselements und des Rahmenelements;
18 eine schematische Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, bevor ein Düsenbildungselement und ein Rahmenelement laminiert werden, in Übereinstimmung mit einem weiteren Beispiel eines Herstellungsverfahrens für einen Druckkopf des Beispiels;
19 eine schematische Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, bei welchem die Temperatur auf die Raumtemperatur verringert ist, nach einem Laminieren des Düsenbildungselements und des Rahmenelements;
20 eine schematische Seitenansicht eines Druckkopfs gemäß einem zweiten Beispiel;
21 eine perspektivische Ansicht eines Druckkopfs gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
22 eine explosionsartige, perspektivische Ansicht des Druckkopfs gemäß der dritten Ausführungsform;
23 eine Schnittansicht der 24, geschnitten entlang einer Linie XXIII-XXIII, die ein wichtiges Teil des Druckkopfs gemäß der dritten Ausführungsform;
24 eine Schnittansicht der 23, geschnitten entlang einer Linie XXIV-XXIV;
25 eine Schnittansicht der 23, geschnitten entlang einer Linie XXV-XXV;
26 eine Schnittansicht der 23, geschnitten entlang einer Linie XXVI-XXVI;
27 eine Schnittansicht der 24, geschnitten entlang einer Linie XXVII-XXVII;
28 eine Schnittansicht der 24, geschnitten entlang einer Linie XXVIII-XXVIII;
29 eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand mit einem Düsenbildungselement eines Druckkopfs gemäß der dritten Ausführungsform;
30 ein Schritt zum Kombinieren eines Kopfrahmens und eines Düsenbildungselements bei dem Herstellungsprozess des Druckkopfs gemäß der dritten Ausführungsform;
31 eine schematische Darstellung, die einen Schritt zum Kombinieren von Substratelementen und dem Düsenbildungselement bei dem Herstellungsprozess des Druckkopfs gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
32 eine schematische Darstellung, die eine Druckeinheit zeigt, die durch ein Kombinieren des Kopfrahmens, des Düsenbildungselements und der Substratelemente bei dem Herstellungsprozess des Druckkopfs gemäß der ersten Ausführungsform aufgebaut ist;
33 eine schematische Darstellung, die einen Schritt zum Kombinieren der Kopfeinheit und der Tintendurchlasseinheit bei dem Herstellungsprozess des Druckkopfs gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
34 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Druckkopfs;
35 eine explosionsartige, perspektivische Ansicht des herkömmlichen Druckkopfs; und
36 eine Schnittansicht, die ein Problem des herkömmlichen Druckkopfs zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden untenstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben werden.
Ein Druckkopf 1 gemäß einer ersten Ausführungsform ist ein Druckkopf für einen Vollfarben-Blasentintenstrahldrucker.
Der Druckkopf 1 schließt ein Düsenbildungselement 2 ein, in welchem eine Mehrzahl von Tintenausstoßdüsen 3 gebildet sind. Mehrere hundert Tintenausstoßdüsen 3 sind in einem einzigen Substratelement gebildet, das untenstehend beschrieben werden wird. Das Düsenbildungselement 2 ist aus Nickel oder einem Material, das Nickel umfasst, in der Form von beispielsweise einem Bogen, der eine Dicke von 15 bis 20
aufweist, durch eine Galvanoformungstechnik gebildet. Die Tintenausstoßdüsen 3, die einen Durchmesser von ungefähr 20
aufweisen, sind in dem Düsenbildungselement 2 gebildet (siehe 2 und 3). Wenn Nickel oder ein Material, das Nickel umfasst, als das Material zum Bilden des Düsenbildungselements 2 verwendet wird, kann das Düsenbildungselement 2, in welchem die Tintenausstoßdüsen 3 mit einer hohen Genauigkeit positioniert sind, zu relativ niedrigen Kosten erhalten werden.
Das Düsenbildungselement 2 ist auf einem Kopfrahmen 4 laminiert. Der Kopfrahmen 4 schließt einen äußeren Rahmenabschnitt 4a, der eine rechteckige Form aufweist, und drei Brückenabschnitte 4b ein, die integral mit dem äußeren Rahmenabschnitt 4a gebildet sind, und die die lateralen Seiten des äußeren Rahmenabschnitts 4a in einem konstanten Intervall verbinden. Dementsprechend sind vier Öffnungen 5, die eine rechteckige Form aufweisen, parallel zueinander gebildet (siehe 2). In dem Fall, in dem der Druckkopf 1 in einem Zeilendrucker eingesetzt wird, der auf "A4"-Papier in einer Portrait-Orientierung druckt, entspricht die Länge der Öffnungen 5 der Breite der Größe "A4", d.h. 21 cm.
Der Kopfrahmen ist aus einem Material gebildet, das den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizient wie das Halbleitersubstrat des Substratelements aufweist, das untenstehend beschrieben werden wird. Wenn beispielsweise ein Siliziumsubstrat als das Halbleitersubstrat verwendet wird, wird Siliziumnitrid zum Bilden des Kopfrahmens 4 verwendet. Alternativ können Aluminium (Al₂O₃), Mullit, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, etc. aus der Gruppe der Keramiken verwendet werden, Quarz (SiO₂), etc. aus der Gruppe der Gläser verwendet werden, und Invar, etc. aus der Gruppe der Metalle verwendet werden.
Der Kopfrahmen 4 kann eine Dicke von beispielsweise 5 mm aufweisen und ist ausreichend starr. Wenn der Kopfrahmen 4 auf das Düsenbildungselement 2 bei einer hohen Temperatur, wie etwa 150°C, laminiert wird, versucht das Düsenbildungselement 2, um einen größeren Betrag als der Kopfrahmen 4 bei einer Temperatur niedriger als die Laminierungstemperatur (150°C) zu schrumpfen und wird somit gespannt. Da der Kopfrahmen 4 ausreichend starr ist, variiert das Intervall zwischen den Tintenausstoßdüsen 3, d.h. ein Düsenintervall, in Übereinstimmung mit dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Kopfrahmens 4. Der Kopfrahmen 4 wird auf das Düsenbildungselement 2 unter Verwendung von beispielsweise einem Thermofixierungs-Klebebogen laminiert.
Eine Mehrzahl von Kopfchips HC sind durch ein Laminieren von Substratelementen 6 auf das Düsenbildungselement 2 gebildet. Dementsprechend sind eine Mehrzahl von Kopfchips HC auf einem einzigen Düsenbildungselement gebildet (siehe 2).
Jedes der Substratelemente 6 ist durch Bilden von Heizelementen 8 auf einer Fläche eines Halbleitersubstrats 7, das aus Silizium etc. gebildet ist, und ein Laminieren einer Barrierenschicht 10 auf das Halbleitersubstrat 7 auf der gleichen Seite wie der Seite, auf welcher die Heizelemente 8 gebildet sind, aufgebaut (siehe 3 und 4). Die Barrierenschicht 10 definiert Seitenflächen der Tintendruckzellen 9; mit anderen Worten dient sie als die Seitenwände der Tintendruckzellen 9. Die Barrierenschicht 10 ist aus beispielsweise einem Trockenfilm gebildet, der durch eine Belichtung aushärtbar ist, und ist durch ein Laminieren des Trockenfilms über der gesamten Fläche des Halbleitersubstrats 7, auf welchem die Heizelemente 8 gebildet sind, und durch ein Entfernen unnötiger Teile durch einen Fotolithografieprozess aufgebaut. Dementsprechend ist das Substratelement 6 komplett.
Bei den Substratelementen 6 beträgt die Dicke der Barrierenschicht 10 ungefähr 12
, und die Heizelemente 8 weisen eine quadratische Form auf, wobei die Länge jeder Seite ungefähr 18
beträgt. Zusätzlich beträgt die Breite der Tintendruckzellen 9 ungefähr 25
.
Als ein Beispiel wird ein Fall betrachtet, bei welchem der Druckkopf 1 in einem Zeilendrucker eingesetzt wird, der auf "A4"-Papier in einer Portrait-Orientierung druckt. In einem derartigen Fall sind für eine einzelne Öffnung 5, die in dem Kopfrahmen 4 gebildet ist, ungefähr fünftausend Tintenstrahldüsen 3 in dem Düsenbildungselement 2 gebildet, und sechzehn Substratelemente 6 sind darauf laminiert. Somit sind ungefähr dreihundertzehn Tintenausstoßdüsen 3 in einem einzeigen Substratelement 6 gebildet. Dementsprechend ist es unmöglich, die genaue Anzahl von Elementen mit exakten Dimensionen in den Zeichnungen, die in der Größe begrenzt sind, zu zeigen. Deswe gen sind die Zeichnungen, um ein Verständnis zu erleichtern, teilweise übertrieben und Elemente sind manchmal weggelassen.
