DE60005111T2 - Tintenstrahldruckkopf und Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung - Google Patents

Tintenstrahldruckkopf und Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, wobei ein Teil einer Druckerzeugungskammer in Verbindung stehend mit einer Düsenöffnung, die Tintentröpfchen ausstößt, aus einer Schwingplatte besteht, ein piezoelektrisches Element über diese Schwingplatte bereit gestellt wird, und Tintentröpfchen durch Verschieben des piezoelektrischen Elementes ausgestoßen werden. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung.
  • In Bezug auf den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, bei dem ein Teil einer Druckerzeugungskammer in Verbindung stehend mit einer Düsenöffnung, die Tintentröpfchen ausstößt, aus einer Schwingplatte besteht, wird diese Schwingplatte durch ein piezoelektrisches Element deformiert, um Tinte in der Druckerzeugungskammer mit Druck zu beaufschlagen, wobei Tintentröpfchen aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden, werden zwei Aufzeichnungsköpfe praktisch verwendet. Einer ist ein Aufzeichnungskopf verwendend ein piezoelektrisches Stellglied mit Längsschwingbetrieb, der sich in der Achsrichtung des piezoelektrischen Elementes ausdehnt und zusammen zieht, und der andere verwendet ein piezoelektrisches Stellglied mit Biegeschwingungsbetrieb.
  • Ersterer kann das Volumen in der Druckerzeugungskammer durch Anstoßen der Endfläche des piezoelektrischen Elementes gegen die Schwingplatte ändern, und die Herstellung eines Kopfes geeignet für Drucken mit hoher Dichte wird ermöglicht. Andererseits ist ein kompliziertes Verfahren notwendig, in dem das piezoelektrische Element zugeschnitten und in eine Kammzahnform unterteilt wird, um es mit der Feldteilung der Düsenöffnung in Übereinstimmung zu bringen, und ein Verfahren, um das zugeschnittene und aufgeteilte piezoelektrische Element auf die Druckerzeugungskammer auszurichten und an dieser zu befestigen, und damit besteht das Problem eines komplizierten Herstellungsprozesses.
  • Andererseits kann das piezoelektrische Element in letztgenanntem in einem relativ einfachen Verfahren auf einer Schwingplatte hergestellt und installiert werden, wobei eine grüne Tafel, die piezoelektrisches Material ist, aufgeklebt wird und wobei ihre Form an die Form der Druckerzeugungskammer angepasst wird und sie gesintert wird. Jedoch ist eine bestimmte Größe von Schwingplatte aufgrund der Nutzung von Biegeschwingung erforderlich, so dass das Problem entsteht, dass ein Feld hoher Dichte des piezoelektrischen Elementes schwierig ist.
  • Um diesen Nachteil des letztgenannten Aufzeichnungskopfes zu lösen, wie in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 5-286131 gezeigt, wird ein Aufzeichnungskopf vorgeschlagen, bei dem eine ebene Schicht aus piezoelektrischem Material auf der gesamten Fläche der Schwingplatte mittels Abscheidung ausgebildet wird, die Schicht aus piezoelektrischem Material in einem Lithografieverfahren zugeschnitten und in eine Form entsprechend der Druckerzeugungskammer gebracht wird und das piezoelektrische Element so ausgebildet wird, dass es unabhängig von einem anderen piezoelektrischen Element für eine jede Druckerzeugungskammer ist.
  • Entsprechend dem beschriebenen Verfahren ist ein Verfahren für das Aufkleben des piezoelektrischen Elementes auf die Schwingplatte unnötig, und es besteht ein Vorteil nicht nur dahingehend, dass das piezoelektrische Element mit genauen und einfachen Mitteln, dem Lithografieverfahren, hergestellt werden kann, sondern auch dahingehend, dass die Dicke des piezoelektrischen Elementes dünn sein kann und dass ein schneller Antrieb ermöglicht wird.
  • Bei einem solchen Tintenstrahl-Druckkopf, da eine Druckerzeugungskammer durch Ätzen der Substratfläche gegenüber der, auf der sich das piezoelektrische Element befindet, oder durch ein anderes Verfahren so ausgebildet wird, dass sie in die Dickenrichtung des Kopfes hinein ragt, kann eine Druckerzeugungskammer relativ einfach in hoher Dichte und mit hoher Maßgenauigkeit angeordnet werden.
  • Bei einem solchen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, wenn ein relativ großes Substrat mit einem Durchmesser von beispielsweise etwa 6 bis 12 Zoll für Ausbilden der Druckerzeugungskammer verwendet wird, muss die Dicke des Substrats jedoch wegen des Handhabungsproblems dick gemacht werden, und die Tiefe der Druckerzeugungskammer wird mit der Dicke des Substrats tiefer. Daher kann eine hinreichende Steifigkeit nur erricht werden, wenn die Dicke der Kammerwände, die die Druckerzeugungskammer unterteilen, dicker gemacht wird; somit entsteht ein Problem von Nebensprechen und die gewünschte Ausstoßcharakteristik kann nicht erzielt werden. Weiterhin, wenn die Kammerwände dicker gemacht werden, können die Düsen nicht in hoher Dichte angeordnet werden, und somit besteht ein Problem dahingehend, dass keine hochauflösende Druckqualität erzielt werden kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung in Anbetracht der oben genannten Umstände ist die Bereitstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes, der in der Lage ist, die Steifigkeit der Kammerwände zu verbessern und die Druckerzeugungskammern in hoher Dichte anzuordnen, und einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung.
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung des oben beschriebenen Problems ist ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der ein durchlassbildendes Substrat umfassend mindestens eine Siliziumschicht, die aus einem Einkristallsilizium besteht, und eine darauf definierte Druckerzeugungskammer, die mit einer Düsenöffnung in Verbindung steht, und ein piezoelektrisches Element für Erzeugen, eines Druckunterschiedes in der Druckerzeugungskammer umfasst, wobei das piezoelektrische Element in einem Bereich gegenüber der Druckerzeugungskammer über eine Schwingplatte bereit gestellt wird, die einen Teil der Druckerzeugungskammer darstellt. Der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf ist dadurch charakterisiert, dass er weiterhin eine Verbindungsplatte, verbunden mit dem durchlassbildenden Substrat auf der Oberfläche, wo das piezoelektrische Element ausgebildet wird, umfasst und dass die Düsenöffnung auf der Verbindungsplatte bereit gestellt wird.
  • In einem ersten Aspekt kann die Düsenöffnung problemlos ausgebildet werden, selbst wenn die Druckerzeugungskammern ohne Durchdringung des durchlassbildenden Substrats ausgebildet werden. Daher kann die Druckerzeugungskammer relativ flach ausgebildet werden, und die Steifigkeit der Kammerwände, die die Druckerzeugungskammern unterteilen, wird verbessert.
  • Ein zweiter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem ersten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass eine integrierte Schaltung auf der Verbindungsplatte ausgebildet ist.
  • In dem zweiten Aspekt wird die integrierte Schaltung auf der mit dem durchlassbildenden Substrat verbundenen Verbindungsplatte ausgebildet, und somit kann der Herstellungsprozess des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes vereinfacht werden und die Anzahl der Teile kann verringert werden, was zu einer Kostensenkung führt.
  • Ein dritter Aspekt des erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem ersten und dem zweiten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsplatte eine Dichtungsplatte ist, die einen Halteabschnitt für das piezoelektrische Element umfasst, der einen Raum in einem Zustand abdichten kann, wobei der Raum für das piezoelektrische Element so gesichert ist, dass dessen Bewegung nicht gestört wird, in einem Bereich dem piezoelektrischen Element gegenüber liegend.
  • In einem dritten Aspekt wird ein Brechen des piezoelektrischen Elementes wegen der äußeren Umgebung verhindert.
  • Ein vierter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem zweiten und dem dritten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung eine Ansteuerschaltung für Ansteuern des piezoelektrischen Elementes ist.
  • In dem vierten Aspekt kann die Ansteuerschaltung für Ansteuern des piezoelektrischen Elementes relativ leicht ausgebildet werden.
  • Ein fünfter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem zweiten oder dem dritten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur eines Kopfes oder eine Temperatursteuerschaltung zum Steuern der Temperatur ist.
  • In dem fünften Aspekt kann die Temperaturerfassungseinrichtung oder die Temperatursteuerschaltung relativ leicht ausgebildet werden.
  • Ein sechster Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem zweiten oder dem dritten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung eine Ausstoßzahl-Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Ausstoßzahl von Tintentröpfchen ist, die aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden.
  • In dem sechsten Aspekt kann die Ausstoßzahl-Erfassungseinrichtung relativ leicht ausgebildet werden.
  • Ein siebenter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem dritten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung eine Feuchtigkeitssteuerschaltung zum Ausführen von Steuerung der Feuchtigkeitsertassungseinrichtung zum Erfassen von Feuchtigkeit des Halteabschnittes des piezoelektrischen Elementes ist.
  • In dem siebenten Aspekt kann die Feuchtigkeitssteuerschaltung relativ leicht ausgebildet werden.
  • Ein achter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach einem des zweiten bis siebenten Aspekts ist dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung auf der gegenüber liegenden Fläche der Verbindungsplatte mit dem durchlassbildenden Substrat bereit gestellt wird.
  • In dem achten Aspekt kann die Verdrahtung der integrierten Schaltung an der Oberfläche der Verbindungsplatte herausgenommen werden.
  • Ein neunter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach einem des zweiten bis siebenten Aspekts ist dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung auf der Verbindungsfläche der Verbindungsplatte mit dem durchlassbildenden Substrat bereitgestellt wird und das piezoelektrische Element sowie die integrierte Schaltung durch Flip-Chip-Montage elektrisch verbunden sind.
