DE19813470A1

DE19813470A1 - Gelenkige Entspannung einer Öffnungsmembran

Info

Publication number: DE19813470A1
Application number: DE19813470A
Authority: DE
Inventors: David J Waller; Timothy L Weber; Kenneth E Trueba; Hai Q Tran
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: GB2327064B; US5988786A; GB2327064A; GB9813921D0; DE19813470B4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Druckkassette für einen Tintenstrahldrucker und insbesondere auf eine gelenkige Öffnungsmembran für einen Druckkopf einer Tintenstrahldruckerkassette, die die Flugbahn und Plazierung von Tintentropfen durch Vorsehen einer reduzierten Deformie rung der Öffnungen verbessert.

Das Tintenstrahldrucken wird allgemein durch Ausstoßen von Tintentröpfchen aus winzigen Öffnungen durchgeführt, so daß dieselben auf einem Aufzeichnungsmedium, wie z. B. Papier, landen. Die am weitesten verbreiteten Technologien, die ver wendet werden, um Tinte auszustoßen, sind ein thermischer Prozeß, bei dem Tinte verdampft wird, um den Tintentröpfchen einen Impuls zu geben, und ein piezoelektrischer Prozeß, bei dem eine elektromechanische Kraft das Tintentröpfchen aus stößt. Obwohl die vorliegende Erfindung auf mindestens diese zwei Technologien anwendbar ist, wird das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel unter Verwendung des thermischen Tintenstrahl prozesses erklärt.

Eine typische Tintenstrahlkassette ist in Fig. 1 gezeigt, bei der das Kassettenkörperbauglied 101 einen Tintenvorrat unterbringt und die Tinte zu dem Druckkopf 103 über Tinten kanäle leitet. An der äußeren Oberfläche des Druckkopfs sind eine Mehrzahl von Öffnungen 105 sichtbar, durch die Tinte selektiv auf Befehl des Druckers (nicht gezeigt) ausgestoßen wird, dessen Befehle zu dem Druckkopf durch elektrische Ver bindungen 107 kommuniziert werden. Bei einer Implementation der Tintenstrahldruckkassette werden der Druckkopf 103, die Öffnungen 105 und die elektrischen Verbindungen 107 unter Verwendung einer Technologie realisiert, die allgemein als automatisches Filmbonden (TAB; TAB = Tape Automated Bonding) bekannt ist. Ein flexibler Polymerfilm 109, der aus Kapton (eingetragene Marke), das kommerziell von der 3M Corporation erhältlich ist, oder einem ähnlichen Material gebildet sein kann, das photoablatiert oder chemisch geätzt werden kann, um die Öffnungen 105 und andere wünschenswerte Charakte ristika zu bilden, wird derart gebildet, so daß derselbe die Mehrzahl von Öffnungen aufweist, die sich durch den Film erstrecken. Weiterhin werden Kupfer oder andere leitende Spuren auf einer Seite des Films derart aufgebracht oder erzeugt, daß elektrische Verbindungen von dem Drucker zu einem Halbleitersubstrat hergestellt werden können. Das Halbleitersubstrat umfaßt Dünnfilmwiderstände zum Verdampfen der Tinte, und dasselbe kann ferner Transistoren zum Multi plexieren der elektrischen Signale von dem Drucker zu den Heizerwiderständen enthalten. Das Halbleitersubstrat ist typischerweise an dem Film durch eine photodefinierbare Haftbarriereschicht befestigt, die durch einen Prozeß von Wärme und Druck befestigt ist. Anschließend wird der Film 109 typischerweise um Kanten der Druckkassette gebogen und mit einem Klebstoff an dem Körper befestigt, um eine freie Arbeitsoberfläche für den Druckkopf zu schaffen und um eine Verbindung mit dem Drucker für die elektrischen Kontakte 107 zu ermöglichen.

Eine Nahansicht einer herkömmlichen Öffnungs- und Abfeu er-Kammer ist in Fig. 2 dargestellt. Der Film 109 ist derart angeordnet, daß die Öffnung 105, die sich von der inneren Oberfläche des Films zu der äußeren Oberfläche erstreckt, im wesentlichen über einem Heizerwiderstand 201 in einer Tin tenausstoßkammer oder einer Tintenabfeuerkammer 203 zen triert ist. Die Tintenabfeuerkammer ist ferner durch eine photodefinierbare Haft- oder -Barriere-Schicht 205 defi niert, die an einem Halbleitersubstrat 207 angebracht ist. Der Film 109 ist an der anderen Oberfläche 208 der Bar riereschicht (deren Oberfläche im allgemeinen parallel zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats ist) befestigt, wo durch eine Tintenausstoßvorrichtung des Tintenstrahldruck kopfs gebildet wird. Tinte, die durch 209 dargestellt ist, tritt in die Abfeuerkammer 203 über eine Öffnung oder eine Kante in dem Substrat 207 und von dort über die Oberfläche des Substrats in die Abfeuerkammer 203 ein. Anschließend zu dem Verdampfungsprozeß, der die Tinte in einem thermischen Tintenstrahldruckkopf ausstößt, wird die Kammer als Ersatz für die ausgestoßene Tinte neu gefüllt.