Die Substratelemente 6 sind auf das Düsenbildungselement 2 durch Wärmehärtung der Barrierenschicht 10 bei ungefähr 105°C laminiert. Dementsprechend ist die Laminierungstemperatur hauptsächlich in Übereinstimmung mit den Eigenschaften der Barrierenschicht 10 bestimmt. Obwohl die Laminierungstemperatur des Düsenbildungselements 2 und der Substratelemente 6 nicht auf 105°C beschränkt ist, ist es erforderlich, dass die Laminierungstemperatur des Düsenbildungselements 2 und des Kopfrahmens höher als die Laminierungstemperatur des Düsenbildungselements 2 und der Substratelemente 6 ist. Dies wird unter Bezugnahme auf einen Graphen erläutert werden, der in 10 gezeigt ist.
10 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Intervall zwischen den Tintenausstoßdüsen 3, die in dem Düsenbildungselement 2 gebildet sind (Düsenintervall) und die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Intervall zwischen den Heizelementen 8, die in den Substratelementen 6 gebildet sind (Heizerintervall), zeigt. In dem Graphen zeigt eine Kurve A die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Düsenintervall, wobei das Düsenintervall bei Raumtemperatur (R.T.) L₁ ist. Zusätzlich zeigt eine Kurve B die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Heizerintervall, wobei das Heizerintervall bei Raumtemperatur (R.T.) L₂ ist.
Wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient des Düsenbildungselements 2 ☐₁ ist, der lineare Ausdehnungskoeffizient des Halbleitersubstrats 7 ☐₂ ist und die Temperatur T ist, können die oben beschriebenen Kurven A und B wie folgt ausgedrückt werden: A: L = L1 + L1☐1T B: L = L2 + L2☐2Twobei L₂ > L₁ und ☐₁ > ☐₂.
Daher wird der Kopfrahmen 4 auf das Düsenbildungselement 2 bei einer Temperatur T₁ laminiert, bei welcher sich die Kurve A und die Kurve B kreuzen.
Dann werden die Substratelemente 6 auf das Düsenbildungselement 2 bei einer Temperatur T₂ laminiert, die niedriger als T₁ ist.
Wenn der Kopfrahmen 4 auf das Düsenbildungselement 2 bei der Temperatur T₁ laminiert wird, versucht das Düsenbildungselement 2 um einen größeren Betrag als der Kopfrahmen 4 bei einer Temperatur niedriger als die Laminierungstemperatur (T₁) zu schrumpfen und wird somit straff. Das Intervall zwischen den Tintenausstoßdüsen 3, d.h. das Düsenintervall, variiert in Übereinstimmung mit dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Kopfrahmens 4. Da der lineare Ausdehnungskoeffizient des Kopfrahmens 4 ungefähr der gleiche wie der Substratelemente 6 ist, werden das Düsenintervall und das Heizintervall bei der gleichen Temperatur ungefähr gleich. Dementsprechend treten die Versetzungen zwischen den Heizelementen 8 und den Tintenausstoßdüsen 3 nicht einfach auf.
Das Düsenintervall eines vollständigen Druckkopfes wird durch eine erforderliche Präzision eines Druckers, in welchen der Druckkopf einzubauen ist, bestimmt. Dementsprechend wird L₂ in einer Auslegungsphase bestimmt. In einem derartigen Fall kann das erforderliche L₁ umgekehrt auf der Grundlage des Graphen, der in 10 gezeigt ist, aus dem linearen Ausdehnungskoeffizienten ☐₁ des Düsenbildungselements 2, dem linearen Ausdehnungskoeffizienten ☐₂ des Halbleitersubstrats 7 (der auch der lineare Ausdehnungskoeffizient des Kopfrahmens 4 ist), der Laminierungstemperatur T₁ des Düsenbildungselements 2 und des Kopfrahmens 4 und der Temperaturdifferenz ☐T zwischen der Laminierungstemperatur T₁ und der Raumtemperatur (R.T.) berechnet werden. Alternativ kann L₂ auch aus der folgenden Gleichung berechnet werden.
Aufgrund der Unterschiede, die in dem Herstellungsprozess verursacht werden, kann das Düsenintervall bei Raumtemperatur (R.T.) zu klein oder zu groß relativ zu dem L₁ sein. In einem derartigen Fall kann eine Einstellung durch ein Ändern der Laminierungstemperatur des Kopfrahmens 4 und des Düsenbildungselements 2 ausgeführt werden.
Beispielsweise kann, wenn das Düsenintervall bei Raumtemperatur (R.T.) L₀₂ ist, was kleiner als L₁ ist, der Kopfrahmen 4 auf das Düsenbildungselement 2 bei einer Temperatur T₀₂ laminiert werden, die höher als die Laminierungstemperatur T₁ ist, die in der Auslegungsphase bestimmt ist. Zusätzlich kann, wenn das Düsenintervall bei Raumtemperatur (R.T.) L₀₃ ist, was größer als L₁ ist, der Kopfrahmen 4 auf das Düsenbildungselement 2 bei einer Temperatur T₀₃ laminiert werden, die niedriger als die Laminierungstemperatur T₁ ist, die in der Auslegungsphase bestimmt ist.
Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Kopfrahmens 4 ist vorzugsweise niedriger als jener des Düsenbildungselements 2. Wenn der Kopfrahmen 4 auf das Düsenbildungselement 2 laminiert und die Temperatur auf die Raumtemperatur (R.T.) verringert ist, nimmt das Düsenbildungselement 2 eine Kraft von dem Kopfrahmen 4 in entweder (1) einer Ausdehnungsrichtung oder (2) einer Schrumpfungsrichtung auf. Die Richtung der angelegten Kraft ist durch die Beziehung zwischen ihren linearen Ausdehnungskoeffizienten bestimmt. Wenn das Düsenbildungselement 2 die Kraft in der Richtung (2) aufnimmt, besteht ein Risiko, dass Wölbungen und Ausbuchtungen (Falten) in dem Düsenbildungselement 2 gebildet werden. Dementsprechend nimmt das Düsenbildungselement 2 vorzugsweise die Kraft in der Richtung (1), der Ausdehnungsrichtung, eher als in der Richtung (2) auf. Somit ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des Kopfrahmens niedriger als jener des Düsenbildungselements 2 und ungefähr gleich jenem der Substratelemente 6.
Zusätzlich ist die Laminierungstemperatur T₁ des Kopfrahmens 4 und des Düsenbildungselements 2 vorzugsweise höher als jedwede Temperaturen, bei welchen die folgenden Prozesse durchgeführt werden. Dementsprechend nimmt das Düsenbildungselement 2 konstant eine Spannung während der Prozesse auf, die nach der Laminierung des Kopfrahmens 4 und des Düsenbildungselements 2 durchgeführt werden, so dass keine Falten gebildet werden. In dem oben beschriebenen Beispiel wird der Kopfrahmen 4 auf das Düsenbildungselement 2 bei 150°C laminiert, und dann werden die Substratelemente 6 auf das Düsenbildungselement 2 bei 105°C laminiert.
Dementsprechend wird eine Kopfeinheit 11 durch ein Kombinieren des Kopfrahmens 4, des Düsenbildungselements 2 und der Substratelemente 6 gebildet, und Tintendurchlassplatten 12 werden dann an der Kopfeinheit 11 angebracht (sieh 1).
Eine Tintendurchlassplatte 12 ist für eine Farbe bereitgestellt, und vier Tintendurchlassplatten 12, die einzeln den vier Farben entsprechen, sind insgesamt bereitgestellt (siehe 1 und 2). Die Tintendurchlassplatten 12 sind aus einem Material gebildet, das sich nicht leicht deformiert und das eine Tintenbeständigkeit aufweist. Jede der Tintendurchlassplatten 12 schließt einen Kammerabschnitt 13, der in eine der Öffnungen 5 passt, die in dem Kopfrahmen 4 gebildet sind, und einen Flanschabschnitt 14 ein, der integral mit dem Kammerabschnitt 13 an einer Seite davon gebildet ist. Der Flanschabschnitt 14 ist so gebildet, eine Abmessung größer als die planare Form der Öffnungen 5 aufzuweisen. Der Kammerabschnitt 13 ist mit einer Öffnung 15 an der Seite gegenüberliegend der Seite versehen, an welcher der Flanschabschnitt 14 gebildet ist, und Kerben 16 zum Positionieren der Substratelemente 6 sind in den Seitenwänden der Öffnung 15 gebildet (siehe 3 und 4). Zusätzlich ist der Flanschabschnitt 14 mit einer Tintenzufuhrröhre 17 versehen, die von der Seite gegenüberliegend der Seite vorsteht, an welcher der Kammerabschnitt 13 gebildet ist, und die mit der oben beschriebenen Öffnung 15 verbunden ist (siehe 1, 2 und 4).
Die Kerben 16 sind in zwei Zeilen über der Öffnung 15 auf eine derartige Weise angeordnet, dass Endabschnitte der gegenüberstehenden Kerben 12 einander in der Richtung überlappen, in welcher sie angeordnet sind. Die Größe der Kerben 16 ist so bestimmt, dass sich die Substratelemente 6 darin einfügen können.
