DE19516997C2 - Tintenstrahlkopf und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf gemäß Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1, und sie betrifft ein Verfahren zum Herstellen desselben gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 10.

Zusammen mit der Entwicklung von Computern zeigte sich die Bedeutung von Druckern als Informationsausgabevorrichtung. Die Nachfrage nach höherem Leistungsvermögen, kleinerer Größe und größerem Funktionsumfang bei Druckern, die Code- und Bildinformation von Computern auf Papier und Folien für Overheadprojektoren ausgeben, ist groß, insbesondere bei Compu­ tern, die immer leistungsfähigere Funktionen bei Verringerung der Gesamt­ größe beinhalten. Insbesondere erfolgte viel Forschung und Entwicklung hin­ sichtlich Tintenstrahldruckern, die Tintenflüssigkeit auf Papier oder einen Po­ lymerfilm ausstoßen, um Zeichen und Bilder zu erzeugen. Ein Tintenstrahldrucker zeichnet sich durch seine kompakte Größe, sein hohes Funktionsvermögen und seinen geringen Energieverbrauch aus.

Der wichtigste Teil eines Tintenstrahldruckers ist das als Tintenstrahlkopf bezeichnete Bauteil. Es ist wesentlich, Tintenstrahlköpfe zu geringen Kosten mit kleinen Abmessungen herzustellen.

Zum Herstellen von unterschiedlichen Typen von Tintenstrahlköpfen sind verschiedene Verfahren bekannt.

Ein Typ eines Tintenstrahlkopfes ist in der Offenlegung Nr. JP 2-30543 zu einer japanischen Patentanmeldung offenbart. In einer Tintenkammer ist ein Ausbeulelement vorhanden. Dieses Ausbeulelement wird so erwärmt, daß es sich verformt. Durch diese Verformung wird der Tinte Druck zugeführt, wodurch sie ausgegeben wird.

Bei dem in der Offenlegung Nr. JP 2-30543 offenbarten Tintenstrahlkopf wird ein Ausbeulvorgang als Antriebsquelle zum Ausstoßen von Tinte verwendet. Genauer gesagt, wird ein an beiden Enden eingespanntes Ausbeulelement (Fig. 3) erwärmt, um eine Verformung zum Ausstoßen von Tinte zu erzeugen.

Bei dieser Art eines sich ausbeulenden Körpers sind die Ausstoßeigenschaften nicht allzu gut.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Tintenstrahlkopf mit hohem Integrationsgrad und hoher Auflösung anzugeben, der bei niedriger Temperatur arbeitet, und der günstige Ausstoßeigenschaften unter Verwendung eines sich ausbeulenden Körpers aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Tintenstrahlkopfes anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch einen Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst.

Da der Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 2 für die Wandfläche des Zuführ­ lochs im Substrat eine (111)-Ebene in einkristallinem Silizium verwendet, ist die Geschwindigkeit bei einem anisotropen Ätzvorgang verringert, wodurch schließlich diese Ebene zurückbleibt. Daher können die Abmessung des Tintenzuführlochs und der Spalt auf genaue Werte eingestellt werden.

Wenn ein Substrat mit einer (100)-Kristallebene verwendet wird, kann ein Tintenzuführloch rechtwinklig zum Substrat hergestellt werden. Die Abmessung des Spalts ändert sich auch dann nicht, wenn der Kolben ausgelenkt wird, weswegen keine Änderung der Charakteristik auftritt. Die Wirkung des Verhinderns einer Gegenströmung von Tinte ist stark. Da bei der Herstellung von Halbleitern Substrate entsprechend einer (110)-Kristallebene in großem Umfang verwendet werden, sind deren Kosten niedrig. Daher trägt die Verwendung eines solchen Substrats zum Verringern der Kosten bei.

Da die Kolbeneinheit beim Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 3 eine konkave Form in bezug auf die andere Fläche des sich ausbeulenden Körpers aufweist, tritt wegen hoher Biegefestigkeit nicht leicht eine Verformung auf. So kann ein Körper mit stabilem Aufbau geschaffen werden. Da die Kolbeneinheit konkav und konvex in bezug auf die andere und die eine Fläche des sich ausbeulenden Körpers ausgebildet ist, kann das Gewicht der Auslenkeinheit selbst dann verringert werden, wenn die Abmessung der Kolbeneinheit erhöht wird. Daher kann der sich ausbeulende Körper mit hoher Geschwindigkeit angetrieben werden.

Ferner können das Beschichten des sich ausbeulenden Körpers, des Kolbens und der Verdrahtungseinheit gleichzeitig mit im wesentlichen gleicher Dicke ausgeführt werden. Daher ist es nicht erforderlich, einen besonders dicken Abschnitt bereitzustellen, und es kann gleichmäßige Dicke erzielt werden. Wenn die Filmdicke jedes Elements variiert, wenn ein Beschichtungsvorgang ausgeführt wird, ist es möglich, daß sich Innenspannungen innerhalb des Films bilden, was zu Restspannungen nach der Filmherstellung führt. Es ist auch möglich, daß sich der Film wegen den Restspannungen abschält. Derartige Schwierigkeiten werden vermieden, wenn ein Beschichten mit gleichmäßiger Dicke erfolgt. Die Erzeugung von Innenspannungen kann unterdrückt werden, wodurch Verformungen vermieden werden, wie sie nach der Herstellung durch Spannungen verursacht werden. Daher können empfindliche Strukturen hergestellt werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 10 zum Herstellen eines Tintenstrahlkopfs wird eine Kolbeneinheit in einem konkaven Bereich eines Substrats ausgebildet, der als Tintenzuführloch verwendet wird. Daher kann die Form der Kolbeneinheit genau hergestellt werden. Ferner kann die Abmessung des Spalts, da der sich ausbeulende Körper und die Kolbeneinheit hergestellt werden, nachdem eine verlorene Schicht im konkaven Bereich erzeugt wurde, dadurch eingestellt werden, daß die Dicke der verlorenen Schicht verändert wird. Daher kann auf einfache Weise ein extrem kleiner Spalt hergestellt werden.

Da beim Verfahren gemäß Anspruch 13 eine dünne Aluminiumschicht für die verlorene Schicht verwendet wird, kann diese durch Dampfniederschlagung oder Sputtern hergestellt werden, was ihre Ausbildung erleichtert. Auch ist die Ausbildung eines kleinen Musters erleichtert, da auf einfache Weise Ätzvorgänge ausgeführt werden können. Auch besteht der Vorteil, daß die Verwendung von Aluminium einfaches Ätzen ermöglicht, ohne daß Rückstände Innerhalb des dünnen Spalts verbleiben. Da eine dünne verlorene Schicht hergestellt werden kann, kann Tintengegenströmung verhindert werden.

Unter Verwendung von Aluminium für die verlorene Schicht kann der Ätzschritt für Aluminium vor einem anisotropen Ätzschritt zum Herstellen eines Tintenzuführlochs erfolgen. So kann die verlorene Schicht gleichzeitig entfernt werden, was die Herstellschritte vereinfacht.

