DE69705031T2

DE69705031T2 - Tintenstrahlaufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE69705031T2
Application number: DE69705031T
Authority: DE
Inventors: Shinri Sakai
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 2001-09-13
Anticipated expiration: 2017-10-29
Also published as: EP0884184A1; JP3451623B2; US6341850B1; EP0884184A4; EP0884184B1; DE69705031D1; WO1998018632A1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der für eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der mit einer Einrichtung versehen ist, mit der eine Tintenkammer unter Verwendung eines piezoelektrischen Elementes unter Druck gesetzt wird, um Tinte Energie zuzuführen.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Als Beispiele für den Stand der Technik, der mit der vorliegenden Erfindung verwandt ist, lassen sich die Verfahren anführen, die in USP 5265315 sowie in der japanischen veröffentlichten ungeprüften Patentanmeldung Nr. Hei5-504740 offenbart sind.
Bei diesem Stand der Technik wird, nachdem ein Siliziumoxidfilm auf einem Einkristall- Siliziumsubstrat durch thermische Oxidation so ausgebildet wurde, dass der Film 2500 Å dick ist, eine untere Elektrode, die aus Aluminium, Nickel, Chrom oder Platin und anderen Materialien besteht, so ausgebildet, dass der Film der unteren Elektrode 0,2 um dick ist, anschließend wird Bleititanzirkonat (PZT), bei dem es sich um eine piezoelektrische Substanz handelt, durch Sol-Gel-Transformation in einer Dicke von 2 bis 10 um ausgebildet, und danach wird ein oberer Elektronenfilm laminiert, und ein Durchgangsloch in der Richtung der Dicke des Siliziumsubstrat wird als Tintenkammer von der Rückseite des Siliziumsubstrats aus durch Ätzen ausgebildet.
Um die Auflösung und die Beschleunigung beim Drucken zu verbessern, die zur Zeit von Druckern erwartet werden, muss die Größe einer Druckfarbenkammer verringert werden und gleichzeitig muss eine große Anzahl von Tintenkammern in hoher Dichte angeordnet werden. Um die erforderlichen Eigenschaften zu erreichen, muss die Druckfarbenkammer miniaturisiert werden, und gleichzeitig müssen eine Membran und ein piezoelektrischer Film verdünnt werden.
Wenn die Dicke einer Membran und eines piezoelektrischen Films wenige um oder weniger beträgt, eignet sich ein Verfahren bei dem ein piezoelektrischer Film gebrannt wird nachdem ein Dünnfilm auf ein Substrat laminiert wird und danach eine Druckfarbenkammer ausgebildet wird, für das Herstellungsverfahren, wie es oben unter Bezugnahme auf den Stand der Technik beschrieben ist.
Wenn jedoch eine Membran und ein piezoelektrischer Film entsprechend dem oben beschriebenen Prozess und Aufbau ausgebildet werden, neigt ein unterer Elektrodenfilm bei der Wärmebehandlung eines PZT-Films erheblich zum Zusammenziehen, und eine starke positive Restbelastung (residual stress) wird aufgebaut.
Die Spannung (tension) durch die Restbelastung des unteren Elektrodenfilms stellt eine Zugkraft (tensile force) dar und ist größer als die Spannung aufgrund der Restbelastung eines anderen Films. Daher wird durch die Spannung der Membran die Steifigkeit der Membran erheblich verstärkt, so wie dies bei einem stark gespannten Trommelfell der Fall ist.
Die Auswirkung dieser Spannung einer Membran ist bei einem herkömmlichen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, bei dem eine Membran so ausgebildet ist, dass sie 10 um oder dicker ist, kein besonderes Problem. Dies lässt sich wie folgt begründen: Bei der Steifigkeit einer herkömmlichen dicken Membran dominiert die Biegesteifigkeit, und sie ist proportional zur dritten Potenz der Dicke der Membran. Die Steifigkeit durch die Spannung der Membran hingegen ist proportional zur ersten Potenz der Dicke. Daher nimmt, wenn eine Membran dick ist, die Biegesteifigkeit schnell zu, und die Auswirkung der Spannung der Membran wird relativ schnell gering.
Es besteht ein Problem dahingehend, dass, wenn piezoelektrische Verschiebung bei der Ansteuerung eines PZT-Films auf die Spannung einer Membran wirkt, zusätzliche Energie erforderlich ist und der Wirkungsgrad der Verschiebung mit der elektrischen Ansteuerspannung erheblich verringert wird.
Weiterhin besteht dahingehend ein Problem, dass die Spannung der Membran auf einem Substrat zum Verziehen des Substrats führt und dass es zur Auflösung der Verbindung kommt, wenn das Substrat mit einem weiteren Substrat verbunden wird, so dass eine Ausbeute erheblich geringer wird.
Ein weiteres Problem besteht dahingehend, dass, selbst wenn die Verbindung normal ausgeführt wird, es zur Dispersion der Spannung der Membran in dem Substrat kommt, so dass die Eigenschaften mehrerer Tintenkammern ungleichmäßig werden und die Druckqualität abnimmt.
Im Gegensatz dazu besteht dahingehend ein Problem, dass, wenn die Spannung der Membran Druckspannung ist, die Membran gelockert bzw. gewölbt wird und das Ausspritzen eines Tintentöpfchens nicht konstant ist. Weiterhin besteht dahingehend ein Problem, dass es zum Ablösen an einer Grenzfläche zwischen dem unteren Elektrodenfilm und dem PZT-Film kommt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung dient dazu, diese Probleme zu lösen, und die Aufgabe besteht darin, einen zuverlässigen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit hoher Auflösung zu schaffen.