  • In dem neunten Aspekt können die integrierte Schaltung und das piezoelektrische Element direkt verbunden werden, indem das durchlassbildende Substrat und die Verbindungsplatte verbunden werden.
  • Ein zehnter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem neunten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsverdrahtung ausgebildet wird, um die integrierte Schaltung und externe Verdrahtung zu verbinden, und die integrierte Schaltung und die Verbindungsverdrahtung durch Flip-Chip-Montage elektrisch verbunden sind.
  • In dem zehnten Aspekt können die integrierte Schaltung und die Verbindungsverdrahtung direkt verbunden werden, indem das durchlassbildende Substrat und die Verbindungsplatte verbunden werden.
  • Ein elfter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem neunten oder dem zehnten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung und das piezoelektrische Element oder die Verbindungsverdrahtung durch ein anisotropes leitendes Material (z. B. anisotrope leitende Schicht) verbunden sind.
  • In dem elften Aspekt können die integrierte Schaltung und das piezoelektrische Element oder die Verbindungsverdrahtung relativ einfach und genau verbunden werden.
  • Ein zwölfter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach einem des ersten bis elften Aspekts ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsplatte aus einem Einkristall-Siliziumsubstrat besteht.
  • In dem zwölften Aspekt kann die integrierte Schaltung auf der Verbindungsplatte relativ einfach und mir guter Genauigkeit ausgebildet werden.
  • Ein dreizehnter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach einem des ersten bis zwölften Aspekts ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungskammer auf einer Fläche des durchlassbildenden Substrats ohne Durchdringen des durchlassbildenden Substrats ausgebildet wird und ein Behälter für Zuführen von Tinte zu der Druckerzeugungskammer auf der anderen Fläche des durchlassbildenden Substrats ausgebildet wird.
  • In dem dreizehnten Aspekt kann die Druckerzeugungskammer relativ flach ausgebildet werden, und die Steifigkeit der Kammerwände, die die Druckerzeugungskammern unterteilen, wird verbessert, Darüber hinaus wird ein Behälter mit einem ausreichend großen Volumen in Bezug auf das der Druckerzeugungskammer bereitgestellt, und Änderungen des Innendruckes werden von der Tinte selbst in dem Behälter ausgeglichen.
  • Ein vierzehnter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem dreizehnten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter direkt mit der Druckerzeugungskammer in Verbindung steht.
  • In dem vierzehnten Aspekt wird Tinte direkt aus dem Behälter zu jeder Druckerzeugungskammer zugeführt.
  • Ein fünfzehnter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem dreizehnten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Tinten-Verbindungsweg, der mit einem Endabschnitt in der Längsrichtung der Druckerzeugungskammer in Verbindung steht, auf einer Fläche des durchlassbildenden Substrats ausgebildet ist, und der Behälter in Verbindung mit dem Tinten-Verbindungsweg steht.
  • In dem fünfzehnten Aspekt, da Tinte von dem Behälter durch den Tinten-Verbindungsweg zu jeder Druckerzeugungskammer zugeführt wird, kann der Tintenwiderstand in einem eingeengten Bereich trotz Änderung einer Querschnittsfläche eines Verbindungsabschnittes zwischen dem Behälter und dem Tinten-Verbindungsweg kontrolliert werden, und somit kann die Änderung der Tintenausstoßcharakteristik zwischen den Druckerzeugungskammern reduziert werden.
  • Ein sechzehnter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem fünfzehnten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Tinten-Verbindungsweg für jede Druckerzeugungskammer bereitgestellt wird.
  • In dem sechzehnten Aspekt wird Tinte von dem Behälter durch den für jede Druckerzeugungskammer bereitgestellten Tinten-Verbindungsweg zu jeder Druckerzeugungskammer zugeführt.
  • Ein siebzehnter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem fünfzehnten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tinten-Verbindungsweg durchgängig in der Richtung bereitgestellt wird, in der die Druckerzeugungskammern parallel bereitgestellt sind.
  • In dem siebzehnten Aspekt wird Tinte von dem Behälter durch einen gemeinsamen Tinten-Verbindungsweg zu jeder Druckerzeugungskammer zugeführt.
  • Ein achtzehnter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach einem des dreizehnten bis siebzehnten Aspekts ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Düsen-Verbindungsweg, der die Druckerzeugungskammer mit der Düsenöffnung verbindet an dem Endabschnitt gegenüber dem Behälter in der Längsrichtung der Druckerzeugungskammer angeordnet ist.
  • In dem achtzehnten Aspekt wird Tinte stabil von dem Behälter zu der Druckerzeugungskammer zugeführt, und Tinte wird hervorragend aus der Düsenöffnung ausgestoßen.
  • Ein neunzehnter Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem achtzehnten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass der Düsen-Verbindungsweg ausgebildet wird, indem die Schwingplatte entfernt wird.
  • In dem neunzehnten Aspekt kann der Düsen-Verbindungsweg leicht ausgebildet werden.
  • Ein zwanzigster Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem achtzehnten oder dem neunzehnten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Düsen-Verbindungsweges mit Klebstoff überzogen ist.
  • In dem zwanzigsten Aspekt wird Abblättern der Schwingplatte wegen Tintenströmens durch den Düsen-Verbindungsweg verhindert.
  • Ein einundzwanzigster Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach einem des ersten bis zwanzigsten Aspekts ist dadurch gekennzeichnet, dass das durchlassbildende Substrat nur aus einer Siliziumschicht besteht.
  • In dem einundzwanzigsten Aspekt wird die Druckerzeugungskammer nur durch die Siliziumschicht ausgebildet.
  • Ein zweiundzwanzigster Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach einem des ersten bis zwanzigsten Aspekts ist dadurch gekennzeichnet, dass das durchlassbildende Substrat aus einem SOI-Substrat besteht, das Siliziumschichten auf beiden Flächen einer Isolierschicht aufweist.
  • In dem zweiundzwanzigsten Aspekt kann Strukturierung für die Druckerzeugungskammer, den Behälter oder ähnliches relativ leicht mit guter Genauigkeit durchgeführt werden.
  • Ein dreiundzwanzigster Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach einem des ersten bis dreiundzwanzigsten Aspekts ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen-Orientierung der Siliziumschicht, die aus dem durchlassbildenden Substrat besteht, eine (100)-Ebene ist.
  • In dem vierundzwanzigsten Aspekt kann der Behälter oder ähnliches mit hoher Genauigkeit auch durch Nassätzen ausgebildet werden.
  • Ein fünfundzwanzigster Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach dem vierundzwanzigsten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Querschnittsfläche der Druckerzeugungskammer eine annähernd dreieckige Form hat.
  • In dem fünfundzwanzigsten Aspekt wird die Steifigkeit der Kammerwand zwischen den Druckerzeugungskammern signifikant verbessert; die Druckerzeugungskammern können in hoher Dichte angeordnet und Nebensprechen kann verhindert werden.
  • Ein sechsundzwanzigster Aspekt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung nach einem des ersten bis fünfundzwanzigsten Aspekts ist dadurch charakterisiert, dass die Druckerzeugungskammer durch anisotropes Ätzen ausgebildet wird und dass jede Schicht, die die Schwingplatte ausbildet, und das piezoelektrische Element durch ein Abscheide-und-Lithografie-Verfahren ausgebildet wird.
  • In dem sechsundzwanzigsten Aspekt kann der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der die Düsenöffnungen in hoher Dichte hat, relativ leicht in einer großen Menge hergestellt werden.
  • Ein siebenundzwanzigster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem des ersten bis sechsundzwanzigsten Aspekts umfasst.
  • In dem siebenundzwanzigsten Aspekt kann die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung mit einer verbesserten Tintenausstoßcharakteristik des Kopfes und einer hohen Dichte derselben ausgeführt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und der Vorteile derselben wird nunmehr auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen verwiesen.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Umrisses des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 2(a) bis 2(c) sind Ansichten zur Veranschaulichung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung: 2(a) ist ein Querschnitt von 1; und 2(b) und 2(c) sind Draufsichten derselben.
  • 3(a) bis 3(d) sind Querschnitte zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 4(a) bis 4(d) sind Querschnitte zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 5(a) bis 5(c) sind Querschnitte zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein Querschnitt zur Veranschaulichung eines abgeänderten Beispiels des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes zu dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein Querschnitt zur Veranschaulichung eines weiteren abgeänderten Beispiels des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes zu dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist ein Querschnitt zur Veranschaulichung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines Umrisses des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung.
  • 10(a) und 10(b) sind Querschnitte zur Veranschaulichung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist ein Querschnitt zur Veranschaulichung eines abgeänderten Beispiels des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung.
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines Umrisses des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • 13(a) und 13(b) sind Querschnitte zur Veranschaulichung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • 14(a) bis 14(f) sind Querschnitte zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • 15(a) bis 15(f) sind Querschnitte zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • 16 ist ein Querschnitt zur Veranschaulichung eines abgeänderten Beispiels des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • 17 ist ein Querschnitt zur Veranschaulichung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 18 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung eines Umrisses des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 19 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung eines abgeänderten Beispiels des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 20 ist ein Querschnitt zur Veranschaulichung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 21 ist eine schematische Darstellung der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der Ausführungsbeispiele unten ausführlich beschrieben.
  • (Ausführungsbeispiel 1)
  • 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. 2(a) bis 2(c) sind Querschnitte und Draufsichten des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes in der Längsrichtung der Druckerzeugungskammer.
  • Wie in der Zeichnungen dargestellt, hat ein durchlassbildendes Substrat 10 mit darauf ausgebildeten Druckerzeugungskammern 12 beispielsweise eine Dicke von 150 μm bis 1 mm und besteht aus Einkristallsiliziumsubstrat mit einer Ebene (100) der Ebenen-Orientierung. Auf dem Oberflächenschichtbereich einer der Flächen werden Druckerzeugungskammern 12, geteilt durch eine Vielzahl von Kammerwänden 11, durch anisotropes Ätzen ausgebildet.
