Brevet FR2572025A1 — publié le 19860425

L'invention concerne une tête d'enregistrement par jet d'encre et un procédé de fabrication de cette tête. L'invention concerne plus particulièrement une tête d'enregistrement par jet d'encre destinée à produi re des gouttelettes d'encre, d-evant êtr-e utilisé pour un enregistrement par jet d'encre, dans lequel des gout telettes d'un liquide sont projetées et peuvent adhérer à un élément sur lequel un enregistrement doit être -réalisé, tel que du papier ou autre, et elle a trait également à un procédé de fabrication de cette tête. Des têtes d'enregistrement par jet d'encre utilisées dans l'enregistrement par je-t d'encre présen- tent, en général, un petit orifice destine à l'éjection d'une encre, un canal d'écoulement d'encre, un générateur d'énergie placé sur une section du canal, et-une chambre commune de réserve d'encre. Pour la fabrication de telles têtes d'enregis trement par jet d'encre, il est connu un procédé classique dans lequel de fines gorges sont formées dans une plaque, par exemple en verre, en métal ou autres, pardécoupage, gravure chi-nique ou autre , et la plaque résultante est liée à un s@ostrat, équipé d'un généra- teur d'énergie pour l'éjection d'encre, afin de former un canal d'écoulement d'encre. Cependant, dans les têtes d'enregistrement par jet d'encre fabriquées conformément au procédé classique ci-dessus, la rugosité de ià surface ifltrieùre du canal d'écoulement d'encre est trop gra-nde-lorsque ce canal est réalisé par -coupe, ou bien sa surface intérieure présente trop de déformations dues à des différences de degré d'attaque chimique lorsque le canal est réalisé par gravure chimique. En conséquence, l'obtention d'un canal d'écoulement d'encre de bonne précision est difficile et un manque d'uniformité des caractéris- tiques d'éjection de l'encre tend. à apparaître. De plus, dans les procédés classiques de production, un alignement. précis est difficile à obtenir dans la liaison entre (a) une plaque rainurée; dans- laquelle est formée une gorge d'écoulement d'encre et (b) un substrat équipé d'un générateur d'énergie pour l'éjection d'encre ; l'exsudation d'un adhésif utilisé pour lier la plaque rainurée au substrat provoque une contamination du géné- rateur d'énergie et/ou une- obturation du canal d'écoule- ment d'encre ; le pracédé de fabrica-tion 'est compliqué et le rendement est faible , il existe donc des problèmes affectant ce procédé de production.On connaît, comme procédé de production de têtes d'enregistrement par jet d'encre permettant de résoudre les problèmes indiqués ci-dessus, un procédé dans lequel un-- canal d'écoulement d'encre est formé à l'aide d'un film de résine photosensible durci (demande de brevet japonais= N 43 876/1982). Ce procédé a résolu les problèmes clas siques poses par la gravure chimique ou la coupe et se manifestant par une faible précision du canal d d'écou- lement d'encre forme, une complexité du procédé de pro duction et un faible rendement~.D'une façon générale, un substrat équipé d'un générateur d'énergie pour l'éjection d'encre comprend divers films protecteurs destinés à protéger le générateur énergie. Il est propos-é, en tant que -tel substrat, par exemple -une structure dans laquelle un élément chauffant- constituant un générateur d'énergie pour l'expulsion de encre, des électro des destinées à fournir du conrant électrique à l'élément chauffant et une couche anti-oxydation destinée à empê cher l'oxydation de l'élément chauffant pendant la géné ration d'énergie, sont formés sur un substrat et il est prévu sur --la partie de la souche anti-oxydation recouvrant l'élément chauffant,- une couche anti-cavita tion constituée, par exemple, d'un métal destiné à empê cher ledit phénomène de cavitation de la couche anti oxydation et, sur la partie résiduelle de la couche anti-oxydation ne recouvrant pas- l'élément chauffant, il est formé une couche anti-encre constituée d'une substance organique. Dans ce cas, à la surface du substrat à laquelle doit être lié un film durci d'une résine photosensible formant un canal d'écoulement de l'encre, deux couches sont à découvert, à savoir la couche anti-cavitation et la couche anti-encre, parmi les trois couches qui comprennent en outre la couche anti-oxydation. Ces couches ont des niveaux différents. De plus, elles ont des coefficients de réflexion de la lumière différents. En conséquence, une exposition à la lumière de la résine photosensible pour y former un dessin diffère pour chacune des couches. Il en résulte un manque d'uniformité