DE19836358C2

DE19836358C2 - Tintenstrahldruckkopf mit einem elektrostriktiven Polymerbetätigungsglied und Verfahren zur Herstellung eines Antriebselements für einen derartigen Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE19836358C2
Application number: DE19836358A
Authority: DE
Inventors: Colby Van Vooren; Timothy L Weber; Colin C Davis; Naoto Kawamura
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2018-08-12
Also published as: GB2341141A; DE19836358A1; US6640402B1; GB9909907D0; US6126273A; GB2341141B

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahldruckkopf mit einem elektrostriktiven Polymerbetätigungsglied und ein Verfahren zur Herstellung eines Antriebselements für einen derartigen Tintenstrahldruckkopf.

Tintenstrahldruckmechanismen verwenden Stifte, die Tröpfchen eines Färbemittels auf eine bedruckbare Oberfläche ab schießen, um ein Bild zu erzeugen. Derartige Mechanismen können in einer großen Vielzahl von - Anwendungen verwendet werden, einschließlich Computerdruckern, Plottern, Kopierern und Faxgeräten. Der Bequemlichkeit halber werden die Kon zepte der Erfindung im Zusammenhang mit einem Drucker er läutert. Ein Tintenstrahldrucker umfaßt typischerweise einen Druckkopf mit einer Mehrzahl von unabhängig adressierbaren Abschußvorrichtungen. Jede Abschußvorrichtung umfaßt eine Abschußkammer, die mit einer gemeinsamen Tintenquelle ver bunden ist, eine Tintenantriebvorrichtung und eine Tinten ausstoßdüse. Die Tintenantriebvorrichtung in der Abschuß kammer liefert den Impuls zum Ausstoßen von Tintentröpfchen durch die Düsen.

Die DE 44 29 904 A1 beschreibt einen Tintenstrahldruckkopf und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Druckkopf um faßt eine Vibrationsplatte aus Keramik, eine Mehrzahl von druckerzeugenden Kammern, und Steuerelektroden, die auf einer Oberfläche der Vibrationsplatte ausgebildet sind, so daß sie der druckerzeugenden Kammer gegenüberliegen.

Die US-5,581,861 offenbart einen Tintenstrahldruckkopf mit einer Tintentreibereinheit mit einen piezoelektrischen Dünn filmwandler, die auf einem ersten Substrat gebildet ist, und ein Tintenreservoir, das auf einem zweiten Substrat gebildet ist und einen Hohlraum in dem Substrat einschließt. Der Treiber und das Reservoir sind derart miteinander verbunden, daß der piezoelektrische Wandler in dem Reservoir angeordnet ist, wobei ein Betätigung des Wandlers den Auswurf von Tinte aus dem Reservoir bewirkt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Tintenstrahldruckkopf der eingangs genannten Art zu schaf fen, der bezüglich der verwendbaren Tinten eine erhöhte Flexibilität aufweist, sowie ein Verfahren zu dessen Her stellung anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch einen Druckkopf gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst.

Bei der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin nachfolgend beschrieben wird, besitzt insbesondere ein Tintenausstoßbe tätigungsglied eine Anzahl von Vorteilen. Dasselbe ist mit einer erhöhten Tintenflexibilität herstellbar. Es ist ferner ein vorhersagbareres und wiederholbareres Betätigungsglied, indem thermische Zyklen, die in herkömmlichen Tintenstrahl antriebssystemen verwendet sind, beseitigt sind, was unvor hersagbare Tintennukleierungsabweichungen beseitigt. Ferner ermöglicht das Tintenausstoßbetätigungsglied eine diskrete Steuerung der Tintentropfengröße durch die Steuerung der Spannung aufgrund einer erhöhten Verschiebung oder Ausdeh nung (bis zu 30%) der elektrostriktiven Polymerbetätigungs glieder gegenüber piezoelektrischen Elementen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Tintenstrahl drucker-Druckkassette gemäß einem Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der oberen Oberfläche einer TAB-Druckkopfanordnung (TAB = Tape Automated Bonded = automatisches Filmbonden) (hierin nach folgend "TAB-Kopfanordnung"), die von der Druck kassette von Fig. 1 entfernt ist und den Druckkopf freilegt;