  • An einem Endbereich der Längsrichtung jeder Druckerzeugungskammer 12 sind ein tintenverbindender Bereich 13, der eine Zwischenkammer für Verbinden eines Behälters 15 (der später beschrieben wird) und der Druckerzeugungskammer 12 ist, über einen verengten Bereich 14 mit einer schmaleren Breite als die der Druckerzeugungskammer 12 verbunden. Der Tinten-Verbindungsbereich 13 und der eingeengte Bereich 14 werden ebenfalls durch anisotropes Ätzen gemeinsam mit der Druckerzeugungskammer 12 ausgebildet. Zu beachten ist, dass der eingeengte Bereich 14 hergestellt wird, um den ein- und austretenden Tintenstrom zu steuern.
  • Bei der Durchführung anisotropen Ätzens kann entweder ein Nassätzverfahren oder ein Trockenätzverfahren angewandt werden. Bei der Durchführung von halbem Ätzen (Halbätzen) in der Dickenrichtung des Einkristallsiliziumsubstrats wird die Druckerzeugungskammer 12 flach ausgebildet. Die Tiefe der Druckerzeugungskammer 12 kann angepasst werden, indem die Ätzzeit des Halbätzens gesteuert wird.
  • Es ist darauf zu achten, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Tinten-Verbindungsbereich 13 für jede Druckerzeugungskammer 12 bereitgestellt wird. Jedoch hierauf nicht beschränkt, wie beispielsweise in 2(c) gezeigt, kann ein Tinten-Verbindungsbereich 13A so hergestellt werden, dass er über die eingeengten Bereiche 14 mit allen Druckerzeugungskammern 12 in Verbindung steht. In diesem Fall kann der tinten-verbindende Bereich 13A auch einen Bereich des Behälters 15, der später beschrieben wird, darstellen.
  • Auf der anderen Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 wird der Behälter 15, der mit jedem tinten-verbindenden Bereich 13 in Verbindung steht und Tinte zu jeder Druckerzeugungskammer 12 zuführt, ausgebildet. Der Behälter 15 wird mit einer festgelegten Maske durch anisotropes Ätzen ausgebildet, welches in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Nassätzen ist. Da der Behälter 15 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Nassätzen ausgebildet wird, hat der Behälter 15 in diesem Bereich der Öffnung eine Form, die näher an der Oberfläche des durchlassbildenden Substrats 10 größer wird. Somit ist das Volumen des Behälters 15 groß genug im Vergleich zu dem Volumen aller Druckerzeugungskammern 12, die Tinte zuführen.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zu beachten, dass da das Einkristallsiliziumsubstrat mit einer Ebene (100) der Ebenen-Orientierung als das durchlassbildende Substrat 10 verwendet wird, der Behälter 15 oder ähnliches ebenfalls durch Nassätzen mit guter Genauigkeit ausgebildet werden kann.
  • Zusätzlich wird in der Nähe des Endbereiches des durchlassbildenden Substrats 10 eine besondere integrierte Schaltung, die die Ansteuerschaltung 16 für Ansteuern eines piezoelektrischen Elementes 300 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, aus einem Stück in der Richtung ausgebildet, in der die Druckerzeugungskammern 12 parallel angeordnet sind.
  • Auf diesem durchlassbildenden Substrat 10 ist eine elastische Schicht 50 mit einer Dicke von 1 bis 2 μm, die aus einer Isolierschicht, beispielsweise aus Zirkoniumdioxid (ZrO2), besteht, angeordnet. Eine Fläche dieser elastischen Schicht 50 stellt eine Wandfläche der Druckerzeugungskammer 12 dar.
  • In einem Bereich gegenüber jeder Druckerzeugungskammer 12 auf der elastischen Schicht 50 werden eine untere Elektrodenschicht 60 mit einer Dicke von beispielsweise etwa 0,5 μm, eine piezoelektrische Schicht 70 mit einer Dicke von beispielsweise etwa 1 μm und eine obere Elektrodenschicht 80 mit einer Dicke beispielsweise von etwa 0,1 μm in einem geschichteten Zustand mit einem Verfahren (das später beschrieben wird) ausgebildet, was das piezoelektrische Element 300 darstellt. Hierbei veranschaulicht das piezoelektrische Element 300 einen Bereich, der die untere Elektrodenschicht 60, die piezoelektrische Schicht 70 und die obere Elektrodenschicht 80 umfasst. Normalerweise ist das piezoelektrische Element 300 so beschaffen, dass eine beliebige Elektrode des piezoelektrischen Elementes 300 zu einer gemeinsamen Elektrode wird und dass die anderen Elektroden und die piezoelektrische Schicht 70 einer Strukturierung für jede Druckerzeugungskammer 12 unterworfen werden. Und in diesem Fall wird ein Bereich, der aus einer beliebigen Elektrode und der piezoelektrischen Schicht 70 besteht, an dem Strukturierung durchgeführt wird, und wobei piezoelektrische Verzerrung durch Anlegen einer Spannung an beide Elektroden erzeugt wird, als der piezoelektrisch aktive Bereich bezeichnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die untere Elektrodenschicht 60 zu einer gemeinsamen Elektrode des piezoelektrischen Elementes 300 gemacht, und die obere Elektrodenschicht 80 soll eine Einzelelektrode sein. Jedoch tritt auch dann kein Problem auf, wenn dies wegen bequemer Anordnung der Ansteuerschaltung oder Verdrahtung umgekehrt wird. In jedem Fall wird der piezoelektrisch aktive Bereich für jede Druckerzeugungskammer ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel werden das piezoelektrische Element 300 und die elastische Schicht 50, wo Verschiebung durch eine Ansteuerung des piezoelektrischen Elementes 300 eintritt, in Kombination als piezoelektrisches Stellglied bezeichnet.
  • Weiterhin werden Bleielektroden 90 so bereitgestellt, dass sie sich zwischen den aus einem Stück auf dem durchlassbildenden Substrat 10 angeordneten oberen Elektrodenschichten 80 der jeweiligen piezoelektrischen Elemente 300 und der Ansteuerschaltung 16 auf die elastische Schicht 50 erstrecken. Die Bleielektroden 90 und die Ansteuerschaltung 16 sind durch die in einem Bereich der elastischen Schicht 50 gegenüber der Ansteuerschaltung 16 angeordneten Verbindungswege 51 elektrisch verbunden.
  • Weiterhin werden in der Nähe des Endbereiches gegenüber dem tinten-verbindenden Bereich 13 in der Längsrichtung der Druckerzeugungskammer 12 Düsen-Verbindungswege 52, die mit den Düsenöffnungen 21 (die später beschrieben werden) in Verbindung stehen, für jede Druckerzeugungskammer 12 bereitgestellt, indem die elastische Schicht 50 und die untere Elektrodenschicht 60 entfernt werden.
  • Auf der elastischen Schicht 50 und der unteren Elektrodenschicht 60, auf der das piezoelektrische Element 300 ausgebildet wird, wie in 1 und in 2 gezeigt, wird eine Düsenplatte 20 bereitgestellt, wobei die Düsenöffnungen 21 so gebohrt werden, dass sie mit den jeweiligen Druckerzeugungskammern 12 durch die Düsen-Verbindungswege 52 in Verbindung stehen. Die Düsenplatte 20 besteht beispielsweise aus einem Einkristallsiliziumsubstrat, und ein Haltebereich 22 für das piezoelektrischen Element, der in der Lage ist, einen Raum in einem Zustand abzudichten, wobei der Raum für das piezoelektrische Element 300 so gesichert ist, dass dessen Bewegung nicht gestört wird, wird in einem Bereich der Düsenplatte 20 bereitgestellt, der gegenüber dem piezoelektrischen Element 300 liegt. Das piezoelektrische Element 300 wird in dem Haltebereich 22 für das piezoelektrische Element luftdicht abgedichtet.
  • Dabei werden die Größe der Druckerzeugungskammer 12, die Tintentröpfchen-Ausstoßdruck auf die Tinte aufbringt, und die Größe der Düsenöffnung 21, die Tintentröpfchen ausstößt, entsprechend der Menge ausgestoßener Tintentröpfchen, der Ausstoßgeschwindigkeit und der Ausstoßhäufigkeit optimiert. In einem Fall, in dem beispielsweise 360 Tröpfchen pro 1 Zoll erfasst werden, muss die Düsenöffnung 21 in der Größe mehrerer Dutzend Mikrometer im Durchmesser mit guter Genauigkeit ausgebildet werden.
  • Eine solche Düsenplatte 20 wird auf der elastischen Schicht 50 und der unteren Elektrodenschicht 60 mit Klebstoff oder ähnlichem befestigt. Nun soll die Innenfläche der Düsen-Verbindungswege 52, die auf der elastischen Schicht 50 und der unteren Elektrodenschicht 60 ausgebildet werden, vorzugsweise mit dem Klebstoff überzogen werden. Damit wird die Innenfläche der Tinten-Verbindungswege 52 geschützt, und Abblättern und ähnliches der elastischen Schicht 50 oder der unteren Elektrodenschicht 60 kann verhindert werden.
  • Da die Düsenplatte 20, wo die Düsenöffnungen 21 gebohrt werden, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben auf der Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 bereitgestellt werden, wo die piezoelektrischen Elemente 300 ausgebildet werden, kann die Druckerzeugungskammer 12 ausgebildet werden, ohne in das durchlassbildende Substrat 10 einzudringen. Daher kann die Druckerzeugungskammer 12 relativ dünn ausgebildet werden, um Steifigkeit der Kammerwand 11 zu verbessern, die die Druckerzeugungskammern unterteilt, und eine Vielzahl der Druckerzeugungskammern 12 kann in hoher Dichte gruppiert werden. Darüber hinaus wird die Nachgiebigkeit der Kammerwand 11 gering und die Tinten-Ausstoßcharakteristik verbessert sich somit.
