DE69735143T2

DE69735143T2 - Tintenstrahlaufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE69735143T2
Application number: DE69735143T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Suwa-shi Hashizume; Tetsushi Suwa-shi Takahashi; Akira Suwa-shi Matsuzawa
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: EP0800920A2; DE69710240D1; DE69710240T2; EP0800920B1; EP1118467B1; US6089701A; DE69735143D1; EP1118467A2; USRE39474E1; EP1118467A3; EP0800920A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß der allgemeinen Klausel von Anspruch 1 mit piezoelektrischen Schichten, die auf einer Oberfläche einer elastischen Platte ausgebildet sind, die einen Teil von Druckerzeugungskammern bildet, welche mit Düsenöffnungen kommunizieren, aus denen durch Verschiebung der piezoelektrischen Schichten Tintentröpfchen abgegeben werden können.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß der allgemeinen Klausel von Anspruch 10.
Ein solcher Tintenstrahlaufzeichnungskopf und das entsprechende Verfahren sind bereits aus dem Dokument JP05286131A bekannt. In diesem Dokument sind die piezoelektrischen Schwingungselemente durch Siebdruck hergestellt. Dieses Dokument betrifft keinen Tintenstrahlaufzeichnungskopf vom Typ „face eject".
Aus dem Dokument JP57167272 ist weiterhin ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf vom Typ „etch ejection" bekannt.
Das Wirkprinzip von Tintenstrahlaufzeichnungsköpfen besteht darin, dass die oben beschriebene, elastische Platte mittels piezoelektrischer Schwingungselemente verschoben wird, um Druck an die Druckerzeugungskammern anzulegen, so dass Tintentröpfchen aus Düsenöffnungen ausgestoßen werden. In der Praxis werden Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe entsprechend dem verwendeten piezoelektrischen Schwingungselement als eine von zwei Arten klassifiziert; eine Art verwendet ein Schwingungselement mit Längsschwingungsmodus, das sich entlang seiner eigenen Achse ausdehnt und zusammenzieht, und die andere Art verwendet ein Schwingungselement mit Biegeschwingungsmodus.
Die erste Art von Tintenstrahlaufzeichnungsköpfen ist imstande, das Volumen jeder Druckerzeugungskammer durch Berührung einer Stirnseite des piezoelektrischen Schwingungselementes mit der elastischen Platte zu verändern und hat den Vorteil, dass sie sich zum Drucken mit hoher Dichte eignet. Andererseits ist der Herstel lungsprozess für diese Art von Aufzeichnungskopf kompliziert, da er nicht nur einen schwierigen Schritt des Segmentierens der piezoelektrischen elastischen Platte in ein kammartiges Muster einschließt, das entsprechend dem Abstand ausgerichtet ist, in dem die Düsenöffnungen angeordnet sind, sondern darüber hinaus den Schritt des Fixierens der einzelnen piezoelektrischen Schwingungselemente in einem geeigneten Positionsverhältnis zu den jeweiligen Druckerzeugungskammern.
Im Gegensatz dazu weist die zweite Art von Tintenstrahlaufzeichnungsköpfen den Vorteil auf, dass die piezoelektrischen Schwingungselemente mittels eines relativ einfachen Verfahrens auf der elastischen Platte angebracht werden können, bei dem eine ungebrannte Platte aus piezoelektrischem Material entsprechend der Form einzelner Druckerzeugungskammern auf einem Substrat befestigt und anschließend gebrannt wird. Für Biegeschwingungen wird andererseits eine gewisse Fläche benötigt, wodurch es schwierig wird, die piezoelektrischen Schwingungselemente mit hoher Dichte anzuordnen.