Ein Querschnitt des Druckkopfs und des Kassettenkörpers ist in Fig. 3 dargestellt. Es ist sichtbar, daß Heizerwider stände 201 und 301 auf gegenüberliegenden Seiten der Ober fläche des Substrats 207 angeordnet werden können. Herkömm licherweise sind die Heizerwiderstände und die zugeordneten Öffnungen auf eine gestaffelte Art und Weise (obwohl die Heizerwiderstände ferner kollinear angeordnet werden können) in zwei im wesentlichen parallele Reihen an dem Druckkopf angeordnet. Tintentröpfchen 303 werden selektiv auf Befehl des Druckers und durch das darauf ansprechende elektrische Heizen der Heizerwiderstände ausgestoßen. Der Film 109, der die Mehrzahl von einzelnen Öffnungen umfaßt und daher hierin als eine Öffnungsmembran bezeichnet wird, wird haftend an einer Oberfläche des Körperbauglieds 101 durch einen Kleb stoff 305 auf eine Art und Weise befestigt, die die obere Oberfläche (wie in Fig. 3 dargestellt) der Barriereschicht 205 parallel zu und entweder erhöht über oder koplanar mit einer Oberfläche 306 des Körperbauglieds 101 plaziert. Die ser Klebstoff bildet ferner eine Abdichtung um das Substrat, so daß Tinte, die sich in dem Tintenkanal 307 befindet, nicht in der Umgebung der Verbindungsstelle des Öffnungs membranfilms 109 und des Körperbauglieds 101 ausläuft. Ein Beispiel eines Druckkopfs, der einen Nutzen aus der vor liegenden Erfindung ziehen kann, ist ferner in dem US-Patent Nr. 5,291,226 beschrieben, das der Bevollmächtigten der vor liegenden Erfindung übertragen ist.

Es wurde beobachtet, daß Tintentropfen, die aus Druckköpfen, wie dieselben, die Filmöffnungsmembrane verwenden, ausge stoßen werden, Flugbahnfehlern ausgesetzt sein können. Das US-Patent Nr. 5,467,115, das der Bevollmächtigten der vor liegenden Erfindung übertragen ist, hat eine Lösung des Problems derartiger Flugbahnfehler vorgeschlagen. Die Öff nungsmembran ist dort an der Barriereschicht an der Ober fläche des Halbleitersubstrats unter Verwendung von Wärme und Druck befestigt. Die Öffnungsmembran erstreckt sich über die äußeren Kanten des Barrierenschichtsubstrats (wie in Fig. 3 hierin dargestellt) hinaus, überbrückt den Raum zwi schen dem Substrat und dem Kassettenkörperbauglied und ist an dem Körperbauglied befestigt. Während des Wärme- und Druck-Schritts, der verwendet wird, um die Öffnungsmembran an der Barriereschicht zu befestigen, biegt sich die Öff nungsmembran unerwünscht über die äußeren Kanten der Barrie reschicht, was bewirkt, daß die Öffnungen unsteuerbar defor miert oder geneigt werden, was folglich zu einer ungenauen Flugbahn der Tintentröpfchen und zu einer weniger als op timalen Druckqualität führt. Als eine Lösung wurde vorge schlagen, daß die Öffnungen vor dem Befestigen der Öffnungs membran an der Substratbarriereschicht vorgeneigt werden, oder daß die Barriereschicht mit Gräben versehen wird, um eine kompensierende Deformation der Öffnungsmembran vorzu sehen.