Jede der Tintendurchlassplatten 12 ist auf dem Kopfrahmen 4 auf eine derartige Weise geklebt, dass der Kammerabschnitt 13 in die Öffnung 5 passt und der Flanschabschnitt 14 den äußeren Rahmenabschnitt 4a und die Brückenabschnitte 4b des Kopfrahmens 4 kontaktieren. Zusätzlich sind die Substratelemente 6, die auf das Düsenbildungselement 2 laminiert sind, innerhalb der Kerben 16 positioniert, die in dem Kammerabschnitt 13 gebildet sind, und sind an den Kammerabschnitt 13 geklebt (siehe 3 und 4).
Durch ein Kombinieren der Tintendurchlassplatten 12 mit der Kopfeinheit 11, wie obenstehend beschrieben, werden geschlossene Räume, die von den Kammerabschnitten 13 der Tintendurchlassplatten 12 und dem Düsenbildungselement 2 umgeben sind, gebildet. Diese geschlossenen Räume sind mit der äußeren Umgebung nur über die Tintenzufuhrröhren 17 verbunden und dienen als Tintendurchlässe 18 zum Übertragen von Tinte, die über die Tintenzufuhrröhren zugeführt wird, zu jeder der Tintendruckzellen 9. Dementsprechend ist ein einzelner Tintendurchlass 18 mit einer Mehrzahl von Kopfchips HC verbunden, und der Aufbau zum Zuführen von Tinte ist einfacher als ein Druckkopf ausgeführt, bei welchem die Kopfchips einzeln mit Tintendurchlässen versehen sind.
In einem einzigen geschlossenen Raum sind die Substratelemente 6 einzeln in die Kerben 16 eingepasst und sind in zwei Reihen auf eine Zick-Zack-Weise so angeordnet, dass Endabschnitte der Substratelemente 6 einander überlappen, und auf eine derartige Weise, dass Tinteneinlässe 9a der Tintendruckzellen 9 einander gegenüberstehen. Somit ist der Tintendurchlass 18 zwischen den zwei Reihen der Substratelemente 6 gebildet, und die Tintendruckzellen 9 sind mit dem Tintendurchlass 18 über die Tinteneinlässe 9a verbunden (siehe 3).
Vier flexible Substrate 19, die die Heizelemente 8, die in den Substratelementen 6 gebildet sind, mit einer äußeren Steuerschaltung elektrisch verbinden, sind einzeln für vier Farben bereitgestellt (nur eine von ihnen ist in 2 gezeigt). Jedes der flexiblen Substrate 19 ist mit Verbindungsstreifen 19a verbunden, die über Öffnungen 20 zwischen dem Kopfrahmen 4 und den Tintendurchlassplatten 12 eingeführt sind (siehe 4), und sie verlaufen zu den Substratelementen 6. Die Verbindungsstreifen 19a sind elektrisch mit Kontaktpunkten (nicht gezeigt) verbunden, die einzeln mit den Heizelementen 8, die in den Substratelementen 6 gebildet sind, verbunden sind.
Die Tintenzufuhrröhren 17, die auf den Tintendurchlassplatten 12 bereitgestellt sind, sind einzeln mit Tintentanks (nicht gezeigt) verbunden, die einzeln Tinten unterschiedlicher Farben enthalten, und die Tintendurchlässe 18 und die Tintendruckzellen 9 sind mit Tinte gefüllt, die von den Tintentanks zugeführt wird.
Wenn ein Strompuls für eine kurze Zeit, wie etwa 1 bis 3 ☐s, an bestimmte der Heizelemente 8 angelegt wird, die in Übereinstimmung mit einem Befehl ausgewählt werden, der von der Steuereinheit des Druckers ausgegeben wird, werden die entsprechenden Heizelemente 8 schnell aufgeheizt. Dementsprechend wird an jedem der entsprechenden Heizelemente 8 eine Blase aus Tintendampf (Tintenblase) an der Oberfläche davon erzeugt. Dann wird, wenn sich die Tintenblase ausdehnt, ein bestimmtes Tintenvolumen nach vorne gestoßen, und selbiges Tintenvolumen wird aus der entsprechenden Tintenausstoßdüse 3 als ein Tintentropfen ausgestoßen. Der Tintentropfen, der aus der Tintenausstoßdüse h ausgestoßen wird, haftet auf einem Druckmedium, wie etwa einem Stück Papier, etc. (landet darauf). Dann werden die Tintendruckzellen 9, aus welchen die Tintentropfen ausgestoßen sind, unmittelbar mit Tinte über die Tintendurchlässe 18 mit derselben Menge wie die ausgestoßenen Tintentropfen wieder aufgefüllt.
Der Herstellungsprozess des oben beschriebenen Druckkopfs 1 wird untenstehend unter Bezugnahme auf die 5 bis 9 kurz erläutert werden.
Zunächst wird das Düsenbildungselement 2 durch eine Galvanoformungstechnik gebildet und wird auf einer Halteschablone 21 angeordnet, die eine flache Oberfläche aufweist (siehe 5). Der Grund, warum das Düsenbildungselement 2 auf der Halteschablone 21 angeordnet wird, liegt darin, dass das Düsenbildungselement 2 äußerst dünn ist und selbst seine Form nicht aufrechterhalten kann.
Als nächstes wird der Kopfrahmen 4 auf das Düsenbildungselement 2, das auf der Halteschablone 21 angeordnet ist, durch ein Aufheizen eines wärmehärtenden Klebebogens, beispielsweise eines Epoxid-Klebebogens, bei 150°C laminiert (siehe 6). In 6 zeigen Bezugszeichen 2' und 4' schematisch die Formen des Düsenbildungselements 2 und des Kopfrahmens 4, die sich ausdehnen, indem sie auf 150°C aufgeheizt werden.
Als nächstes wird die Halteschablone 21 entfernt und die Substratelemente 6 werden auf das Düsenbildungselement 2 bei 105°C laminiert, so dass die Kopfchips HC gebildet werden (siehe 7). 7 zeigt den Laminierungsschritt nur schematisch, und nur sieben Substratelemente 6 sind für jede Farbe gezeigt.
Dementsprechend ist die Kopfeinheit 11 komplett (siehe 8), und eine Tintendurchlasseinheit 22, die durch einen weiteren Prozess aufgebaut ist, wird an der Kopfeinheit 11 angebracht (siehe 9). Die Tintendurchlasseinheit 22 ist durch ein Kombinieren der oben beschriebenen vier Tintendurchlassplatten 12 unter Verwendung eines Verbindungselements (nicht gezeigt) aufgebaut.
In dem Druckkopf 1 wird der Kopfrahmen 4, der ungefähr den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie jenen der Halbleitersubstrate 7 (beispielsweise Siliziumsubstrat) aufweist, die die Basissubstrate der Substratelemente 6 sind, zunächst auf das Düsenbildungselement 2 laminiert. Dann werden die Substratelemente 6 auf das Düsenbildungselement 2 bei einer Temperatur niedriger als die Laminierungstemperatur des Kopfrahmens 4 und des Düsenbildungselements 2 laminiert. Dementsprechend sind das Intervall zwischen den Tintenausstoßdüsen 3, das in dem Düsenbildungselement 2 gebildet ist, und das Intervall zwischen den Heizelementen 8, das in den Substratelementen 6 gebildet ist, bei Temperaturen niedriger als die Laminierungstemperatur des Düsenbildungselements 2 und des Kopfrahmens 4 immer gleich. Somit kann ein Druckkopf, der verbesserte Eigenschaften des Tintentropfenausstoßes aufweist, erhalten werden. Auch wenn die Abmessung der Substratelemente 6 und die Anzahl der Heizelemente 8 und Tintenausstoßdüsen 3, die für ein einzelnes Substratelement 6 bereitgestellt sind, vergrößert werden, treten Versetzungen zwischen den exothermischen Elementen und den Tintenentladedüsen 3 auf einfache Weise nicht auf. Dementsprechend kann die Abmessung des Druckkopfs 1 auf einfache Weise vergrößert werden, und somit ist der Druckkopf 1 insbesondere geeignet für lange Druckköpfe, wie etwa Druckköpfe für Zeilendrucker, etc.
Zusätzlich erhält das Düsenbildungselement 2 durch ein Laminieren des Kopfrahmens 4 auf das Düsenbildungselement 2 eine hohe Festigkeit. Somit ist es, wie obenstehend beschrieben, möglich, einen Druckkopf für einen Zeilendrucker zu bilden, bei welchem vier Druckköpfe für vier Farben kombiniert sind.
Überdies kann, da die Kopfchips HC auf eine Zick-Zack-Weise in dem oben beschriebenen Druckkopf angeordnet sind, auch wenn die Druckchips HC, die unterschiedliche Druckeigenschaften aufweisen, angeordnet werden, eine Drucksprenkelung weniger deutlich gemacht werden. Zusätzlich kann, da eine Mehrzahl von Druckchips auf einem einzigen Düsenbildungselement gebildet sind, eine Positionsgenauigkeit der Tintenausstoßdüsen erhöht werden, und die Druckeigenschaften können verbessert werden. Zusätzlich kann, da ein einzelner Tintendurchlass mit einer Mehrzahl von Kopfchips HC verbunden ist, der Aufbau zum Zuführen von Tinte zu jedem der Kopfchips HC einfacher ausgeführt werden.