Da beim Herstellverfahren gemäß Anspruch 14 die Ausbildung einer Kolbeneinheit durch Beschichten erfolgt, kann der Kolben im konkaven Bereich leicht hergestellt werden. Insbesondere kann als Material für den Beschichtungsprozeß Ni, Cu, Co usw. verwendet werden. Diese Materialien sind dahingehend von Vorteil, daß ein Beschichtungsschritt ausführbar ist und ein Film mit geringen Innenspannungen ausgebildet werden kann. Da diese Metalle über einen relativ hohen Wärmeexpansionskoeffizient und Youngmodul verfügen, kann die im sich ausbeulenden Körper gespeicherte elastische Energie erhöht werden. Es ist auch einfach, eine Legierung hieraus herzustellen, um die Festigkeit des sich ausbeulenden Köpers zu erhöhen, um eine längere Lebensdauer und höhere elastische Energie zu erzielen. Unter Verwendung eines Beschichtungsprozesses kann eine Struktur mit einer Kolbeneinheit mit einem konkaven Bereich und mit gleichmäßiger Dicke ausgebildet werden.

Die vorstehende Aufgabe, sowie weitere Merkmale, Erscheinungsformen und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch den Aufbau eines Tintenstrahlkopfs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Fig. 2A-2F sind Schnittansichten des Tintenstrahlkopfs gemäß Fig. 16, die jeweilige Herstellschritte für denselben veranschaulichen.

Fig. 3 ist eine Draufsicht, die eine Klebeschicht und deren Umgebung in einem Tintenstrahlkopf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Struktur eines Tintenstrahlkopfs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Fig. 5A-5F sind Schnittansichten für den Tintenstrahlkopf gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, die jeweils Herstellschritte für diesen veranschaulichen.

Fig. 6A ist eine Schnittansicht, die schematisch die Struktur eines Tintenstrahlkopfs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Fig. 6B ist eine Draufsicht, die eine Klebeschicht und deren Umgebung im Tintenstrahlkopf gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 7 ist eine geschnittene Perspektivansicht des sich ausbeulenden Körpers und der Kolbeneinheit im Tinten­ strahlkopf des dritten Ausführungsbeispiels.

Fig. 8A-8F sind Schnittansichten des Tintenstrahlkopfs des dritten Aus­ führungsbeispiels, die jeweils Herstellschritte für denselben veranschaulichen.

Fig. 9A-9H zeigen den sich ausbeulenden Körper des Tintenstrahlkopfs des ersten Ausführungsbeispiels vor und nach dessen Verfor­ mung.

Fig. 10A-10H zeigen den sich ausbeulenden Körper des Tintenstrahlkopfs des zweiten Ausführungsbeispiels vor und nach dessen Ver­ formung.

Fig. 11A-11H zeigen den sich ausbeulenden Körper des Tintenstrahlkopfs des dritten Ausführungsbeispiels vor und nach der Verfor­ mung.

Fig. 12A-12H sind Diagramme zum Beschreiben des Ausstoßes von Tinte vor und nach der Verformung des sich ausbeulenden Körpers des Tintenstrahlkopfs des ersten Ausführungsbeispiels.

Erstes Ausführungsbeispiel

Gemäß Fig. 1 ist ein Tintenzuführloch 102 rechtwinklig zur Oberfläche eines einkristallinen Siliziumsubstrats 101 vorhanden. Ein Kolben 103 ist in einem Tintenzuführloch 102 vorhanden, und er kann sich vertikal zum Substrat 1 entlang einer Wandfläche 104 bewegen. Ein Spalt 105 zwischen dem Kolben 103 und der Wandfläche 104 der Tintenzuführöffnung 102 ist im Bereich von ungefähr 0,05-5 µm eingestellt. Der Kolben 103 ist einstückig auf fixierte und unterstützte Weise mit einem sich ausbeulenden Körper 106 verbunden.

Die beiden Endabschnitte des sich ausbeulenden Körpers 106 sind über jeweilige Befestigungsabschnitte 107 am Substrat 101 befestigt. Der restliche Abschnitt des sich ausbeulenden Körpers 106 wird nicht gehalten, sondern er wird in schwebendem Zustand unter Einhaltung eines Spalts 108 zum Substrat 101 gehalten. An der Rückseite des Endabschnitts des sich aus­ beulenden Körpers 106 ist eine Heizerschicht 109 über jeweilige obere Isolier­ schichten 110 vorhanden. Eine untere Isolierschicht 111 ist an der Rückseite der Heizerschicht 109 vorhanden, um für elektrische Isolierung zu sorgen und um Oxidation, Verschlechterung, Korrosion hinsichtlich des sich ausbeulen­ den Köpers 106 zu verhindern. Ein Oxidfilm 112 aus SiO₂ ist an jeder Ober­ fläche des Substrats 101 ausgebildet. Es ist nicht erforderlich, die untere Isolierschicht 111 über die gesamte Länge des sich ausbeulenden Körpers 106 auszubilden, wie in Fig. 1 dargestellt. Es muß zumindest die Heizerschicht 109 durch die Isolierschicht 111 bedeckt sein.

Der Heizerschicht 109 wird ein elektrisches Signal über eine Verbindungs­ schicht 113 zugeführt, um den sich ausbeulenden Körper 106 zu beheizen. Obwohl der sich ausbeulende Körper 106 durch Energiezufuhr erwärmt werden könnte, ist diese Vorgehensweise bevorzugt.

Am fixierten Abschnitt 107 an den beiden Enden des sich ausbeulenden Körpers 106 sowie in der Nähe desselben ist eine Klebeschicht 114 vorhanden. Daran ist eine Öffnungsplatte 115 befestigt. Ein von der Klebeschicht 114 umschlossener Hohlraum 117 ist mit Tinte befüllt. In der Mündungsplatte 115 ist eine Düse 116 vorhanden, aus der Tinte ausgestoßen wird. Nachfolgend wird der Betrieb des Elements von Fig. 1 beschrieben.

Bei einem Betriebsmodus dieses Elements wird Tinte durch das Tintenzuführ­ loch 102 in den Hohlraum 117 geführt. Der Hohlraum 117, die Spalte 108 und 105 sowie das Tintenzuführloch 102 sind alle mit Tinte gefüllt.

Die Heizerschicht 109 wird mit einem impulsförmigen Strom von einer (nicht dargestellten) externen Spannungsquelle versorgt, um schnell erwärmt zu werden. Dadurch wird auch der in Kontakt mit der Heizerschicht 109 stehenden sich ausbeulende Körper 106 schnell erwärmt, wodurch er Wärmeausdehnung erfährt. Da beide Enden des sich ausbeulenden Körpers 106 durch die jewei­ ligen Fixierabschnitte 107 am Substrat 101 befestigt sind, führt diese Wärme­ expansion zu Kompressionsspannungen innerhalb des sich ausbeulenden Körpers 106. Wenn diese Kompressionsspannungen eine bestimmte Grenze übersteigen, wird der sich ausbeulende Körper 106 in der Richtung vom Substrat 101 weg, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 angegeben, verformt (ausgebeult). Daraufhin läuft der einstückig mit dem sich ausbeulenden Körper 106 ausgebildete Kolben 103 in die durch die gestrichelte Linie angegebene Position.