Bei manchen Fällen sind die angebotenen Lösungen unzurei chend und es ist eine weitere Korrektur notwendig, ins besondere bei diesen Fällen, bei denen die Oberfläche der Barriereschicht des Halbleitersubstrats über die Anbrin gungsoberfläche des Körperbauglieds erhöht wird, und das Öffnungsbauglied dann an dem Körperbauglied befestigt wird. Da die Oberfläche des Körperbauglieds nicht koplanar mit der Oberfläche der Barriereschicht auf dem Substrat ist, wird die Öffnungsmembran aus der Planarität gekippt, wodurch der Bereich nahe den Öffnungen unter Spannung gesetzt wird, und die Öffnungen als Resultat geneigt werden. Ferner wird eine schräge Öffnungsmembran den für einen Tintenfluß zu der Tintenabfeuerkammer verfügbaren Bereich reduzieren, wodurch die Geschwindigkeit reduziert wird, mit der sich die Abfeu erkammer mit Tinte neu füllen wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Tintenstrahldrucker mit einer verbesserten Tropfenplazie rungsgenauigkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Tintenstrahldrucker mit einer verbesserten Tropfenplazierungsgenauigkeit gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer mit Löchern versehe nen Membran für einen Druckkopf eines Tintenstrahldruckers gemäß Anspruch 8 gelöst.

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Tintenstrahldrucker kassette mit einer verbesserten Tropfenplazierungsgenauig keit. Eine Tintenausstoßvorrichtung ist auf einer ersten Oberfläche eines Substrats angeordnet, und dieselbe bildet eine zweite Oberfläche, die im wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche des Substrats ist. Ein Körperbauglied der Tintenstrahldruckerkassette weist eine dritte Oberfläche auf, die von der ersten Oberfläche des Substrats beabstandet ist, und die um einen Abstand und im wesentlichen parallel zu der Tintenausstoßvorrichtung beabstandet ist. Das Körper bauglied sieht ferner einen Tintenkanal zu der Tintenaus stoßvorrichtung in der beabstandeten Entfernung vor. Eine Öffnungsmembran ist zwischen der dritten Oberfläche des Kör perbauglieds und der zweiten Oberfläche der Tintenausstoß vorrichtung angeordnet und an denselben befestigt. Die Öff nung erstreckt sich durch die Öffnungsmembran von einer er sten Seite zu einer zweiten Seite der Öffnungsmembran. Die Öffnungsmembran umfaßt ferner ein längliches Gelenk in der ersten Seite der Öffnungsmembran. Das Gelenk ist parallel zu einer Kante, die die erste Oberfläche des Substrats beendet, angeordnet, und dasselbe erweitert die erste Oberfläche des Substrats und die dritte Oberfläche des Körperbauglieds. Folglich kann der Abstand zwischen der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche des Körperbauglieds mit einer reduzierten Verdrehung der Öffnung überbrückt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine dreidimensionale Skizze einer herkömmlichen Tintenstrahldruckkassette;

Fig. 2 eine Nahschnittansicht einer Abfeuerkammer eines Tintenstrahldruckkopfs;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Tintenstrahldruckkopfs und einer Druckkassette;

Fig. 4A eine Schnittansicht eines Druckkopfs, die eine Durchbiegung der Öffnungsmembran und die resultie rende Verdrehung der Öffnung zeigt;

Fig. 4B einen Querschnitt eines Druckkopfs, ähnlich zu

Fig. 4A, der einen Vertiefungswinkel und den NCA in einem Druckkopf darstellt, der zwei Reihen von Heizerwiderständen und Abfeuerkammern auf zwei Kanten des Substrats verwendet;

Fig. 5 ein Diagramm, das den Tropfenplazierungsfehler in der Bewegungsachse auf einem bedruckten Medium zeigt;

Fig. 6A einen Querschnitt eines Druckkopfs, der die vor liegende Erfindung verwenden kann;

Fig. 6B einen Querschnitt eines alternativen Ausführungs beispiels eines Druckkopfs, der die vorliegende Erfindung verwenden kann;

Fig. 7 eine Draufsicht der Öffnungsmembranoberfläche ge sehen von der inneren (d. h. Abfeuerkammer-) Rich tung;

Fig. 8 einen Querschnitt der Öffnungsmembran, der ein Ge lenk darstellt, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und

Fig. 9 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Öffnungs membran, wobei in Draufsicht die Öffnungsmembran oberfläche gesehen von der inneren (d. h. Abfeu erkammer-)Richtung gezeigt ist.