Fig. 3 eine Ansicht A von Fig. 2, die zur Klarheit und für eine bessere Perspektive der Punkte der Quer schnittbildung der Fig. 6A, 6B und 7 vergrößert ist;

Fig. 4A und 4B Darstellungen der Basisstruktur eines Aus führungsbeispiels der Erfindung in einem nicht-be tätigten (4A) und einem betätigten (4B) Zustand;

Fig. 5A und 5B Darstellungen der Basisstruktur des bevor zugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einem nicht-betätigten (5A) und einem betätigten (5B) Zustand;

Fig. 6A und 6B Seitenaufrisse im Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3, die die Beziehung der elek trostriktiven Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung bezüglich der geschichteten Komponenten auf einem Substrat auf einer TAB-Kopfanordnung darstellen;

Fig. 7 einen Seitenaufriß im Querschnitt entlang der Li nie B-B in Fig. 3, der die Beziehung der elektro striktiven Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung und der Tintenzuführung in die Vorrichtung bezüglich der geschichteten Komponenten auf einem Substrat auf einer TAB-Kopfanordnung zeigt; und

Fig. 8 eine Darstellung eines Prozeßflusses zum Herstel len der elektrostriktiven Polymer-Tintenantrieb- Vorrichtung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Bezugnehmend auf Fig. 1 zeigt das Bezugszeichen 101 allge mein eine Tintenstrahldrucker-Druckkassette, die einen Druckkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Die Tintenstrahldrucker-Druckkassette 101 umfaßt ein Tintenreservoir 105, das die Tinte vor dem Ausstoß enthält, und eine Druckkopfanordnung 103, wobei die Druckkopfanordnung 103 unter Verwendung von automatischen Film-Bond-Techniken (TAB-Techniken) gebildet ist. Die Druck kopfanordnung 103 (hierin nachfolgend die "TAB-Kopfanordnung 103") umfaßt Tintenausstoßdüsen 107, die auf einem Substrat 201 gebildet sind. Bei einem alternativen Ausführungsbei spiel der Erfindung (nicht gezeigt) sind die Tintenausstoß düsen 107 beispielsweise mittels Laserablation in einer flexiblen Schaltung 111 gebildet.

Eine rückseitige Oberfläche der flexiblen Schaltung 111 um faßt leitfähige Spuren (nicht gezeigt), die auf derselben beispielsweise unter Verwendung eines photolithographischen Ätzens und/oder eines Plattierungsprozesses gebildet sind. Druckerkontaktanschlußflächen 109, die entworfen sind, um eine Verbindung zu einem Drucker herzustellen, schließen die leitfähigen Spuren an einem Ende ab. Die entgegengesetzten Enden sind über TAB-Bondbalken (bond beams) 113 auf dem Sub strat 201, das Tintenausstoßvorrichtungen (Fig. 2) enthält, abgeschlossen. Die Tintenstrahldrucker-Druckkassette 101 ist entworfen, um in einen Drucker eingebaut zu werden, so daß die Kontaktanschlußflächen 109 auf der vorderen Oberfläche der flexiblen Schaltung 111 Druckerelektroden kontaktieren, die extern erzeugte Anregungssignale zu der TAB-Kopfanord nung 103 liefern, um das Abschießen der gewünschten Tinten ausstoßvorrichtung zu befehlen.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der oberen Oberflä che einer TAB-Kopfanordnung 103, die von der Tintenstrahl drucker-Druckkassette 101 von Fig. 1 entfernt und ausgerich tet ist. An der TAB-Kopfanordnung 103 ist über TAB-Bondbal ken 113 durch ein TAB-Bondfenster 203, das durch die flexi ble Schaltung 111 geöffnet ist, das Halbleitersubstrat 201 befestigt, das eine Mehrzahl von einzeln anregbaren Tinten antriebvorrichtungen aufweist. Jede Tintenantriebvorrichtung ist fluidmäßig mit einer einzelnen Tintenausstoßdüse 107 verbunden und stößt ein Tintentröpfchen aus, wenn dieselbe durch einen oder mehrere Pulse oder Befehle, die an eine oder mehrere Kontaktflächen 109 angelegt werden, selektiv angeregt wird. Die Tinte wird von dem Tintenreservoir 105 (Fig. 1) zugeführt. Ein alternatives Ausführungsbeispiel wird betrachtet, bei dem die Tinte von einem entfernten Tin tenreservoir, das durch ein Rohr mit der Tintenstrahl drucker-Druckkassette 101 verbunden ist, zugeführt wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die einzeln anreg baren Tintenantriebvorrichtungen elektrostriktive Polymerbe tätigungsglieder, die auf dem Siliziumsubstrat 201 vorlie gen.