Hierdurch ändert sich durch die Bewegung des Kolbens 103 das Volumen des Hohlraums 117 um einen Wert, wie er durch den schraffierten Bereich 118 in Fig. 1 angedeutet ist. Diese Volumenänderung kann durch die Verformung des sich ausbeulenden Körpers 106, hervorgerufen durch das schnelle Erwärmen der Heizerschicht 109, plötzlich auftreten. Dadurch steigt der Druck im Hohl­ raum 117 plötzlich an, wodurch Tinte aus der Düse 116 ausgestoßen wird.

Wenn der Impulsstrom zur Heizerschicht 109 weggenommen wird, kühlt der sich ausbeulende Körper 106 ab und kehrt in seinen vorigen Zustand zurück. Hierbei wird Tinte entsprechend der ausgegebenen Menge vom Tintenzuführ­ loch 102 durch den Spalt 105 in den Hohlraum 117 geliefert. Durch erneutes Anlegen eines Stromimpulses an die Heizerschicht 109 wird erneut Tinte ausgestoßen.

Der Kolbenbetrieb ist in den Fig. 9A und 9B detaillierter dargestellt. Es ist der Zustand des sich ausbeulenden Köpers 106 vor und nach einer Verformung dargestellt. Der sich ausbeulende Körper 106 erfährt durch Erwärmung Wärmeexpansion, wodurch eine Ausbeulverformung auftritt, wie in Fig. 9B dargestellt. Der Kolben 103 wird rechtwinklig zum Substrat 101 angetrieben. Tinte wird so ausgestoßen, wie es in den Fig. 12A und 12B dargestellt ist, wobei der sich ausbeulende Körper Zustände vor bzw. nach seiner Verformung hat. Die Verformung des sich ausbeulenden Körpers bewirkt, daß der Kolben 103 rechtwinklig zum Substrat 101 angetrieben wird, wodurch der Druck im Hohlraum 117 steigt, was zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens führt.

Die folgenden Punkte sind zu beachten, um das Ausstoßen von Tinte mit hohem Wirkungsgrad auszuführen.

• (1) Wenn Tinte mittels einer Verstellung des Kolbens 103 ausgestoßen wird, muß die Änderung des Volumens 118 mehr als das 2- bis 3fache des Volumens eines auszustoßenden Tintentröpfchens sein. Obwohl ein größerer Kolben 103 bevorzugt ist, muß ein zweckentsprechender Wert ausgewählt werden, um eine Zunahme der Gesamtgröße des Kopfs zu verhindern. Für einen Drucker ist eine Auflösung von 300-600 dpi (dot per inch = Punkte pro Zoll; 1 Zoll = 25,4 mm) erforderlich. Durch Anordnen von Düsen mit diesem Intervall kann ein integral ausgebildeter Kopf hergestellt werden. Daher ist die Querbreite des Kopfs wünschenswerterweise kleiner als 80-40 µm. Wenn die Länge des Kolbens 103 300-600 µm beträgt und der Durchmesser eines Tintentröpfchens ungefähr 40 µm beträgt, ist eine Auslenkung von mindestens 5-6 µm erforderlich. Wenn die Länge des im sich ausbeulenden Körper 106 zu erwärmenden Abschnitts (die Länge eines Endabschnitts ausschließlich des Kolbens 103) 300 µm beträgt, kann eine Auslenkung von 5-20 µm abhängig von der Dicke und dem Temperaturanstieg erzielt werden. Daher kann Tinte ausgestoßen werden.

Es kann ein Kopf mit kleiner Integration und hoher Auflösung erhalten werden, wenn der Kolben 103 eine Länge von 300 µm, eine Breite von 50 µm und eine Dicke von 50 µm hat.

• (2) Wenn Tinte auf eine Verstellung des Kolbens 103 ausgestoßen wird, wird auf die Tinte im Hohlraum 117 Druck ausgeübt, wodurch sie durch die Düse 116 ausgestoßen wird. Gleichzeitig tritt eine Gegenströmung von Tinte zum Zu­ führloch 102 über den Spalt 105 auf. Daher sollte der Spalt 105 so eng wie möglich sein. Wenn er jedoch zu eng ist, reicht die Zuführung von Tinte zum Hohlraum 117 nicht aus, wenn der Kolben 103 in in seine vorige Position zurückkehrt. Es muß ein zweckentsprechender Spalt ausgewählt werden, um zu verhindern, daß Luft über die Düse 116 in den Hohlraum 117 eindringt, was zu fehlerhaf­ tem Betrieb führen würde.

Eine Gegenströmung von Tinte kann zum Ausführen eines wirkungsvollen Tin­ tenausstoßvorgangs verhindert werden, wenn der rechtwinklig zum Substrat 101 vorhandene Spalt 105, wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel darge­ stellt, auf nicht mehr als 5 µm, vorzugsweise 1-0,05 µm eingestellt ist. Der Spalt 105 ist rechtwinklig zum Substrat 101 vorhanden, um eine Änderung der Eigenschaften dadurch zu vermeiden, daß selbst dann, wenn der Kolben 103 angetrieben wird, keine Änderung des Spalts 105 auftritt.

Das Anbringen des Spalts 105 rechtwinklig zum Substrat 101 sorgt auch für den Vorteil, daß der Tintengegenströmungswiderstand (Kanalwiderstand) leicht erhöht wird, um zuverlässiger eine Tintengegenströmung zu verhindern, was durch Erhöhen der Länge des Substrats 105 in bezug auf das Substrat 101, d. h. die Dicke des Kolbens 103, erfolgt. Die Dicke des Kolbens sollte größer sein als sein Hub. Er verfügt über eine Dicke von mindestens 5 µm, vorzugsweise nicht unter 20 µm.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2A-2F werden Herstellschritte für die Elemente des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Gemäß Fig. 2A wird ein Oxidfilm 112 auf den beiden Flächen eines Substrats 101 hergestellt. Dann wird der Oxidfilm 112 einem Musterungsvorgang unterzo­ gen, um ein Fenster herzustellen, gefolgt von einem anisotropen Ätzvorgang un­ ter Verwendung von KOH-Lösung. Unter Verwendung eines Substrats 101 mit einer (110)-Kristallebene an der Oberfläche schreitet der Ätzvorgang in der Rich­ tung rechtwinklig zum Substrat 101 fort, wobei eine (111)-Ebene mit geringer Ätzrate verbleibt. An den beiden Oberflächen werden konkave Bereiche 203-a und 203-b ausgebildet. Daher kann ein Spalt 105, der wirkungsvoll eine Gegen­ strömung von Tinte verhindert, genau hergestellt werden. Der verbliebene Ab­ schnitt 212, der zwischen den konkaven Abschnitten 203-a und 203-b eingebet­ tet ist, wird der Ausgangsabschnitt für die Herstellung des Kolbens 103.