Bezugnehmend nun auf Fig. 4A wird, wenn die flexible Film öffnungsmembran 109 an der Barriereschicht 205 des Halblei tersubstrats 207 befestigt wird, dieselbe oftmals in dem Bereich deformiert, bei dem es kein unterliegendes Tragen durch die Barriereschicht gibt, und dies ist insbesondere an der Kante 401 des Substrats 207 schwierig, wo die Tinte auf die Oberfläche 402 (die durch die Kante 401 definiert ist) des Substrats und in die Abfeuerkammer eintritt. Um weiter das Deformationsproblem zu verschärfen, bewirkt die Erhöhung der oberen Oberfläche der Barriereschicht 205 über die Ober fläche des Körperbauglieds 101, daß die Öffnungsmembran 109 sich weiter in einer Richtung hin zu der Oberfläche des Sub strats 207 biegt. Der resultierende Effekt sowohl des Pro zesses der Haftung der Öffnungsmembran 109 an der Barriere schicht 205 als auch des Überbrückens von nicht-planaren Oberflächen durch die Öffnungsmembran ist eine Öffnung, die eine Neigung der Bohrungsachse der Öffnung 105 um einen Win kel Θ aufweist. Bei einer nach oben schießenden thermischen Tintenstrahldruckkassette wird Θ relativ zu einer Linie senkrecht zu der Oberfläche des Substrats 207 gemessen. Da die Öffnungen üblicherweise im wesentlichen in parallelen Reihen plaziert sind, die nahe gegenüberliegenden Kanten der Oberseite des Substrats positioniert sind, tendiert der Winkel der Abweichung von der Senkrechte dazu, sich hin zu der Kante des Substrats zu neigen. Dies führt dazu, daß sich die Öffnungsbohrungen an einer Kante des Substrats in eine Richtung und die Öffnungsbohrungen an der gegenüberliegenden Kante des Substrats in die entgegengesetzte Richtung, wie in Fig. 4B gezeigt, neigen. (Obwohl Fig. 4B das bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Druckkopfs darstellt, bei dem die Tinte zu den Abfeuerkammern über die Kante des Halbleiters zugeführt wird, die die obere Oberfläche des Halbleiters definiert, muß die Erfindung nicht derart beschränkt werden. Ein ähnliches Problem des Öffnungsmembranvertiefens über Tintenfüllschlitzen, die durch die Mitte oder woanders in dem Halbleitersubstrat geschnitten sind, ist erkannt und wird ähnliche Verbesserungen durch die vorliegende Erfindung realisieren.)

Sowohl in Fig. 4A als auch in Fig. 4B ist die Oberfläche der Barriereschicht 205 nicht planar und höher als die Oberflä che des Körperbauglieds 101. Die Öffnungsmembran wird ab wärts hin zu der Kante des Halbleitersubstrats 207 gebogen. Wenn die Oberfläche des Körperbauglieds 101 höher wäre als die Oberfläche der Barriereschicht 205, würde die Biegung der Öffnungsmembran natürlich umgekehrt sein. Auf den Winkel Θ wird typischerweise als Vertiefungswinkel Bezug genommen, und die Gesamtdifferenz (Θ₀-Θ_e) ist als Düsenkrümmungswin kel (NCA; NCA = Nozzle Camber Angle) bekannt. Die Tinten tröpfchen, die von einer Öffnung ausgestoßen werden, die ei ne Bohrungsachse aufweist, die mit einem Vertiefungswinkel von ungleich null verdreht ist, werden weg von der normalen Flugbahn abgelenkt, und dieselben landen auf dem Aufzeich nungsmedium bei einer Position, die nicht wünschenswert ist und durch Menschen als eine Reduktion der Druckqualität wahrgenommen wird. Die Abweichung von der gewünschten Posi tion des Druckens (eine Messung der Druckqualität) wird durch eine Messung quantifiziert, die als mittlere Bewe gungsachsenplazierungsgenauigkeit (SAD; SAD = Scan-Axis Placement Accuracy) bekannt ist. Es liegt eine positive Beziehung zwischen dem Vertiefungswinkel und der SAD vor, so daß eine Verbesserung des Vertiefungswinkels eine Verbes serung der SAD anzeigt.