  • Da die Dicke des durchlassbildenden Substrats 10 ebenfalls relativ dick gestaltet werden kann, wird die Handhabung leicht, selbst wenn es sich um große Halbleiterscheiben handelt. Daher kann die Anzahl der pro Halbleiterscheibe herausgenommenen Chips erhöht werden, und die Herstellungskosten für selbige können gesenkt werden. Darüber hinaus und weil auch die Chipgröße vergrößert werden kann, kann ein Kopf großer Größe hergestellt werden. Weiterhin wird das Auftreten von Verziehungen des durchlassbildenden Substrats unterdrückt, was eine problemlose Positionierung bei dem Verbinden mit anderen Teilen mit sich bringt. Selbst nach dem Verbinden wird die charakteristische Änderung des piezoelektrischen Elementes unterdrückt, um die Tinten-Ausstoßeigenschaft zu stabilisieren.
  • Indem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Druckerzeugungskammer 12 auf dem Oberflächenschichtbereich einer Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 ausgebildet, und der Behälter 15, der mit jeder Druckerzeugungskammer 12 in Verbindung steht, wird auf der anderen Fläche ausgebildet. Dementsprechend kann das Volumen des Behälters 15 im Vergleich zu dem Volumen der Druckerzeugungskammern 12 ausreichend groß ausgebildet werden, so dass die Tinte selbst in dem Behälter 15 Nachgiebigkeit hat. Daher besteht keine Notwendigkeit, separat ein Substrat oder ähnliches für den Ausgleich von Druckänderungen in dem Behälter 15 bereitzustellen, und die Konstruktion des Aufzeichnungskopfes kann entsprechend vereinfacht werden und die Herstellungskosten können gesenkt werden.
  • Obwohl das Herstellungsverfahren eines solchen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nicht besonders eingeschränkt ist, kann es wie beschrieben ausgebildet werden.
  • Erstens, wie in 3(a) gezeigt, wird das anisotrope Ätzen auf einer Fläche des Einkristallsiliziumsubstrats, das das durchlassbildende Substrat 10 wird, durchgeführt, indem eine Maske einer spezifischen Form, die beispielsweise aus Siliziumdioxid besteht, verwendet wird, und so werden die Druckerzeugungskammer 12, der Tinten-Verbindungsbereich 13 und der eingeengte Bereich 14 ausgebildet. Es wird darauf verwiesen, dass die Ansteuerschaltung 16 zum Ansteuern des piezoelektrischen Elementes bereits in einem Stück beispielsweise durch ein Halbleiterherstellungsverfahren auf dem durchlassbildenden Substrat 10 ausgebildet worden ist.
  • Zweitens, wie in 3(b) gezeigt, wird eine Kristallschicht 100 in die Druckerzeugungskammer 12, den Tinten-Verbindungsbereich 13 und den eingeengten Bereich 14, die auf dem durchlassbildenden Substrat 10 ausgebildet werden, eingefüllt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise wird die Opfermetallschicht 100 auf der gesamten Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 in einer Dicke annähernd gleich der Tiefe der Druckerzeugungskammer 12 ausgebildet. Danach wird die in dem Bereich außer der Druckerzeugungskammer 12, dem Tinten-Verbindungsbereich 13 und dem eingeengten Bereich 14 ausgebildete Opfermetallschicht 100 mit einem chemischmechanischen Poliermittel (CMP) entfernt, wodurch die Opfermetallschicht 100 ausgebildet wird.
  • Obwohl das Material der Opfermetallschicht 100 nicht besonders eingeschränkt ist, können beispielsweise Polysilizium, Phosphorsilicatglas (PSG) oder ähnliches verwendet werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird PSG mit einer relativ niedrigen Ätzgeschwindigkeit verwendet.
  • Es wird darauf verwiesen, dass das Herstellungsverfahren der Opfermetallschicht 100 nicht besonders eingeschränkt ist. Beispielsweise kann ein Gasabscheidung (oder Spritzpressverfahren) genanntes Verfahren verwendet werden, bei dem höchstfeine Teilchen mit einem Durchmesser von 1 μm oder weniger bei Gasdruck, wie zum Beispiel Helium (He), mit hoher Geschwindigkeit auf ein Substrat auftreffen, um eine Schicht abzuscheiden. Mit diesem Verfahren kann die Opfermetallschicht 100 teilweise nur in dem Bereich, der der Druckerzeugungskammer 12, dem Tinten-Verbindungsbereich 13 und dem eingeengten Bereich 14 entspricht, ausgebildet werden.
  • Danach, wie in 3(c) gezeigt, wird die elastische Schicht 50 auf dem durchlassbildenden Substrat 10 und der Opfermetallschicht 100 ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Schutzschicht 55, die eine Maske wird, wenn der Behälter 15 ausgebildet wird, auf der anderen Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise wird, nachdem Zirkoniumschichten auf beiden Flächen des durchlassbildenden Substrats 10 ausgebildet worden sind, Wärmeoxidation darauf in einem Diffusionsofen bei 500 bis 1200°C durchgeführt, um die elastische Schicht 50 und die Schutzschicht 55, die aus Zirkoniumdioxid bestehen, auszubilden.
  • Das Material der elastischen Schicht 50 und der Schutzschicht 55 ist nicht besonders eingeschränkt, und das Material muss in dem Schritt des Ausbildens des Behälters 15 und in dem Schritt des Entfernens der Opfermetallschicht 100 nicht geätzt werden. Darüber hinaus können die elastische Schicht 50 und die Schutzschicht 55 aus verschiedenen Materialien ausgebildet werden. Weiterhin kann die Schutzschicht 55 in einem beliebigen Schritt ausgebildet werden, wenn das Ausbilden ausgeführt wird, bevor der Behälter 15 ausgebildet wird.
  • Als nächstes wird das piezoelektrische Element 300 auf der elastischen Schicht 50 so ausgebildet, dass es einer jeden Druckerzeugungskammer 12 entspricht.
  • In Bezug auf das wie in 3(d) gezeigte Verfahren des Ausbildens des piezoelektrischen Elementes 300 wird zuerst die untere Elektrodenschicht 60 durch Sputtern über die gesamte Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 auf der Fläche, auf der die Druckerzeugungskammern 12 ausgebildet sind, ausgebildet und einer Strukturierung in einer vorgegebenen Form unterworfen. Als Material der unteren Elektrodenschicht 60 sind Platin, Iridium oder ähnliches vorzuziehen, da die piezoelektrische Schicht 70 (die später beschrieben wird), die durch ein Sputterverfahren oder ein Solgel-Verfahren abgeschieden wird, bei 600 bis 1000°C in Atmosphäre oder einer Sauerstoffatmosphäre gesintert werden muss, um nach dem Abscheiden der Schicht kristallisiert zu werden. Mit anderen Worten, das Material der unteren Elektrodenschicht 60 muss Leitfähigkeit bei solchen hohen Temperaturen und in Oxidationsatmosphäre beibehalten, insbesondere wenn Bleizirkoniumtitanat (PZT) als piezoelektrische Schicht 70 verwendet wird; die Änderung in der Leitfähigkeit aufgrund von Diffusion von Bleioxid ist wünschenswerterweise gering. Aus diesen Gründen sind Platin und Iridium vorzuziehen.
  • Als nächstes wird wie in 4(a) gezeigt die piezoelektrische Schicht 70 abgeschieden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird beispielsweise ein sogenanntes Solgel-Verfahren zur Ausbildung der piezoelektrischen Schicht 70 verwendet. Bei dem Solgel-Verfahren wird ein sogenanntes durch Auflösen/Dispergieren von metallorganischem Material in einem Katalysator gewonnenes Sol beschichtet und in einem Gelzustand getrocknet und danach bei einer hohen Temperatur gesintert. Auf diese Weise erhält man die piezoelektrische Schicht 70, die aus Metalloxid besteht. Als ein Material der piezoelektrischen Schicht 70 wird Material der PZT-Reihe bevorzugt, wenn es in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf verwendet wird. Es wird darauf verwiesen, dass das Abscheideverfahren der piezoelektrischen Schicht 70 keinen besonderen Einschränkungen unterliegt. Zum Beispiel kann die Abscheidung durch ein Sputterverfahren oder ein Aufschleuderverfahren, wie zum Beispiel das MOD-Verfahren (metallorganisches Abscheideverfahren), durchgeführt werden.
  • Nachdem eine Vorläuferschicht aus Bleizirkoniumtitanat mit dem Solgel-Verfahren ausgebildet worden ist, können darüber hinaus das Sputterverfahren, das MOD-Verfahren oder ähnliches verwendet werden, wobei die Schicht einem Kristallwachstum bei niedriger Temperatur in einer alkalischen Wasserlösung in einem Verarbeitungsverfahren unter hohem Druck unterworfen wird.
  • In jedem Fall hat die piezoelektrische Schicht 70, die wie oben beschrieben abgeschieden wird, im Gegensatz zu Massenpiezoelektrik Kristalle, die vorzugsweise Orientierung unterliegen, und in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Kristalle der piezoelektrischen Schicht 70 in einer Säulenform ausgebildet. Es wird darauf verwiesen, dass die bevorzugte Orientierung einen Zustand bedeutet, in dem die Orientierungsrichtung von Kristallen nicht ungeordnet ist, sondern eine bestimmte Kristallfläche im Wesentlichen in die gleiche Richtung weist. Eine Dünnschicht mit säulenförmigen Kristallen bedeutet einen Zustand, wobei sich annährend säulenförmige Kristalle in der Oberflächenrichtung ansammeln, um die Dünnschicht abzuscheiden, während die Mittelachsen der Kristalle annähernd der Dickenrichtung der Dünnschicht entsprechen. Natürlich kann die Dünnschicht aus kornförmigen Kristallen ausgebildet werden, die der bevorzugten Orientierung unterliegen. Es wird darauf verwiesen, dass die Dicke der piezoelektrischen Schicht 70, die durch ein solches Dünnschichtverfahren hergestellt wird, normalerweise 0,2 bis 5 μm beträgt.