Der oben beschriebene Druckkopf 1 ist als ein Druckkopf geeignet, der in einer Richtung senkrecht zu der Zufuhrrichtung eines Druckmediums lang ist, und er ist insbesondere geeignet als ein Zeilenkopf. Dementsprechend kann eine Druckgeschwindigkeit erhöht werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf einen Druckkopf für einen Vollfarb-Blasentintenstrahldrucker in der oben beschriebenen Ausführungsform angewandt wurde, kann die vorliegende Erfindung auch auf Druckköpfe für Einfarb-Drucker angewandt werden. Zusätzlich ist, auch in dem Fall, bei welchem die vorliegende Erfindung auf einen Druckkopf für einen Vollfarb-Drucker angewandt wird, die vorliegende Erfindung nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt, bei welchem die vier Druckköpfe für vier Farben kombiniert sind, und ein einzelner Druckkopf kann für jede Farbe bereitgestellt werden.
Die Formen und Aufbauten der Elemente der ersten Ausführungsform sind nur zum Veranschaulichen eines Beispiels eines Druckkopfs beschrieben, auf welchen die vorliegende Erfindung angewandt werden kann, und es ist nicht beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
Als nächstes wird ein Druckkopf gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nun untenstehend beschrieben werden.
In den folgenden Beschreibungen der zweiten Ausführungsform sind Erläuterungen, die die Teile betreffen, die den gleichen Aufbau wie in der ersten Ausführungsform aufweisen, weggelassen, und Komponenten ähnlich jenen in der ersten Ausführungsform sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, schließt ein Druckkopf 30 gemäß der zweiten Ausführungsform die Substratelemente 6 und die Düsenbildungselemente 2 ein, die ungefähr den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Somit können, auch wenn Wärme in dem Herstellungsprozess ange legt wird, Versetzungen zwischen den Heizelementen 8 und den Tintenausstoßdüsen 3 und zwischen den Tintendruckzellen 9 und den Tintenausstoßdüsen 3, die aufgrund des Unterschieds in Schrumpfungsraten zwischen den Substraten 6 und dem Düsenbildungselement 2 auftreten, verringert werden. Dementsprechend können Variationen der Tintenausstoßrichtung und der Ausstoßgeschwindigkeit, die aufgrund der Versetzungen zwischen den Heizelementen 8 und den Tintenausstoßdüsen 3 auftreten, und zwischen den Tintendruckzellen 9 und den Tintenausstoßdüsen 3 verringert werden, und eine Verschlechterung der Druckqualität kann verhindert werden.
Dementsprechend können verschiedene Kleber, die wärmehärtende Kleber einschließen, bei dem Herstellungsprozess verwendet werden.
Wenn ein Druckkopf betrieben wird (wenn die Tinte ausgestoßen wird), wird die Temperatur der Tinte für einen Augenblick erhöht, so dass die Temperatur der Substratelemente und des Düsenbildungselements auch erhöht werden. Somit wird, wenn die linearen Ausdehnungskoeffizienten der Substratelemente und des Düsenbildungselements unterschiedlich sind, eine Kraft, um die Substratelemente und das Düsenbildungselement zu trennen, erzeugt, und eine Haltbarkeit des Druckkopfs wird verschlechtert. Im Gegensatz dazu ist gemäß dem oben beschriebenen Druckkopf 30 der Unterschied in den linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Substratelementen 6 und dem Düsenbildungselement 2 äußerst klein, so dass eine hohe Beständigkeit erhalten werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf einen Zeilenkopf angewandt wurde, der auf "A4"-Papier in einer Portrait-Orientierung in der zweiten Richtung druckt, kann die vorliegende Erfindung auch auf andere Druckköpfe, wie etwa serielle Köpfe, etc. angewandt werden.
Zusätzlich ist, obwohl der Druckkopf 30 aus einer Mehrzahl von Substratelementen 6 in der zweiten Ausführungsform aufgebaut war, die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, und eine Zeile von 21 cm kann auch durch ein einziges Substratelement 6 abgedeckt werden. Wenn die Länge des Substratelements 6 wie obenstehend beschrieben erhöht wird, wird der Einfluss des Unterschieds in den linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Substratelementen 6 und dem Düsenbildungselement 2 erhöht. Dementsprechend wird in einem derartigen Fall die Verwendung des Druckkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhafter.
Der Druckkopf 30 gemäß der zweiten Ausführungsform wird untenstehend weiter veranschaulicht.
Beispielsweise kann der Druckkopf 30 durch einen folgenden Prozess unter Verwendung eines Silizium-Wafers (Ein-Kristall-Silizium) als ein Material der Halbleitersubstrate 7, die die Basiselemente der Substratelemente 6 sind, eines Trockenfilm-Resists als ein Material der Barrierenschicht 10 und einer Invar-Legierung als ein Material des Düsenbildungselements 2 hergestellt werden.
Die Tintenausstoßdüsen 3 sind in dem Düsenbildungselement 2 durch einen Sprüh-Ätz-Prozess unter Verwendung einer Eisenchlorid-Lösung gebildet.
Die Heizelemente (Heizer) 8 werden durch ein Laminieren einer Dünnfilmschicht auf das Halbleitersubstrat 7, das aus dem Silizium-Wafer gebildet ist, gebildet, und dann wird das Trockenfilm-Resist auf das Halbleitersubstrat 7 laminiert. Dann werden die Seitenwände der Tintendruckzellen 7 durch Entfernen unnötiger Teile des Trockenfilm-Resists durch einen Fotolithografieprozess gebildet. Dementsprechend ist das Substratelement 6 gebildet.
Die Substratelemente 6 und das Düsenbildungselement 2 werden relativ zueinander positioniert und werden durch ein Heizen derselben bei 150°C für 15 Minuten laminiert.
Eine Invar-Legierung, aus welcher das Düsenbildungselement 2 gebildet ist, besteht aus 64% Eisen (Fe) und 36% Nickel (Ni) und weist, wie aus einem Graphen, der in 13 gezeigt ist, ersehen werden kann, einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 1,2 × 10^–6 auf. Somit ist der lineare Ausdehnungskoeffizient von Invar-Legierung nahezu der gleiche wie jener von Silizium (2,6 × 10^–6), das das Basismaterial des Substratelements 6 ist. Wenn der Druckkopf 30 wie obenstehend beschrieben aufgebaut ist, sind die Versetzungen zwischen den Heizelementen 8 und den Tintenausstoßdüsen 3 und zwischen den Tintendruckzellen 9 und den Tintenausstoßdüsen 3 nur von sehr geringer Größe, und eine Verschlechterung der Druckqualität kann verhindert werden.
Wie obenstehend beschrieben, besteht eine Invar-Legierung aus 64% Eisen (Fe) und 36% Nickel (Ni) und weist den linearen Ausdehnungskoeffizienten von 1,2 × 10^–6 auf, der der Minimalwert in dem in 13 gezeigten Graphen ist. Wenn der Gehalt von Eisen (Fe) nahe 64% ist, wird der lineare Ausdehnungskoeffizient höher als der Minimalwert (siehe 13). Dementsprechend kann eine Legierung, in welcher der Gehalt an Eisen (Fe) um 64% herum eingestellt ist, so dass der Unterschied in den linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Silizium und der Legierung verringert ist, auch verwendet werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann der Druckkopf 30 auch den folgenden Aufbau aufweisen.
Das Basismaterial der Substratelemente 6 und das Material der Barrierenschicht 10 sind gleich, wie obenstehend beschrieben, und Pyrex-Glas (das eine Handelsmarke von Corning Inc. für ein Hartglas Nr. 7740 ist) wird als das Material für das Düsenbildungselement 2 verwendet. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Pyrex-Glas beträgt 3,3 × 10^–6. Die Tintenausstoßdüsen 3 werden in dem Düsenbildungselement 2 durch einen reaktiven Ionen-Ätz-(RIE, reactive ion etching)-Prozess unter Verwendung einer Chromschicht als eine Maske gebildet.
Wenn der Druckkopf 30, der wie obenstehend beschrieben aufgebaut ist, zum Drucken verwendet wird, treten die Versetzungen kaum auf, und eine Verschlechterung der Druckqualität kann verhindert werden.
Überdies kann gemäß der zweiten Ausführungsform der Druckkopf 30 beispielsweise auch ein Zeilenkopf (Größe "A6"), der eine Länge von 105 mm aufweist, sein, bei welchem ein Substratelement 6 auf ein Düsenbildungselement 2 laminiert ist. Das Basismaterial des Substratelements 6, das Material der Barrierenschicht 10 und das Material des Düsenbildungselements 2 kann das gleiche sein, wie obenstehend beschrieben.