Fig. 3 ist eine detaillierte Ansicht A von Fig. 2, die zu Zwecken der Klarheit und für eine bessere Perspektive der Querschnittbildungspunkte A-A und B-B, die detailliert in den Fig. 6A, 6B und 7 dargestellt sind, vergrößert ist. Fig. 3 liefert eine detaillierte Draufsicht des Substrats 201 und der ersten vier Abschußkammern 301, die den ersten vier Tin tenausstoßdüsen 107 zugeordnet sind. Jede Abschußkammer 301 enthält eine elektrostriktive Polymer-Tintenantrieb-Vorrich tung 309, eine zugeordnete erste nachgebende Elektrode 303 und eine zugeordnete zweite nachgebende Elektrode 305. Diese Elektroden überlappen, um die gezeigte, kreisförmige, elek trostriktive Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung 309 zu erzeu gen. Obwohl diese Vorrichtung in einer kreisförmigen Form dargestellt ist, sollte es offensichtlich sein, daß die Vor richtungen andere Formen aufweisen können, beispielsweise oval oder rechteckig, abhängig von den Eigenschaften des verwendeten Materials und des gewünschten Ansprechens der Tinte. Zwischen der ersten nachgebenden Elektrode 303 und der zweiten nachgebenden Elektrode 305 ist eine elektro striktive Polymermembran 405 angeordnet.

Die obere Oberfläche von Fig. 3 ist eine Öffnungsschicht 320. Die Öffnungsschicht 320 weist die Tintenausstoßdüsen 107 auf, die in derselben definiert sind, und ist die Ober seite, oder die Decke, der Abschußkammer 301. Tintenzufuhr kanäle 307 erstrecken sich durch das Substrat 201, jedoch nicht durch die Öffnungsschicht 320. Der Tintenzufuhrkanal 307 ist als eine Tintenversorgungsleitung zwischen dem Tin tenreservoir 105 und der Abschußkammer 301 wirksam, um Tinte zu der elektrostriktiven Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung 309 zu liefern. Ist die Öffnungsschicht 320 oberhalb des Substrats 201 angeordnet, besitzt jede Tintenausstoßdüse 107 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Tintenkammer eingang 313 und einen Tintenkammerausgang 311, der in der Öffnungsschicht 320 definiert ist, die auf eine Art und Wei se ausgerichtet sind, die ähnlich der ist, die in Fig. 3 ge zeigt ist. Weitere Ausführungsbeispiele, bei denen die elek trostriktive Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung 309 nicht in direkter Ausrichtung mit der Tintenausstoßdüse 107 ist, je doch fluidmäßig gekoppelt ist, wodurch ein Ausstoß von Tinte das Ergebnis einer plötzlichen Abnahme des Volumens der Ab schußkammer 301 ist, sind offensichtlich möglich.