  • Als nächstes wird wie in 4(b) gezeigt die obere Elektrodenschicht 80 abgeschieden. Die obere Elektrodenschicht 80 kann aus Material mit hoher Leitfähigkeit hergestellt werden, und verschiedene Arten von Metallen, wie zum Beispiel Aluminium, Gold, Nickel, Platin oder leitendes Oxid kann verwendet werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird Platin durch Sputtern abgeschieden.
  • Danach, wie in 4(c) gezeigt, werden nur die piezoelektrische Schicht 70 und die obere Elektrodenschicht 80 geätzt, um Strukturierung des piezoelektrischen Elementes 300 durchzuführen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die elastische Schicht 50 in dem Bereich gegenüber der Ansteuerschaltung 16 zur gleichen Zeit entfernt, wenn die Strukturierung durchgeführt wird; damit wird der Verbindungsweg 51, die der Verbindungsbereich mit jedem piezoelektrischen Element 300 wird, ausgebildet, und Strukturierung wird für die elastische Schicht 50 und die untere Elektrodenschicht 60 in der Nähe des Endbereiches gegenüber dem Tinten-Verbindungsbereich 13 in der Längsrichtung der Druckerzeugungskammer 12 durchgeführt, wobei der Düsen-Verbindungsweg 52 ausgebildet wird.
  • Als nächstes, wie in 4(d) gezeigt, wird die Bleielektrode 90 über die gesamte Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 ausgebildet, Strukturierung wird auf der Bleielektrode 90 für jedes piezoelektrische Element 300 durchgeführt, und die obere E lektrodenschicht 80 auf jedem piezoelektrischen Element 300 und die Ansteuerschaltung 16 werden durch den Verbindungsweg 51 elektrisch verbunden.
  • Wie in 5(a) gezeigt, wird der Bereich der Schutzschicht 55, der auf der Fläche gegenüber der Druckerzeugungskammer 12 des durchlassbildenden Substrats 10 ausgebildet wird und der Behälter 15 wird, durch Strukturieren entfernt, um einen Öffnungsbereich 56 auszubilden. Und das anisotrope Ätzen (Nassätzen) wird durchgeführt, bis das Ätzen von dem Öffnungsbereich 56 bis zu dem Tinten-Verbindungsbereich 13 reicht, um den Behälter 15 auszubilden. Es wird darauf verwiesen, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Behälter 15 ausgebildet wird, nachdem das piezoelektrische Element 300 ausgebildet wurde. Jedoch besteht keine Einschränkung, und der Behälter 15 kann durch ein beliebiges Verfahren ausgebildet werden.
  • Als nächstes, wie in 5(b) gezeigt, wird die Opfermetallschicht 100 durch Nassätzen oder Ätzen mit Dampf von dem Behälter 15 entfernt. Da in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Phosphorsilicatglas (PSG) als Material der Opfermetallschicht 100 verwendet wird, wird Ätzen mit Fluorwasserstoffsäurelösung durchgeführt.
  • In dem oben beschriebenen Verfahren werden die Druckerzeugungskammer 12 und das piezoelektrische Element 300 ausgebildet. Danach, wie in 5(c) gezeigt, wird die Düsenplatte 20, in die die Düsenöffnungen 21 gebohrt werden, mit Klebstoff oder ähnlichem an der Oberfläche des durchlassbildenden Substrats 10 befestigt, wo die piezoelektrischen Elemente 300 ausgebildet werden.
  • In den wie oben beschriebenen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf wird Tinte aus einer externen Tintenzuführeinrichtung (nicht gezeigt) in den Behälter 15 eingeleitet, und der gesamte Innenbereich von dem Behälter 15 bis zu den Düsenöffnungen 21 wird mit Tinte gefüllt. Danach wird entsprechend dem Aufzeichnungssignal von der Ansteuerschaltung 16 eine Spannung zwischen den unteren Elektrodenschichten 60 und den oberen Elektrodenschichten 80 entsprechend den Druckerzeugungskammern 12 angelegt, und die elastische Schicht 50, die untere Elektrodenschicht 60 und die piezoelektrische Schicht 70 werden mit Biegeverzerrung hergestellt. Somit erhöht sich der Druck in jeder Druckerzeugungskammer 12, und die Tintentröpfchen werden aus den Düsenöffnungen 21 ausgestoßen.
  • Es wird darauf verwiesen, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jede Druckerzeugungskammer 12 und der Behälter 15 so hergestellt werden, dass sie miteinander durch den Tinten-Verbdungsbereich 13 und den eingeengten Bereich 14 in Verbindung stehen. Jedoch besteht hier keine Einschränkung, und, wie beispielsweise in 6 gezeigt, können jede Druckerzeugungskammer 12 und der Behälter 15 so hergestellt werden, dass sie direkt miteinander in Verbindung stehen.
  • Ebenfalls in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der eingeengte Bereich 14 mit einer Breite enger als die der Druckerzeugungskammer 12 ausgebildet, um den Zufluss und den Austritt von Tinte in die und aus der Druckerzeugungskammer 12 zu kontrollieren. Jedoch besteht hier keine Einschränkung, und wie beispielsweise in 7 gezeigt, kann der eingeengte Bereich 14A so hergestellt werden, dass er die gleiche Breite hat wie die der Druckerzeugungskammer 12, und die Tiefe kann angepasst werden.
  • (Ausführungsbeispiel 2)
  • 8 ist ein Querschnitt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach Ausführungsbeispiel 2.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel, bei dem ein durchlassbildendes Substrat mit einer Vielzahl von Schichten verwendet wird. Wie in 8 gezeigt, werden ein SOI-Substrat, das aus einer Isolierschicht 111 und einer ersten und einer zweiten Siliziumschicht 112 und 113, bereitgestellt auf beiden Flächen der Isolierschicht 111, besteht, als durchlassbildendes Substrat 10A verwendet.
  • Insbesondere ist die Struktur dieses Beispiels identisch mit der des Ausführungsbeispiels 1, mit folgender Ausnahme. Ätzen wird auf der ersten Siliziumschicht 112 durchgeführt, deren Schichtdicke dünner ist als die der zweiten Siliziumschicht 113, bis Ätzen an die Isolierschicht 111 heran reicht, um die Druckerzeugungskammer 12, den Tinten-Verbindungsbereich 13 und den eingeengten Bereich 14 auszubilden. Ätzen wird für die zweite Siliziumschicht 113 durchgeführt, bis Ätzen an die Isolierschicht 111 heran reicht, um den Behälter 15 auszubilden, und danach wird ein durchdrungener Bereich 111a an dem Bereich der Isolierschicht 111 ausgebildet wird, der der Bodenfläche des Behälters 15 entspricht.
  • Bei einer solchen Struktur von Ausführungsbeispiel 2 kann natürlich der gleiche Effekt wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 erreicht werden.
  • (Ausführungsbeispiel 3)
  • 9 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach Ausführungsbeispiel 3. 10(a) und 10(b) sind Querschnitte zur Veranschaulichung einer Querschnittsstruktur in der Längsrichtung einer Druckerzeugungskammer des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes und eines Querschnittes A-A' desselben.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist ein weiteres Beispiel, bei dem ein durchlassbildendes Substrat, aus einer Vielzahl von Schichten bestehend, verwendet wird. Wie in den Abbildungen gezeigt, besteht ein durchlassbildendes Substrat 10B aus einer Polysiliziumschicht 111A und einer ersten und einer zweiten Siliziumschicht 112 und 113, angeordnet auf beiden Flächen der Polysiliziumschicht 111A.
  • Auf einer Siliziumschicht, die das durchlassbildende Substrat 10B bildet, die zum Beispiel in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste Siliziumschicht 112 ist, werden die Druckerzeugungskammern 12, die durch eine Vielzahl von Kammerwänden 11 unterteilt werden, parallel in der Breitenrichtung der ersten Siliziumschicht 112 angeordnet, indem anisotropes Ätzen durchgeführt wird. An einem Endbereich in der Längsrichtung jeder Druckerzeugungskammer 12 wird der Tinten-Verbindungsbereich 13 ausgebildet, der über einen eingeengten Bereich 14 mit einem Endbereich in der Längsrichtung der Druckerzeugungskammer 12 in Verbindung steht.
  • Auf der Siliziumschicht, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die zweite Siliziumschicht 113 ist, wird der Behälter 15 ausgebildet, der die zweite Siliziumschicht 13 in der Dickenrichtung durchdringt und mit dem Tinten-Verbindungsbereich 13 in Verbindung steht. In dem Bereich gegenüber der Druckerzeugungskammer 12, dem Tinten-Verbindungsbereich 13 und dem eingeengten Bereich 14, der sich auf der Verbindungs fläche zu der Siliziumschicht 111A befindet, und gleichzeitig in dem Bereich mit Ausnahme des Bereiches, in dem der Behälter 15 in Verbindung gebracht wird, wird eine mit Bor dotierte Siliziumschicht 113a, die mit Bor dotiert wird, ausgebildet.
  • Jede der ersten Siliziumschicht 112 und der zweiten Siliziumschicht 113, die das durchlassbildende Substrat 10B darstellen, besteht aus einem Einkristallsiliziumsubstrat einer Ebene (100) der Ebenen-Orientierung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Daher bildet die Breitenrichtungsseite 12a der Druckerzeugungskammer 12 eine schräge Fläche, die so geneigt ist, dass die Breite der Druckerzeugungskammer 12 näher an der Fläche, wo das piezoelektrische Element ausgebildet ist, enger wird. Somit wird der Durchflusswiderstand in der Druckerzeugungskammer 12 kontrolliert.