Gemäß Fig. 2B wird eine verlorene Schicht 204 hergestellt. Diese wird schließ­ lich durch einen Ätzvorgang im letzten Schritt zum Herstellen der in Fig. 1 dargestellten Spalte 105 und 108 entfernt. Das Material der verlorenen Schicht 204 kann aus der aus Aluminium, Siliziumdioxid, einem Photoresist und einem Polyimidharz bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Eine verlorene Schicht aus Aluminium oder Siliziumdioxid kann durch Aufdampfen, Sputtern oder CVD hergestellt werden. Dann wird der Kolben 103 durch Metallbeschichtung im oberen konkaven Abschnitt 203-a ausgebildet. Genauer gesagt, wird eine leiten­ de Schicht (z. B. aus Ni, Ta, Ag), die die gesamte untere Schicht bildet, vor einem Beschichtungsvorgang mit einer Dicke von 0,01-1 µm hergestellt. Dann wird der nicht zu beschichtende Abschnitt mit einem Photoresist abgedeckt, und eine Beschichtung wird auf den restlichen Bereich aufgetragen. In diesem Fall ist es wirkungsvoll, das Substrat 101 zu drehen oder einen Film aus einer schrägen Richtung während der Herstellung einer leitenden Schicht aufzuwachsen, um eine Unterbrechung der leitenden Schicht, hervorgerufen durch eine Ecke 217 des konkaven Bereichs 203-a, zu verhindern. Es ist besonders wirkungsvoll, ein CVD-Filmwachstumsverfahren zu verwenden, das hervorragende Stufenüber­ deckung aufweist. Der Kolben 103 wird bis zu einer Höhe ausgebildet, die im wesentlichen mit der Oberfläche des Substrats 101 identisch ist. Der Kolben 103 besteht aus einem Material mit Ni, Cu, Co, P und S oder einer Legierung hieraus.

Unter Verwendung von Aluminium für die verlorene Schicht 204 kann ein Vaku­ umaufdampf- und Sputterverfahren verwendet werden, um die Herstellung einer dünnen verlorenen Schicht zu erleichtern. Da ein Ätzvorgang leicht ausgeführt werden kann, kann auf einfache Weise ein kleines, feines Muster hergestellt werden. Die Verwendung von Aluminium als verlorene Schicht 204 sorgt auch für den Vorteil, daß ein Ätzvorgang erleichtert ist, ohne daß Rückstände im In­ neren des dünnen Spalts zurückbleiben. Die Herstellung einer dünnen verlore­ nen Schicht ist eine starke Maßnahme zum zuverlässigen Verhindern einer Tin­ tengegenströmung.

Die Verwendung von Ni als Material für den Kolben 103 sorgt für den Vorteil, daß die Beschichtung einfach ausgeführt werden kann und daß ein Film mit ge­ ringen Innenspannungen leicht hergestellt werden kann.

Gemäß Fig. 2C werden die untere Isolierschicht 111, die Heizerschicht 109 und dann die obere Isolierschicht 110 hergestellt.

Als Materialien für die obere und untere Isolierschicht 110 und 111 können Oxide wie SiO₂, Al₂O₃, Nitride wie SiN, AlN, TaN, MoN sowie Carbide wie SiC verwendet werden.

Als Material für die Heizerschicht 109 können Ni, Co, Cr, Hf, Mo, Ta oder Legie­ rungen daraus verwendet werden. Die Heizerschicht 109 kann zickzack- oder sägezahnförmig hergestellt werden, um ihre Länge zu erhöhen, wodurch der Widerstand erhöht wird, was den Stromverbrauch verringert.

Wenn die verlorene Schicht 204 auf der Heizerschicht 109 ausgebildet wird, bewahrt die Heizerschicht 109 den schwebenden Zustand über dem Substrat 101, wie in Fig. 1 dargestellt. Daher entweicht während des Erwärmens nur wenig Wärme zum Substrat 101, was den Stromverbrauch erniedrigt.

Gemäß Fig. 2D werden der sich ausbeulende Körper 106 und das Zwischenver­ bindungsmuster 210 durch Beschichten hergestellt. Dieser Beschichtungs­ prozeß beinhaltet einen Schritt zum Herstellen eines Musters aus einem Photo­ resist auf einem Bereich 211, in dem keine Beschichtung erforderlich ist, woraufhin der Resist nach dem Beschichten entfernt wird. Das Zwischenverbin­ dungsmuster 210 wird so hergestellt, daß es für eine Verbindung zur Heizer­ schicht 109 sorgt. Als Material für den sich ausbeulenden Körper 106 kann ein solches verwendet werden, das Ni, Cu, Co, P oder S oder eine Legierung hieraus enthält.

Ni, Cu und Co sind besonders bevorzugt, da sie einen hohen Wärmeexpansions­ koeffizient und Youngmodul aufweisen. Die elastische Energie, wie sie sich im ausbeulenden Körper ansammelt, kann erhöht werden, um eine größere Aus­ stoßenergie zu erzielen. Wenn eine Legierung hieraus verwendet wird, verbessert sich die Festigkeit des sich ausbeulenden Körpers 106, was dessen Lebensdauer erhöht. Wenn der Youngmodul weiter erhöht wird, wird höhere elastische Energie erzielt. Daher kann die Ausstoßenergie weiter erhöht werden.

Gemäß Fig. 2E wird das wie oben beschrieben behandelte Substrat 101 für einen anisotropen Ätzvorgang ganz in KOH-Lösung eingetaucht, wodurch der Restabschnitt 212 entfernt wird. Wenn für die verlorene Schicht 204 Aluminium verwendet ist, läuft der Ätzvorgang für das Aluminium gleichzeitig mit dem ani­ sotropen Ätzen ab. Dies bedeutet, daß die verlorene Schicht 204 gleichzeitig entfernt wird. So kann der Herstellprozeß vereinfacht werden.

Gemäß Fig. 2F wird eine Düsenplatte 115 mit einer Düse 116 am Substrat 101 mittels einer Klebeschicht 114 befestigt. Für die Klebeschicht 114 kann ein durch Ultraviolettstrahlung härtbarer Klebstoff, wie in thermisch härtbarer Kleb­ stoff oder dergleichen verwendet werden.