de la dimension du canal d'-écoulement d'encre formé par le dessin dans certaines conditions, c'est-à-dire qu'il est difficile de former tn fanal d'écoulement d'encre continu conformément à une dimension nominale. Le film de résine -photosensible durci par lequel un canal d'écoulement d'encre est formé doit ~avoir, en particulier, une épaisseur très précise. Une exposition à la lumière différente en des Fointsdifférents de la résine photosensible a pour inconvénient une nette différence d'épaisseur en certains points du film durci. En outre, lorsqu'une exposition à la lumière optimale pour la partie ayant le coefficient de réflexion de la lumière le plus élevé, par exemple la partie de la résine photosensible située sur la couche anti-cavitation au-dessus de l'élément chauffant, qui forme le canal d'écoulement d'encre, est également appliquée à la partie ayant le coefficient de réflexion le plus bas, par exemple la partie de la résine photosensible située sur la couche anti-encre (couche de substance organique), le film de résine photosensible durci ne reçoit pas, dans son ensemble, une exposition à la lumière suffisante ; la polymérisation qui a lieu n'est pas complète ; la paroi du canal d'écoulement d'encre se détache du substrat pendant le développement et, par conséquent, il en résulte un faible rendement. L'invention a été conçue à la lumière du problème indiqué ci-dessus. Un objet de l'invention réside dans une tête d'enregistrement par jet d'encre de haute précision et haute fiabilité, ainsi que dans un procédé de fabrication de cette tête. L'invention a également pour objet une tête d'enregistrement par jet d'encre dans laquelle est formé un canal fin d'écoulement d'encre, avec une grande précision e-t conforme au projet conçu, ainsi qu'un procédé de fabrication de cette tête. L'invention concerne également une tête d'enregistrement par jet d'encre ayant une excellente longévité en utilisation et ne présentant pas de séparation entre le substrat et la paroi du canal, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. Conformément à un aspect de l'invention, il est prévu une tête d'enregistrement par jet d'encre comprenant un substrat qui comporte un générateur d'énergie destiné à l'éjection de l'encre, un film de résine photosensible durci formé sur le substrat afin de constituer un canal d'écoulement d'encre, et un -élément de recouvrement destiné à former le canal et placé sur le film de résine photosensible durci, la tête étant caractérisée en ce qu'une couche de surface est prévue entre la surface du substrat et le film de résine photosensible durci afin de rendre sensiblement uniforme le coefficient de réflexion de la lumière du substrat. Conformément à un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé de fabrication d'une tête d'enregistrement par jet d'encre, qui consiste à former un film de résine photosensible durci destiné à constituer un canal d'écoulement d'encre -su-r un-substrat comportant un générateur - d'énergie pour l'éjection de l'encre, et à placer un élément de recouvrement destiné à former un -canal d'écoulement d'encre -sur le film de résine photosensible durci, le procédé étant car-a-ctérisé en ce qu'une couche de surface destinée à déterminer le coefficient de réflexion de la lumière du substrat est formée sur ce dernier, après quoi le film de résine photosensible durci est lui-même formé. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels les figures 1A, 1B, 2, 3, 4A, 4B, 5, 6A, 6B, 7A, 7B et 8- à 15 sont des schémas explicatifs de la présente invention. L'invention sera décrite plus en détail cidessous en référence aux dessins. Tout d'abord, uniforme sur un substrat 1 un élément chauffant (couche résistante- chauffante) 2 assumant la fonction d'un générateur d'énergie et des électrodes 3 destinées à alimenter en courant électrique l'élément chauffant 2, pat gravure chimique, sérigraphie ou autre, comme montré schématiquement sur la coupe transversale de la figure 1A et sur la vue en plan de la figure 1B. Dans l'étape illustrée -par la coupe schématique de la figure 2, une couche anti-oxydation 4 constituée, par exemple,de SiO2 est formée par pulvérisation ou autre afin d'empêcher l'oxydation de l'élément chauffant 2 pendant la génération de- chaleur. Dans l'étape illustrée schématiquement par la coupe de la figure 3, pour empêcher la rupture possible de la couche anti-oxydation- 4 sous -l'effet d'un phénomène dit de cavitation qui se produit lorsque de l'encre, se trouvant dans un canal d'écoulement encre formé d'une manière