Um die genannte Aufgabe zu erfüllen, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der mit mehreren Tintenkammern, die im Inneren eines Substrats eingeschlossen und jeweils durch Seitenwände abgetrennt sind, einer Membran, die auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist und eine Seite der Tintenkammer abschließt, wobei wenigstens die Oberseite derselben als untere Elektrode wirkt, und einem piezoelektrischen aktiven Teil versehen ist, das mit einem piezoelektrischen Film, der auf der Membran entsprechend der Tintenkammer angeordnet ist, und einer oberen Elektrode, die auf dem piezoelektrischen Film ausgebildet ist, versehen ist, die erwähnte Membran als ein laminierter Film ausgebildet ist, der mit wenigstens zwei Schichten aus einer Schicht mit positiver Belastung und einer Schicht mit negativer Belastung versehen ist, wobei die Spannung der Membran aufgrund der erwähnten Belastung der Membran im Wesentlichen Null oder negativ ist, und die Spannung, die sich ergibt, wenn die Spannung des erwähnten piezoelektrischen Films zur Spannung der Membran addiert wird, positiv ist.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der mit mehreren Tintenkammern, die im Inneren eines Substrats eingeschlossen und jeweils durch Seitenwände abgetrennt sind, einer Membran, die auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist und die eine Seite der Tintenkammer abschließt, wobei auf der Oberseite derselben eine untere Elektrode vorhanden ist, und einem piezoelektrischen Film versehen ist, der auf der Membran entsprechend der Tintenkammer angeordnet ist und zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode gehalten wird, die erwähnte Membran als ein laminierter Film ausgebildet ist, der mit wenigstens zwei Schichten einer Schicht mit positiver Belastung und einer Schicht mit negativer Belastung versehen ist, wobei die Spannung der Membran aufgrund der genannten Belastung im Wesentlichen Null oder negativ ist und die Spannung, die sich ergibt, indem die Spannung des piezoelektrischen Films und die der oberen Elektrode zur Spannung der Membran addiert wird, positiv ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführung kann die erwähnte Membran weiterhin mit einer Siliziumoxidschicht, die ausgebildet wird, indem die Oberfläche eines Einkristall-Siliziumsubstrats oxidiert wird, sowie mit einer Metallschicht versehen sein, die über der unteren Elektrode liegt, die auf die Siliziumoxidschicht laminiert wird, und eine Vielzahl von Tintenkammern, die jeweils durch Seitenwände abgetrennt sind, kann ebenfalls im Inneren des erwähnten Einkristall-Siliziumsubstrats ausgebildet sein.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Metallschicht, die die untere Elektrode bildet, um eine Platinschicht, die auf der Siliziumoxidschicht beispielsweise direkt oder über eine Zwischenschicht ausgebildet ist, und die Beziehung zwischen der Siliziumoxidschicht und der Platinschicht ist wie folgt:
(Dicke des unteren Elektrodenfilms)/(Dicke des Siliziumoxidfilms) ≤ 0,5.
Des Weiteren kann die erwähnte Membran auch mit einem Dünnfilmteil, der dünner ist als die Dicke der Membran in einem Teil, der dem erwähnten piezoelektrischen aktiven Teil entspricht, in wenigstens einem Teil eines Bereichs am Umfang der Tintenkammer um den piezoelektrischen aktiven Teil herum versehen sein.
Die erwähnte Membran kann darüber hinaus mit einer Siliziumoxidschicht, die ausgebildet wird, indem die Oberfläche eines Einkristall-Siliziumsubstrats oxidiert wird, sowie einer Metallschicht versehen sein, die die untere Elektrode bildet und auf die Siliziumoxidschicht laminiert wird, wobei wenigstens ein Teil in der Richtung der Dicke der unteren Elektrode bei dem erwähnten Dünnfilmteil auch entfernt werden kann.
Der erwähnte Dünnfilmteil ist beispielsweise auf beiden Seiten in der Richtung der Breite des piezoelektrischen aktiven Teils ausgebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Spannung der Membran auf einer Spannung von Null oder Druck gehalten, indem positive Belastung und negative Belastung kombiniert werden, so dass keine Zugkraft der Membran, durch die der Betrag der Verschiebung beim Ansteuern eines PZT-Films erheblich verringert wird, erzeugt wird, und das Verziehen des Substrats gleichzeitig verringert werden kann. Wenn positive Spannung (Zugkraft) im Inneren eines laminierten Films erzeugt wird, wenn die positive Belastung durch das Zusammenziehen des piezoelektrischen Films weiter kombiniert wird, werden die Lockerheit der Membran und das Abziehen des PZT-Films eingeschränkt.
Gemäß der erwähnten vorliegenden Erfindung kann verhindert werden, dass sich die Eigenschaften der Verschiebung der Membran durch das Ansteuern eines piezoelektrischen Elementes verschlechtern. Daher kann die Fähigkeit, ein Tintentröpfchen auszustoßen, ausreichend verbessert werden, und die Ansteuerspannung kann niedrig gehalten werden. Die Verschlechterung der Eigenschaften der Verbindung und die Verringerung der Ausbeute durch das Lösen einer Verbindung können verringert werden, indem der Betrag des Verziehens des Substrats soweit verringert wird, bis er klein genug wird. Des Weiteren wird, da sich die Membran auch dann nicht lockert, wenn verhindert wird, dass die Spannung der Membran eine Spannkraft wird, verhindert, dass das Ausstoßen eines Tintentröpfchens unausgeglichen wird, und das Ablösen an einer Grenzfläche zwischen dem unteren Elektrodenfilm und dem PZT-Film wird verhindert, so dass die Leistung des Aufzeichnungskopfes soweit wie möglich verbessert werden kann, und Gleichmäßigkeit und Zuverlässigkeit gewährleistet sind, und ein Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf mit hoher Dichte, der hohe Auflösung aufweist, unter Einsatz des Dünnfilmverfahrens hergestellt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht, die einen Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf zeigt, der einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung entspricht;
Fig. 2 sind Schnittansichten, die den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zeigen, der der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung entspricht;
Fig. 3 zeigt ein Dünnfilm-Herstellungsverfahren in der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 zeigt das Dünnfilm-Herstellungsverfahren in der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 zeigt das Dünnfilm-Herstellungsverfahren in der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 sind Schnittansichten, die den Hauptteil eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes zeigen, der einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung entspricht;
Fig. 7 ist eine Draufsicht, die ein abgewandeltes Beispiel der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 8 ist eine Draufsicht, die ein weiteres abgewandeltes Beispiel der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden ausführlich anhand einer Ausführung beschrieben.