Die Fig. 4A und 4B sind Darstellungen der Basisstruktur ei nes Ausführungsbeispiels der Erfindung in einem leistungs freien (Fig. 4A) und einem mit Leistung versorgten (Fig. 4B) Zustand. Die erste nachgebende Elektrode 303 und die zweite nachgebende Elektrode 305 sind in dem Bereich, in dem die selben überlappen, als ein paralleler Plattenkondensator wirksam. In dem überlappenden Bereich ist zwischen denselben eine elektrostriktive Polymermembran 405 angeordnet. Dieser überlappende Bereich bildet die elektrostriktive Polymer- Tintenantrieb-Vorrichtung 309. Wenn eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten nachgebenden Elektrode 303 und der zwei ten nachgebenden Elektrode 305 angelegt wird, wird die elek trostriktive Polymermembran 405 dickenmäßig zusammenge quetscht und längen- und breitenmäßig gedehnt. Aufgrund der sonst inkompressiblen Natur von elektrostriktiven Polymer materialien wird sich die elektrostriktive Polymermembran 405 bei einem Versuch, das Gesamtvolumen zu bewahren, ent lang eines nicht-beschränkten Weges ausdehnen. Dies ist durch die Polymermembranausbuchtungen 407 in Fig. 4B ge zeigt.

In den Fig. 5A und 5B ist eine Passivierungsbeschränkung 503 hinzugefügt, um eine Ausdehnung der elektrostriktiven Poly mermembran 405 in einer horizontalen Richtung auf eine Betä tigung hin zu beschränken. Fig. 5B zeigt das Zusammenquet schen und Dehnen der elektrostriktiven Polymermembran 405, wenn eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten nachgeben den Elektrode 303 und der zweiten nachgebenden Elektrode 305 angelegt wird. Statt sich horizontal auszudehnen, wie in Fig. 4B gezeigt ist, werden durch die flexiblen Eigenschaf ten der ersten nachgebenden Elektrode 303 und der zweiten nachgebenden Elektrode 305 zusammen mit der horizontalen Be schränkung, die durch die Passivierungsbeschränkung 503 ge liefert wird, die Schichten dazu gezwungen, sich in einer Domform zu krümmen, wie in Fig. 5B dargestellt ist. Die Wir kung, die durch ein Abwechseln zwischen dem mit Leistung versorgten Zustand in Fig. 5A und dem leistungsfreien Zu stand von Fig. 5B erzeugt wird, bewirkt die Betätigungsbewe gung der elektrostriktiven Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung 309 von Fig. 3.

Die Querschnittansicht einer Abschußkammer 301 entlang der Linie A-A von Fig. 3 ist in Fig. 6A gezeigt. Diese Ansicht zeigt die relativen Positionen des Substrats 201, der Passi vierungsschicht 501 und der Passivierungsbeschränkung 503, der ersten nachgebenden Elektrode 303, der elektrostriktiven Polymermembran 405, der zweiten nachgebenden Elektrode 305 und der Öffnungsschicht 320. Der gemeinsame Schichtbereich der ersten nachgebenden Elektrode 303, der elektrostriktiven Polymermembran 405 und der zweiten nachgebenden Elektrode 305, definiert die elektrostriktive Polymer-Tintenantrieb- Vorrichtung 309. Fig. 6A ist eine Darstellung der elektro striktiven Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung 309 in einem nicht-betätigten Zustand, wobei die Abschußkammer 301 mit Tinte in Ruhe in der Tintenausstoßdüse 107 gefüllt ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrostriktive Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung 309 etwas gekrümmt, um die elektrostriktive Polymer-Tintenantrieb-Vor richtung 309 vorzuwölben oder vorzuspannen, um einen Ausstoß des Tintentröpfchens in der Richtung der Tintenausstoßdüse 107 sicherzustellen. Im unbetätigten Zustand bleibt die Tin te aufgrund der Oberflächenspannung an der Tintenausstoßdüse 107 und dem Gegendruck in dem Tintenzuführungssystem des Tintenreservoirs 105 in der Abschußkammer 301. Fig. 6B zeigt die elektrostriktive Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung 309 in einem betätigten Zustand, wobei die Tinte, die in der Ab schußkammer 301 gehalten ist, durch die Volumenverdrängung in der Abschußkammer 301 aus der Tintenausstoßdüse 107 ge trieben wird. Diese Verdrängung wird durch die Betätigungs bewegung der elektrostriktiven Polymer-Tintenantrieb-Vor richtung 309, die sich zu der Tintenausstoßdüse 107 hin krümmt, erzeugt, wodurch ein Tintentröpfchen 617 erzeugt und auf das Medium geschossen wird.