qui sera décrite ci-après, risque de former des bulles sous l'effet de la chaleur produite par l'élément chauffant2, conforme, en tant que couche anti-cavitation 5, un film métallique constitué, par exemple,de Ta ou analogue Dans l'étape illustrée par la coupe schématique de la figure 4A, pour assurer une akaration complote entre les électrodes 3 et l'encre, il est formé une couche anti-encre 6a constituée d'une substance organique résistant à 1-' encre, par- exemple--un polyimide ou analogue. Un substrat équipé d'un générateur d'énergie pour éjecter l'encre et ayant été. soumis à l'étape de la figure 4A présente, lorsqu'il est considéré de dessus, la constitution telle que représentée par la vue schématique en plan de la figure 4B. Ensuite, comme montré par la coupe schématique de la figure 5, il est appliqué une couche de résine photosensible 7A destinée à former une paroi de canal d'écoulement encre, par exemple un film sec 5.Ensuite, comme montré par la coupe schématique de la figure SA, pour former une paroi de canal d'écoulement encre suivant un dessin, on place, sur la résine photosensible 7A, un masque photographique 20 qui n'est transparent que dans la-partíe= destinée à devenir ensuite une paroi de gicleur (comme montré sur la vue schématique en plan de la figure 6B), et le cadrage est réalisé entre la résine photosensible et le masque conformément à un procédé connu. Puis de la lumière est appliquée au stratifié résultant, à- partir du cote du masque photographique. A ce moment, comme montré sur la figure 4B, une paroi continue de canal d'écoulement d'encre doit être formée non seulement sur la couche anti-cayitation 5 constituée d'un métal ou analogue, mais également sur la couche anti-encre 6a.-- Etant donné que la couche anti-encre 6a presente un coefficient de réflexion dela lumière très inférieur- à celui de la couche anti cavitation 5, lorsque la même exposition de lumière est réalisée sur la partie de la résine photosensible 7A située sur la couche anti-encre 6a que sur la partie de la résine photosensible 7A située sur la couche anticavitation 5, c'est-à-dire lorsqu'une exposition prédéterminée à la lumière est réalisée à travers le masque photographique 20, la résine photosensible 7A située sur la couche anti-encre 6a reçoit une exposition à la lumière insuffisante et sa polymérisation ne s'effectue pas suffisamment et, par conséquent, la paroi du canal d'écoulement d'encre formée après le développement est d'une largeur inférieure à celle prévue. Entre temps, le film 7 de résine photosensible durci sur la couche anti-cavitation 5 est formé conformément à une dimension nominale. Par conséquent, ie canal d'écoulement d'encre présente inévitablement une différence de largeur à l'interface entre la couche anti-encre 6a et la couche anti-cavitation 5, ce qui gêne l'écoulement normal de l'encre dans le canal et affecte notablement Les caractéristiques d'éjection de l'encre. Par conséquent-, dans la présente invention, une couche de surface est formée de manière que l'interface entre le film durci 7 de résine photosensible formant un canal d'écoulement d'encre et le substrat équipé du générateur d'énergie pour l'éjection de l'encre puisse avoir un coefficient de réflexion sensiblement uniforme afin que le coefficient de réflexion de la lumière de l'interface soit ajusté. Une couche anti-encre 6a, comme montré sur la figure 4A, est formée sur toute l'étendue de la surface de la couche anti-oxydation sauf la partie de l'élément chauffant générateur d'énergie, comme représenté en 6b,- (couche de surface) sur la coupe schématique de la figure 7A et sur la vue schématique en plan de la figure 7B. L'interface entre le substrat et le film de résine photosensible durci peut ainsi être rendue sensiblement uniforme. En outre, une couche apte à empêcher la réflexion est formée sur la couche anti-encre 6a de manière que l'action anti-réfléchissante de la couche antiencre 6a puisse être négligée. Dans ce cas, la couche apte à empêcher la réflexion est une couche de surface établissant un coefficient de réflexion de la lumière sensiblement uniforme. En variante, il est possible d'appliquer une couche supérieure sur la couche anti-encre, cette couche supérieure étant une autre couche que celle apte à empêcher la réflexion et étant conçue d'une matière relativement insensible à la réflexion de la lumière provoquée par l'épaisseur de la couche ou les conditions de formation de la couche. Un film durci de résine photosensible est formé sut la couche supérieure. Dans ce cas, la