Erste Ausführung

Fig. 1 ist eine perspektivische Zusammenbauzeichnung, die einen Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf zeigt, der einer Ausführung der vorliegenden Erfindung entspricht, und Fig. 2 zeigt als Schnitt in Längsrichtung und Schnitt in Querrichtung den Aufbau einer Tintenkammer in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf.
Ein durchlassbildendes Substrat 10, das aus einem Einkristall-Siliziumsubstrat besteht, ist, wie in Fig. 2 dargestellt, bei dieser Ausführung mit der Oberflächenorientierung (110) versehen, wobei normalerweise ein Einkristall-Siliziumsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 150 bis 300 um eingesetzt wird, vorteilhafterweise ein Einkristall-Siliziumsubstrat mit einer Dicke von 180 bis 280 um und vorzugsweise ungefähr 220 um Dicke geeignet ist. Der Grund besteht darin, dass die Strukturdichte verbessert werden kann, wobei gleichzeitig die Steifigkeit einer Trennwand zwischen benachbarten Tintenkammern aufrechterhalten wird.
Eine Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 ist offen, und auf der anderen Fläche wird eine Membran durch einen Siliziumoxidfilm 50 der aus Siliziumdioxid, das im Voraus durch thermische Oxidation ausgebildet wurde, in einer Dicke von 1 bis 2 um besteht, und einen unteren Elektrodenfilm 60 gebildet. Ein piezoelektrischer Film 70, dessen Breite geringer ist als die einer Tintenkammer 50, ist auf die Membran entsprechend einem Teil der Tintenkammer 12 laminiert, und ein oberer Elektrodenfilm 80 ist auf dem piezoelektrischen Film 70 ausgebildet.
Auf der Seite der offenen Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 wird hingegen die Tintenkammer 12, die durch viele Trennwände 11 unterteilt ist, im gleichen Abstand in einer Reihe 13 durch anisotropes Ätzen ausgebildet, wie dies weiter unten beschrieben ist. Zwei Reihen 13, die aus Tintenkammern 12 bestehen, sind vorhanden, und ein Behälter 14, der der Form eines Buchstaben C hat, so dass der Behälter die beiden Reihen der Tintenkammern in drei Richtungen umgibt, und Tintenzuführöffnungen 15, die die Tintenkammern 12 und den Behälter 14 jeweils bei festem Fluidwiderstand verbinden, sind um die beiden Reihen von Tintenkammern 12 herum ausgebildet. Jede Tintenzuführöffnung 15, die mit einem Ende jeder Tintenkammer 12 in Verbindung steht, ist so ausgebildet, dass jede Tintenzuführöffnung flacher ist als jede Tintenkammer 12. Das heißt, die Tintenzuführöffnung 15 wird ausgebildet, indem das Einkristall-Siliziumsubstrat zur Hälfte in der Dickenrichtung geätzt wird (Halbätzen). Dieses Halbätzen wird durch Regulierung der Ätzzeit möglich.
Ein Bezugsloch 30 zum Ausrichten des durchlassbildenden Substrats 10 ist jeweils an den zwei diagonalen Ecken des durchlassbildenden Substrats 10 ausgebildet.
Eine Düsenplatte 18, durch die hindurch Düsenöffnungen 17 ausgebildet sind, die jeweils mit der Tintenkammer 12 an dem dem Ende der Tintenkammer 12, an dem sie mit der Tintenzuführöffnung 15 verbunden ist, gegenüberliegenden Ende in Verbindung steht, ist an der Seite der offenen Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 über einen Klebstoff, einen Thermoschweißfilm oder andere Mittel befestigt. Die Düsenplatte 18 ist eine Platte, die aus Glaskeramik oder rostbeständigem Stahl oder anderen Materialien besteht und eine Dicke von beispielsweise 0,1 bis 1 mm hat, wobei der lineare Wärmungsausdehnungskoeffizient 2,5 bis 4,5 [·10&supmin;&sup6;/ºC] bei 300ºC oder weniger beträgt. Die Düsenplatte 18 deckt eine Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 insgesamt mit einer Fläche ab und dient auch als verstärkende Platte, die das durchlassbildende Substrat 10 gegenüber Aufschlag und äußeren Kräften schützt. Ein Bezugsloch 19 ist durch die Düsenplatte 18 hindurch an einer Position ausgebildet, die jeweils dem Bezugsloch 30 des durchlassbildenden Substrats 10 entspricht.
Die Größe der Tintenkammer 12, die Druck zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens auf Tinte ausübt, sowie die Größe der Düsenöffnung 17 zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens werden entsprechend der Menge eines ausgestoßenen Tintentröpfchens, der Ausstoßgeschwindigkeit und der Ausstoßfrequenz optimiert. Wenn beispielsweise 360 Tintentröpfchen pro Inch aufgezeichnet werden sollen, sind Düsenöffnungen 17 mit einem Durchmesser von einigen 10 um genau auszuformen.
Dabei werden, wie oben beschrieben, der untere Elektrodenfilm 60 mit einer Dicke von beispielsweise ungefähr 0,5 um, der piezoelektrische Film 70 mit einer Dicke von beispielsweise ungefähr 1 um und der obere Elektrodenfilm 80 mit einer Dicke von beispielsweise ungefähr 0,1 um auf der der offenen Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 gegenüberliegenden Seite des Siliziumoxidfilms 50 in einem weiter unten beschriebenen Prozess laminiert und bilden ein piezoelektrisches Element. Ein piezoelektrisches Element ist bei dieser Ausführung, wie oben beschrieben, unabhängig für jede Tintenkammer 12 in einem Bereich gegenüber jeder Tintenkammer 12 auf dem Siliziumoxidfilm 50 ausgebildet, der untere Elektrodenfilm 60 wirkt als gemeinsame Elektrode für die piezoelektrischen Elemente, und der obere Elektrodenfilm 80 wirkt als einzelne Elektrode für jedes piezoelektrische Element, dies kann jedoch umgekehrt werden, um eine Ansteuerschaltung und Verdrahtung zu vereinfachen, und ein piezoelektrischer aktiver Teil, der mit dem piezoelektrischen Film 70 und dem oberen Elektrodenfilm 80 versehen ist, ist an jeder Tintenkammer 12 ausgebildet.
Bei dieser Ausführung wird die Länge in der Richtung der Anordnung der Tintenkammer 12 auf 75 um festgelegt, die Länge in der Richtung der Tiefe wird auf 2 mm festgelegt, und die Länge in der Richtung der Anordnung des piezoelektrischen Films 70, der über der Tintenkammer 12 ausgebildet ist, wird auf 60 um festgelegt. Der Abstand zwischen den Tintenkammern 12 in der Richtung der Anordnung wird auf 141 um festgelegt, wenn 180 Düsen pro Inch angeordnet werden und 64 Tintenkammern in einer Reihe angeordnet werden. Das heißt, da der piezoelektrische aktive Teil, der aus dem piezoelektrischen Film 70 und dem oberen Elektrodenfilm 80 besteht, nur über der Tintenkammer 12 angeordnet ist und kein piezoelektrischer Film 70 in einem Teil vorhanden ist, in dem keine Tintenkammer in der Richtung der Anordnung vorhanden ist, kann derselbe Betrag der Verschiebung bei kleiner elektrischer Spannung erreicht werden, wenn die elektrische Spannung angelegt wird und die Membran an der Tintenkammer 12 verformt wird.
Dieses durchlassbildende Substrat 10 und die Düsenplatte 18 werden in einem Fixierelement 20 fixiert, das mit einem konkaven Abschnitt zur Aufnahme derselben versehen ist. Bezugslöcher 20a sind ebenfalls an einer Position entsprechend dem Bezugsloch 30 des durchlassbildenden Substrats 10 in dem Fixierelement 20 ausgebildet.
Eine Isolierschicht 90, die mit elektrischer Isolierung versehen ist, ist so ausgebildet, dass sie wenigstens den Rand der Oberseite jedes oberen Elektrodenfilms 80 und die Seite jedes piezoelektrischen Films 70 abdeckt. Vorteilhafterweise besteht die isolierende Schicht 90 aus einem Material, das die Ausbildung mit einem Verfahren zum Ausbilden eines Films und des Umformens durch Ätzen ermöglicht, so beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid und organischem Material, und vorzugsweise aus fotoempfindlichem Polyimid mit geringer Steifigkeit und ausgezeichneter elektrischer Isolierfähigkeit.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 wird im Folgenden ein Prozess, bei dem der piezoelektrische Film 70 und andere an dem durchlassbildenden Substrat 10 aus einem Einkristall-Siliziumsubstrat hergestellt werden.