Die Querschnittansicht der Abschußkammer 301 entlang der Li nie B-B von Fig. 3 ist in Fig. 7 gezeigt. Tintenkanäle 307 sind auf beiden Seiten der elektrostriktiven Polymer-Tinten antrieb-Vorrichtung 309 durch das Substrat 201 gebildet. Der Tintenkammereingang 313 weist eine Größe auf, die ausreicht, um beide Tintenkanäle 307 und die elektrostriktive Polymer- Tintenantrieb-Vorrichtung 309 zu umfassen. Tinte wird von dem Tintenreservoir 105 zu der elektrostriktiven Polymer- Tintenantrieb-Vorrichtung 309 zugeführt. Die Tinte fließt durch die Tintenzufuhrkanäle 307 in die Tintenabschußkammer 301 und schließlich in die Tintenausstoßdüse 107, um auf den Ausstoß durch die elektrostriktive Polymer-Tintenantrieb- Vorrichtung 309 zu warten. Weitere Ausführungsbeispiele die ses Systems sind vorstellbar, bei denen das Öffnungsloch 107 und die demselben zugeordnete Tintendüse 607 in einer Sei tenwand der Abschußkammer 301, und nicht in der oberen Wand, oder der Decke, der Abschußkammer 301 angeordnet sind.

Die Fig. 8A bis 8H zeigen die Schritte, um eine elektro striktive Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung 309 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufzubauen. Die Herstellung eines elektrostriktiven Polymer-Tintenbetä tigungsglieds für einen Tintenstrahldrucker-Stift kann mit einem Maßstab durchgeführt werden, der klein genug ist, um Düsenarrays mit kleinem Abstand unter Verwendung gegenwärti ger Photolithographie-Strukturierungstechniken zu erzeugen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung wird ein elektrostriktives Polymer-Tintenbetäti gungsglied unter Verwendung von Dünnfilm-Abscheidungs- und -Strukturierungs-Techniken hergestellt. Fig. 8A zeigt den anfänglichen Schritt des Aufschleuderns einer ersten Schicht einer eine Passivierung bildenden Passivierungsschicht 501 auf ein Substrat 201. Die Passivierungsschicht wird dann durch die Anwendung eines photo-chemisch reaktiven Resists, das Maskieren der gewünschten Form, eine Belichtung mit elektromagnetischer Strahlung und das abschließende Ätzen in der Form des Durchmessers der elektrostriktiven Polymer-Tin tenantrieb-Vorrichtung 309 strukturiert, wie in Fig. 8B ge zeigt ist.