Da der Unterschied in den linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substratelement 6 und dem Düsenbildungselement 2 äußerst klein ist, sind die Versetzungen zwischen den Heizelementen 8 und den Tintenausstoßdüsen 3 und zwischen den Tintendruckzellen 9 und den Tintenausstoßdüsen auch äußerst klein. Sogar die maximale Versetzung zwischen den Heizelementen 8 und den Tintendruckzellen 9 beträgt nur einige Mikrometer. Dementsprechend wird eine Verschlechterung der Druckqualität nahezu vollständig verhindert.
Die Formen und Aufbauten der Elemente der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform sind nur zum Veranschaulichen eines Beispiels eines Druckkopfs beschrieben, auf welchen die vorliegende Erfindung angewendet wird, und es ist nicht beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
Als nächstes wird ein Druckkopf gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung untenstehend beschrieben werden.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wurde ein Aufbau zum Verringern der Versetzungen zwischen den Heizelementen 8 und den Tintenausstoßdüsen 3 und zwischen den Tintendruckzellen 9 und den Tintenausstoßdüsen 3 vorgeschlagen.
Spezifischer wird gemäß der ersten Ausführungsform der Kopfrahmen 4, der aus einem Material gebildet ist, das den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie das Halbleitersubstrat 7 aufweist, welches das Basissubstrat des Substratelements 6 ist, auf das Düsenbildungselement 2 bei einer hohen Temperatur laminiert. Dann kann das Substratelement 6 auf das Düsenbildungselement 2 bei einer niedrigeren Temperatur als die Laminierungstemperatur des Kopfrahmens 4 und des Düsenbildungselements 2 laminiert werden.
Dementsprechend variiert, nachdem das Düsenbildungselement 2 auf den Kopfrahmen 4 laminiert ist, das Intervall zwischen den Tintenausstoßdüsen 3, die in dem Düsenbildungselement 2 gebildet sind, in Übereinstimmung mit dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Rahmens 4. Da der lineare Ausdehnungskoeffizient des Rahmens 4 ungefähr der gleiche wie jener des Substratelements 6 ist, variieren die Intervalle zwischen den Heizelementen 8 und den Tintendruckzellen 9, die auf dem Substratelement 6 gebildet sind, und das Intervall zwischen den Tintenausstoßdüsen 3, die in dem Düsenbildungselement 2 gebildet sind, mit derselben Rate. Dementsprechend kann das Problem, das aufgrund der Versetzungen zwischen den Heizelementen c und den Tintenausstoßdüsen 3 und zwischen den Tintendruckzellen 9 und den Tintenausstoßdüsen 3 auftritt, vermieden werden.
Um die oben beschriebene Wirkung zu erreichen, ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des Kopfrahmens 4 vorzugsweise niedriger als jener des Düsenbildungselements 2. Jedoch besteht in einem derartigen Fall ein Risiko, dass sich der Kopfrahmen 4 aufgrund des Unterschieds in dem linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kopfrahmen 4 und dem Düsenbildungselement 2 verformen wird.
Spezifischer schrumpft in dem Fall, in dem der lineare Ausdehnungskoeffizient des Düsenbildungselements 2 höher als jener des Kopfrahmens 4 ist, das Düsenbildungselement 2 bei einer höheren Rate, verglichen mit dem Kopfrahmen 4, wenn die Umgebungstemperatur von der Laminierungstemperatur verringert wird. Dementsprechend besteht ein Risiko, dass sich der Kopfrahmen auf eine derartige Weise verformen wird, dass die Seitenfläche, auf welche das Düsenbildungselement 2 laminiert ist, konkav wird (siehe 14).
Wie in 14 gezeigt, variiert, wenn sich der Kopfrahmen 4 verformt, die Ausstoßrichtung der Tintentropfen auf ein Druckmedium k, wie etwa einem Stück Papier, etc. hin, und Intervalle m zwischen den Auftreffpunkten 1 der Tintentropfen auf dem Druckmedium k werden zu dem Umfangsabschnitt hin enger. Eine derartige Nicht-Gleichförmigkeit des Intervalls m zwischen den Auftreffpunkten 1 verursacht eine Deformation eines gedruckten Bilds ähnlich einer sphärischen Aberration einer Linse. Dementsprechend wird die Druckqualität verschlechtert.
Zusätzlich werden, wenn sich der Kopfrahmen 4 verformt, Fortbewegungsentfernungen n der Tintentropfen zwischen den Tintenausstoßdüsen und dem Druckmedium k zu dem Umfangsabschnitt hin kürzer. Wenn sich die Fortbewegungsentfernungen n wie obenstehend beschrieben unterscheiden, erreichen die Tintentropfen, die an Positionen näher dem Umfangsabschnitt ausgestoßen werden, das Druckmedium früher als die Tintentropfen, die an Positionen näher dem Mittenabschnitt ausgestoßen werden. Dementsprechend sind, wenn ein derartiger Druckkopf als ein Zeilendrucker eingesetzt wird, gedruckte Zeilen auf eine derartige Weise deformiert, dass zentrale Teile in einer Richtung entgegengesetzt zu der Papierzufuhrrichtung (in einer Verzögerungsrichtung) relativ zu den Umfangsteilen versetzt sind. Dementsprechend wird die Druckqualität verschlechtert.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe dieses Beispiels darin, ein Verformen einer Laminierungsfläche des Rahmenelements zu verhindern, d.h. einer Fläche, auf welche das Düsenbildungselement laminiert ist, und das Problem zu vermeiden, das aufgrund des Verformens der Laminierungsfläche des Rahmenelements auftritt.
In den folgenden Beschreibungen des Beispiels sind Erläuterungen, die die Teile betreffen, die den gleichen Aufbau wie in der ersten Ausführungsform aufweisen, weggelassen, und Komponenten ähnlich jenen in der ersten Ausführungsform sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Wie in 15 gezeigt, ist in einem Druckkopf 100 gemäß dem Beispiel ein Verformungs-Unterdrückungselement 101 auf eine Fläche 4d des Kopfrahmens 4 laminiert, die auf der gegenüberliegenden Seite einer Laminierungsfläche 4c ist, auf welche das Düsenbildungselement 2 laminiert ist. Wenn das Düsenbildungselement 2 aus Nickel oder einem Material, das Nickel umfasst, wie in der ersten Ausführungsform, gebildet ist, ist das Verformungs-Unterdrückungselement 101 vorzugsweise aus Nickel oder einem Material, das Nickel umfasst, gebildet.
Das Verformungs-Unterdrückungselement 101 ist auf den Kopfrahmen 4 bei der gleichen Temperatur wie die Laminierungstemperatur des Düsenbildungselements 2 und des Kopfrahmens 4 laminiert. In dem oben beschriebenen Fall ist das Verformungs-Unterdrückungselement 101 auf den Kopfrahmen 4 bei 150°C laminiert.
In dem Druckkopf 100 nehmen zwei Flächen 4c und 4d an gegenüberliegenden Seiten des Kopfrahmens 4 die gleiche Spannung bei der Betriebstemperatur auf. Dementsprechend kann verhindert werden, dass sich der Kopfrahmen 4 verformt.
Die 16 und 17 zeigen ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für einen Druckkopf gemäß dem Beispiel.
Zunächst wird eine Laminierungsfläche 201a eines Kopfrahmens 201, auf welchen das Düsenbildungselement 2 zu laminieren ist, gebildet, konvex zu sein, und eine Fläche 201b an der gegenüberliegenden Seite der Laminierungsfläche 201a wird gebildet, flach zu sein. Die Krümmung der Laminierungsfläche 201a wird derart bestimmt, dass eine Deformation des Kopfrahmens 201, die bei der Betriebstemperatur aufgrund des Unterschieds in den linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kopfrahmen 201 und dem Düsenbildungselement 2 auftritt, kompensiert werden kann.
Dann wird das Düsenbildungselement 2 auf die Laminierungsfläche 201a des Kopfrahmens 201 bei einer Temperatur höher als die Betriebstemperatur, beispielsweise bei 150°C, laminiert (siehe 16).
In einem Druckkopf 200, der wie obenstehend beschrieben aufgebaut ist, verformt sich die Laminierungsfläche 201a des Kopfrahmens 201 bei der Betriebstemperatur aufgrund einer Schrumpfungskraft des Düsenbildungselements 2. Jedoch wird, da die Laminierungsfläche 201a so gebildet ist, zunächst konvex zu sein, die Laminierungsfläche 201a durch ein Aufnehmen der Schrumpfungskraft flach (siehe 17).
Die 18 und 19 zeigen ein weiteres Beispiel eines Herstellungsverfahrens für einen Druckkopf gemäß dem Beispiel.
Zunächst wird ein Gesamtkörper eines Kopfrahmens 301 auf eine derartige Weise verformt, dass eine Laminierungsfläche 301a, auf welche das Düsenbildungselement 2 zu laminieren ist, konvex wird. Dementsprechend wird eine Fläche 301b auf der gegenüberliegenden Seite der Laminierungsfläche 301a konkav (siehe 18). Die Krümmung der Laminierungsfläche 301a wird derart bestimmt, dass eine Deformation des Kopfrahmens, die bei der Betriebstemperatur aufgrund des Unterschieds in den linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kopfrahmen 301 und dem Düsenbildungselement 2 auftritt, kompensiert werden kann.