Eine weitere bedeutende Messung für das objektive Bestimmen der Druckqualität und des Tropfenflugbahnfehlers besteht in der Gleichmäßigkeit der Tropfenplazierung. Die Gleichmäßig keit der Tropfenplazierung wird als die Standardabweichung der Tropfenplazierung um die mittlere SAD quantifiziert. Be zugnehmend nun auf Fig. 5 ist ein Beispiel der Tropfenpla zierungsgenauigkeit als eine vergrößerte Ansicht des ge druckten Mediums dargestellt, die die gedruckten Tropfen zeigt, die von jeder der zwei Reihen von Öffnungen ausge stoßen wurden. Zur Zweckmäßigkeit werden dieselben mit un gerade und gerade bezeichnet. Typischerweise sind die zwei Reihen von Öffnungen in einer Achse senkrecht zu der Rich tung ausgerichtet, in der eine Tintenstrahldruckkassette hin und her quer zu einem Medium gefahren wird, um eine Text- oder Bild-Zeile (die Bewegungsachse) zu drucken. Die zwei Reihen sind ferner parallel zu der Richtung, in der das Medium vorgeschoben wird, um für die nächste Druckzeile zur Verfügung zu stehen. Bei einer idealen Situation werden, wenn dies so durch den Drucker befohlen wird, die Tinten tropfen, die aus den Öffnungen, die sich in der gleichen Reihe befinden und kolinear sind, ausgestoßen werden, auf dem Medium in einer vertikalen Zeile landen (senkrecht zu der Bewegungsachse). Es sei ferner bemerkt, daß bei vielen Implementationen die Tintenausstoßöffnungen in jeder Reihe in einer gestaffelten Konfiguration plaziert sind, wobei jede benachbarte Öffnung einen kleinen Betrag in der Rich tung der Bewegungsachse versetzt ist. Der Druckerprozeß ver zögert die Zeit der Tintenausstoßung für ausgewählte be nachbarte Öffnungen, derart, daß der Tintentropfen auf der gleichen Zeile wie der unmittelbar vorher ausgestoßene Trop fen plaziert wird. In jedem Fall ist eine derartige verti kale Zeile durch die gestrichelten Linien von Fig. 5 ver anschaulicht, die keinen Flugbahnfehler in der Bewegungs achse zeigen. Der gedruckte Tropfen 501 veranschaulicht bei spielsweise ein gedrucktes Tröpfchen mit keinem Bewegungs achsenflugbahnfehler. Folglich führt ein Vertiefungswinkel von Null für jede Öffnung in einer Reihe zu einer mittleren SAD-Verschiebung von Null mit einer SAD-Standardabweichung von Null. Wenn die Öffnungen einen gleichbleibenden von Null verschiedenen Vertiefungswinkel aufweisen, würden die Trop fen, die auf dem bedruckten Medium aufgezeichnet werden, ei ne positive oder negative gleichbleibende Verschiebung von der gestrichelten Linie (eine mittlere von Null verschiedene SAD, jedoch eine Standardabweichung von Null von der mitt leren SAD), wie es durch die Punkte 503, 504, 505 veran schaulicht ist, aufweisen. Ein derartiger gleichmäßiger Fehler kann durch Druckersteuerungsstrategien kompensiert werden. Ungünstigerweise können zufällige Bewegungsachsen flugbahnfehler (d. h. eine mittlere von Null verschiedene SAD mit einer Standardabweichung von ungleich Null von der mittleren SAD), wie durch die Öffnungsdruckvorgänge der ungeraden Reihen von Fig. 5 veranschaulicht, nicht ökono misch kompensiert werden.

Eine Restspannung in der Öffnungsmembran durch die Befesti gung an der Halbleitersubstratbarriereschicht und an dem Körperbauglied bewirkt eine Durchbiegung der Öffnungsmembran entlang der Länge des Substrats. Eine weitere Spannung wird durch die Tinte, die bei einem kleinen negativen Druck ge halten wird, um ein Auslaufen zu verhindern, in der Öff nungsmembran erzeugt. Diese Spannungen breiten sich in die Umgebung der Öffnungen aus, wo dieselben die einzelnen Öffnungsaustrittsebenen verdrehen, wie es im vorhergehenden als Vertiefung beschrieben wurde. Zusätzlich zum Bewirken der Tropfenplazierungsfehler, wie im vorhergehenden be schrieben, bewirken diese Restspannungen in der Öffnungs membran regelmäßig eine vorzeitige Delamination der Öff nungsbauglieds/Barriereschicht-Schnittstelle. Außerdem ist die Frequenz, mit der jeder einzelne Widerstand erregt und Tinte von der zugeordneten Öffnung ausgestoßen werden kann, durch unter anderem die Rate begrenzt, mit der Tinte in die Tintenabfeuerkammer fließen wird, um die ausgestoßene Tinte zu ersetzen.