Als nächstes ist in Fig. 8C gezeigt, wie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Opfer-Photoresisthügel 803 in dem Bereich der entfernten Passivierung, der in Fig. 8B gezeigt ist, gebildet wird. Der Photoresisthügel 803 wird durch das Aufschleudern des Photoresistmaterials, das Struk turieren des Materials in die gewünschte Form und das nach folgende Erwärmen des Photoresistmaterials, so daß dasselbe in die leicht "domförmige" Gestalt zurückfließt, gebildet. Diese Form ist Grundform der elektrostriktiven Polymer-Tin tenantrieb-Vorrichtung 309. Durch das Bilden des Photore sisthügels 803 in einer Domform wirkt, wenn die elektro striktive Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung 309 aktiviert wird, die domförmige Gestalt als eine Vorspannung, oder Vor wölbung, die dabei hilft, daß die Krümmung und Verdrängung (siehe Fig. 6A und 6B) in die Richtung der Tintenausstoßdüse 107 stattfindet, um das Tintentröpfchen 617 auf das außer halb angeordnete Medium auszustoßen. Weitere Vorspannungs verfahren wurden betrachtet, beispielsweise eine Vorbela stung der Schichten der elektrostriktiven Polymer-Tintenan trieb-Vorrichtung 309, das Induzieren unterschiedlicher fluidischer Drucke auf jeder Seite der Vorrichtung 309, das Induzieren unterschiedlicher horizontaler Kompressionskräfte in jeder nachgebenden Elektrode 303, 305 oder das Struk turieren der Oberfläche des Substrats 201 vor dem Aufbringen der ersten Schicht. Jede dieser Alternativen veranlaßt die elektrostriktive Polymer-Tintenantrieb-Vorrichtung 309, sich in der Richtung des geringsten Widerstands, im Gegensatz zu einer willkürlichen Richtung, zu krümmen.

In Fig. 8D ist eine elektrisch leitfähige erste nachgebende Elektrode 303 auf die Oberseite und konform auf den Photore sisthügel 803 geschleudert. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die erste nachgebende Elektrode 303 in einen Streifen struk turiert, der in einer Form, die die Hälfte der äußeren Form, die durch die elektrostriktive Polymer-Tintenantrieb-Vor richtung 309 definiert ist, festlegt, endet. Bei dem bevor zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist diese Form halbkreisförmig. Das geformte Ende der ersten nachgebenden Elektrode 303 ist benachbart zu der Passivierungsschicht 501. Fig. 8E zeigt eine elektrostriktive Polymermembran 405, die direkt über dem Photoresisthügel 803 gebildet ist, wobei die erste nachgebende Elektrode 303 zwischen der elektro striktiven Polymermembran 405 und dem Photoresisthügel 803 angeordnet ist. Die elektrostriktive Polymermembran 405 weist näherungsweise die gleiche Form und Größe wie der Pho toresisthügel 803 auf.

In Fig. 8F ist eine Passivierungsbeschränkungsschicht 503 auf eine ähnliche Art und Weise wie die, die für die Passi vierungsschicht 501 verwendet ist, aufgebracht und struktu riert, um als eine mechanische Beschränkung für die elektro striktive Polymermembran 405 zu wirken, um zu veranlassen, daß sich dieselbe krümmt und sich nicht horizontal ausbuch tet, wenn sie deformiert wird. In Fig. 8G ist eine zweite nachgebende Elektrode 305 auf die elektrostriktive Polymer membran 405 geschichtet und in der gleichen Form wie die er ste nachgebende Elektrode 303 abgeschlossen, wobei dieselbe die elektrostriktive Polymermembran 405 bedeckt, sich jedoch in einer Richtung, die entgegengesetzt zu der der ersten nachgebenden Elektrode 303 ist, nach außen erstreckt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Die überlappenden Schichten der ersten nachgebenden Elektrode 303 und der zweiten nachgebenden Elektrode 305, wobei die elektrostriktive Polymermembran 405 zwischen den zwei nachgebenden Elektroden 303, 305 angeord net ist, bilden die elektrostriktive Polymer-Tintenantrieb- Vorrichtung 309.