Zur Lösung dieser Probleme ist in der ungeprüften, offen gelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Hei. 5-286131 vorgeschlagen worden, eine gleichmäßige Schicht aus piezoelektrischem Material auf der gesamten Oberfläche der elastischen Platte mit Hilfe von Ablagerungsverfahren dünner Schichten auszubilden und die entstandene piezoelektrische Schicht durch lithographische Verfahren in Formen zu segmentieren, die den Druckerzeugungskammern entsprechen, so dass das in einer Druckerzeugungskammer ausgebildete piezoelektrische Schwingungselement unabhängig von dem Schwingungselement in einer anderen Druckerzeugungskammer ist. Durch diesen Vorschlag entfällt die Notwendigkeit des Anbringens der piezoelektrischen Schwingungselemente auf der elastischen Platte und es entsteht der Vorteil, dass nicht nur die piezoelektrischen Schwingungselemente mittels präziser und dennoch einfacher lithographischer Verfahren aufgebracht werden, sondern zudem die Dicke jedes piezoelektrischen Schwingungselementes so weit verringert wird, so dass ein schnelles Ansteuern ermöglicht wird.
Andererseits ist die piezoelektrische Schicht so dünn, dass im Vergleich zu der befestigten Art piezoelektrischer Schwingungselemente die Steifigkeit gering genug ist, um die Möglichkeit einer Spannungskonzentration nahe der Ränder jeder Druckerzeugungskammer zu erhöhen, was sich insofern nachteilig auswirkt, als die Lebensdauer der elastischen Platte, der piezoelektrischen Schwingungselemente und sogar der Elektroden verkürzt wird.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass die piezoelektrische Konstante lediglich etwa ein Drittel bis die Hälfte des Wertes von dem piezoelektrischen Schwingungselement beträgt, das durch Brennen einer befestigten, ungebrannten Platte entsteht, weshalb eine hohe Spannung zum Ansteuern erforderlich ist; woraufhin es sowohl bei der oberen als auch der unteren Elektrode zu einer Oberflächenentladung an den Seiten der piezoelektrischen Schicht kommt, wodurch sich die Möglichkeit der Ausbildung eines Kriechstroms zwischen den beiden Elektroden ergibt und somit der Ausstoß von Tintentröpfchen destabilisiert wird. Ein weiteres Problem liegt darin begründet, dass bei Segmentierung bzw. Unterteilung des piezoelektrischen Schwingungselements entsprechend den einzelnen Druckerzeugungskammern die zur Atmosphäre hin freiliegenden Oberflächen der Seitenflächen größer sind, so dass eher eine Qualitätsminderung der einzelnen piezoelektrischen Schwingungselemente infolge der Feuchtigkeit in der Atmosphäre eintreten kann.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, der piezoelektrische Schwingungselemente aufweist, die durch Beschichtung und ein fotolithographisches Verfahren gebildet werden und sehr geringe Abmessungen aufweisen, zugleich aber einfacher und zuverlässiger herzustellen sind und die nachteilige Wirkung verringern, die durch den Klebstoff beim Ankleben der Düsenplatte an das Substrat hervorgerufen wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale aus den Ansprüchen 1 und 10 gelöst.
Des Weiteren wird durch die vorliegende Erfindung nicht nur wirksam eine Spannungskonzentration infolge der plötzlichen Verschiebung an den Rändern jeder Druckerzeugungskammer vermieden, sondern auch mit Hilfe der elektrischen Isolierschicht zugleich eine gute elektrische Isolierung zwischen den oberen und unteren Elektroden sowie eine vollständige Isolierung gegenüber der Atmosphäre gewährleistet.
1 ist eine auseinander gezogene Perspektivansicht eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
2A zeigt den Aufbau einer einzelnen Druckerzeugungskammer im erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopf im Längsschnitt;
2B zeigt die Anordnung von Leitermustern mit speziellem Bezug auf die relativen Positionen der Druckerzeugungskammern, der oberen Elektroden und einer unteren Elektrode;
3A zeigt den Aufbau einer einzelnen Druckerzeugungskammer in einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt;
3B zeigt die Anordnung von Leitermustern mit Bezug auf die relativen Positionen von Druckerzeugungskammern, oberen Elektroden und einer unteren Elektrode;
4A zeigt den Aufbau einer Druckerzeugungskammer in einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt;
4B zeigt den Aufbau von zwei Druckerzeugungskammern in Schnittdarstellung in der Richtung, in der sie nebeneinander ausgerichtet sind;
die 5-I bis 5-II' zeigen die erste Hälfte eines Verfahrens zur Bearbeitung eines Einzelkristall-Siliciumsubstrats zur Herstellung des erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopfes;
die 6-I bis 6-II' zeigen die zweite Hälfte des Bearbeitungsverfahrens;
7 ist ein Längsschnitt eines als Beispiel dargestellten Tintenstrahlaufzeichnungskopfes mit Biegeschwingungselementen.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der in den beiliegenden Zeichnungen abgebildeten Ausführungsformen beschrieben.