Das Problem kann am besten aus der Darstellung in Fig. 4A verstanden werden, bei der es bewirkt wird, daß sich die Öffnungsmembran 109 aus der Planarität biegt, um den Zwi schenraum zwischen der Oberfläche der Barriereschicht 205 und der Oberfläche des Körperbauglieds 101 zu überbrücken. Die Betriebsfrequenz des Druckkopfs wird ungünstig durch die gebogene Öffnungsmembran beeinflußt, sowie eine vom Substrat aus schräg abfallende Öffnungsmembran den Querschnittsbe reich reduziert, durch den Tinte über die Kante des Sub strats zu der Tintenabfeuerkammer fließen kann, die durch die Barriereschicht gebildet wird. Dieser geklemmte Bereich des Tintenflusses wird durch die Bezugsziffer 403 identi fiziert. Das Abklemmen des Tintenflusses auf diese Art und Weise über die Kante des Substrats erhöht die Zeit, die er forderlich ist, um die Abfeuerkammer neu zu füllen und redu ziert die Betriebsgeschwindigkeit.

Um die (mechanische) Spannung auf der Öffnungsmembran zu reduzieren, den Vertiefungswinkel zu reduzieren und einen Tintenfüllkanal mit gleichbleibendem Bereich beizubehalten, wird ein Gelenk 601, das in Fig. 6A gezeigt ist, in die innere Oberfläche der Öffnungsmembran eingeführt. Dieses Gelenk ermöglicht es, daß die Spannung und die Beanspruchung auf einen Punkt weg von den Öffnungen konzentriert werden, d. h. bei Regionen, die durch Enden der Gelenke begrenzt sind. Die Reduktion der Spannung an den Öffnungen führt zu einem verbesserten Senkrechtsein und einer verbesserten Gleichmäßigkeit der Öffnungsbohrungsachse bezüglich des Halbleitersubstrats und des Abfeuerwiderstands. Ein alterna tives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 6B gezeigt ist, wird verwendet, um die Spannung zu re duzieren, die erzeugt wird, wenn die Barriereschichtober fläche 208 derart hergestellt wird, so daß dieselbe unter halb der Oberfläche 306 des Körperbauglieds 101 liegt. Bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel wird das Gelenk 601 in die äußere Oberfläche der Öffnungsmembran von der Barrie reschicht 205 eingeführt, während ein Reduzieren des Werts und der Variation des Vertiefungswinkels der Öffnung er reicht wird.

Fig. 7 ist eine Draufsicht der Öffnungsmembranoberfläche ge sehen von der inneren (d. h. Abfeuerkammer-)Richtung, die die Gelenke 601 darstellt. Diese Gelenke 601 sind in einer Richtung parallel zu der Kante des Substrats und parallel zu der Längsachse der Öffnungsmembran ausgerichtet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Gelenke 601 entlang der gesamten Länge der Öffnungsreihen und parallel zu jeder Reihe angeordnet. Um weiter die Spannung und die Beanspru chung an dem Ende der Öffnungsreihen zu reduzieren, verwen det ein Ausführungsbeispiel der Erfindung Gelenkserweiterun gen 701 und 703 an den Öffnungsreihenenden.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Gelenk 601 in der Form von Sägezahnschnitten auf der Innenseite der Öffnungsmembran realisiert, wie dieselben, die in dem Quer schnitt der Öffnung gezeigt sind, bei dem die Mittellinie der Sägezahnschnitte in einem Abstand (d) von der Mittel linienbohrungsachse der am weitesten entfernten Öffnung der nächsten Reihe von Öffnungen beabstandet ist. Der Abstand d wird berechnet, um die Mittellinie der Sägezahnschnitte über die Kante 401 des Substrats 207 hinaus zu plazieren, während es ermöglicht wird, daß mindestens ein Sägezahnschnitt über der Substratkante 401 angeordnet ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist d gleich etwa 100 µm. Die Sägezahn schnitte sind laserablatierte Rillen, die in einem 2-Milli zoll (0,05 mm) Kapton-Film (Kapton ist eine eingetragene Marke) angeordnet sind, die unter Verwendung von 250 Pulsen (keine Rasterung) eines Tamarack-520-Excimer-Lasers bei 248 nm Wellenlänge und 450 mJ Energie erzeugt wurden. Mehrere Kombinationen einer Rillenbreite (W), einer Rillentiefe (D), einer Rillenbeabstandung (S) und einer Anzahl von Rillen (N) wurden erzeugt und getestet, um die optimalen Gelenkparame ter zu bestimmen, wenn dieselben bei einer HP-51645A-Tinten strahldruckkassette verwendet werden, die kommerziell durch die Hewlett-Packard Company erhältlich ist, wobei das bevor zugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Rillenbreite W gleich 10 µm, eine Rillentiefe D gleich zwi schen 15 und 45 µm und vorzugsweise gleich 30 µm, eine Ril lenbeabstandung S gleich 40 µm und eine Anzahl von Rillen N gleich 4 verwendet. Die Verwendung der gelenkigen Öffnungs membran hat bei diesem Ausführungsbeispiel ungefähr eine 2 : 1-Verbesserung des Vertiefungswinkels und etwa eine 20%ige Verbesserung der SAD ergeben.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 9 gezeigt, wird ein Schlitz vollständig durch die Öffnungsmem bran entlang der Länge des Substrats und bei einem Abstand d gleich etwa 250 µm von der Mittellinienbohrungsachse der am weitesten entfernten Öffnung in der benachbarten Reihe von Öffnungen ablatiert, wodurch der Schlitz über die Substrat kante 401 hinaus plaziert wird. Die Breite des Schlitzes bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist 100 µm. Obwohl die ser Schlitz durch einen Excimer-Laser erzeugt werden kann, verwendet der Ablationsprozeß bei dem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel einen CO₂-Laser mit 20 W bei einer Wellenlänge von 10,6 µm. Obwohl der Schlitz unverschlossen gelassen wer den kann, was zu einer Deformation führt, die an den Kanten des Schlitzes auftritt, wird bevorzugt, daß ein umgebungs aushärtbarer Klebstoff den Schlitz abdichtet, und als ein Drehgelenk zwischen dem Teil der Öffnungsmembran, der an der Substratbarriereschicht befestigt ist, und dem Teil der Öffnungsmembran, der an dem Körperbauglied befestigt ist, wirkt. Diese Anordnung führt dazu, daß die Spannung und die Beanspruchung an dem Drehgelenk und nicht an den Öffnungen konzentriert sind.