In Fig. 8H ist der Photoresisthügel 803 durch Aushöhlung, beispielsweise mittels Laserablation, durch das Substrat 201 und den Photoresisthügel 803 beseitigt, was die Schichten der ersten nachgebenden Elektrode 303, der elektrostriktiven Polymermembran 405 und der zweiten nachgebenden Elektrode 303 freiläßt, um sich auf eine Betätigung hin zu bewegen.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die elektrostriktive Polymermembran 405, die erste nachge bende Elektrode 303 und die zweite nachgebende Elektrode 305 auf ein Siliziumsubstrat 201 aufgeschleudert und unter Ver wendung einer herkömmlichen Maskierungs- und Ätz-Technologie strukturiert. Diese Elektroden sind näherungsweise 0,25 µm dick und näherungsweise 40 µm breit. Die Passivierungs schicht 501 und die Passivierungsbeschränkung 503 sind bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel Siliziumnitrid und näherungsweise 0,5 µm dick. Die erste nachgebende Elektrode 303 und die zweite nachgebende Elektrode 305 sind bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus ultradünnem Gold (100 bis 200 Å = 10 bis 20 nm) aufgebaut; jedoch können andere Materialien, beispielsweise Kohlenstoffasern und leitfähiger Gummi zur Verwendung kommen. Die ideale Elektrode wäre per fekt nachgebend und strukturierbar und könnte relativ zu der Dicke der elektrostriktiven Polymermembran 405 dünn gemacht werden.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die elektro striktive Polymermembran 405 aus einem Silikongummi, der nä herungsweise 1 µm dick ist und einen Durchmesser von 40 µm besitzt, mit einem Young-Modul von 0,7 Mpa und einer dielek trischen Konstante von 10. Annehmbare Variationen des Sili kongummis für die elektrostriktive Polymermembran 405 umfas sen eine Dicke von 0,25 bis 2,1 µm, einen Durchmesser von 10 bis 70 µm, einen Young-Modul von 0,2 bis 2,0 Mpa und eine dielektrische Konstante von 1 bis 14.

Die Technologie der vorliegenden Erfindung ist vergleichbar mit piezoelektrischen Wandlern für die Verwendung bei dem Tintentropfenantrieb. Ein Spannungspotential wird an den Wandler angelegt, was eine mechanische Deformation zur Folge hat. Im Prinzip liefert die vorliegende Erfindung ähnliche Vorteile wie die piezoelektrische Technologie gegenüber dem thermischen Tintenstrahldrucken, beispielsweise keine ther mischen Zyklen, eine Steuerung hinsichtlich der Tropfengröße (eine größere Spannung = eine größere Ablenkung), eine höhe re Tintenunabhängigkeit und ein wiederholbareres Verhalten. Jedoch liefert die offenbarte Erfindung einen Vorteil gegen über einem piezoelektrischen Wandler dahingehend, daß die elektrostriktiven Polymermaterialien eine dreißigprozentige Ausdehnung liefern können, im Gegensatz zu den piezoelektri schen Ausdehnungen von < 1%.

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf (103) zum Ausstoßen von Tintentröpf chen auf einen Aufzeichnungsträger, bestehend aus einem Substrat (201), einem Ausstoßöffnungen aufweisenden Öff nungselement (320), und einem an dem Substrat (201) angeord neten elektrostriktiven Antriebselement (309), welches An triebselement (309) aufweist,

1. eine auf dem Substrat (201) angeordnete Passivierungs schicht (501),
2. eine flexible erste Elektrode (303), die zumindest auf ei nem ersten Abschnitt (810) der Passivierungsschicht (501) angeordnet ist,
3. ein elektrostriktives Betätigungselement, das auf einem ersten Bereich (820) der ersten Elektrode (303) angeordnet ist,
4. eine Passivierungsbeschränkung (503), die auf einem zwei ten Abschnitt (812) der Passivierungsschicht (501) ange ordnet ist derart, daß sie unter Vermeidung einer Überdec kung des elektrostriktiven Betätigungselementes auf dem ersten Bereich (820) der ersten Elektrode (303) dieses un ter angrenzender Berührung umgibt,
5. eine flexible zweite Elektrode (305), die auf der Passi vierungsbeschränkung (503) und dem elektrostriktiven Betä tigungselement angeordnet ist,

wobei das Antriebselement (309) zu einer vorgegebenen Bewe gungsrichtung ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet,