Zunächst wird, wie in Fig. 3(a) dargestellt, ein Wafer mit einer Dicke von 220 um und einer Oberflächenausrichtung von (110), aus dem das durchlassbildende Substrat 10 entstehen soll, bei einer Temperatur von 1200ºC im Feuchtverfahren thermisch oxidiert, und Siliziumoxidfilme 50 und 51 werden gleichzeitig auf beiden Seiten des durchlassbildenden Substrats 10 ausgebildet.
Anschließend wird, wie in Fig. 3(b) dargestellt, der untere Elektrodenfilm 60 durch Kathodenzerstäubung hergestellt. Was das Material des unteren Elektrodenfilms 60 angeht, so werden Platin (Pt) und andere Materialien vorgezogen. Der piezoelektrische Film 70, der weiter unten beschrieben wird und durch Kathodenzerstäubung und Sol- Gel-Transformation hergestellt wird, muss bei einer Temperatur von ungefähr 600 bis 1000ºC in Luft- oder Sauerstoffatmosphäre nach dem Ausbilden gebrannt und kristallisiert werden. Das heißt, das Material des unteren Elektrodenfilms 70 muss die Leitfähigkeit in einer derartigen Sauerstoffatmosphäre bei hoher Temperatur beibehalten, und insbesondere, wenn PZT als Material für den piezoelektrischen Film 70 eingesetzt wird, ist es wünschenswert, dass die Veränderung der Leitfähigkeit durch die Diffusion von PbO gering ist, und aus diesem Grund wird Pt vorgezogen.
Bei dieser Ausführung werden Titan, Titanoxid und Titan nacheinander in jeweils wenigen Å Dicke zwischen dem Siliziumoxidfilm 50 und dem unteren Elektrodenfilm 60 als nicht dargestellte Zwischenschicht ausgebildet, um die Haftfestigkeit zu verbessern. Die Titanschicht, die Titanoxidschicht und die Titanschicht, die die Zwischenschichten darstellen, und der untere Elektrodenfilm 60 werden nacheinander durch Gleichstrom- Kathodenzerstäubung hergestellt, und die Titanoxidschicht wird dann durch reaktives Zerstäuben in einer 10%igen Sauerstoffatmosphäre ausgebildet.
Daher besteht bei dieser Ausführung die Membran aus dem Siliziumoxidfilm 50, den Zwischenschichten und dem unteren Elektrodenfilm 60. Eine Zwischenschicht muss nicht unbedingt vorhanden sein, und die Membran kann auch lediglich aus dem Siliziumoxidfilm 50 und dem unteren Elektrodenfilm 60 bestehen.
Anschließend wird, wie in Fig. 3(c) dargestellt, der piezoelektrische Film 70 ausgebildet. Auch zum Ausbilden des piezoelektrischen Films 70 kann Kathodenzerstäubung eingesetzt werden, jedoch wird bei dieser Ausführung die sogenannte Sol-Gel-Transformation eingesetzt, bei der der piezoelektrische Film 70 aus Metalloxid hergestellt wird, indem sogenanntes Sol, in dem eine metallische organische Substanz gelöst und in einem Lösungsmittel dispergiert ist, in Gel umgewandelt wird, indem es aufgetragen und getrocknet wird und des Weiteren bei hoher Temperatur gebrannt wird.
Das Material des piezoelektrischen Films 70, der durch Sol-Gel-Transformation hergestellt wird, ist ein homogenes Sol, das hergestellt wird, indem Polypropylenglycol, dessen durchschnittliches Molekulargewicht 400 beträgt, Metalloxid in dem Sol im Anteil von 30 Gew.-% zugesetzt wird, und ausreichend gerührt wird, nachdem Bleiacetat in einer Menge von 0,105 Mol, Zirkoniumacetylacetonat in einer Menge von 0,045 Mol, Magnesiumacetat in einer Menge von 0,005 Mol und Essigsäure in einer Menge von 30 ml auf 100ºC erhitzt und gelöst und anschließend auf Raumtemeratur abgekühlt werden, Titantetraisopropoxid in einer Menge von 0,040 Mol und Pentaethoxyniobium in einer Menge von 0,010 Mol gelöst und Ethylcellosolv in einer Menge von 50 ml zugesetzt werden und Acetylaceton in einer Menge von 30 ml beigesetzt und stabilisiert wird. Das auf dem unteren Elektrodenfilm 60 verarbeitete Sol wird durch Schleudern aufgetragen, bei einer Temperatur von 400ºC vorläufig gebrannt, so dass ein amorpher poröser Geldünnfilm ausgebildet wird, und das erwähnte Auftragen und vorübergehende Brennen werden wiederholt, bis der piezoelektrische Film die erforderliche Dicke hat. Dann wird Vorglühen (preannealing) ausgeführt, indem der piezoelektrische Film fünf Sekunden lang in Sauerstoffatmosphäre unter Verwendung eines Schnellglüheverfahrens (rapid thermal annealing-RTA) ausgeführt wird und eine Minute in diesem Zustand belassen wird. Weiterhin wird der piezoelektrische Film durch Erhitzen auf bis zu 900ºC in der Sauerstoffatmosphäre unter Verwendung des RTA-Verfahrens geglüht, eine Minute in diesem Zustand gehalten, und ein abschließender piezoelektrischer PZT-Dünnfilm hergestellt. Wenn die Materialien des piezoelektrischen Films, der wie oben beschrieben hergestellt wird, Messungen unterzogen wurden, wiesen sie ausgezeichnete Eigenschaften dahingehend auf, dass die Dielektrizitätskonstante 2000 betrug und der Koeffizient der Verformung mal Piezoelektrizität d31-150 pC/N betrug.
Im Anschluss daran wird, wie in Fig. 3(d) dargestellt, Platin (Pt) durch Gleichstrom- Kathodenzerstäubung in einer Dicke von 200 Å ausgebildet, und der obere Elektrodenfilm 80 wird hergestellt. Das Material des oberen Elektrodenfilms 80 muss lediglich ein leitendes Material sein, und viele Metalle, wie beispielsweise Al, Au und Ni neben Pt, leitende Oxide usw. können eingesetzt werden.
Danach werden, wie in den Fig. 4 dargestellt, der untere Elektrodenfilm 60, der piezoelektrische Film 70 und der obere Elektrodenfilm 80 strukturiert.
Zunächst wird, wie in Fig. 4(a) dargestellt, ein Fotoresist auf dem Siliziumoxidfilm 51 ausgebildet, eine Öffnung wird hergestellt, der Siliziumoxidfilm 51 wird in wässriger Lösung aus Fluorwasserstoffsäure und Ammoniumfluorid strukturiert, und die Öffnung 51a wird ausgebildet. Die Richtung der Tiefe der Öffnung 51a, d. h. eine Richtung senkrecht zur Fläche der Zeichnung, ist äquivalent zur Richtung (112) des durchlassbildenden Substrats 10.
Anschließend werden, wie in Fig. 4(b) dargestellt, der untere Elektrodenfilm 60, der piezoelektrische Film 70 und der obere Elektrodenfilm 80 zusammen geätzt, und die gesamte Struktur des unteren Elektrodenfilms 60 wird ausgebildet. Danach werden, wie in Fig. 4(c) dargestellt, lediglich der piezoelektrische Film 70 und der obere Elektrodenfilm 80 geätzt, und der piezoelektrische aktive Teil 320 wird strukturiert.
Nachdem der untere Elektrodenfilm 60 und die anderen Schichten wie oben beschrieben strukturiert worden sind, wird eine Isolierschicht 90, die elektrisch isolierend ist, vorteilhafterweise so ausgebildet, dass die Isolierschicht wenigstens den Rand der Oberseite jedes oberen Elektrodenfilms 80 und der entsprechenden Seiten des piezoelektrischen Films 70 und des unteren Elektrodenfilms 60 abdeckt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
Ein Kontaktloch 90a ist in einem Teil des isolierenden Films 90 ausgebildet, der die Oberseite des Teils abdeckt, der einem Ende jedes piezoelektrischen aktiven Teils 320 entspricht. Eine Zuleitungselektrode 100, deren eines Ende mit jedem oberen Elektrodenfilm 80 über das Kontaktloch 90a verbunden ist, und deren anderes Ende zu einem Verbindungsanschluss verläuft, wird ausgebildet.