  • Andererseits wird in der Polysiliziumschicht 111A, die so gestützt ist, dass sie zwischen der ersten und der zweiten Siliziumschicht 112 und 113 eingebettet ist, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die mit Bor dotierte Polysiliziumschicht 111a, an die Bor in einem bestimmten Bereich dotiert wird, ausgebildet. Durch die mit Bor dotierte Polysiliziumschicht 111a erhält die Polysiliziumschicht 111A eine Ätzselektivität der Druckerzeugungskammer 12, die in der ersten Siliziumschicht 112 ausgebildet ist. Mit anderen Worten, im Wesentlichen wird nur die mit Bor dotierte Polysiliziumschicht 111a so gestützt, dass sie zwischen der ersten und der zweiten Siliziumschicht 112 und 113 eingebettet ist. Es wird darauf verwiesen, dass eine Oxidschicht zwischen der Polysiliziumschicht 111A und der ersten Siliziumschicht 112 angeordnet werden kann, so dass eine sehr präzise Ätzselektivität der Polysiliziumschicht 111A erreicht werden kann.
  • Auf der Fläche der ersten Siliziumschicht 112, die das durchlassbildende Substrat 10B bildet, wird eine Schutzschicht, ausgebildet durch bereits durchgeführte Wärmeoxidation für die erste Siliziumschicht 112, ausgebildet. Auf der Schutzschicht 55A, ähnlich den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, wird das piezoelektrische Element 300, das aus der unteren Elektrodenschicht 60, der piezoelektrischen Schicht 70 und der oberen Elektrodenschicht 80 besteht, über die elastische Schicht 50 ausgebildet.
  • Danach wird auf der Fläche des durchlassbildenden Substrats 10, wo das piezoelektrische Element 300 ausgebildet ist, auf der elastischen Schicht 50 und der unteren Elekt rodenschicht 60 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Düsenplatte 20 analog zu den obenstehenden Ausführungsbeispielen verbunden.
  • In einer solchen Struktur des Ausführungsbeispieles 3 kann natürlich der gleiche Effekt wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erzelt werden.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht jede der ersten und der zweiten Siliziumschichten 112 und 113, die das durchlassbildende Substrat 10B bilden, aus einem Einkristallsiliziumsubstrat einer Ebene (100) der Ebenen-Orientierung. Da hier keine Einschränkung vorliegt, können sie beispielsweise Einkristallsiliziumsubstrate einer Ebene (100) der Ebenen-Orientierung und einer Ebene (110) der Ebenen-Orientierung sein, oder beide Schichten können eine Ebene (110) der Ebenen-Orientierung sein.
  • In dem Fall, in dem jede der ersten und der zweiten Siliziumschichten 112 und 113 aus einem Einkristallsiliziumsubstrat einer Ebene (110) der Ebenen-Orientierung besteht, wie in 11 gezeigt, werden die Innenfläche (12a) der Druckerzeugungskammer 12, der Tinten-Verbindungsbereich 13 und der eingeengte Bereich 14 aus Flächen annähernd rechtwinklig zu der Fläche des durchlassbildenden Substrats 10B ausgebildet. Auch in dem Fall dieser Struktur kann der Durchflusswiderstand des eingeengten Bereiches 14 kontrolliert werden, beispielsweise durch Einstellen der Breite desselben.
  • Zusätzlich besteht keine besondere Einschränkung für die Ausbildungsposition der integrierten Ansteuerschaltung zum Ansteuern des piezoelektrischen Elementes 300. Analog zu den obenstehenden Ausführungsbeispielen kann die integrierte Ansteuerschaltung in einem Stück mit dem durchlassbildenden Substrat 10B oder der Düsenplatte 20 angeordnet werden.
  • (Ausführungsbeispiel 4)
  • 12 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 4. 13(a) und 13(b) sind Querschnitte von 12.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel, bei dem ein Einkristallsiliziumsubstrat mit einer Ebene (100) der Ebenen-Orientierung als das durchlassbildende Substrat 10 verwendet wird, um die Druckerzeugungskammer 12 ohne Verwendung einer Opfermetallschicht auszubilden. Wie in der Zeichnung gezeigt, werden die Druckerzeugungskammern 12, die durch eine Vielzahl von Kammerwänden 11 unterteilt werden und Querschnittsflächen von annähernd dreieckiger Form haben, auf einer Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 parallel in der Breitenrichtung angeordnet. In der Nähe eines Endbereiches in der Längsrichtung der Druckerzeugungskammer 12 wird der Behälter 15, der die gemeinsame Tintenkammer zu jeder Druckerzeugungskammer 12 wird, ausgebildet, indem anisotropes Ätzen von der anderen Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 durchgeführt wird.
  • Ebenfalls auf dem durchlassbildenden Substrat 10 wird das piezoelektrische Element 300, das aus der unteren Elektrodenschicht 60, der piezoelektrischen Schicht 70 und der oberen Elektrodenschicht 80 besteht, über die elastische Schicht 50 ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Vorsprung 50a, der in Richtung des durchlassbildenden Substrats 10 hervorspringt, entlang der Längsrichtung der Druckerzeugungskammer 12 in dem Bereich der elastischen Schicht 50, der sich gegenüber jeder Druckerzeugungskammer 12 befindet, ausgebildet.
  • Danach wird auf der Fläche des durchlassbildenden Substrats 10, wo das piezoelektrische Element 300 ausgebildet ist, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die elastische Schicht 50 und die untere Elektrodenschicht 60 ist, die Düsenplatte 20 analog zu den obenstehenden Ausführungsbeispielen verbunden.
  • Das Herstellungsverfahren des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes des vorliegenden Ausführungsbeispiels, insbesondere das Verfahren des Ausbildens der Druckerzeugungskammer 12 auf dem durchlassbildenden Substrat 10, wird nun unter Bezugnahme auf die 14(a) bis 14(f) und auf 15(a) bis 15(f) beschrieben.
  • Zuerst, wie in 14(a) und 14(b) gezeigt, wird in dem Bereich des durchlassbildenden Substrats 10, das aus einem Einkristallsiliziumsubstrat besteht, in dem eine jede Druckerzeugungskammer 12 ausgebildet ist, ein Nutbereich 120 von annähernd rechteckiger Form mit einer Tiefe von beispielsweise 50 bis 100 μm in einer Breite enger als die der Druckerzeugungskammer 12 ausgebildet. Vorzugsweise ist die Breite des Nutbereiches 120 etwa 0,1 bis 3 μm, und der Nutbereich 120 wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Breite von etwa 1 μm ausgebildet. Es wird darauf verwiesen, dass das Ausbildungsverfahren des Nutbereiches 120 keinen besonderen Einschränkungen unterliegt und dass der Nutbereich zum Beispiel durch Trockenätzen ausgebildet werden kann.
  • Als nächstes, wie in 14(c) und 14(d) gezeigt, werden die elastische Schicht 50 bzw. die Schutzschicht 55 auf beiden Flächen des durchlassbildenden Substrats 10 ausgebildet.
  • Da ein Teil der auf der Fläche des durchlassbildenden Substrats 10, wo der Nutbereich 120 ausgebildet ist, ausgebildeten elastischen Schicht 50 ausgebildet wird, um Zugang zu dem Nutbereich 120 zu haben, wird der Vorsprung 50a, der in Richtung des durchlassbildenden Substrats 10 vorspringt und annähernd die gleiche Form hat wie der Nutbereich 120, in dem Bereich der elastischen Schicht 50 ausgebildet, der jeder Druckerzeugungskammer 12 gegenüber liegt.
  • Als nächstes, wie in den 14(e) und 14(f) gezeigt, werden die untere Elektrodenschicht 60, die piezoelektrische Schicht 70 und die obere Elektrodenschicht 80 nacheinander beschichtet und Strukturierung unterworfen, um das piezoelektrische Element 300 auszubilden.
  • Danach wird anisotropes Ätzen für das Einkristallsiliziumsubstrat als das durchlassbildende Substrat 10 durch alkalische Lösung oder ähnliches durchgeführt, um die Druckerzeugungskammer 12 und ähnliches auszubilden.
  • Zuerst, wie in 15(a) und in 15(b), der ein Querschnitt B-B' von 16(a) ist, gezeigt, werden die untere Elektrodenschicht 60 und die elastische Schicht 50 in dem Bereich, der ein Endbereich in der Längsrichtung jeder Druckerzeugungskammer 12 wird, entfernt, um den Düsen-Verbindungsweg 52 auszubilden, der mit der Düsenöffnung 21 in Verbindung steht. Dementsprechend werden die Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 und ein Endbereich in Längsrichtung des Nutbereiches 120 freigelegt. Gleichzeitig wird die Schutzschicht 55 in dem Bereich, in dem der Behälter 15 ausgebildet ist, entfernt, um einen Öffnungsbereich 56 auszubilden.
  • Danach, wie in 15(c) und 15(d), die ein Querschnitt B-B' von 15(c) ist, gezeigt, wird anisotropes Ätzen für das durchlassbildende Substrat 10 über den Düsen-Verbindungsweg 52 durch alkalische Lösung, wie zum Beispiel KOH, durchgeführt, um die Druckerzeugungskammer 12 auszubilden. Bei dem Durchführen des anisotropen Ätzens strömt die alkalische Lösung in den Nutbereich 120 durch den Düsen-Verbindungsweg 52, und das durchlassbildende Substrat 10 wird langsam von dem Nutbereich 120 abgetragen, und somit wird die Druckerzeugungskammer 12 ausgebildet. Da das durchlassbildende Substrat 10 ein Einkristallsiliziumsubstrat einer Ebene (100) der Kristallebenen-Orientierung ist, wird die Innenfläche der Druckerzeugungskammer 12 aus einer Ebene (111) ausgebildet, die um annähernd 54° zu der Fläche des durchlassbildenden Substrats 10 geneigt ist. Mit anderen Worten, die Ebene (111) ist eine wesentliche Bodenfläche der Druckerzeugungskammer 12 und eine Ätzstoppfläche bei dem Durchführen des anisotropen Ätzens, und die Druckerzeugungskammer 12 wird so ausgebildet, dass ihre seitliche Querschnittsfläche eine annähernd dreieckige Form erhält.