couche supérieure - est la couche de surface. Lorsque la couche résistante chauffante, les électrodes, etc., possèdent une propriété anti-encre et que l'encre utilise possède une propriété isolante, la couche anti-encre n'est pas necessaire. En conséquence, dans ce cas, la couche de surface apte à empêcher la réflexion ou la couche supérieure peut être formée directement sur la couche résistante chauffante et sur les electrodes. En outre, la couche anti-encre, la couche apte à empêcher la réflexion ou la couche supérieure peut être prévue non seulement sur la partie de la surface du substrat, excepté le générateur d'énergie, mais également sur la totalité de la surface du substrat si la perte d'énergie due à la formation de ces couches est assez faible pour être négligeable. I1 est nécessaire que la surface du substrat en contact avec le film durci de résine photosensible possède pour le moins un coeffi cient- de réflexion sensiblement uniforme. Pour la couche anti-encre, on peut utiliser une résine du te polyimide, ufle résine photosensible (par exemple un polyimide photosensible), etc. Come résine du type polyimide, on peut utiliser des résines="PIQ" et "HL-1, 200" (produite par Hitach Chemical Co., Ltd.), "Semicofine" et "TORAYNEECE" produite par la firme TORAY INDUSTRIES, INC), etc. Pour le polyimide- photosensible, on peut utiliser des matières telles que "PL 1000" (produite par Hitachi Chemical Co., Ltd.), "Photoneece" produite par TORAY INDUSTRIES, INC), "HTR-2" (produire par Merck), etc. On peut utiliser d'autres matières pour la couche anti-encre pourvu qu'elles possèdent une propriété anti- encre. Pour la couche apte empêcher la réflexion, on peut utiliser d'une façon générale des matières connues la réflexion telles que des composés (TiO2, XgF2), "ARC" (produit par BREWER- SCIENCE) et analogues. En général, on peut~ utiliser des matières ayant une aptitude à empêcher -la réflexion. Les matières comprennent en particulier des oxydes métalliques tels que l'oxyde de titane et l'oxyde de magnésium, MgFZ, le trisulfure d'antimoine, et analogues. Pour la couche supérieure, on peut utiliser avantageusement des métaux et des -oxydes métalliques (par exemple, Cr, Al2O3, SiO2, Ta2O5, Ta) ainsi que d'autres composes d'oxyde. Les matières précitées peuvent entre aisément façonnées en couche par des procédés connus pour la formation d'un film mince avec chaque matière. Des couches d'épaisseur régulée. sont aisément préparées- par les procédés suivants. Par exemple, une mince couche de TiO2,- MgF2, d'un métal ou analoguè peut être préparée par le procédé de déposition sous vide, une mince couche de "ARC" peut être obtenue par le procédé d'enduction centrifuge ou d'immersion, et une mince- couche de SiO2 peut être obtenue par le procédé de pulvérisation. Après que le coefficient de réflexion de la lumière de la surface du substrat a été ajusté par la formation de la couche superficielle mentionne cidessus (la couche superficielle ou de surface est représentée schématiquement sur la coupe de- la figure 8), une couche 7A de résine photosensible est appliquée puis une exposition à la lumière est effectuée à-l'aide d'un masque photographique 20. (coupes schématiques des figures 9 et 10). On procède ainsi à un développement pour former une paroi de canal constituée d'un- film de résine photosensible durci 7 (coupe schématique de la figure 11).Puis un élément 10 de recouvrement est lié afin de former un canal d'écoulement d-tencre- (coupe de la figure 12), après quoi une coupe est réalisée suivant la ligne C-C indiquée sur - vue en perspective de la figure 13 et sur la vue en coupe de la figure 14. Cette coupe est -necessaire pour établir un inter- valle optimal entre un générateur d'énergie pour l'éjec- tion de l'encre et un orifice 9-3 pour l'éjection de l'encre, dans un canal 9-2 d'écoulement d'encre. Le site de la coupe est donc déterminé afin de permettre cette optimisation. Pour procéder à cette opération -de coupe, on peut adopter- un procédé d-e coupe par projection d'abrasif communément utilisé dans l'industrie -des semiconducteurs. Il est évident que l'opération de coupe nest pas nécessaire dans le cas où un orifice. est fini selon une forme souhaitée, -par un cadrage précis des positions du générateur d'énergie et de l'orifice. Ensuite, -comme illustré schématiquement par la coupe partielle de la figure 15, un tuyau 12= d'alimentation en encre est- fixé- dans un- trou traversant 11 ce qui achève la réalisation de la tête d'enregistrement par jet d'encre. Les figures 9 à 12 et