Gemäß Fig. 3 wird die Klebeschicht 114 mit einer Form ausgebildet, wie sie durch einen schraffierten Bereich angegeben ist. Im Ergebnis entsteht der Hohlraum 117. Der Heizer 109 wird über den Abschnitt unter dem fixierten Abschnitt 107 mit der Heizerschicht verbunden, die unter dem sich ausbeulen­ den Körper 106 liegt. Die Heizerschicht 109 ist mit der Zwischenverbindungs­ schicht 113 verbunden. Der sich ausbeulende Körper 106 ist mit Spalten 301 in einer Nickelbeschichtungsschicht ausgebildet.

Die Höhe einer Fläche 216, in der die Klebeschicht 114 ausgebildet ist, wie in Fig. 2F dargestellt, ist im wesentlichen über das gesamte Substrat 101 gleich. Obwohl die Oberfläche 216 einen Abschnitt aufweist, in dem sie teilweise höher Ist, kann sie mit vernachlässigbarem Niveau ausgebildet werden, wenn die Dicke der Heizerschicht 109 sowie der oberen und unteren Isolierschicht 110 und 111 verringert wird. Beim ersten Ausführungsbeispiel ist die Dicke der Klebeschicht 114 auf 10-50 µm eingestellt, da dieser Abstand als Höhe für den Hohlraum 117 erforderlich ist. Demgegenüber ist die Dicke der Heizschicht 109 sowie der oberen und der unteren Isolierschicht 110 und 111 jeweils auf unge­ fähr 0,1-1 µm eingestellt. Bei der Erfindung sorgt eine dünnere Heizerschicht für bessere Wärmeleitung in bezug auf den sich ausbeulenden Körper. Daher kann ein wirkungsvoller Heizvorgang ausgeführt werden. Die oben genannte Dicke kann erzielt werden, da die Heizerschicht 109 sowie die obere und die un­ tere Isolierschicht 110 und 111 durch einen Dünnfilm-Herstellprozeß ausgebil­ det werden. Dadurch kann die Höhe der Oberfläche 216 im wesentlichen gleich­ mäßig ausgebildet werden. Daher kann dann, wenn die Klebeschicht 114 als Hohlraum gemustert wird, wie in Fig. 3 dargestellt, eine vollständige Isolierung auf einfache Weise so erzielt werden, daß keine Tintenströmung zwischen be­ nachbarten Hohlräumen auftritt. Wenn ein gestufter Abschnitt vorhanden ist, entsteht ein Spalt, der zu einem Druckverlust beim Ausstoßen von Tinte führt. Daher verbessert die vorstehend beschriebene Struktur den Wirkungsgrad des Tintenausstoßes, wobei kein Druckverlust vorliegt.

Zweites Ausführungsbeispiel

Gemäß Fig. 4 Ist ein Tintenzuführloch 402 vorhanden, das eine obere und eine untere Schräge 404-a bzw. 404-b an der Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 101 aufweist. Ein Kolben 403 mit trapezförmigem Quer­ schnitt und einer Seitenfläche, die zur Oberfläche der oberen Schräge 404-a des Zuführlochs 402 paßt. Ist so vorhanden, daß er rechtwinklig zum Substrat 102 beweglich ist. Ein Spalt 405 zwischen dem Kolben 403 und der oberen Wand­ fläche 404-a des Tintenzuführlochs 402 ist im Bereich von ungefähr 0,05-5 µm eingestellt. Der Kolben 403 ist einstückig mit dem sich ausbeulenden Körper 106 verbunden. Dessen beide Enden sind am Siliziumsubstrat 101 befestigt. Der restliche Teil des sich ausbeulenden Körpers 106 ist nicht befestigt, sondern nimmt einen schwebenden Zustand mit einem Spalt 408 zum Substrat 101 ein. Eine Heizerschicht 109 ist an der Rückseite des sich ausbeu­ lenden Körpers 106 vorhanden. In Fig. 4 ist der Heizer 109 sowohl an der linken als auch der rechten Seite vorhanden. Die Heizerschicht 109 ist in eine obere und eine untere Isolierschicht 110 und 111 eingebettet. Die Isolierschich­ ten 110 und 111 sorgen für elektrische Isolierung, und sie verhindern Oxida­ tion, Beeinträchtigung und Korrosion während Heizvorgängen zwischen dem sich ausbeulenden Körper 106 und der Heizerschicht 109. An jeder Oberfläche des Siliziumsubstrats 101 ist ein Oxidfilm 112 vorhanden.

Die Heizerschicht 109 wird dadurch erwärmt, daß ein elektrisches Signal über eine Verbindungsschicht 113 zugeführt wird. Eine Klebeschicht 114 ist auf dem Fixierabschnitt 107 des sich ausbeulenden Körpers 106 in dessen Nähe vorhan­ den. Darauf ist eine Düsenplatte 115 angebracht, in der eine Düse 116 vor­ handen ist, aus der Tinte ausgestoßen wird.

Das zweite Ausführungsbeispiel verfügt über eine ähnliche Struktur wie das erste Ausführungsbeispiel wobei jedoch die Wandflächen 404-a und 404-b des Tintenzuführlochs 404 zum Substrat 101 geneigt sind, also nicht rechtwinklig zu diesem stehen. Daher werden ähnliche Konstruktionsvorteile erzielt. Es ist zu beachten, daß sich der Spalt 405 bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens 403 ändert. Das Tintenzuführloch 402 wird durch Mustern des Oxidfilms 112 zum Ausbilden eines Fensters mit anschließendem anisotropem Ätzen unter Verwendung einer KOH-Lösung hergestellt. Unter Verwendung von einkristalli­ nem Silizium mit einer (100)-Kristallebene für das Substrat 101 verbleibt die (111)-Ebene mit geringer Ätzrate, wodurch die Schrägen 404-a und 404-b unter einem Winkel 55° zum Substrat 101 ausgebildet werden.

Substrate mit (100)-Kristallebene als Substratfläche werden zum Herstellen von Halbleiter-Bauelementen mit großem Umfang verwendet, und sie stehen zu geringen Kosten zur Verfügung, da sie durch Massenherstellung erzeugt werden.

Der Ausstoßvorgang beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem beim in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel. Der Kolben 403 bewegt sich rechtwinklig zum Substrat 101, wodurch Tinte aus der Düse 116 aus­ gestoßen wird. Die Fig. 10A und 10B zeigen den Kolbenbetrieb im einzelnen, wobei der Zustand des sich ausbeulenden Körpers 106 vor und nach einer Verformung angegeben ist. Der sich ausbeulende Körper 106 erfährt beim Erwärmen eine Wärmeausdehnung, wodurch eine Ausbeulverformung auftritt, wie sie in Fig. 10B dargestellt ist. Im Ergebnis wird der Kolben 403 rechtwinklig zum Substrat 101 angetrieben.

Die Beschreibung hinsichtlich wirkungsvollen Tintenausstoßes, wie sie in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgte, gilt auch für das vorliegende Ausführungsbeispiel. Auch die Hinweise zur Abmessung des Kolbens 403 gelten entsprechend. So kann ein kompakt integrierter Kopf mit hoher Auflösung mit einem Kolben 403 mit einer Länge von 300 µm an der längeren Seite des trapezförmigen Querschnitts, einer Breite von 50 µm und einer Dicke von 50 µm geschaffen werden.