1 ist eine auseinander gezogene Perspektivansicht einer Ausführungsform der Erfindung, und die 2A und 2B zeigen den Aufbau einer Druckerzeugungskammer im Schnitt. In diesen Figuren bezeichnet die Ziffer 1 ein Tintenkanal bildendes Substrat, das auf einer Seite offen ist und auf der anderen Seite mit einer elastischen Platte 2 aus Siliciumoxid versehen ist. Das Substrat 1 ist ein Einkristall-Siliciumsubstrat, das anisotrop geätzt wird, um so Druckerzeugungskammern 3 und Speicherräume 4 sowie Tintenzuführöffnungen 5 in Form von Vertiefungen auszubilden, die mit den Druckerzeugungskammern 3 und den Speicherräumen 4 durch einen gewissen Widerstand gegenüber einer Fluidströmung kommunizieren.
Jene Flächen der elastischen Platte 2, die den einzelnen Druckerzeugungskammern 3 gegenüberliegen, sind mit piezoelektrischen Schwingungselementen 6 versehen, die unabhängig voneinander mittels Filmablagerungsverfahren in den jeweiligen Druckerzeugungskammern 3 angebracht sind.
Jedes piezoelektrische Schwingungselement 6 umfasst übereinander liegend auf einer unteren Elektrode 10, die auf einer Seite der elastischen Platte 2 ausgebildet ist, um die wesentlichen Bereiche jeder Druckerzeugungskammer 3 und jeder Tin tenzuführöffnung 5 abzudecken, eine piezoelektrische Schicht 11, die derart ausgebildet ist, dass sie nicht über die Fläche der Druckerzeugungskammer 3 hinausgeht, in der die elastische Platte 2 freiliegt, und derart, dass sie etwas schmaler als die Druckerzeugungskammer 3 ist, sowie eine obere Elektrode 12, die auf einer Fläche jeder piezoelektrischen Schicht 11 ausgebildet ist.
Wie deutlich aus den 2A und 2B hervorgeht, sind die piezoelektrischen Schichten 11 und die oberen Elektroden 12 jeweils so ausgebildet, dass die Seiten 11a und 12a auf der Seite der Düsenöffnungen und die Seiten 11b und 12b auf der Seite der Tintenzuführöffnungen in Längsrichtung innerhalb der Begrenzungen 3a und 3b der Druckerzeugungskammer 3 angeordnet sind und in Querrichtung am besten innerhalb der Trennwände jeder Druckerzeugungskammer.
Zum Abdecken zumindest der peripheren Kante der Oberseite der oberen Elektrode 12 und der Seitenflächen der piezoelektrischen Schicht 11 ist eine dünne elektrische Isolierschicht 13 ausgebildet. Diese Isolierschicht 13 besteht aus einem Material, das die Ausbildung eines Films durch geeignete Ablagerungsverfahren gestattet oder durch Ätzen bearbeitet werden kann, wie beispielsweise Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder ein organisches Material, vorzugsweise ein lichtempfindliches Polyimid mit geringer Steifigkeit und guten elektrischen Isoliereigenschaften.
In einem ausgewählten Bereich der oberen Elektrode 12 ist auf der Isolierschicht 13 ein Fenster 13a ausgebildet, damit die obere Elektrode 12 teilweise freiliegt und dadurch eine Verbindung zu einem Leitermuster 14 herstellen kann. Über das Fenster 13a ist ein Ende des Leitermusters 14 mit der oberen Elektrode 12 verbunden, und das andere Ende reicht bis zu einer geeigneten Anschlussklemme. Das Leitermuster 14 weist die kleinstmögliche Breite auf, die sicherstellt, dass ein Ansteuersignal zur oberen Elektrode 12 bereitgestellt wird.