Bei dem typischen Betrieb einer Tintenstrahlkassette, die die vorliegende Erfindung verwendet, sind die Öffnungen der art ausgerichtet, daß die Öffnungen relativ zu der Schwer kraft nach unten zeigen. Bei dieser Konfiguration tendieren Partikel, Koagulanz und anderes unerwünschtes Sediment in der Tinte dazu, sich an dem untersten Punkt in der Tinten strahlkassette zu konzentrieren. Es ist ein Merkmal der vor liegenden Erfindung, daß das Gelenk in der Öffnungsmembran kleine Partikel und Sediment in der Tinte fängt, bevor die Tinte die Abfeuerkammer erreicht. Dieses zusätzliche Filtern verbessert die Zuverlässigkeit des Druckkopfs durch Elimi nieren von kleineren Partikeln, die sonst in der Abfeuerkam mer oder der Öffnung stecken bleiben könnten und ein Aus treiben der Tinte verhindern könnten.

Folglich reduziert eine Tintenstrahldruckkassette, die ein Gelenk in der Öffnungsmembran verwendet, die Spannung in dem Bereich nahe der Öffnungen. Eine derartige Spannungsreduk tion ermöglicht es, daß die Bohrungsachse der Öffnungen gleichmäßiger senkrecht zu der Ebene des Halbleitersubstrats und des Abfeuerwiderstands ist. Es wurde gezeigt, daß diese Verbesserung des Vertiefungswinkels zu einer verbesserten Bewegungsachsenverschiebungsgenauigkeit und einer besseren Druckqualität führt.

Claims

1. Tintenstrahldruckerkassette mit einer verbesserten Tropfenplazierungsgenauigkeit, die eine mit Löchern versehene Membran (109) für einen Druckkopf (103) der Tintenstrahldruckerkassette aufweist, wobei der Druck kopf mindestens eine Tintenausstoßkammer aufweist, die durch ein Substrat (207), eine Barriereschicht (205), die auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, und durch die mit Löchern versehene Membran, die minde stens auf einer Oberfläche der Barriereschicht ange ordnet ist, gebildet ist, wobei die Tinte in die minde stens eine Tintenausstoßkammer von einem Tintenkanal eingeführt wird, der durch einen Zwischenraum in der Barriereschicht und zwischen der Oberfläche des Sub strats und einem Abschnitt der mit Löchern versehenen Membran gebildet ist, wobei die mit Löchern versehene Membran folgende Merkmale aufweist:
eine Mehrzahl von Öffnungen, die im wesentlichen in einer Reihe angeordnet sind, wobei sich die Öffnungen von einer ersten Seite der mit Löchern versehenen Mem bran, die in Kontakt mit der Barriereschicht angeordnet ist, zu einer zweiten Seite der mit Löchern versehenen Membran erstrecken, wobei eine (105) der Mehrzahl von Öffnungen der mindestens einen Tintenausstoßkammer zugeordnet ist; und
ein längliches Gelenk (601), das auf der ersten Seite der mit Löchern versehenen Membran parallel zu der Reihe der Mehrzahl von Öffnungen und auf dem Abschnitt der ersten Seite der mit Löchern versehenen Membran angeordnet ist, der den Tintenkanal, der die Tinte in die mindestens eine Tintenausstoßkammer einführt, bil det.