Die Beschreibung zur Bemessung des Spalts 405 zum ersten Ausführungs­ beispiel gilt auch für das vorliegende Ausführungsbeispiel. Obwohl der Spalt beim zweiten Ausführungsbeispiel durch eine Ebene in einer Richtung von 550 zum Substrat festgelegt ist, kann Tintengegenströmung verhindert werden, um einen wirkungsvollen Ausstoßvorgang auszuführen, wenn die Bemessung des Spalts auf nicht mehr als 5 µm festgelegt ist, vorzugsweise auf 1-0,05 µm. Durch Erhöhen der Länge des Spalts, d. h. die Dicke des Kolbens 403, kann der Gegenströmungswiderstand (Kanalwiderstand) für Tinte leicht erhöht werden, um Tintengegenströmung zuverlässiger zu verhindern. Die Dicke des Kolbens 403 sollte größer sein als sein Hub. Genauer gesagt, beträgt die Dicke des Kolbens 403 mindestens 5 µm, vorzugsweise mehr als 20 µm.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5A-5F wird ein Verfahren zum Herstellen des Aufbaus des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die in den Fig. 5A-5F dargestellten Schritte können durch einen Prozeß ausgeführt werden, der identisch mit dem für die Schritte der Fig. 2A-2F ist. Das Herstellverfahren beim zweiten Ausführungsbeispiel unerscheidet sich nur dadurch, daß als einkristallines Siliziumsubstrat 101 ein solches mit einer (100)-Ebene als Ober­ flächenebene verwendet wird. Wie in Fig. 5A dargestellt, entstehen konkave Abschnitte 203-a und 203-b unter einem Winkel von 55° zum Substrat 101. Da die anderen Schritte identisch sind, wird die zugehörige Beschreibung hier nicht wiederholt.

Der Prozeß des Anklebens der Düsenplatte 115 ist ähnlich dem beim ersten Ausführungsbeispiel. Genauer gesagt, ist die Höhe der in Fig. 5F dargestellten Oberfläche 216, wo die Klebeschicht 114 ausgebildet wird, im wesentlichen über das gesamte Substrat 101 gleich ausgebildet. Durch Mustern der Klebe­ schicht 114 mit Hohlraumform, wie in Fig. 3 dargestellt, kann eine vollständige Isolierung so erzielt werden, daß keine Tintenströmung zwischen benachbarten Hohlräumen auftritt.

Drittes Ausführungsbeispiel

Gemäß den Fig. 6A und 6B ist ein Tintenzuführloch 102 rechtwinklig zu den Oberflächen eines einkristallinen Siliziumsubstrats 101 ausgebildet. Ein recht­ winklig zum Substrat 101 entlang einer Wandfläche 104 beweglicher Kolben 603 ist im Zuführloch 102 vorhanden. Ein Spalt 105 zwischen dem Kolben 603 und der Wandfläche 104 des Tintenzuführlochs 102 ist im Bereich von ungefähr 0,05-5 µm eingestellt. Der Kolben 603 ist einstückig am sich ausbeulenden Körper 606 befestigt, dessen beide Enden über jeweilige Fixierabschnitte 107 am Siliziumsubstrat 101 befestigt sind, wobei sein restlicher Abschnitt nicht befestigt ist. Daher nimmt der mittlere Abschnitt des sich ausbeulenden Körpers 606 einen schwebenden Zustand ein, getrennt durch einen Spalt 108 vom Substrat 101. Der sich ausbeulende Körper 606 und der Kolben 603 bestehen einstückig mit gleicher Dicke aus demselben Material. Der Kolben 603 wird durch Ausbilden eines konkaven Abschnitts 619 Im sich ausbeulenden Körper 606 hergestellt.

Gemäß Fig. 7 ist der konkave Abschnitt 619 in der Mitte des sich ausbeulenden Körpers 606 vorhanden, um den Kolben 603 zu bilden.

Gemäß Fig. 6A ist eine Heizerschicht 109 an der Rückseite des sich ausbeulen­ den Körpers 606 an dessen rechter und linker Seite vorhanden. Die Heizer­ schicht 109 wird durch eine obere und untere Isolierschicht 110 und 111 eingebettet, die für elektrische Isolierung sorgen und Oxidation, Beeinträchti­ gung und Korrosion während des Beheizens in bezug auf den sich ausbeulen­ den Körper 606 verhindern. An den beiden Oberflächen des Siliziumsubstrats 101 ist ein Oxidfilm 112 vorhanden.

Die Heizerschicht 109 wird über eine Verbindungsschicht 113 mit einem elektrischen Signal versorgt, um erwärmt zu werden. Eine Klebeschicht 114 ist am Fixierabschnitt 107 des sich ausbeulenden Körpers 606 und in dessen Nähe vorhanden, um eine Düsenplatte 115 anzukleben, in der eine Düse 116 vorhanden ist, aus der Tinte ausgestoßen wird.

Gemäß Fig. 6B ist der sich ausbeulende Körper 606 durch zwei Spalte 601 abgetrennt, die an einer Überzugsschicht vorhanden sind, die sich ausbeulen soll. Der konkave Abschnitt 619, der durch die einstückige Beschichtung im mittleren Abschnitt hergestellt ist, wird die Innenseite des hohlen Kolbens 603.

Nachfolgend wird die Funktion des in den Fig. 6A und 6B dargestellten Elements beschrieben.

In einem Betriebsmodus des vorliegenden Elements wird der von der Klebe­ schicht 114 umschlossene Hohlraum 117 durch das Tintenzuführloch 102 mit Tinte versorgt, wobei der Hohlraum 117, die Spalte 108, 105 und das Tintenzu­ führloch 102 alle mit Tinte gefüllt sind.

Die Heizerschicht 109 wird von einer nicht dargestellten externen Spannungs­ versorgung mit einem Stromimpuls versorgt, um erwärmt zu werden. Daraufhin wird auch der in Kontakt mit ihr stehende sich ausbeulende Körper 606 schnell erwärmt, wodurch Wärmeausdehnung auftritt. Da beide Enden des sich aus­ beulenden Körpers 606 über die jeweiligen fixierten Abschnitte 107 am Substrat 101 befestigt sind, führt die Wärmeausdehnung zu Kompressionsspannungen Innerhalb des sich ausbeulenden Körpers 606. Wenn diese Kompressions­ spannungen eine bestimmte Grenze überschreiten, wird der sich ausbeulende Körper 606 plötzlich zum Substrat 101 hin verformt (ausgebeult). Daraufhin bewegt sich auch der einstückig mit dem sich ausbeulenden Körper 606 aus­ gebildete Kolben 603 in rechtwinkliger Richtung.