Mit der Ziffer 15 ist ein Düsenboden mit Düsenöffnungen 16 angegeben, die an einem Ende mit den Druckerzeugungskammern 3 kommunizieren; der Düsenboden 15 ist derart befestigt, dass er die offene Seite des Tintenkanal bildenden Substrats 1 verschließt. Mit 17 ist in 1 ein flexibles Kabel zum Zuführen eines Ansteuersignals zu den piezoelektrischen Schwingungselementen 6 angegeben, und Ziffer 18 bezeichnet ein Gehäuse für den Aufzeichnungskopf.
Bei der erörterten Ausführungsform gelangt ein von einer externen Treiberschaltung über das flexible Kabel 17 zu jedem piezoelektrischen Schwingungselement 6 zugeführtes Ansteuersignal über das Leitermuster 14 zu der oberen Elektrode 12, wor aufhin sich das piezoelektrische Schwingungselement 6 umbiegt und dadurch das Volumen der Druckerzeugungskammer 3 verringert.
Im Ergebnis dieser Volumenveränderung erhält die Tinte in der Druckerzeugungskammer 3 einen ausreichend großen Druck, um teilweise als Tintentropfen aus der Düsenöffnung 16 ausgestoßen zu werden. Wenn die Ausgabe des Tintentropfens beendet ist, kehrt das piezoelektrische Schwingungselement 6 wieder in den Anfangszustand zurück, woraufhin sich das Volumen der Druckerzeugungskammer 3 vergrößert, so dass Tinte über die Tintenzuführöffnung 5 aus dem Speicher 4 in die Druckerzeugungskammer 3 fließen kann.
Wie bereits erwähnt, ist die piezoelektrische Schicht 11, die eine Komponente jedes piezoelektrischen Schwingungselements 6 bildet, so groß, dass die beiden Enden 11a und 11b innerhalb der Begrenzungen 3a und 3b der Druckerzeugungskammer 3 liegen. Anders ausgedrückt, kein Teil der piezoelektrischen Schicht 11 oder der oberen Elektrode 12 befindet sich an der Begrenzung 3b und unterliegt dem Effekt eines steilen Verschiebungsgradienten. Somit ist es ausgeschlossen, dass die piezoelektrischen Schichten 11 und die oberen Elektroden 12 infolge mechanischer Ermüdung brechen.
7 zeigt eine konventionelle Art von Tintenstrahlaufzeichnungskopf, bei dem sich eine piezoelektrische Schicht 11' bis nahe an einen Endabschnitt des Kopfes erstreckt und so als Isolierschicht zwischen der unteren Elektrode 10 und einer oberen Elektrode 12' dient, von der eine Verlängerung als Ableitungselektrode genutzt wird. In diesem Fall befindet sich die piezoelektrische Schicht 11' am Ende 3b der Druckerzeugungskammer 3, und es tritt ein steiler Verschiebungsgradient in dem Bereich der piezoelektrischen Schicht 11' auf, der der Grenzfläche 3b gegenüberliegt, wodurch die Möglichkeit größer wird, dass das piezoelektrische Schwingungselement 6 bricht.
Bei der vorliegenden Erfindung hingegen ist das Leitermuster 14, das an die obere Elektrode 12 angeschlossen ist, auf einer Seite der Isolierschicht 13 ausgebildet und weist einen ausreichenden Abstand zur unteren Elektrode 10 auf, wodurch der notwendige Isolierwiderstand entsteht, um eine Oberflächenentladung zu verhindern; zusätzlich werden die statische Kapazität und der piezoelektrische Verlust soweit verringert, dass ein Absinken der Reaktionsgeschwindigkeit vermieden und eine Hitzeerzeugung verhindert werden kann.