  • Nachdem die Druckerzeugungskammer 12 und ähnliches wie oben beschrieben ausgebildet worden sind, wie in 15(e) und in 15(f) gezeigt, die ein Querschnitt C-C' von 15(e) ist, wird Ätzen von der gegenüberliegenden Fläche zu der des durchlassbildenden Substrats 10, an der das piezoelektrische Element 300 ausgebildet ist, durchgeführt, indem die Schutzschicht 55 als Maske verwendet wird. Mit anderen Worten, anisotropes Ätzen wird für das durchlassbildende Substrat 10 über den Öffnungsbereich 56 durchgeführt, und somit wird das Behälter 15, der mit der Druckerzeugungskammer 12 in Verbindung steht, ausgebildet.
  • Wie oben beschrieben, erhöht sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Steifigkeit der Kammerwand 11 zwischen den Druckerzeugungskammern 12 signifikant, da die Druckerzeugungskammer 12 so ausgebildet wird, dass ihre seitliche Querschnittsfläche eine annähernd dreieckige Fläche erhält. Daher tritt kein Nebensprechen auf, selbst wenn die Druckerzeugungskammern 12 in hoher Dichte angeordnet werden, und somit kann die Tintenausstoßcharakteristik hervorragend beibehalten werden.
  • Darüber hinaus kann die Druckerzeugungskammer 12 ohne Durchdringen des durchlassbildenden Substrats 10 durch Ätzen ausgebildet werden. Daher beträgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Dicke des durchlassbildenden Substrats etwa 220 μm; die Platte kann jedoch dicker sein. Dementsprechend kann eine Halbleiterscheibe einfach gehandhabt werden, selbst wenn die Größe der Halbleiterscheibe, auf der die durchlassbildenden Substrate 10 ausgebildet sind, relativ groß im Durchmesser ist, und die Herstellungskosten können gesenkt werden.
  • In einer solchen Struktur des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann natürlich derselbe Effekt wie bei den obenstehenden Ausführungsbeispielen erzielt werden.
  • Übrigens wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Vorsprung 50a in dem Bereich der elastischen Schicht 50 ausgebildet, der jeder Druckerzeugungskammer 12 entspricht. Der Vorsprung 50a kann zum Beispiel zur gleichen Zeit entfernt werden, wenn Ätzen für die Druckerzeugungskammer 12 durchgeführt wird. Weiterhin, wie in 16 gezeigt, wird eine zweite elastische Schicht 50A, die aus Zirkoniumoxid oder ähnlichem besteht, bereits vorher auf der elastischen Schicht 50 bereitgestellt, und die elastische Schicht 50 kann in dem Bereich gegenüber der Druckerzeugungskammer 12 vollkommen entfernt werden, wenn die Druckerzeugungskammer 12 durch anisotropes Ätzen ausgebildet wird.
  • (Ausführungsbeispiel 5)
  • 17 ist ein Querschnitt des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach dem Ausführungsbeispiel 5.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel, bei dem die Ansteuerschaltung zum Ansteuern des piezoelektrischen Elementes in einem Stück mit der Düsenplatte bereitgestellt wird. Wie in 17 gezeigt, wird die Ansteuerschaltung 16A in dem Bereich mit Ausnahme des Haltebereiches 22 des piezoelektrischen Elementes der Düsenplatte 20A auf der Verbindungsfläche mit dem durchlassbildenden Substrat 10 aus einem Stück bestehend ausgebildet.
  • Die Ansteuerschaltung 16A und die obere Elektrodenschicht 80 des piezoelektrischen Elementes 300 werden über die Bleielektrode 90 verbunden. Als Beispiel in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Bleielektrode 90 so angeordnet, dass sie sich von der Fläche der oberen Elektrodenschicht 80 bis in die Nähe der nichtdurchgängigen unteren Elektrodenschicht 61, die nicht durchgängig mit der unteren Elektrodenschicht 61 ist, auf der Fläche der elastischen Schicht 50 erstreckt. Und der Endbereich der Bleielektrode 90 und der Ansteuerschaltung 16A sind elektrisch über die Verbindungsschicht 110 verbunden, die aus einem anisotropen leitenden Material (ACF) oder ähnlichem besteht. Die Struktur dieses Beispiels ist mit der obenstehenden Ausnahme die gleiche wie die des Ausführungsbeispiels 1.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zu beachten, dass, wie in 18 gezeigt, auf dem durchlassbildenden Substrat 10 Verbindungsdrähte 130, die die Ansteuerschaltung 16A und die externe Verdrahtung 120 verbinden, wie zum Beispiel FPC, in der Nähe des Endbereiches in der Richtung, in der die Druckerzeugungskammern 12 parallel angeordnet sind, ausgebildet sind. Die Ansteuerschaltung 16A und die Verbindungsdrähte 130 sind elektrisch über die Verbindungsschicht 110 analog zu der mit der Ansteuerschaltung 16A verbundenen Bleielektrode 90 verbunden.
  • In einer solchen Struktur des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann natürlich der gleiche Effekt wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erzielt werden. Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weiterhin die Bleielektrode 90 und die Verbindungsdrähte 130 mit der Ansteuerschaltung 16A verbunden werden können, indem die Düsenplatte 20 und das durchlassbildende Substrat 10 verbunden werden, kann die Anzahl der Verbindungsdrähte 130 reduziert werden. Somit können die Verbindungsdrähte zum Beispiel von FPC herausgenommen werden, selbst wenn die Düsenöffnungen 21 in größerer Anzahl und in hoher Dichte bereitgestellt und angeordnet werden sollen.
  • Wie zum Beispiel in 19 gezeigt, kann eine Vielzahl von Ansteuerschaltungen 16A auf einer Verbindungsplatte bereitgestellt werden, die mit der Fläche des durchlassbildenden Substrates 10 verbunden ist, wo die piezoelektrischen Elemente 300 ausgebildet sind, und Felder der Druckerzeugungskammern 12 und die piezoelektrischen Elemente 300 können in den Bereichen, die beiden Seiten der Ansteuerschaltung 16A auf dem durchlassbildenden Substrat 10 entsprechen, bereitgestellt werden. In einer solchen Struktur können Drähte von den piezoelektrischen Elementen 300, in hoher Dichte angeordnet, problemlos durch die externen Verdrahtungen 120, wie zum Beispiel FPC, herausgenommen werden.
  • (Andere Ausführungsbeispiele)
  • Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, ist die grundlegende Struktur des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • In den obenstehenden Ausführungsbeispielen wird die Ansteuerschaltung 16 bzw. 16A zum Ansteuern des piezoelektrischen Elementes 300 zum Beispiel aus einem Stück auf dem durchlassbildenden Substrat 10 oder der Düsenplatte 20A ausgebildet. Anstelle dessen kann die Ansteuerschaltung separat in der Nähe des durchlassbildenden Substrats 10 angeordnet und durch Drahtbonden oder ähnlichem elektrisch mit dem piezoelektrischen Element 300 verbunden werden.
  • Auch wurde in den obenstehenden Ausführungsbeispielen zum Beispiel das Beispiel beschrieben, bei dem die Druckerzeugungskammer ohne Durchdringen des durchlassbildenden Substrats ausgebildet wird. Die Druckerzeugungskammer kann jedoch natürlich ausgebildet werden, so dass sie das durchlassbildende Substrat durchdringt. 20 zeigt ein Beispiel davon.
  • In dem in 20 gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Dichtungsplatte 140 auf der Fläche gegenüber der des durchlassbildenden Substrats 10, wo die piezoelektrischen Elemente 300 ausgebildet werden, verbunden, und eine Fläche der Druckerzeugungskammer 12 wird auf der Dichtungsplatte 140 ausgebildet. Darüber hinaus wird eine Behälter ausbildende Platte 150, wobei der Behälter 15A für Zuführen von Tinte zu der Druckerzeugungskammer 12 ausgebildet wird, unter der Dichtungsplatte 140 verbunden. Die Druckerzeugungskammer 12 und der Behälter 15A werden so hergestellt, dass sie miteinander über einen Durchdringungsweg 141, bereitgestellt in dem Bereich der Dichtungsplatte 140, der der Druckerzeugungskammer 12 gegenüber liegt, in Verbindung stehen.
  • Weiterhin wird eine Nachgiebigkeitsplatte 160, die aus einer Dichtungsschicht 161 und einer Befestigungsplatte 162 besteht, mit der Behälter ausformenden Platte 150 verbunden. Die Dichtungsschicht 161 besteht aus Material geringer Steifigkeit und Nachgiebigkeit, und eine Fläche des Behälters 15A wird durch die Dichtungsschicht 161 abgedichtet. Die Befestigungsplatte 162 besteht aus einem harten Material, wie zum Beispiel Metall. Da der Bereich der Befestigungsplatte 162 gegenüber dem Behälter 15A in der Dickerichtung vollständig entfernt wird, um einen Öffnungsbereich 163 zu bilden, wird eine Fläche des Behälters 15A nur von der Dichtungsschicht 161 abgedichtet, die Nachgiebigkeit hat, um einen nachgiebigen Bereich 164 auszubilden, der von einer Änderung des Innendruckes deformiert werden kann.