Da der Kolben 603 des sich ausbeulenden Körpers 606 über konkave Form ver­ fügt, wie in Fig. 7 dargestellt, tritt wegen seiner hohen Biegesteifigkeit nicht einfach eine Verformung auf. Daher tritt eine Ausbeulverformung nur in einem anderen Abschnitt des sich ausbeulenden Körpers 606 als dem Kolbenabschnitt auf. Obwohl die Möglichkeit besteht, daß im Endabschnitt 621 an der Grenze zwischen dem sich ausbeulenden Körper 606 und dem Kolben 603 wegen der Verformung des sich ausbeulenden Körpers 606 im mittleren Abschnitt 620 als Antiknoten keine Verformung auftritt, ist die durch diese Verformung hervorge­ rufene Energie größer als die Energie der Verformung, bei der der Endabschnitt 621 ein Antiknoten ist und der fixierte Abschnitt 107 ein Knoten im sich ausbeulenden Körper 606 ist. Daher ergibt sich beim Aufbau des vorliegenden Ausführungsbeispiels die gewünschte Verformung mit dem Endabschnitt 212 als Antiknoten.

Diese Verformung bewirkt eine Volumenänderung des Hohlraums 117 entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten schraffierten Bereich, hervorgerufen durch die Verstellung des Kolbens 603. Diese Volumenänderung kann durch die Verformung des sich ausbeulenden Körpers 606 durch die schnelle Erwärmung der Heizerschicht 109 schnell auftreten. Dann steigt der Druck im Hohlraum 117 plötzlich an, wodurch Tinte durch die Düse 116 ausgestoßen wird.

Wenn der Stromimpuls zur Heizerschicht 109 abgeschaltet wird, kühlt der sich ausbeulende Körper 606 ab und nimmt wieder seinen vorigen Zustand ein. Vom Tintenzuführloch 102 wird eine der ausgestoßenen Tinte entsprechende Menge durch den Spalt 105 in den Hohlraum 117 geliefert. Durch erneutes Anlegen ei­ nes Stromimpulses an die Heizerschicht 109 kann Tinte ausgestoßen werden. Dieser Kolbenbetrieb ist in den Fig. 11A und 11B detalliierter wiedergegeben, die den Zustand des sich ausbeulenden Körpers vor und nach einer Verformung zeigen. Der sich ausbeulende Körper 606 wird erwärmt, wodurch Wärmeaus­ dehnung auftritt. Im Ergebnis verformt sich der sich ausbeulende Körper 606 so, wie es in Fig. 11B dargestellt ist, wobei der Kolben 603 rechtwinklig zum Substrat 101 angetrieben wird.

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel besteht der Kolben 603 aus einer drei­ dimensionalen Schale eines dünnen Konstruktionskörpers. Daher kann ein sta­ biler Konstruktionskörper geschaffen werden, der trotz seiner dünnen Schale über hohe Steifigkeit verfügt. Da der Kolben aus einer Schalenstruktur besteht, ist das Gewicht der beweglichen Einheit gering, so daß sie mit hoher Geschwin­ digkeit angetrieben werden kann.

Die Überlegungen betreffend die Abmessung des Kolbens und des Spalts zum Zweck eines wirkungsvollen Tintenausstoßes sind ähnlich wie die betreffend das erste Ausführungsbeispiel.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 8A-8F wird ein Verfahren zum Herstellen des Aufbaus des dritten Ausführungsbeispiels beschrieben. Der Herstellschritt der Fig. 8A ist dem der Fig. 2A ähnlich.

Der Herstellschritt von Fig. 8B ist dem von Fig. 2B ähnlich, wobei jedoch im konkaven Abschnitt 203-a kein Kolben ausgebildet wird.

Gemäß Fig. 8C werden die untere Isolierschicht 111, die Heizerschicht 109 und dann die obere Isolierschicht 110 hergestellt. Das Material jeder Isolierschicht, das Material und der Aufbau der Heizerschicht sowie die Vorteile durch das Anbringen der Heizerschicht auf der verlorenen Schicht sind ähnlich wie es unter Bezugnahme auf Fig. 2C beschrieben wurde.

Gemäß Fig. 8D werden der Kolben 603, der sich ausbeulende Körper 606 und das Verbindungsmuster 210 durch eine Beschichtung im konkaven Abschnitt 203-a hergestellt. Dazu gehören folgende Schritte: Herstellen einer unteren, leitenden Schicht (aus z. B. Ni, Ta, Ag) mit einer Dicke von 0,01-1 µm auf der gesamten Fläche vor dem Herstellen einer Beschichtung; Herstellen eines Photoresistmusters auf einem Abschnitt 211, auf dem keine Beschichtung erforderlich ist und Entfernen des Resists nach einem Beschichtungsvorgang. In diesem Fall ist es wirkungsvoll, das Substrat 101 zu drehen oder einen Film während der Herstellung einer leitenden Schicht aus einer schrägen Richtung aufzuwachsen, um eine Unterbrechung der leitenden Schicht zu verhindern, wie sie durch eine Ecke 217 des konkaven Bereichs 203-a hervorgerufen werden könnte. Es ist besonders wirkungsvoll, ein CVD-Filmwachstumsverfahren zu verwenden, das hinsichtlich Stufenüberdeckungen hervorragend ist.

Das Verbindungsmuster 210 wird so ausgebildet, daß es eine Verbindung zur Heizerschicht 109 herstellt. Als Material für den sich ausbeulenden Körper 106 kann ein solches verwendet werden, das Ni, Cu, Co, P oder S oder eine Legie­ rung hieraus enthält. Ni, Cu und Co sind besonders bevorzugt da sie über einen hohen Wärmeexpansionskoeffizient und Youngmodul verfügen. Die sich im sich ausbeulenden Körper ansammelnde elastische Energie kann erhöht werden, um eine größere Ausstoßenergie zu erzielen. Unter Verwendung einer Leglerung ist die Widerstandsfähigkeit des sich ausbeulenden Körpers 106 verbessert, was seine Lebensdauer erhöht. Der Youngmodul ist weiter erhöht, was zu größerer elastischer Energie führt. Dies ist ähnlich zu dem, was zu Fig. 2D beschrieben wurde.

Gemäß Fig. 8E wird das wie vorstehend beschrieben behandelte Substrat 101 für einen anisotropen Ätzvorgang ganz in eine KOH-Lösung eingetaucht, wodurch der verbliebene Abschnitt 212 entfernt wird. Wenn für die verlorene Schicht 204 Aluminium verwendet wird, läuft der Ätzvorgang für das Alumi­ nium gleichzeitig mit dem anisotropen Ätzen ab. Dies bedeutet, daß die verlore­ ne Schicht 204 gleichzeitig entfernt wird. So kann der Herstellprozeß verein­ facht werden.