Fig. 5 zeigt ein Verfahren zum Ausbilden der oben erwähnten isolierenden Schicht und der erwähnten Zuleitungselektrode.
Zunächst wird, wie in Fig. 5(a) dargestellt, die isolierende Schicht 90 so ausgebildet, dass sie den Rand des oberen Elektrodenfilms 80 und die entsprechenden Seiten des piezoelektrischen Films 70 sowie des unteren Elektrodenfilms 60 abdeckt. Negatives fotoempfindliches Polyimid wird bei dieser Ausführung für die isolierende Schicht 90 eingesetzt.
Anschließend wird das Kontaktloch 90, wie in Fig. 5(b) dargestellt, in einem Teil an der Umgebung des Endes auf der Seite der Tintenzuführöffnung jeder Tintenkammer 12 durch Strukturieren der isolierenden Schicht 90 ausgebildet. Das Kontaktloch 90 muss lediglich in einem Teil an dem piezoelektrischen aktiven Teil 320 vorhanden sein und kann beispielsweise auch in der Mitte und am Ende auf der Seite einer Düse vorhanden sein.
Im Anschluss daran wird die Zuleitungselektrode 100 durch Strukturieren eines elektrischen Leiters ausgebildet, nachdem der elektrische Leiter beispielsweise aus Cr-Au insgesamt hergestellt wurde.
Das Verfahren zum Ausbilden von Filmen ist oben beschrieben. Nachdem die Filme wie oben beschrieben ausgebildet worden sind, wird das durchlassbildende Substrat 10 von der Öffnung 51a des Siliziumoxids 51 aus anisotrop geätzt, indem es in die wässrige Lösung aus Natriumhydroxid bei einer Temperatur bei 80ºC eingetaucht wird, wie dies in Fig. 5(c) dargestellt ist, wobei das Ätzen so lange fortgesetzt wird, bis der Siliziumoxidfilm 50 freiliegt und die Tintenkammer 12 hergestellt ist.
Bei dem oben beschriebenen anisotropen Ätzen kann, da die Oberflächenausrichtung des durchlassbildenden Substrats 10 (110) ist und des Weiteren die Richtung der Tiefe der Öffnung 51a < 112> ist, wie dies oben beschrieben ist, die Oberflächenausrichtung der Seitenwand, die die Seite in der Richtung der Tiefe der Tintenkammer 12 bildet (111) sein.
Da das Verhältnis der Ätzgeschwindigkeit zwischen der Oberfläche (110) und der Oberfläche (111) von dem Einkristall-Silizium ungefähr 300 : 1 beträgt, wenn die wässrige Lösung aus Natriumhydroxid eingesetzt wird, und eine Nut mit einer Tiefe von 220 um, die äquivalent zur Dicke des durchlassbildenden Substrats ist, durch seitliches Ätzen so ausgebildet werden kann, dass die Breite ungefähr 1 um beträgt, kann die Tintenkammer 12 genau ausgebildet werden.
Bei einem derartigen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf werden mehrere Chips gleichzeitig auf einem Wafer mit der oben beschriebenen Abfolge zum Ausbilden von Filmen und anisotropem Ätzen ausgebildet, und nachdem der Vorgang abgeschlossen ist, wird der Wafer in jedes durchlassbildende Substrat 10 geteilt, das einem Chip entspricht und in Fig. 1 dargestellt ist. Das abgeteilte durchlassbildende Substrat 10 wird nacheinander mit der Düsenplatte 18 und dem Fixierelement 20 verklebt und mit ihnen zu einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf kombiniert.
Bei dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird Tinte über einen Tinteneinlass 16, der mit einer nicht dargestellten externen Tintenzuführeinrichtung verbunden ist, eingelassen, und nachdem das Innere von dem Behälter 14 her zur Düsenöffnung 17 mit Tinte gefüllt ist, wird der Druck in der Tintenkammer 12 erhöht, und ein Tintentröpfchen wird über die Düsenöffnung 17 ausgestoßen, indem Spannung zwischen dem unteren Elektrodenfilm 60 und dem oberen Elektrodenfilm 80 über die leitende Struktur 100 entsprechend einem Aufzeichnungssignal von einer externen Ansteuerschaltung, die nicht dargestellt ist, angelegt wird und der Siliziumoxidfilm 50 und der piezoelektrische Film 70 verformt werden.
Das Spannen der Siliziumoxidfilme 50 und 51, des unteren Elektrodenfilms 60 und des piezoelektrischen Films 70 bei dem oben beschriebenen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf wird im Folgenden beschrieben.
Da der Siliziumoxidfilm durch thermische Oxidation ausgebildet wird, wird er auf dem Siliziumsubstrat ausgedehnt und negative Belastung wird erzeugt. Das heißt, der Siliziumoxidfilm nimmt Druckkraft von dem Siliziumsubstrat auf, und umgekehrt empfängt das Siliziumsubstrat Zugkraft von dem Siliziumoxidfilm. Wenn die Druckspannung des Siliziumoxidfilms gleichmäßig auf beide Seiten des Siliziumsubstrats wirkt, wird das Siliziumsubstrat zu keinem Zeitpunkt verzogen.
Dabei werden der untere Elektrodenfilm und der piezoelektrische Film bei einem Prozess der Wärmebehandlung bei hoher Temperatur, bei dem die hohe Temperatur sinkt, zusammengezogen und üben bei normaler Temperatur positive Belastung auf das Siliziumsubstrat aus. Das heißt, der untere Elektrodenfilm und der piezoelektrische Film nehmen Zugkraft von dem Siliziumsubstrat auf, und umgekehrt nimmt das Siliziumsubstrat Druckkraft von dem unteren Elektrodenfilm und dem piezoelektrischen Film auf. Da das Siliziumsubstrat im Vergleich zu einem anderen Film dick genug ist, wird das Siliziumsubstrat im Folgenden als ein Objekt beschrieben, auf das Spannung wirkt. Das Siliziumsubstrat, bei dem Filme laminiert sind, wird durch die Zugkraft, die auf den unteren Elektrodenfilm und den piezoelektrischen Film wirkt, verzogen, wobei die Oberfläche des unteren Elektrodenfilms oder des piezoelektrischen Films konkave Formen annimmt.
Die Spannung bzw. Belastung jedes Films wird wie folgt gemessen:
Das Siliziumsubstrat wird durch Spannung verzogen, wenn jedoch der Radius der Krümmung beim Verziehen dabei R beträgt, wird die Beziehung zwischen dem Krümmungsradius R und der Spannung T bzw. der Belastung a des Films durch die folgende Verhältnisgleichung ausgedrückt.
In der obenstehenden Gleichung bezeichnet "d" die Dicke des Dünnfilms, "D" kennzeichnet die Dicke des Siliziumsubstrats, "Vs" bezeichnet die Poisson'sche Zahl des Siliziumsubstrats, und "Es" kennzeichnet den Elastizitätsmodul des Siliziumsubstrats.
Da die Elastizitätskonstante von Silizium anisotrop ist, wird beim Messen des Betrags der Verziehung ein Muster in Form eines Streifens entlang der speziellen Kristallorientierung verwendet, und bei der Berechnung werden der Elastizitätsmodul und die Poisson'sche Zahl in der Richtung verwendet.
Die Spannung des Siliziumoxidfilms 50 wird anhand des Betrages des Verziehens nach dem Entfernen des Siliziumoxidfilms 50 auf einer Fläche des Siliziumsubstrats 10 durch Ätzen bestimmt.
Die Spannung des piezoelektrischen Films 70 wird anhand der Veränderung des Betrags des Verziehens vor und nach dem Entfernen des piezoelektrischen Films 70 durch Ätzen bestimmt.
Die Spannung des unteren Elektrodenfilms 60 wird anhand des Betrags des Verziehens nach dem Entfernen des piezoelektrischen Films 70 bestimmt. Dabei muss der Siliziumoxidfilm auf beiden Seiten des Siliziumsubstrats ausgebildet sein.
Um die Belastung aus der Spannung zu bestimmen, die wie oben beschrieben bestimmt wurde, wird der Elastizitätsmodul jedes Films benötigt. Der Elastizitätsmodul muss sorgfältig gemessen werden, so dass die Belastung keinen Einfluss ausübt. Da beim Messen mit einer Doppelzange (twin tong) oder bei der Messung unter Verwendung eines Films, dessen Rand fixiert ist, aufgrund der Spannung unterschiedliche Werte gemessen werden, wird der Elastizitätsmodul auf der Grundlage einer Last und der Krümmung unter Verwendung eines Auslegers bestimmt.