  • Es wird darauf verwiesen, dass eine Tinteneintrittsöffnung 165 für Zuführen von Tinte zu dem Behälter 15A auf der Nachgiebigkeitsplatte 160 außerhalb des Mittelbereiches annähernd in der Längsrichtung des Behälters 15A ausgebildet wird. Ein Tinteneintrittsweg 151, der mit der Tinteneintrittsöffnung 165 und der Seitenwand des Behälters 15A in Verbindung steht, wird in der Behälter formenden Platte 150 bereitgestellt.
  • Weiterhin wurde in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ein Dünnschicht-Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der durch ein Abscheide-und-Lithografie-Verfahren hergestellt wird, als Beispiel verwendet. Der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf ist jedoch nicht auf diese Ausführung beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf Dickschicht-Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe, die durch solche Verfahren, wie zum Beispiel Aufkleben einer Grünplatte hergestellt werden, angewandt werden.
  • Der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf der Ausführungsbeispiele stellt einen Bereich einer Aufzeichnungskopfeinheit einschließlich eines Tintendurchganges, der mit einer Tintenpatrone oder ähnlichem in Verbindung steht, dar uns ist an der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung befestigt. 21 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung.
  • Wie in 21 gezeigt, werden in den Aufzeichnungseinheiten 1A und 1B, die die Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe haben, die Patronen 2A und 2B, die eine Tintenzuführvorrichtung darstellen, abnehmbar bereitgestellt. Ein Schlitten 3 mit den darauf be festigten Aufzeichnungskopfeinheiten 1A und 1B wird auf einer Schlittenwelle 5 bereitgestellt, die an einem Vorrichtungskörper 4 so befestigt ist, dass sie in Wellenrichtung frei beweglich ist. Jede der Aufzeichnungskopfeinheiten 1A und 1B soll eine schwarze Tintenzusammensetzung und eine farbige Tintenzusammensetzung ausstoßen.
  • Die Antriebskraft des Antriebsmotors 6 wird über eine Vielzahl von Zahnrädern (nicht gezeigt) und einen Synchronriemen 7 auf den Schlitten 3 übertragen, um den Schlitten 3 zu bewegen, der die Aufzeichnungseinheiten 1A und 1B entlang der Schlittenwelle 5 bewegt. Andererseits wird eine Trägerplatte 8 für den Vorrichtungskörper 4 entlang der Schlittenwelle 5 bereitgestellt, und ein Aufzeichnungsblatt S, das ein Aufzeichnungsmedium, wie zum Beispiel Papier ist und von einer Papierzuführwalze (nicht gezeigt) zugeführt wird, wird aufgerollt und von der Trägerplatte 8 für Transport erfasst.
  • Da bei der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben die Düsenöffnung auf der Verbindungsplatte bereitgestellt wird, die auf der Fläche des durchlassbildenden Substrats bereitgestellt wird, wo das piezoelektrische Element ausgebildet wird, kann die Druckerzeugungskammer ohne Durchdringung des durchlassbildenden Substrats ausgebildet werden. Da die Druckerzeugungskammer daher relativ flach ausgebildet werden kann, kann die Steifigkeit der Kammerwand, die die Druckerzeugungskammern unterteilt, verbessert werden. Somit kann eine Vielzahl von Druckerzeugungskammern in hoher Dichte angeordnet werden. Da die Verbindungsplatte darüber hinaus eine Vielzahl von Funktionen erfüllt, kann die Anzahl der Teile reduziert werden, und die Kosten können ebenfalls gesenkt werden.
  • Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, ist davon auszugehen, dass verschiedene Änderungen, Ergänzungen und Abwandlungen daran vorgenommen werden können, ohne dass von dem Umfang der Erfindung gemäß Definition in den anhängenden Ansprüchen abgewichen wird.

Claims (27)

  1. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der umfasst: ein durchlassbildendes Substrat (10), das wenigstens eine Siliziumschicht, die aus Einkristall-Silizium besteht, und Druckerzeugungskammern (12) umfasst, die daraus ausgebildet sind und mit einer Düsenöffnung (21) in Verbindung stehen; und ein piezoelektrisches Element (300), das eine Druckänderung in der Druckerzeugungskammer (12) erzeugt, wobei das piezoelektrische Element (300) über eine Schwingplatte, die einen Teil der Druckerzeugungskammer (12) bildet, in einem Bereich gegenüber der Druckerzeugungskammer (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass: der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf des Weiteren eine Verbindungsplatte (20, 140) umfasst, die mit dem durchlassbildenden Substrat (10) an der Fläche verbunden ist, an der das piezoelektrische Element (300) ausgebildet ist, und die Düsenöffnung (21) an der Verbindungsplatte (20, 140) angeordnet ist.
  2. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: eine integrierte Schaltung (16, 16A) auf der Verbindungsplatte (20, 140) ausgebildet ist.
  3. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die Verbindungsplatte (20, 140) eine Dichtungsplatte (20, 140) ist, die einen Abschnitt (22) zum Halten des piezoelektrischen Elementes, der in der Lage ist, einen Raum in einem Zustand abzudichten, in dem der Raum für das piezoelektrische Element (300) gesichert ist, so dass die Bewegung desselben in einem Bereich nicht gestört wird, gegenüber dem piezoelektrischen Element (300) enthält.
  4. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 2 und 3, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die integrierte Schaltung (16, 16A) eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern des piezoelektrischen Elementes (300) ist.
  5. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 2 und 3, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die integrierte Schaltung (16, 16A) eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur eines Kopfes oder eine Temperatursteuerschaltung zum Steuern der Temperatur ist.
  6. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 2 und 3, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die integrierte Schaltung (16, 16A) eine Ausstoßzahl-Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Ausstoßzahl von Tintentröpfchen ist, die über die Düsenöffnungen (21) ausgestoßen werden.
  7. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 3, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die integrierte Schaltung (16, 16A) eine Feuchtigkeitssteuerschaltung zum Ausführen von Steuerung der Feuchtigkeitserfassungseinrichtung zum Erfassen von Feuchtigkeit der Abschnitte (22) zum Halten des piezoelektrischen Elementes ist.
  8. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 2 und 3 bis 7, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die integrierte Schaltung (16, 16A) an der Fläche gegenüber der Verbindungsfläche der Verbindungsplatte (20, 140) mit dem durchlassbildenden Substrat (10) versehen ist.
  9. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 2 und 3 bis 7, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die integrierte Schaltung (16, 16A) an der Verbindungsfläche der Verbindungsplatte (20, 140) mit dem durchlassbildenden Substrat versehen ist und das piezoelektrische Element (300) sowie die integrierte Schaltung durch Flip-Chip-Montage elektrisch verbunden sind.
  10. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass: eine Verbindungsverdrahtung auf dem durchlassbildenden Substrat (10) ausgebildet ist, um die integrierte Schaltung (16, 16A) und eine externe Verdrahtung zu verbinden, und die integrierte Schaltung (16, 16A) sowie die Verbindungsverdrahtung durch Flip-Chip-Montage elektrisch verbunden sind.
  11. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass: die integrierte Schaltung (16, 16A) und das piezoelektrische Element (300) oder die Verbindungsverdrahtung durch ein anisotropes leitendes Material verbunden sind.
  12. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass: die Verbindungsplatte (20, 140) aus einem Einkristall-Siliziumsubstrat besteht.
  13. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass: die Druckerzeugungskammer (12) auf einer Fläche des durchlassbildenden Substrats (10) ausgebildet ist, ohne das durchlassbildende Substrat (10) zu durchdringen, und ein Behälter (15) zum Zuführen von Tinte zu der Druckerzeugungskammer (12) an der anderen Fläche des durchlassbildenden Substrats (10) ausgebildet ist.
  14. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass: der Behälter (15) direkt mit der Druckerzeugungskammer (12) in Verbindung steht.
  15. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Tinten-Verbindungsweg, der mit einem Endabschnitt in der Längsrichtung der Druckerzeugungskammer (12) in Verbindung steht, an einer Fläche des durchlass bildenden Substrats (10) ausgebildet ist, und der Behälter (15) mit dem Tinten-Verbindungsweg in Verbindung steht.
  16. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass: der Tinten-Verbindungsweg für jede Druckerzeugungskammer (12) vorhanden ist.
  17. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass: der Tinten-Verbindungsweg durchgehend quer zu der Richtung angeordnet ist, in der die Druckerzeugungskammern (12) parallel angeordnet sind.
  18. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Düsen-Verbindungsweg, der die Druckerzeugungskammer (12) mit der Düsenöffnung (21) verbindet, an dem Endabschnitt gegenüber dem Behälter in der Längsrichtung der Druckerzeugungskammer (12) angeordnet ist.
  19. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass: der Düsen-Verbindungsweg ausgebildet wird, indem die Schwingplatte entfernt wird.
  20. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass: die Innenfläche des Düsen-Verbindungsweges mit Klebstoff überzogen ist.
  21. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass: das durchlassbildende Substrat (10) lediglich aus der Siliziumschicht besteht.
  22. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass: das durchlassbildende Substrat (10) aus einem SOI-Substrat besteht, das Siliziumschichten auf beiden Flächen einer Isolierschicht aufweist.
  23. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass: das durchlassbildende Substrat (10) aus einem Substrat besteht, das wenigstens Siliziumschichten auf beiden Flächen einer mit Bor dotierten Polysiliziumschicht aufweist.
  24. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass: die Ebenen-Orientierung der Siliziumschicht, die aus dem durchlassbildenden Substrat besteht, eine (100)-Ebene ist.
  25. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass: die Querschnittsfläche der Druckerzeugungskammer (12) eine annähernd dreieckige Form hat.
  26. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass: die Druckerzeugungskammer (12) durch anisotropes Ätzen ausgebildet wird und jede Schicht, die die Schwingplatte und das piezoelektrische Element (300) bildet, durch ein Abscheide-und-Lithografie-Verfahren ausgebildet wird.
  27. Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass: sie den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 26 umfasst.
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