Gemäß Fig. 8F wird die Öffnungsplatte 115 mit der Düse 116 über die Klebe­ schicht 114 am Substrat 101 befestigt. Für die Klebeschicht 114 kann ein durch Ultraviolettstrahlung härtbarer Kleber, ein thermisch härtbarer Kleber oder dergleichen verwendet werden durch Mustern der Klebeschicht 114, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Abtrennung des Hohlraums erleichtert.

Claims (15)

1. Tintenstrahldruckkopf zum Ausstoßen von Tintentröpfchen auf einen Aufzeichnungsträger, mit

• - einem Substrat (101) mit einer senkrecht zu einer Haupt­ fläche desselben dieses durchdringenden Tintenzuführöff­ nung (102),
• - einer Düsenplatte (115) mit einer Anordnung von Dü­ sen (116), die sich parallel zu dem Substrat (101) mit Abstand zu demselben entlang der die Hauptfläche desselben bildenden Seite erstreckt,
• - einem zwischen der Düsenplatte (115) und dem Substrat (101) angeordneten Antriebselement mit einem Beulkörper (106, 606), der an beiden Enden nach Art einer Einspannung gehalten ist, wodurch bei Einwirkung einer Kompressionsspannung zwischen den Enden ein Beulen ausge­ löst und dadurch Tinte aus der Düse (116) ausgestoßen wird,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Beulkörper (106, 606) sich über die Tintenzuführ­ öffnung (102) erstreckt und an beiden Enden an der Haupt­ fläche des Substrates (101) befestigt ist,
• - daß der Beulkörper (106, 606) eine Kolbenein­ heit (103, 403, 603) aufweist, die sich von der der Haupt­ fläche zugewandten Seite des Beulkörpers (106, 606) weg in die Tintenzuführöffnung (102) hinein erstreckt und beim Beulen mitsamt dem Beulkörper (106, 606) in Richtung auf die Düsenplatte (116) verlagert wird, wobei zwischen den von der Seite der Hauptfläche auf die gegenüberliegende Seite des Substrates (101) zu verlaufenden Innenflä­ chen (104, 404-a) der Tintenzuführöffnung (102) und den dazu parallel verlaufenden Außenflächen der Kolbenein­ heit (103, 403, 603) ein Spalt (105, 405) gebildet ist und die Eindringtiefe der Kolbeneinheit (103, 403, 603) in die Tintenzuführöffnung (102) so groß ist, daß die Kolbeneinheit (103, 403, 603) im verlagerten Zustand beim Beulen noch in die Tintenzuführöffnung (102) hineinragt, und wobei die beim Beulen durch die Verlagerung der Kol­ beneinheit (103, 403, 603) bewirkte Änderung (118) des freien Volumens in der Tintenzuführöffnung (102) mindestens doppelt so groß wie das Volumen eines auszustoßenden Tintentröpfchens ist.

2. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Substrat (101) aus einkristalli­ nem Silizium besteht und die Innenfläche der Tintenzuführ­ öffnung (102) durch eine (111)-Ebene ausgebildet ist.

3. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolbeneinheit (603) einstückig mit dem Beulkörper (606) ausgebildet ist und auf der der Hauptfläche zugewandten Seite des Beulkörpers (606) einen konvexen Abschnitt desselben bildet.

4. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolbeneinheit (603) auf der von der Hauptfläche abgewandten Seite des Beulkörpers (696) einen konkaven Abschnitt desselben bildet.

5. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Enden des Beulkörpers (106) zugeordneten, sich gegenüberliegenden innenflächen der Tintenzuführöffnung (102) in Richtung der von der Hauptfläche abgewandten Seite des Substrats (101) gesehen konvergieren, wobei die den Innenflächen zugeordne­ ten Außenflächen der Kolbeneinheit (103) gleichermaßen konvergieren und der Spalt zwischen den Innenflächen und den Außenflächen in Richtung der von der Hauptfläche abgewandten Seite des Substrates (101) gesehen eine konstante Weite aufweist.

6. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Weite des Spaltes zwischen den Innenflächen der Tintenzuführöffnung (102) und den Außenflä­ chen der Kolbeneinheit (103, 603) wenigstens 0,05 µm und nicht mehr als Spin beträgt.

7. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Betrag der Verlagerung der Kolbeneinheit (103, 603) beim Beulen wenigstens 5 µm beträgt.

8. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolbeneinheit (103, 603) aus einem Material aus der Gruppe von Ni, Cu, Co, P und S herge­ stellt ist.

9. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Beulkörper (106, 606) aus einem Material der Gruppe von Ni, Cu, Co, P und S hergestellt ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahlkopfes, ge­ kennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Ausbildung eines konkaven Abschnittes (203-a) in einer Hauptfläche eines Substrates (101) zur Bildung einer Tin­ tenzuführöffnung (102),
• - Ausbildung einer verlorenen Schicht (204) auf den Innen­ flächen des konkaven Abschnittes (203-a) und aus dem kon­ kaven Abschnitt (203-a-) heraus übergreifend auf die Haupt­ fläche des Substrates (101),
• - Ausbildung eines Antriebselementes, dessen beide Enden auf der Hauptfläche des Substrates (101) angeordnet sind der­ art, daß eine Kolbeneinheit (103, 603) in dem konkaven Ab­ schnitt (203-a) auf der verlorenen Schicht (204) und ein Beulkörper (106, 606), der infolge einer Kompressionsspan­ nung durch Beulen verformbar ist, gebildet ist, wobei die Dicke der Kolbeneinheit (103, 603) von der Hauptfläche des Substrates (101) bis zur verlorenen Schicht (204) größer ist als die Dicke der verlorenen Schicht (204),
• - Durchstechen des Substrates (101) im Bereich des konkaven Abschnittes (203-a) zur Bildung der durchgängige Tinten­ zufuhröffnung (102) und Entfernen der verlorenen Schicht (204),
• - Anbringen einer Düsenplatte (115) mit einer Anordnung von Düsen (116) parallel zu dem Substrat (101) mit Abstand zu demselben entlang der die Hauptfläche desselben bildenden Seite.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die gegenüberliegenden Enden des Beulkör­ pers (106) zugeordneten, sich gegenüberliegenden Innenflä­ chen der Tintenzuführöffnung (102) so ausgebildet werdend daß sie in Richtung der von der Hauptfläche abgewandten Seite des Substrats (101) gesehen konvergieren, wobei die den Innenflächen zugeordneten Außenflächen der Kolbenein­ heit (103) so ausgebildet werden, daß sie gleichermaßen konvergieren und der Spalt zwischen den Innenflächen und den Außenflächen in Richtung der von der Hauptfläche abgewandten Seite des Substrates (101) gesehen eine konstante Weite aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß als Substrat (191) ein einkristallines Silizium verwendet wird und der konkave Abschnitt (203-a) durch anisotropes Ätzen gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die verlorene Schicht (204) aus einem dünnen Aluminiumfilm hergestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kolbeneinheit (603) und der Beulkörper (606) durch einen Beschichtungsvorgang gleichzeitig hergestellt werden.