(Erster Aufbau von Filmen)

Tabelle 1 zeigt einen ersten Aufbau von Filmen gemäß der vorliegenden Erfindung. Tabelle 1
Bei dem oben dargestellten Aufbau wird das Verhältnis "Dicke des unteren Elektrodenfilms/Dicke des Siliziumoxidfilms" auf 0,5 festgelegt. Die Belastung des unteren Elektrodenfilms und des Siliziumoxidfilms ändert sich je nach der Dicke der entsprechenden Filme und dem Verfahren der Wärmebehandlung geringfügig, jedoch können die Spannung des unteren Elektrodenfilms 60 und die des Siliziumoxidfilms 50 entsprechend angepasst werden, indem der Filmparameter auf 0,5 festgelegt wird. Daher ist die Spannung der Membran im Wesentlichen Null. Das Maß des Verziehens des Substrats in der Richtung der Anordnung von Tintenkammern 12 beträgt in einem Bereich, in dem die Tintenkammern 12 angeordnet sind, 3 um, und die Membran ist konkav. Bei dieser Ausführung werden das Siliziumsubstrat 10, die Düsenplatte 18 und die anderen Schichten mit einem Klebstoff verklebt, jedoch kommt es bei diesem Betrag des Verziehens zu keinem Lösen der Verbindung. Die Verschiebung der Membran nach dem Verkleben ändert sich ebenfalls nicht.
Das Maß der Verschiebung beim Anlegen einer Spannung von 10 V an ein piezoelektrisches Element gemäß dem oben dargestellten Aufbau beträgt 110 nm. Hingegen beträgt das Maß der Verschiebung beim Anlegen der Spannung von 10 V an den Aufbau, bei dem der Siliziumoxidfilm 50 gegenüber der Tintenkammer 12 bei dem oben dargestellten Aufbau durch Ätzen entfernt wird, 80 nm. Beim Messen der Steifigkeit (Nachgiebigkeit) der Membran ergibt sich, dass die Veränderung der Steifigkeit vor und nach dem Entfernen des Siliziumoxidfilms 50 gering sind. Im Allgemeinen wird die Biegesteifigkeit der Membran verringert, wenn der Siliziumoxidfilm entfernt wird, und der Betrag der Verschiebung beim Anlegen von Spannung nimmt erwartungsgemäß um diesen Betrag zu. Bei dieser Ausführung wirkt, da die Spannung und die Dicke so festgelegt werden, dass die Spannung groß ist und die Dicke gering, eine starke Spannkraft auf die Membran aufgrund der positiven Spannung des unteren Elektrodenfilms 60, wenn der Siliziumoxidfilm mit negativer Spannung entfernt wird, und die Spannung gleicht den geringeren Betrag der Biegesteifigkeit aus. Der Wirkungsgrad der Verschiebung der Membran durch das piezoelektrische Element kann durch diesen Aufbau erheblich verbessert werden, so dass die Spannung der Membran wie bei dem oben dargestellten Aufbau im Wesentlichen Null oder negativ ist.