les figures 14 et 15 sont chacune une vue schématique en coupe alors que la figure 13 est une vue schématique en plan. Comme décrit en détail ci-dessus, la présente invention permet d'obtenir les effet suivants. (a) Etant donné qu'une paroi de canal ayant une forme et une dimension souhaitées peut être formée, on peut obtenir une tête d'enregistrement par jet de liquide de haute précision et de caractéristique d'éjec- tion stable, ainsi que son procédé de fabrication (b) étant donné que la surface du substrat recouverte d'un film de résine photosensible durci présente un coefficient de réflexion sensiblement uniforme, l'exposition à la lumière de la résine photosensible est uniforme en toute partie de la résine ;; (c) étant donné qu'une exposition à la lumière d'amplitude souhaitée peut être réalisée, la résine photosensible durcit suffisamment et ce durcissement a lieu sans que le film de résine photosensible durci ne se détache, (d) en intercalant une couche de surface, la liaison entre le substrat et le film de résine photosensible durci peut être améliorée, ce qui permet d'obtenir une tête d'enregistrement par jet liquide de plus grande fiabilité, ainsi que son procédé de fabrication. Le procédé conforme à l'invention permet d'obtenir une tête d'enregistrement par éjection de liquide ayant d'excel.lentes propriétés sur la base des éléments indiqués ci-dessus, par exemple même si une tête d'enregistrement par éjection de liquide-ne comporte pas de paroi de canal d'ecoulement de liquide entre des générateurs d'énergie pour l'éjection de l'encre. REVENDICATIONS 1. Tête d'enregistrement par jet d'encre com-prenant un substrat (1) qui comporte un générateur d'énergie (2) destiné à l'éjection d'encrez un film (7) de résine photosensible durci formé sur le substrat afin de constituer un canal (9-2-) d'écoulement d'encre, et un élément de recouvreme-nt (10) destiné à façonner le canal d'écoulement d'encre et placé sur le film de résine- photosensible durci, caractérisée en ce qu'une couche de surface est prévue entre la surface du substrat et le film de résine photosensible durci afin de rendre sensiblement uniforme le coefficient de réflexion de la lumière du substrat. 2. Tête d'enregistrement selon la revenåica- tion 1, caractérisée en ce que la couche de surface est une couche apte à empêcher la réflexion. 3. Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de surface est une couche (6a) possédant des propriétés anti-encre. 4. Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite couche de surface est une couche (5) possédant des propriétés anti-cavitation. 5. Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs genéra- teurs d'énergie d'ejection de l'encre.~~ 6. Tête d'enregistrement selon la revendication 5, caractérisée en ce que les canaux d'écoulement de l'encre sont formés de façon correspondante aux générateurs d'énergie afin d'éjecter l'encre. 7. Tête d'enregistrement selon la revendication 5. caractérisée en ce que le canal d'écoulement de l'encre est commun à tous les générateurs d'energie pour l'éjection de encre. 8. Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de surface est appli quée sur une couche anti-encre (6a). 9. Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de surface est appliquée sur une couche anti-cavitation (5). 10. Tête d'enregistrement selon la revendica- tion -1, caractérisée en ce que la couche de surfaceest appliquée sur toute la surface du substrat 11.Procédé de fabrication d'une tête d'enre- gistrement par jet d'encre, qui consiste à -forjner un film durci de résine photosensible pour constituer un canal d'écoulement d'encre sur un substrat comportant un générateur d'énergie pour l'éjection de l'encre, et à placer un élément de recouvrement destiné à former le canal d' écoulement d'encre sur le film de résine photosensible durci, caractérisé en ce qu'une couche de surface, destinée à déterminer le coefficient de réflexion de la lumière du substrat, est formée sur le substr-at, après quoi le film de résine photosensible durci est formé. 12. Procédé selon la revendication 11, caractéris en ce que la couche de surface est formée par leprocédé de centrifugation. 13. Procédé selon la revendication 11, caracté- risé en ce que la couche de surface est formée par le procédé de pulvérisation. 14. Procédé selon la revendication 11, caracté- risé en ce que la couche de surface est formée par le procédé de déposition sousvide. 15. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la couche de surface est formée par le procédé d'immersion.