Dann wird das Düsenbildungselement 2 auf die Laminierungsfläche 301a des Kopfrahmens 301 bei einer Temperatur höher als die Betriebstemperatur, beispielsweise bei 150°C, laminiert (siehe 18).
In einem Druckkopf 300, der wie obenstehend beschrieben aufgebaut ist, verformt sich die Laminierungsfläche 301a des Kopfrahmens 301 bei der Betriebstemperatur aufgrund einer Schrumpfungskraft des Düsenbildungselements 2. Jedoch wird, da die Laminierungsfläche 301a gebildet ist, zunächst konvex zu sein, die Laminierungsfläche 301a durch ein Aufnehmen der Schrumpfungskraft flach (siehe 19).
20 zeigt einen Druckkopf gemäß einem zweiten Beispiel, und eine Aufgabe desselben entspricht jener des ersten Beispiels.
In dem Druckkopf 400 sind Intervalle D zwischen Heizelementen, zwischen Tintendruckzellen und zwischen Tintenausstoßdüsen (in 20 sind Positionen davon durch schwarze Punkte zur Veranschaulichung gezeigt) von dem Mittenabschnitt (C.P., central portion) zu dem Umfangsabschnitt (P.P., peripheral portion) hin erhöht. Spezifischer kann die Beziehung zwischen den Intervallen wie folgt ausgedrückt werden: D1 < D2 < D3 < D4 < D5
Bei der Betriebstemperatur, die niedriger als die Laminierungstemperatur des Düsenbildungselements 2 und des Kopfrahmens 4 ist, wird die Laminierungsfläche 4c des Kopfrahmens 4 konkav. Somit werden die Ausstoßrichtungen (in 20 durch die Pfeile gezeigt) der Tintentropfen an Positionen weiter entfernt von dem Mittenabschnitt (C.P.) und näher an dem Umfangsabschnitt (P.P.) zu der Mitte hin geneigt. Dementsprechend werden Intervalle d zwischen den Auftreffpunkten auf dem Druckmedium von dem Mittenabschnitt (C.P.) zu dem Umfangsabschnitt (P.P.) gleichmäßig, und der in 14 gezeigt Zustand, bei welchem die Intervalle zwischen den Auftreffpunkten zu dem Umfangsabschnitt hin enger werden, kann vermieden werden. Spezifischer kann die Beziehung zwischen den Intervallen zwischen den Auftreffpunkten wie folgt ausgedrückt werden: d1 ≈ d2 ≈ d3 ≈ d4 ≈ d5
Somit kann gemäß dem Druckkopf 400 des zweiten Beispiels eine Verschlechterung der Druckqualität aufgrund einer Nicht-Gleichförmigkeit der Intervalle zwischen den Auftreffpunkten der Tintentropfen vermieden werden.
Überdies wird gemäß einem Steuerverfahren für einen Druckkopf gemäß dem zweiten Beispiel die Zeit, um einen Strom an die Heizelemente 8 anzulegen, derart eingestellt, dass die Heiz elemente 8, die näher an dem Mittenabschnitt positioniert sind, einen Strom früher als die Heizelemente 8 aufnehmen, die näher an dem Umfangsabschnitt positioniert sind.
Wenn sich der Kopfrahmen 4 verformt, wie in 14 gezeigt, werden die Abstände zwischen den Tintenausstoßdüsen 3 und dem Druckmedium k zu dem Umfangsabschnitt hin kürzer. Somit bewegen sich, wenn sämtliche Heizelemente 8 einen Strom gleichzeitig aufnehmen, die Tintentropfen, die an Positionen näher an dem Mittenpunkt ausgestoßen werden, für eine längere Zeit und landen später auf dem Druckmedium. Dementsprechend wird, wie obenstehend beschrieben, die Zeit, um einen Strom an die Heizelemente 8 anzulegen, derart eingestellt, dass die Heizelemente 8, die näher an dem Mittenabschnitt positioniert sind, einen Strom früher als die Heizelemente 8 aufnehmen, die näher an dem Umfangsabschnitt positioniert sind. Mit anderen Worten, nehmen die Heizelemente 8, die an Positionen angeordnet sind, an welchen die Fortbewegungszeit der Tintentropfen länger ist, einen Strom früher auf, so dass die Tintentropfen früher ausgestoßen werden. Somit landen die Tintentropfen, die von sämtlichen Heizelementen 8 ausgestoßen werden, gleichzeitig auf dem Druckmedium. Dementsprechend werden, wenn der Druckkopf in einem Zeilendrucker eingesetzt wird, gedruckte Zeilen von dem Mittenabschnitt zu dem Umfangsabschnitt gerade, und eine hohe Druckqualität kann aufrechterhalten werden.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung untenstehend beschrieben werden. Eine Aufgabe der dritten Ausführungsform besteht darin, die Versetzungen zwischen den Tintendruckzellen, die einzeln mit Heizelementen und den Tintenausstoßdüsen versehen sind, die einzeln den Tintendruckzellen entsprechen, soweit wie möglich zu verringern, und die Festigkeit des Druckkopfs zu erhöhen.
Ein Druckkopf 500 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Druckkopf, der in einem Vollfarb-Blasentintenstrahldrucker verwendet wird.
In den folgenden Beschreibungen der dritten Ausführungsform sind Erläuterungen, die die Teile betreffen, die den gleichen Aufbau wie in der ersten Ausführungsform aufweisen, weggelassen, und Komponenten ähnlich jenen in der ersten Ausführungsform sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Druckkopf 500 enthält ein Düsenbildungselement 2, in welchem eine Mehrzahl von Tintenausstoßdüsen 3 gebildet sind. Mehrere hundert Tintenausstoßdüsen 3 sind auf einem einzelnen Substratelement gebildet, welches später beschrieben werden wird. Ferner ist in der fünften Ausführungsform das Düsenbildungselement 2 aus Nickel oder einem Material, das Nickel umfasst, in der Form von beispielsweise einem Bogen, der eine Dicke von 15 bis 20 ☐m aufweist, durch eine Galvanoformungstechnik gebildet, und die Tintenausstoßdüsen 3, die einen Durchmesser von ungefähr 20 ☐m aufweisen, sind in dem Düsenbildungselement 2 gebildet (siehe 22, 23 und 24).
Das Düsenbildungselement 2 ist auf einen Kopfrahmen 24 laminiert, in welchem eine Mehrzahl von Kopfchip-Aufnahmelöchern 25 gebildet sind. Die Kopfchip-Aufnahmelöcher 25 können in vier Gruppen geteilt werden, die einzeln den vier Farben entsprechen. In jeder der Gruppen sind die Kopfchip-Aufnahmelöcher 25 in der Längsrichtung davon auf eine Zick-Zack-Weise angeordnet.
Die Kopfchip-Aufnahmelöcher 25 entsprechen einzeln den Kopfchips HC, die untenstehend beschrieben werden, so dass die Kopfchips HC darin angeordnet werden können (siehe 22).
In dem Fall, in dem der Druckkopf 500 in einem Zeilendrucker eingesetzt wird, der auf "A4"-Papier in einer Portrait-Orientierung druckt, entspricht die Länge jeder der Gruppen der Kopfchip-Aufnahmelöcher 25 der Breite der Größe "A4", d.h. 21 cm.
Der Kopfrahmen 24 ist aus einem Material gebildet, das den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizient wie ein Halbleitersubstrat des Substratelements aufweist, das untenstehend be schrieben werden wird. Wenn beispielsweise ein Siliziumsubstrat als das Halbleitersubstrat verwendet wird, wird Siliziumnitrid zum Bilden des Kopfrahmens 24 verwendet. Alternativ können Aluminium (Al₂O₃), Mullit, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid etc. aus der Gruppe der Keramiken verwendet werden, Quarz (SiO₂) etc. kann aus der Gruppe der Gläser verwendet werden, und Invar etc. kann aus der Gruppe der Metalle verwendet werden.
Der Kopfrahmen 24 kann eine Dicke von beispielsweise 5 mm aufweisen, und er ist ausreichend starr. Wenn der Kopfrahmen 24 auf das Düsenbildungselement 2 bei einer hohen Temperatur, wie etwa 150°C, laminiert wird, versucht das Düsenbildungselement 2, um einen größeren Betrag als der Kopfrahmen 24 bei einer Temperatur niedriger als die Laminierungstemperatur (150°C) zu schrumpfen und wird somit straff. Da der Kopfrahmen 24 ausreichend starr ist, variiert das Intervall zwischen den Tintenausstoßdüsen, d.h. ein Düsenintervall in Übereinstimmung mit dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Kopfrahmens 24. Der Kopfrahmen 24 wird auf das Düsenbildungselement 2 unter Verwendung von beispielsweise einem wärmehärtenden Klebebogen laminiert.