2. Tintenstrahldruckerkassette gemäß Anspruch 1 mit ferner folgenden Merkmalen:
einer Tintenausstoßvorrichtung (201), die auf der Sub stratoberfläche angeordnet ist, zum Ausstoßen eines Tintentropfens aus einer Öffnung (203), die der Tinten ausstoßvorrichtung zugeordnet ist, wobei die Tintenaus stoßvorrichtung ferner eine zweite Oberfläche im we sentlichen parallel zu der Substratoberfläche bildet; und
einem Körperbauglied (101) mit einer dritten Oberflä che, die von der Substratoberfläche beabstandet ist, und die durch eine Entfernung und im wesentlichen par allel zu der zweiten Oberfläche der Tintenausstoßvor richtung beabstandet ist, wobei das Körperbauglied ei nen Tintenkanal (307) zu der Tintenausstoßvorrichtung in der beabstandeten Entfernung vorsieht.

3. Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das längliche Gelenk ferner eine Mehrzahl von Sägezahn schnitten aufweist, die in der ersten Seite angeordnet sind.

4. Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 3, bei dem die Säge zahnschnitte vier Rillen aufweisen, die in der ersten Seite angeordnet, zwischen 15 und 45 µm tief, 10 µm breit und durch einen Abstand von 40 µm beabstandet sind.

5. Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das längliche Gelenk in der ersten Seite ferner einen Schlitz aufweist, der 100 µm breit ist und sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite der Öffnungsmembran erstreckt.

6. Tintenstrahldrucker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die erste Seite an der Barriereschicht befe stigt ist.

7. Tintenstrahldrucker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die zweite Seite an der Barriereschicht befe stigt ist.

8. Verfahren zum Herstellen einer mit Löchern versehenen Membran (109) für einen Druckkopf (103) eines Tinten strahldruckers, wobei der Druckkopf mindestens eine Tintenausstoßkammer aufweist, die durch ein Substrat (207), eine Barriereschicht (205), die auf einer Ober fläche des Substrats angeordnet ist, und durch die mit Löchern versehene Membran, die mindestens auf einer Oberfläche der Barriereschicht angeordnet ist, gebildet ist, wobei Tinte in die mindestens eine Tintenausstoß kammer von einem Tintenkanal eingeführt wird, der durch einen Zwischenraum in der Barriereschicht und zwischen der Oberfläche des Substrats und einem Abschnitt der mit Löchern versehenen Membran gebildet ist, mit fol genden Schritten:
Aufbringen einer Mehrzahl von Öffnungen im wesentlichen in einer Reihe in der mit Löchern versehenen Membran, wobei sich die Öffnungen zwischen einer ersten Seite der mit Löchern versehenen Membran, die auf der Ober fläche der Barriereschicht angeordnet ist, zu einer zweiten Seite der mit Löchern versehenen Membran er strecken, wobei eine (105) der Mehrzahl von Öffnungen der mindestens einen Tintenausstoßkammer zugeordnet ist; und
Erzeugen eines länglichen Gelenks (601), das auf der ersten Seite der mit Löchern versehenen Membran paral lel zu der Reihe der Mehrzahl von Öffnungen und auf dem Abschnitt der ersten Seite der mit Löchern versehenen Membran angeordnet ist, der den Tintenkanal, der Tinte in die mindestens eine Tintenausstoßkammer einführt, bildet.

9. Verfahren gemäß dem Verfahren von Anspruch 8, bei dem der Schritt des Erzeugens eines länglichen Gelenks ferner den Schritt des Ablatierens eines sägezahnge schnittenen Gelenks mit vier Rillen, die zwischen 15 und 45 µm tief, 10 µm breit und durch einen Abstand von 40 µm beabstandet sind, in der ersten Seite der mit Löchern versehenen Membran aufweist.

10. Verfahren gemäß dem Verfahren von Anspruch 8, bei dem der Schritt des Erzeugens eines länglichen Gelenks fer ner den Schritt des Einführens eines Schlitzes in die mit Löchern versehene Membran aufweist.