Darüber hinaus ist bei der piezoelektrischen Schicht 11, die nach Absorption von Feuchtigkeit schnell die piezoelektrische Konstante und andere Eigenschaften ändert, die Oberseite mit Hilfe der oberen Elektrode 12 und der Isolierschicht 13, die beide aus einem dichten Film bestehen, gegen die Atmosphäre isoliert, wohingegen die Seitenflächen der piezoelektrischen Schicht 11 mittels Isolierschicht 13 gegen die Atmosphäre isoliert sind. Daher absorbiert die piezoelektrische Schicht 11 keine Feuchtigkeit, sondern kann ihre ursprünglichen Eigenschaften über einen längeren Zeitraum beibehalten.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Leitermuster 14 lediglich mit einem Ende der oberen Elektrode 12 verbunden. Dies ist jedoch nicht der einzige erfindungsgemäße Fall, und wie in den 3A und 3B dargestellt, kann das Leitermuster 14 auch bis zu einer Seitenfläche der oberen Elektrode 12 reichen und eine Mehrzahl von Fenstern 13a, 13b und 13c in der Isolierschicht 13 gegenüber den oberen Elektroden 12 ausgebildet sein, so dass das Leitermuster 14 über die Fenster 13a bis 13c an die obere Elektrode 12 angeschlossen ist. Diese Konstruktion führt dazu, dass ein Ansteuersignal mit kleinstmöglicher Reaktionsverzögerung an die obere Elektrode 12 bereitgestellt wird.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Fenster 13a, 13b und 13c in der Isolierschicht 13 entsprechend der Form der Anschlüsse an das Leitermuster 14 ausgebildet. Als Alternative dazu können Fenster, die größer sind als die Anschlüsse an das Leitermuster 14, in der Isolierschicht 13 in allen Bereichen mit Ausnahme ausgewählter Abschnitte ΔL, ΔL' und ΔL'' der Umfangsfläche der Oberseite der oberen Elektrode ausgebildet sein, wie in 4A und 4B zu erkennen ist. Selbst in diesem Fall ist die Oberseite der piezoelektrischen Schicht 11 mit der oberen Elektrode 12 bedeckt, die aus einem dichten Film aus Platin oder einem anderen geeigneten Metall besteht, wohingegen die Seitenfläche der piezoelektrischen Schicht 11 derart mit der Isolierschicht 13 abgedeckt sind, dass die piezoelektrische Schicht 11 vollständig gegen die Atmosphäre isoliert ist und folglich eine Qualitätsminderung aufgrund von Luftfeuchtigkeit oder dergleichen und die Oberflächenentladung an den Seiten verhindert werden können.
Die Fenster in der Isolierschicht nehmen den größeren Teil des Verschiebungsbereiches der piezoelektrischen Schicht 11 ein, auf dem sich lediglich die obere Elektrode 12 befindet, wodurch die Zunahme der Steifigkeit infolge der Steifigkeit der Isolier schicht 13 minimiert wird, so dass die piezoelektrische Schicht 11 pro Spannungseinheit weiter verschoben werden kann als bei vorherigen Ausführungsformen.
Im Grunde können die Aufzeichnungsköpfe der oben beschriebenen Arten durch anisotropes Ätzen eines Einzelkristall-Siliciumsubstrats hergestellt werden, das als vorgefertigtes Teil verwendet und wie nachstehend anhand der 5 und 6 beschrieben verarbeitet wird.
Zuerst werden die entgegengesetzten Oberflächen des Einzelkristall-Siliciumsubstrats 20 thermisch oxidiert oder anderweitig bearbeitet, so dass Siliciumoxidfilme 21 und 22 entstehen. Auf einer Seite des Substrats wird eine leitende Schicht 23 ausgebildet, die sowohl als Diaphragma als auch als untere Elektrode fungiert, indem Pt aufgesputtert wird, um ein vorgefertigtes Teil zu erhalten. nacheinander werden auf eine Oberfläche der leitenden Schicht 23 eine piezoelektrische Schicht 24, die typischerweise aus PZT (Bleizirkonattitanat) besteht, und eine leitende Schicht als obere Elektrode aufgebracht. Im nächsten Schritt werden sowohl die obere Elektrode als auch die piezoelektrische Schicht nacheinander mit einem fotolithographischen Verfahren entsprechend der Form der Druckerzeugungskammern geätzt. Anschließend wird mit einem fotolithographischen Verfahren die untere Elektrode als Muster ausgebildet. Darüber hinaus wird der Siliciumoxidfilm 22 auf der anderen Seite des Einzelkristall-Siliciumsubstrats 20 durch ein fotolithographisches Verfahren gemäß der Form der Druckerzeugungskammern mit einem Muster versehen. Zum Ätzen des Siliciumoxidfilms 22 während des Musterausbildungsprozesses wird als Ätzmittel Fluorwasserstoffsäure verwendet; die piezoelektrische Schicht 24 kann wirksam vor dieser Fluorwasserstoffsäure geschützt werden, indem einfach ein Abdecklack auf die Schicht aufgetragen wird (5-I).