Eine Mehrzahl von Kopfchips HC werden durch ein Laminieren von Substratelementen 6 auf das Düsenbildungselement 2 gebildet. Dementsprechend werden eine Mehrzahl von Kopfchips HC auf einem einzigen Düsenbildungselement gebildet (siehe 22).
In der dritten Ausführungsform sind die Substratelemente 6 die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform, und Erläuterungen davon sind somit weggelassen.
Wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen, beträgt die Dicke der Barrierenschicht 10 ungefähr 12 ☐m, und die Heizelemente 8 weisen eine quadratische Form auf, deren Seitenlänge jeweils ungefähr 18 ☐m beträgt. Zusätzlich beträgt die Breite der Tintendruckzellen 9 25 ☐m.
Als ein Beispiel wird ein Fall betrachtet, bei welchem der Druckkopf 500 in einem Zeilendrucker eingesetzt wird, der auf "A4"-Papier in einer Portrait-Orientierung druckt. In einem derartigen Fall sind für eine einzige Gruppe von Kopfchip-Aufnahmelöchern 25, die in dem Kopfrahmen 24 gebildet sind, ungefähr fünftausend Tintenausstoßdüsen in dem Düsenbildungselement 2 gebildet, und sechzehn Substratelemente 6 sind darauf laminiert. Da es unmöglich ist, die exakte Anzahl von Tintenausstoßdüsen 3 mit exakten Dimensionen in den Zeichnungen zu zeigen, die in der Größe beschränkt sind, sind die Zeichnungen teilweise übertrieben, und manchmal sind Elemente weggelassen, um das Verständnis zu erleichtern.
Aus dem oben in der ersten Ausführungsform beschriebenen Grund werden der Kopfrahmen 24 und das Düsenbildungselement 2 zusammen bei 150°C laminiert, und dann werden die Substratelemente 6 auf das Düsenbildungselement 2 bei ungefähr 105°C laminiert.
Dementsprechend wird eine Kopfeinheit 11 durch ein Kombinieren des Kopfrahmens 24, des Düsenbildungselements 2 und der Substratelemente 6 gebildet, und Tintendurchlassplatten 12 werden dann an der Kopfeinheit 11 angebracht (siehe 21).
Eine Tintendurchlassplatte 12 ist für eine Farbe bereitgestellt, und vier Tintendurchlassplatten 12, die den vier Farben einzeln entsprechen, sind insgesamt bereitgestellt (siehe 21 und 22). Die Tintendurchlassplatten 12 sind aus einem Material gebildet, das sich nicht auf einfache Weise deformiert, und das eine Tintenbeständigkeit aufweist.
Wie in 24 gezeigt, schließt jede der Tintendurchlassplatten 12 einen Flanschabschnitt 24, der die Form wie eine Platte aufweist, deren Abmessung größer als ein Bereich ist, der die Kopfchip-Aufnahmelöcher 25 enthält, und Kammerabschnitte 13 ein, die von einer Seite des Flanschabschnitts 14 vorstehen. 24 zeigt eine Schnittansicht der 23, geschnitten entlang einer Linie XXIV-XXIV in einem Teil, das zwei Kopfchip-Aufnahmelöcher 25 enthält.
Wie in 24 gezeigt, wird die Abmessung der Kammerabschnitte 13 derart bestimmt, dass sie einzeln innerhalb der Kopfchip-Aufnahmelöcher 25 eingepasst werden können, und dass Wölbungen 26 so gebildet werden, dass Freiräume in den Kopfchip-Aufnahmelöchern 25 vorhanden sind. Jede der Wölbungen 26 bildet einen Tintendurchlass 18, der untenstehend beschrieben werden wird.
Die Kammerabschnitte 13 sind einzeln mit Kerben 16 an der Kante davon versehen. Die Kerben 16 sind mit den Wölbungen 26 verbunden und sind groß genug, dass das Substratelement 6 darin eingepasst werden kann.
Spezifischer sind die Kerben 16 in zwei Reihen auf eine Zick-Zack-Weise so gebildet, dass die Wölbungen 26 einander gegenüberstehen und dass Endabschnitte der Kerben einander in der Richtung überlappen, in welcher sie angeordnet sind.
Zusätzlich ist der Flanschabschnitt 14 der Tintendurchlassplatte 12 mit einem Tintenzufuhrdurchlass 27 versehen, der in der Längsrichtung des Flanschabschnitts 14 in dem Mittenabschnitt davon verläuft. Der Tintenzufuhrdurchlass 27 ist mit den Wölbungen 26, die in den Kammerabschnitten 13 gebildet sind, verbunden.
Der Flanschabschnitt 14 der Tintendurchlassplatte 12 ist auch mit einer Tintenzufuhrröhre 17 versehen, welche von der Seite gegenüberliegend der Seite vorsteht, an welcher die Kammerabschnitte 13 gebildet sind, und welcher mit dem oben beschriebenen Tintenzufuhrdurchlass 27 verbunden ist (siehe 21, 22 und 24).
Jede der Tintendurchlassplatten 12 ist auf den Kopfformen 24 auf eine derartige Weise geklebt, dass die Kammerabschnitte 13 in die Kopfchip-Aufnahmelöcher 25 eingepasst sind, die in dem Kopfrahmen 24 gebildet sind, und dass der Flanschabschnitt 14 den Kopfrahmen 24 kontaktiert (siehe 25 und 26). 25 ist eine Schnittansicht der 23, geschnitten entlang einer Linie XXV-XXV, und 26 ist eine Schnittansicht der
23, geschnitten entlang einer Linie XXVI-XXVI. Der Flanschabschnitt 14 kontaktiert den Kopfrahmen 24 an einer Position, die in 26 gezeigt ist.
Zusätzlich sind die Substratelemente 6, die auf das Düsenbildungselement 2 laminiert sind, innerhalb der Kerben 16, die in den Kammerabschnitten 13 gebildet sind, positioniert und sind an die Kammerabschnitte 13 geklebt (siehe 23 und 24).
Durch ein Kombinieren der Tintendurchlassplatten 12 mit der Kopfeinheit 11, wie obenstehend beschrieben, werden geschlossene Räume, die von den Kammerabschnitten 13 der Tintendurchlassplatten 12 und dem Düsenbildungselement 2 umgeben sind, gebildet. Diese geschlossenen Räume enthalten Tintenzufuhrdurchlässe 27, die Wölbungen 26 und die Tintendurchlässe 18 und sind mit der äußeren Umgebung nur über die Tintenzufuhrröhren 17 verbunden. Tinte, die über die Tintenzufuhrdurchlässe 27 zugeführt wird, wird über die Tintendurchlässe 18 zu jeder der Tintendruckzellen 9 übertragen.
Obwohl die Kopfchips HC einzeln mit den Tintendurchlässen 18 versehen sind, ist ein einziger Tintenzufuhrdurchlass 27 mit einer Mehrzahl von Tintendurchlässen 18 verbunden (siehe 24, 25 und 26). Somit ist der Aufbau zum Zuführen von Tinte einfacher als bei einem Druckkopf ausgeführt, bei welchem die Tintenzufuhrdurchlässe 27 einzeln mit den Tintendurchlässen versehen sind. Dieser Aufbau ist in den 27 und 28 gezeigt. 27 ist eine Schnittansicht der 24, geschnitten entlang einer Linie XXVII-XXVII. Wie in 27 gezeigt, sind die Kopfchip-Aufnahmelöcher 25 über dem Tintenzufuhrdurchlass 27 angeordnet. 28 ist eine Schnittansicht der 24, geschnitten entlang einer Linie XXVIII-XXVIII. Wie in 28 gezeigt, sind die Kopfchip-Aufnahmelöcher 25 einzeln mit den Tintendurchlässen 18 verbunden.
Vier flexible Substrate 19, die die Heizelemente 8, die in den Substratelementen 6 gebildet sind, elektrisch mit einer äußeren Steuereinheit verbinden, sind einzeln für vier Farben bereitgestellt (nur eines davon ist in 22 gezeigt). Jedes der flexiblen Substrate 19 ist mit Verbindungsstreifen 19a versehen, die durch Öffnungen 20 eingeführt werden, die zwischen dem Kopfrahmen 4 und den Tintendurchlassplatten 12 gebildet sind (siehe 24), und sie verlaufen zu den Substratelementen 6. Die Verbindungsstreifen 19a sind elektrisch mit Kontaktpunkten (nicht gezeigt) verbunden, die einzeln mit den Heizelementen 8, die in den Substratelementen 6 gebildet sind, verbunden sind.
Die Tintenzufuhrröhren 17, die auf den Tintendurchlassplatten 12 bereitgestellt sind, sind einzeln mit Tintentanks (nicht gezeigt) verbunden, die jeweils Tinten unterschiedlicher Farben enthalten, und die Tintenzufuhrdurchlässe 27, die Tintendurchlässe 18 und die Tintendruckzellen 9 werden mit Tinte gefüllt, die von den Tintentanks zugeführt wird.