1. daß das Antriebselement (309) als elektrostriktives Betä tigungselement eine Polymermembran (405) enthält und zwi schen dem Substrat (201) und dem Öffnungselement (320) an geordnet ist,
2. daß die Passivierungsbeschränkung (503) außer auf dem zweiten Abschnitt (812) der Passivierungsschicht (501) auch auf einem an den ersten Bereich (820) der ersten Elektrode (303) angrenzenden zweiten Bereich (822) der er sten Elektrode (303) angeordnet ist,
3. daß die zweite Elektrode (305) nur denjenigen Teil der Passivierungsbeschränkung (503) bedeckt, der auf dem zwei ten Abschnitt (812) der Passivierungsschicht (501) ange ordnet ist und auf demjenigen Teil der Passivierungsbe schränkung (503) fehlt, der auf dem zweiten Bereich (822) der ersten Elektrode (303) angeordnet ist.

2. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnungselement (320) eine Mehrzahl von Düsen (107) aufweist.

3. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (201) eine Ausnehmung aufweist, die von der ersten Elektrode (303) überbrückt ist.

4. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (309) zu der dem Öffnungsele ment (320) zugewandten Seite hin vorgewölbt ist.

5. Tintenstrahldrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (303) und die zweite Elektrode (305) vorgespannt sind, wodurch bei einer Betätigung des Antriebselementes (309) eine richtungsmäßig definierte Krümmung des Antriebselementes (309) bewirkt wird.

6. Tintenstrahldrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Passivierungsbeschrän kung (503) eine starre Anstoßfläche an die elektrostriktive Polymermembran (405) aufweist.

7. Tintenstrahldrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (303) und die zweite Elektrode (305) ein Material aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus ultradünnem Gold, Kohlen stoffasern und leitfähigem Gummi besteht.

8. verfahren zum Herstellen eines Antriebselementes (309) für einen Tintenstrahldruckkopf (103) nach den Ansprüchen 1 bis 7, mit folgenden Schritten.

a) Anordnen der Passivierungsschicht (501) auf dem Substrat (201) unter Bildung des ersten Abschnittes (810) und des zweiten Abschnittes (812) der Passivierungs schicht (501), welche Abschnitte (810, 812) durch einen Zwischenbereich getrennt sind,
b) Anordnen der flexiblen ersten Elektrode (303) mit einem ersten Bereich (820) über dem Zwischenbereich und mit ei nem zweiten Bereich (822) auf dem ersten Abschnitt (810) der Passivierungsschicht (501),
c) Anordnen der elektrostriktiven Polymerschicht (405) auf dem ersten Bereich (820) der ersten Elektrode (303),
d) Anordnen der Passivierungsbeschränkung (503) auf dem zweiten Abschnitt (812) der Passivierungsschicht (501) und auf dem zweiten Bereich (822) der ersten Elek trode (303) derart, daß die Passivierungsbeschrän kung (503) die elektrostriktive Polymermembran (405) un ter Vermeidung einer Überdeckung derselben unter angren zender Berührung umgibt,
e) Anordnen der flexiblen zweiten Elektrode (305) auf der dem zweiten Abschnitt (812) der Passivierungs schicht (501) zugeordneten Passivierungsbeschrän kung (503) und auf der elektrostriktiven Polymermem bran (405).

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei

1. vor dem Anordnen der flexiblen ersten Elektrode (303) (Merkmal b)) ein Photoresisthügel (803) auf dem Substrat (201) in dem Zwischenbereich zwischen dem ersten Abschnitt (810) und dem zweiten Abschnitt (812) der Passi vierungsschicht (501) gebildet wird, dessen von dem Substrat (201) abgewandte Oberfläche konvex gewölbt ist,
2. nach dem Anordnen der flexiblen zweiten Elektrode (305) eine Ausnehmung durch das Substrat (201) unter Beseitigung des Photoresisthügels (803) bis auf die erste Elek trode (303) gebildet wird.