Im nächsten Schritt wird auf der piezoelektrischen Schicht 24 und den leitenden Schichten 23 und 25 ein fluoroplastischer Schutzfilm 26 mit einer Dicke von etwa 6 μm aufgebracht (5-II).
Hierbei wird ein geeignetes fluoroplastisches Harz mittels Wirbelbeschichtung mit einer Dicke von etwa 2 μm aufgebracht und 20 Minuten lang bei 120° C erhitzt. Durch dreimaliges Wiederholen dieser Vorgänge kann der gewünschte Schutzfilm 26 im engen Kontakt mit der piezoelektrischen Schicht 24 und den leitenden Schichten 23 und 25 ausgebildet werden, wobei der Polymerisierungsgrad angemessen zunimmt.
Ein anderes Verfahren zum Herstellen des fluoroplastischen Schutzfilms 26 ist in 5-II' abgebildet. Dabei wird ein geeigneter Harzfilm 27 auf die andere Seite der Vorform aufgebracht und die gesamte Anordnung derart in eine Lösung aus einem fluoroplastischen Harz eingetaucht, dass sich Letztere auf der piezoelektrischen Schicht 24 und den leitenden Schichten 23 und 25 absetzt. Die abgelagerte fluoroplastische Beschichtung 28 wird etwa 30 Minuten lang bei 100° C vorgeglüht und anschließend 30 Minuten auf 200° C erhitzt, bis die Beschichtung 28 so weit aushärtet, dass sie als Schutzfilm dienen kann. Wenn die Ausbildung des fluoroplastischen Schutzfilms 28 beendet ist, kann der Harzfilm 27 abgezogen werden, woraufhin auch die unerwünschten Bereiche des fluoroplastischen Schutzfilms 29 entfernt werden. Der als Muster vorliegende Siliciumoxidfilm 22 wird dann in eine 5- bis 20%ige wässrige Kaliumhydroxidlösung bei einer Temperatur von 80° C eingetaucht, um etwa 1 bis 2 Stunden lang den Ätzvorgang durchzuführen. Hierbei dient der Siliciumoxidfilm 22 als Schutzschicht, wobei das Ätzen durch das Einzelkristall-Siliciumsubstrat hindurch bis zum Siliciumoxidfilm 21 auf der anderen Seite erfolgt, so dass Vertiefungen 30 entstehen, die als Druckerzeugungskammern dienen (6-I). Bei diesem Schritt verhindert der fluoroplastische Schutzfilm 28 wirksam, dass die piezoelektrische Schicht durch die wässrige Kaliumhydroxidlösung beschädigt wird.
Anschließend werden jene Bereiche des Siliciumoxidfilms 21, die als Ätzsperrschicht dienen und in den Vertiefungen 30 freiliegen, sowie der Siliciumoxidschicht 22, der als anisotropes Ätzmuster dient, mit Fluorwasserstoffsäurelösung oder einem flüssigen Gemisch aus Fluorwasserstoffsäure und Ammoniak entfernt. Schließlich wird der fluoroplastische Film 26 (28) mit einem Sauerstoffplasma weggeätzt (6-II). Falls gewünscht, kann das Ätzen so ausgeführt werden, dass zumindest in jenen Bereichen des fluoroplastischen Films 26 (28) oben auf der als obere Elektrode dienenden leitenden Schicht 25 Fenster 31 ausgebildet werden, die Verbindungen zu dem Leitermuster darstellen, wobei der Harzfilm 26 (28) auf den Seitenflächen der piezoelektrischen Schicht 24 intakt bleibt. Auf diese Weise kann der fluoroplastische Film 26 (28) genau die gleiche Funktion erfüllen wie die Isolierschicht 13 in den vorherigen Ausführungsformen (6-II').