Wenn ein Strompuls für eine kurze Zeit, wie etwa 1 bis 3 ☐s, an bestimmte der Heizelemente 8 angelegt wird, die in Übereinstimmung mit einem Befehl ausgewählt werden, der von der Steuereinheit des Druckers ausgegeben wird, werden die entsprechenden Heizelemente 8 aufgeheizt. Dementsprechend wird an jedem der entsprechenden Heizelemente 8 eine Blase aus Tintendampf (Tintenblase) an der Oberfläche davon gebildet. Dann wird, wenn sich die Tintenblase ausdehnt, ein bestimmtes Tintenvolumen nach vorne gedrückt, und das gleiche Tintenvolumen wird aus der entsprechenden Tintenausstoßdüse 3 als ein Tintentropfen ausgestoßen. Der Tintentropfen, der aus der Tintenausstoßdüse h ausgestoßen wird, haftet an (landet auf) einem Druckmedium, wie etwa einem Stück Papier etc. Dann werden die Tintendruckzellen 9, aus welchen die Tintentropfen ausgestoßen sind, unmittelbar mit Tinte über die Tintendurchlässe 18 mit derselben Menge wie die ausgestoßenen Tintentropfen wieder aufgefüllt.
Der Herstellungsprozess des oben beschriebenen Druckkopfs 500 wird kurz untenstehend unter Bezugnahme auf die 29 bis 33 erläutert werden.
Zunächst wird das Düsenbildungselement 2 durch eine Galvanoformungstechnik gebildet und wird auf einer Halteschablone 21, die eine flache Oberfläche aufweist, angeordnet (siehe 29). Der Grund, dass das Düsenbildungselement 2 auf der Halteschablone 21 angeordnet wird, besteht darin, dass das Düsenbildungselement 2 äußerst dünn ist und seine Form selbst nicht aufrechterhalten kann.
Als nächstes wird der Kopfrahmen 24 auf das Düsenbildungselement 2, das auf der Halteschablone 21 angeordnet ist, durch ein Aufheizen eines wärmehärtenden Klebebogens, beispielsweise eines Epoxid-Klebebogens, auf 150°C laminiert (siehe 30). In 30 zeigen Bezugszeichen 2' und 24' schematisch die Formen des Düsenbildungselementes 2 und des Kopfrahmens 24, die sich, indem sie auf 150°C aufgeheizt werden, ausdehnen.
Als nächstes wird die Halteschablone 21 entfernt, und die Substratelemente 6 werden auf das Düsenbildungselement 2 bei 150°C laminiert, so dass die Kopfchips HC gebildet werden (siehe 31). 31 zeigt den Laminierungsschritt nur schematisch, und nur sieben Substratelemente sind für jede Farbe gezeigt.
Dementsprechend ist die Kopfeinheit 11 komplett (siehe 32), und die Tintendurchlasseinheit 22, die durch einen weiteren Prozess aufgebaut ist, wird an der Kopfeinheit 11 angebracht (siehe 33). Die Tintendurchlasseinheit 22 ist durch ein Kombinieren der oben beschriebenen vier Tintendurchlassplatten 12 unter Verwendung eines Verbindungselements (nicht gezeigt) aufgebaut.
In dem Druckkopf 500 wird der Kopfrahmen 24, der ungefähr den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie jenen der Halbleitersubstrate 7 (beispielsweise Siliziumsubstrate) aufweist, die die Basissubstrate der Substratelemente 6 sind, zunächst auf das Düsenbildungselement 2 laminiert. Dann werden die Substratelemente 6 auf das Düsenbildungselement 2 bei einer Temperatur niedriger als die Laminierungstemperatur des Kopfrahmens 24 und des Düsenbildungselements 2 laminiert. Dementspre chend sind das Intervall zwischen den Tintenausstoßdüsen 3, die in dem Düsenbildungselement 2 gebildet sind, und das Intervall zwischen den Heizelementen 8, die in den Substratelementen 6 gebildet sind, immer bei Temperaturen niedriger als die Laminierungstemperatur des Düsenbildungselements 2 und des Kopfrahmens 24 gleich. Somit kann ein Druckkopf, der verbesserte Eigenschaften eines Tintentropfenausstoßes aufweist, erhalten werden. Auch wenn die Abmessung der Substratelemente 6 und die Anzahl der Heizelemente 8 und der Tintenausstoßdüsen 3, die für ein einziges Substratelement bereitgestellt sind, erhöht werden, treten Versetzungen zwischen den exothermischen Elementen und den Tintenentladedüsen 3 auf einfache Weise nicht auf. Dementsprechend kann die Abmessung des Druckkopfs 500 auf einfache Weise erhöht werden, und somit ist der Druckkopf 500 insbesondere geeignet für lange Druckköpfe, wie etwa Druckköpfe für Zeilendrucker etc.
Da der Kopfrahmen 24 mit einer Mehrzahl von Kopfchip-Aufnahmelöchern 25 versehen ist, die in der Längsrichtung davon verlaufen, ist der Kopfrahmen 24 in der Längsrichtung starr. Dementsprechend erhält das Düsenbildungselement 2 durch ein Laminieren des Kopfrahmens 24 auf das Düsenbildungselement 2 eine hohe Festigkeit. Somit ist es, wie obenstehend beschrieben, möglich, einen Druckkopf für einen Zeilendrucker zu bilden, in welchem vier Druckköpfe für vier Farben kombiniert sind.
Überdies kann, da die Druckköpfe HC auf eine Zick-Zack-Weise in dem oben beschriebenen Druckkopf angeordnet sind, auch wenn Kopfchips HC, die unterschiedliche Druckeigenschaften aufweisen, angeordnet werden, eine Drucksprenkelung weniger deutlich gemacht werden. Zusätzlich kann, da eine Mehrzahl von Kopfchips HC auf einem einzigen Düsenbildungselement gebildet sind, eine Positionsgenauigkeit der Tintenausstoßdüsen erhöht werden, und die Druckeigenschaften können verbessert werden.
Der oben beschriebene Druckkopf 500 ist als ein Druckkopf geeignet, der in einer Richtung senkrecht zu der Zufuhrrichtung eines Druckmediums lang ist, und er ist insbesondere als ein Zeilenkopf geeignet. Dementsprechend kann die Druckgeschwindigkeit erhöht werden.

Claims

Druckkopf, der zumindest eine Tintendruckzelle, Heizelemente und Tintenausstoßdüsen (3) aufweist, wobei der Druckkopf umfasst: eine Mehrzahl von Substratelementen (6), die Seitenflächen und eine Endfläche der Tintendruckzellen bilden und die mit den Heizelementen (8) versehen sind; und ein Düsenbildungselement (2), das die andere Endfläche der Tintendruckzellen bildet und in welchem die Tintenausstoßdüsen (3), die einzeln den Tintendruckzellen entsprechen, gebildet sind, wobei die Substratelemente mit den Tintendruckzellen und den Heizelementen, die einzeln den Tintendruckzellen entsprechen, versehen sind, wobei eine Mehrzahl von Kopfchips (4C) durch ein Laminieren der Substratelemente auf ein gemeinsames Düsenbildungselement auf eine derartige Weise aufgebaut sind, dass die Tintenausstoßdüsen einzeln den Tintendruckzellen entsprechen, und wobei die Kopfchips in einer Richtung senkrecht zu einer Zufuhrrichtung eines Druckmediums auf eine Zickzackweise so angeordnet sind, dass Endabschnitte der Kopfchips einander in einer Längsrichtung davon überlappen, und auf eine derartige Weise, dass Tinteneinlässe der Tintendruckzellen der Kopfchips einander gegenüberstehen und ein gemeinsamer Tintendurchlass (18) zwischen den Kopfchips, die einander gegenüberstehen, gebildet ist.
Druckkopf nach Anspruch 1, wobei der Tintendurchlass durch ein Laminieren des Düsenbildungselements auf eine eine Öffnung aufweisende Tintendurchlassplatte gebildet ist, die an einer Seite offen ist und mit einer Tintenzufuhrröhre verbunden ist, um so die Öffnung abzudecken, und wobei die Kopfchips innerhalb von Nuten angeordnet sind, die in der Tintendurchlassplatte auf der gleichen Seite wie der Seite, auf welcher das Düsenbildungselement laminiert ist, gebildet sind.
Druckkopf nach Anspruch 1, wobei der Druckkopf ein Zeilenkopf ist.
Druckkopf nach Anspruch 1, wobei das Düsenbildungselement aus einem Material gebildet ist, das Nickel umfasst.
Druckkopf nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl von Substrateinheiten, die jeweils ein oder mehrere Substratelemente einschließen, zum einzelnen Ausstoßen von Tinten unterschiedlicher Farben bereitgestellt sind, und wobei die Substratelemente, die in den Substrateinheiten eingeschlossen sind, an einem einzelnen Düsenbildungselement angebracht sind.
Drucker, umfassend einen Druckkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.