(Zweiter Aufbau von Filmen)

Tabelle 2 zeigt den Aufbau von Filmen gemäß der vorliegenden Erfindung. Tabelle 2
Bei dem oben dargestellten Aufbau wird das Verhältnis "Dicke des unteren Elektrodenfilms/Dicke des Siliziumoxidfilms" auf 0,27 festgelegt. Da die Spannung des Siliziumoxidfilms in absoluten Zahlen größer ist als die Spannung des unteren Elektrodenfilms, wirkt negative Spannung auf die Membran. Wenn die Spannung des piezoelektrischen Films aus PZT zur Spannung der Membran addiert wird, wird die erwähnte Spannung insgesamt zu einer positiven Spannung, d. h., die Membran ist nie lose, und ein Tintentröpfchen kann normal und beständig ausgestoßen werden. Selbst nach dem Vorgang des Ätzens des Siliziumsubstrats 10 kommt es zu keiner Ablösung.
Der Betrag des Verziehens des Substrats in der Richtung der Anordnung der Tintenkammern 12 beläuft sich, obwohl die Membran um 1 um geringfügig konkav geformt ist, im Wesentlichen in einem Bereich auf Null, in dem die Tintenkammern angeordnet sind, und es tritt keinerlei Problem bei der Bindung auf.
Das Maß der Verschiebung beim Anlegen einer Spannung von 10 V an das piezoelektrische Element gemäß dem oben dargestellten Aufbau beträgt 120 nm und ist um ungefähr 10% größer als beim dem ersten Aufbau. Die Steifigkeit (Nachgiebigkeit) der Membran nimmt gegenüber der des ersten Aufbaus um 10% zu (wird um 10% verringert). Daher kann starker Druck bei einer niedrigeren Ansteuerspannung in der Tintenkammer erzeugt werden, und insgesamt werden die Eigenschaften um 20% mehr als bei dem ersten Aufbau verbessert.

(Dritter Aufbau von Filmen)

Tabelle 3 zeigt den dritten Aufbau von Filmen gemäß der vorliegenden Erfindung. Tabelle 3
Bei dem oben dargestellten Aufbau wird der piezoelektrische Film aus PZT dünner ausgeführt als bei dem zweiten Aufbau. Bei diesem Aufbau ist die negative Spannung des Siliziumoxidfilms stärker als die positive Spannung des unteren Elektrodenfilms und des piezoelektrischen Films aus PZT, und die Membran lockert sich. Obwohl es möglicherweise schwierig ist, die genannte Lockerung mit einem Mikroskop und anderen Einrichtungen nachzuweisen, wird das Ausstoßen eines Tintentröpfchens ungleichmäßig, und der Unterschied zwischen den Eigenschaften der Tintenkammern 12 nimmt zu. Es kann zum Ablösen eines Films beim Ätzen des Siliziumsubstrats 10 kommen, und die Ausbeute sinkt.

(Vierter Aufbau von Filmen)

Tabelle 4 zeigt den vierten Aufbau von Filmen gemäß der vorliegenden Erfindung. Tabelle 4
Bei dem oben beschriebenen Aufbau wird der Siliziumoxidfilm dünner als bei dem ersten Aufbau ausgeführt, und das Verhältnis "Dicke des unteren Elektrodenfilms/Dicke des Siliziumoxidfilms" wird auf 1 festgelegt. Da die Spannung des Siliziumoxidfilms in absoluten Zahlen kleiner ist als die Spannung des unteren Elektrodenfilms, wirkt positive Spannung auf die Membran. Das Maß des Verziehens des Substrats in der Richtung der Anordnung der Tintenkammern 12 beträgt in einem Bereich, in dem die Tintenkammem angeordnet sind, aufgrund der Spannung der Membran 9 um, und die Membran ist konkav geformt. Aufgrund dieses Verziehens kommt es zu einem teilweisen Ausfall der Bindung, und die Ausbeute verringert sich. Da sich der Betrag des Verziehens in Abhängigkeit von der Bindung ändert, unterscheidet sich die Spannung der Membran für jede Tintenkammer, und die Dispersion des Betrages der Verschiebung sowie der Steifigkeit nimmt zu. Daher ändert sich die Menge der bei dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf ausgestoßenen Tinte, und die Druckqualität verringert sich.
Bei der oben beschriebenen Ausführung werden der Siliziumoxidfilm und der Platinfilm miteinander kombiniert, jedoch sind auch andere Kombinationen zulässig.
Im Allgemeinen wird, wenn ein zweites Element (Sauerstoff ist das Äquivalent bei der oben beschriebenen Ausführung) in die Oberfläche des Substrats dotiert wird und ein Film ausgebildet wird, negative Belastung in dem Film erzeugt. Daher kann die gleiche Wirkung auch bei einem Film erzielt werden, der ausgebildet wird, indem zusätzlich zu dem Siliziumoxidfilm Bor und Stickstoff in die Oberfläche des Siliziumsubstrats dotiert werden.
Ein Palladiumfilm und ein Film, der sowohl Palladium als auch Platin enthält, können zusätzlich zu dem Platinfilm vorhanden sein.
Bei der oben beschriebenen Ausführung wird der Effekt, da die Spannung des oberen Elektrodenfilms 80 im Vergleich zu der Spannung anderer Filme klein genug ist, nicht berücksichtigt, jedoch wird die Spannkraft des oberen Elektrodenfilms 80 erhöht, indem das Material, die Dicke oder ein Ausbildungsverfahren des oberen Elektrodenfilms 80 ausgewählt werden, positive Spannung wird erzeugt, indem die entsprechende Spannung des oberen Elektrodenfilms 80, des piezoelektrischen Films 70 und der Membran addiert werden, und der gleiche Effekt lässt sich damit erzielen.