Wenn der fluoroplastische Schutzfilm 26 (28) wie in dem in 6-II dargestellten Fall vollständig entfernt ist, kann natürlich zusätzlich ein Isolierfilm 13 in der oben beschriebenen Art und Weise ausgebildet werden.
Wenn die oberen Elektroden innerhalb der Druckerzeugungskammern angeordnet und keinen abrupten Verschiebungen an den Begrenzungen der Druckerzeugungskammern ausgesetzt sind, wird ein Abschalten (open-circuit) der oberen Elektroden effektiv verhindert. Zudem sind die piezoelektrischen Schwingungselemente wirkungsvoll mit der Isolierschicht abgedeckt, um nicht nur das Auftreten einer Oberflächenentladung zwischen den oberen und unteren Elektroden, sondern auch eine Abnahme der Qualität infolge von Feuchtigkeitsabsorption zu verhindern.

Claims

Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit: einem Substrat (1) mit darin ausgebildeten Druckerzeugungskammern (3), wobei die Druckerzeugungskammern (3) Öffnungen zu einer Oberfläche des Substrats (1) aufweisen, einer elastischen Platte (2), die auf der Oberfläche des Substrates (1) vorgesehen ist, um die Öffnungen der Druckerzeugungskammern (3) zu verschließen, piezoelektrischen Schwingungselementen (6), die auf der elastischen Platte (2) ausgebildet sind, wobei jedes piezoelektrische Schwingungselement (6) aufweist: eine untere Elektrode (10), die auf der elastischen Platte (2) ausgebildet ist, eine piezoelektrische Schicht (11), die auf der unteren Elektrode (10) ausgebildet ist; eine obere Elektrode (12), die auf der piezoelektrischen Schicht (11) derart ausgebildet ist, dass die obere Elektrode (12) der jeweiligen Druckerzeugungskammer (3) gegenüberliegt, und wobei ein überlappender Bereich der unteren Elektrode (10), der piezoelektrischen Schicht (11) und der oberen Elektrode (12) in einem Bereich ausgebildet ist, der sich in Längsrichtung nicht über die Begrenzungen (3a, 3b) der Öffnung der Druckerzeugungskammer hinaus erstreckt, gekennzeichnet dadurch, dass der Tintenstrahlaufzeichnungskopf vom Typ „face eject" ist; wobei eine Düsenplatte (15) Düsenöffnungen (16) aufweist, die mit den Druckerzeugungskammern (3) in Verbindung stehen und die offene Unterseite des Substrats (1) verschließen; wobei die piezoelektrischen Schwingungselemente (6) durch ein Beschichtungs- und fotolithographisches Verfahren ausgebildet werden, und die Druckerzeugungskammer im Längsschnitt eine konische Form hat, wobei die Länge der Kammer in Richtung vom piezoelektrischen Schwingungselement weg zunimmt.
Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, wobei die piezoelektrische Schicht innerhalb der Begrenzungen ausgebildet ist, welche die Öffnung der Druckerzeugungskammer bilden.
Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei die obere Elektrode in weitgehend der gleichen Form wie die piezoelektrische Schicht und auf dieser ausgebildet ist.
Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 2 oder 3, der weiterhin umfasst: eine Isolierschicht (13), die auf einem Teil der oberen Elektroden (12) ausgebildet ist, Fenster (13a, 13b, 13c), die in der Isolierschicht (13) ausgebildet sind, und ein Leitermuster (14), das die oberen Elektroden (12) durch die Fenster (13a, 13b, 13c) der Isolierschicht verbindet.
Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 4, wobei sich die Fenster (13a, 13b, 13c) bis zu einer Umfangskante jeder piezoelektrischen Schicht (11) derart erstrecken, dass die Fenster die Verschiebung des Schwingungsbereiches der piezoelektrischen Schicht (11) nicht behindern.
Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 4, wobei das Leitermuster (14) auf einer Seitenfläche der oberen Elektrode (12) zwischen den Druckerzeugungskammern (3) ausgebildet ist und mit der oberen Elektrode an mehr als einer Stelle durch die Fenster (13a, 13b, 13c) verbunden ist.
Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 4, wobei die elektrische Isolierschicht (13) entweder aus Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder einem organischen Material gefertigt ist.
Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 6, wobei die Isolierschicht (13) aus Polyimid besteht.
Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 4, wobei die Isolierschicht (13) aus einem ätzmittelbeständigen Film gebildet wird, der während des Ätzens als Schutzfilm genutzt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Tintenaufzeichnungskopfes, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden von Druckerzeugungskammern in einem Substrat (1) derart, dass die Druckerzeugungskammern (3) Öffnungen zu einer Oberfläche des Substrats (1) aufweisen, Ausbilden einer elastischen Platte (2) auf der Oberfläche des Substrates (1), um die Öffnungen der Druckerzeugungskammern (3) zu verschließen, Ausbilden eines piezoelektrischen Schwingungselements (6) auf der elastischen Platte (2), wobei eine untere Elektrode auf der elastischen Platte (2) ausgebildet wird und eine piezoelektrische Schicht (11) so auf der unteren Elektrode (10) und eine obere Elektrode (12) so auf der piezoelektrischen Schicht (11) ausgebildet werden, dass die obere Elektrode (12) der jeweiligen Druckerzeugungskammer (3) gegenüberliegt, wobei ein überlappender Bereich der unteren Elektrode (10), der piezoelektrischen Schicht (11) und der oberen Elektrode (12) in einem Bereich ausgebildet ist, der sich in Längsrichtung nicht über die Begrenzungen (3a, 3b) der Öffnung der Druckerzeugungskammer hinaus erstreckt, gekennzeichnet dadurch, dass der Tintenstrahlaufzeichnungskopf als ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf vom Typ „face eject" ausgebildet ist; Druckerzeugungskammern so ausgebildet sind, dass sie im Längsschnitt eine konische Form haben, wobei die Länge der Kammer in Richtung von der Oberfläche des Substrats zunimmt, eine Düsenplatte (15) mit Düsenöffnungen (16) ausgebildet ist, die mit den Druckerzeugungskammern (3) in Verbindung stehen, so dass sie die offene Unterseite des Substrats (1) verschließen; wobei das piezoelektrische Schwingungselement (6) durch ein Beschichtungs- und fotolithographisches Verfahren ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, welches weiterhin den Schritt des Ausbildens der piezoelektrischen Schicht innerhalb der Begrenzungen der Öffnungen der Druckerzeugungskammer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, welches den Schritt des Ausbildens der oberen Elektrode in weitgehend der gleichen Form wie die piezoelektrische Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, welches die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer Isolierschicht (13) auf einem Teil der oberen Elektroden (12), Ausbilden von Fenstern (13a, 13b, 13c) in der Isolierschicht (13) und eines Leitermusters (14), das die oberen Elektroden (12) durch die Fenster (13a, 13b, 13c) der Isolierschicht verbindet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Fenster (13a, 13b, 13c) so ausgebildet sind, dass sie sich bis zu einer Umfangskante jeder piezoelektrischen Schicht (11) derart erstrecken, dass die Fenster die Verschiebung des Schwingungsbereiches der piezoelektrischen Schicht (11) nicht behindern.
Verfahren nach Anspruch 10, welches weiterhin den Schritt des Ausbildens des Leitermusters (14) auf einer Seitenfläche der oberen Elektrode (12) zwischen den Druckerzeugungskammern (3) umfasst, das mit der oberen Elektrode an mehr als einer Stelle durch die Fenster (13a, 13b, 13c) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 10, welches weiterhin den Schritt des Ausbildens einer elektrischen Isolierschicht (13) entweder aus Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder einem organischen Material umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Isolierschicht (13) aus Polyimid besteht.
Verfahren nach Anspruch 10, welches den Schritt des Ausbildens der Isolierschicht (13) aus einem ätzmittelbeständigen Film umfasst, der während des Ätzens als Schutzfilm genutzt wird.
Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, wobei sich die untere Elektrode in Längsrichtung über die Begrenzungen (3a, b) der Öffnung der Druckerzeugungskammer (3) hinaus erstreckt
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die untere Elektrode derart ausgebildet wird, dass sie sich in Längsrichtung über die Begrenzungen (3a, b) der Öffnung der Druckerzeugungskammer (3) hinaus erstreckt.