Zweite Ausführung

Fig. 6 zeigt einen piezoelektrischen aktiven Teil und eine Druckerzeugungskammer in einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung entspricht.
Diese Ausführung ist die gleiche wie die erste Ausführung, wobei jedoch ein entfernter Teil 350 des unteren Elektrodenfilms, von dem der untere Elektrodenfilm 60 entfernt wird, neben beiden Seiten in der Richtung der Breite eines piezoelektrischen aktiven Teils 320 vorhanden ist, der aus einem piezoelektrischen Film 70 und einem oberen Elektrodenfilm 80 besteht.
Der entfernte Teil 350 des unteren Elektrodenfilms wird hergestellt, indem in Form einer vorgegebenen Struktur geätzt wird, nachdem der obere Elektrodenfilm 80 und der piezoelektrische Film 70 strukturiert worden sind. Bei dieser Ausführung ist, wie in Fig. 6(a) dargestellt, ein Teil, in dem der entfernte Teil 350 des unteren Elektrodenfilms vorhanden ist, ein Teil, der als Arm einer Membran bezeichnet wird, ein Teil gegenüber der Umgebung des Randes an beiden Seiten in der Richtung der Breite der Tintenkammer 12, und der untere Elektrodenfilm 60 ist, wie im Schnitt A-A in Fig. 6(b) dargestellt, auf beiden Seiten des piezoelektrischen aktiven Teils 320 entfernt.
Der Betrag der Verschiebung, die beim Anlegen von Spannung an den piezoelektrischen aktiven Teil 320 erzeugt wird, kann erhöht werden, indem der entfernte Teil 350 des unteren Elektrodenfilms ausgebildet wird, wie dies oben beschrieben ist.
Bei dieser Ausführung wird der entfernte Teil 350 des unteren Elektrodenfilms ausgebildet, indem der untere Elektrodenfilm 60 vollständig entfernt wird, jedoch kann, wie in Fig. 6(c) dargestellt, auch ein entfernter Teil 350A des unteren Elektrodenfilms, bei dem ein Teil des unteren Elektrodenfilms 60 durch Halbätzen und andere Verfahren entfernt wird, und ein Dünnfilm belassen wird, ausgebildet werden.
Die Struktur des entfernten Teils des unteren Elektrodenfilms ist nicht auf das oben dargestellte Beispiel beschränkt, und so kann beispielsweise, wie in Fig. 7 dargestellt, ein entfernter Teil 350B des unteren Elektrodenfilms auch außerhalb der beiden Enden des piezoelektrischen aktiven Teils 320 in der Längsrichtung ausgebildet werden.
Des Weiteren kann beispielsweise, wie in Fig. 8 dargestellt, ein entfernter Teil 350C des Elektrodenfilms auch in Form eines Buchstaben U am Rand in drei Richtungen bis auf ein Ende der Druckerzeugungskammer 12 vorhanden sein.

Andere Ausführungen

Alle Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind oben beschrieben, der Grundaufbau des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes ist jedoch nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt.
So ist beispielsweise bei den oben beschriebenen Ausführungen die Düsenöffnung 17 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des durchlassbildenden Substrats 10 angeordnet, jedoch kann eine Düsenöffnung 17 auch so ausgebildet sein, dass sie an der Stirnseite des durchlassbildenden Substrats 10 ausgebildet ist und Tinte in einer Richtung parallel zur Oberfläche ausgestoßen wird.
Das Beispiel, bei dem die isolierende Schicht zwischen dem piezoelektrischen Element und der Zuleitungselektrode vorhanden ist, ist oben beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, so kann beispielsweise ein anisotroper leitender Film auch thermisch an jedem oberen Elektrodenfilm angeschweißt werden, ohne dass eine isolierende Schicht vorhanden ist, der anisotrope leitende Film kann auch mit einer Zuleitungselektrode verbunden werden, und kann auch unter Verwendung verschiedener Bond-Verfahren, wie beispielsweise Drahtbonden, angeschlossen werden.
Die vorliegende Erfindung kann, wie oben beschrieben, bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit anderem Aufbau eingesetzt werden, solange die Aufgabe erfüllt wird.
Der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wie oben beschrieben, vorteilhafterweise für eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen von Zeichen- und Bildinformationen unter Verwendung von Tinte auf einem Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise Papier, Metall, Kunststoff und Gewebe eingesetzt werden.
Des Weiteren stellt der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung ein Optimum als kleiner Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit hoher Dichte dar, bei dem verbesserte Eigenschaften maximal genutzt werden, und der für eine kleine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung mit hoher Leistung eingesetzt wird.

Claims

1. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der umfasst:

mehrere Tintenkammern, die im Inneren eines Substrats eingeschlossen und durch Seitenwände abgeteilt sind;

eine Membran, die auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist und eine Seite der Tintenkammer verschließt, wobei wenigstens die Oberseite derselben als untere Elektrode wirkt;

und einen piezoelektrischen aktiven Teil, der mit einem piezoelektrischen Film, der auf der Membran an der Tintenkammer angeordnet ist, und einer oberen Elektrode versehen ist, die auf dem piezoelektrischen Film ausgebildet ist,

wobei:

die Membran als ein laminierter Film ausgebildet ist, der mit wenigstens zwei Schichten aus einer Schicht mit positiver Belastung und einer Schicht mit negativer Belastung versehen ist;

die Spannung der Membran aufgrund dieser Belastung im Wesentlichen Null oder negativ ist; und

die Spannung, die sich ergibt, indem die Spannung des piezoelektrischen Films zur Spannung der Membran addiert wird, positiv ist.

2. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der umfasst:

mehrere Tintenkammern, die im Inneren eines Substrats eingeschlossen sind und durch Seitenwände abgeteilt sind;

eine Membran, die auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist und eine Seite der Tintenkammer verschließt, wobei auf der Oberseite derselben eine untere Elektrode vorhanden ist; und

einen piezoelektrischen Film, der auf der Membran an der Tintenkammer angeordnet ist und zwischen der unteren Elektrode und einer oberen Elektrode aufgenommen wird, wobei:

die Spannung, die sich ergibt, indem die entsprechende Spannung des piezoelektrischen Films und der oberen Elektrode zu der Spannung der Membran addiert wird, positiv ist.

3. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei:

die Membran mit einer Siliziumoxidschicht, die durch Oxidieren der Oberfläche eines Einkristall-Siliziumsubstrats ausgebildet wird, und einer Metallschicht versehen ist, die die untere Elektrode bildet und auf die Siliziumoxidschicht laminiert ist; und

mehrere Tintenkammern, die jeweils durch Seitenwände abgeteilt sind, im Inneren des Einkristall-Siliziumsubstrats ausgebildet sind.

4. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 3, wobei:

die Metallschicht, die die untere Elektrode bildet, eine Platinschicht ist, die direkt oder über eine Zwischenschicht auf der Siliziumoxidschicht ausgebildet ist; und

die Siliziumoxidschicht und die Platinschicht folgende Beziehung zueinander haben:

(Dicke des unteren Elektrodenfilms)/(Dicke des Siliziumoxidfilms) ≤ 0,5.

5. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei:

die Membran mit einem Dünnfilmteil versehen ist, der wenigstens in einem Teil eines Bereiches am Rand der Tintenkammer um den piezoelektrischen aktiven Teil herum dünner ist als die Membran in einem Teil an dem piezoelektrischen aktiven Teil.

6. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 5, wobei:

wenigstens ein Teil in der Richtung der Dicke der unteren Elektrode in dem Dünnfilmteil entfernt ist.

7. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 5 oder 6, wobei:

der Dünnfilmteil auf beiden Seiten in der Richtung der Breite des piezoelektrischen aktiven Teils ausgebildet ist.