DE69402495T2

DE69402495T2 - Tintenausstossgerät mit einem mehrschichtigen Schutzfilm für die Elektroden

Info

Publication number: DE69402495T2
Application number: DE69402495T
Authority: DE
Inventors: Yumiko Ohashi
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1997-09-11
Anticipated expiration: 2014-10-01
Also published as: JP3120638B2; EP0646464B1; EP0646464A3; DE69402495D1; US5677717A; JPH07101057A; EP0646464A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tintenausstoßvorrichtung mit einem mehrschichtigen Schutzfilm für Elektroden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Tintenausstoßvorrichtung.
Eine Tintenausstoßvorrichtung des Types des Tropfens auf Verlangen, die ein piezoelektrischen Keramikelement benutzt, ist in der Technik vorgeschlagen worden. Bei dieser Tintenausstoßvorrichtung ist eine Rille auf dem piezoelektrischen Keramikelement gebildet. Das Volumen der Rille ändert sich, wenn sich das piezoelektrischen Keramikmaterial deformiert. Ein Tintentröpfchen wird aus einer Düse ausgestoßen, wenn das Volumen der Rille abnimmt, und Tinte wird von einem Tinteneinführweg eingeführt, wenn das Volumen der Rille zunimmt. Eine Mehrzahl von Düsen ist benachbart zueinander ausgerichtet, und die Tintentröpfchen werden selektiv aus den Düsen entsprechend von Druckdaten ausgestoßen. Gewünschte Zeichen und Bilder können daher auf der Oberfläche eines Blattes gebildet werden, das den Düsen gegenüberliegt.
Beispiele dieser Art von Tintenausstoßvorrichtung sind in den japanischen Patenanmeldungen Kokai SHO-63-247 051, SHO-63-252 750 und HEI-2-150 355 beschrieben. Figuren 1 bis 4 sind schematische Schaubilder von Beispielen.
Eine detaillierte Beschreibung des Aufbaues einer Tintenausstoßvorrichtung wird vorgesehen, während auf Figur 1 Bezug genommen wird. Figur 1 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Tintenausstoßvorrichtung zeigt. Eine Mehrzahl von Rillen 12 ist auf einem piezoelektrischen Keramikeleinent 1 parallel zueinander gebildet. Das piezoelektrische Keramikelement 1 ist in einer Richtung polarisiert, die durch einen Pfeil 4 gezeigt ist. Eine Abdeckplatte 2, die aus einem Keramikmaterial oder einem Harzmaterial gemacht ist, ist mit der offenen Oberfläche des piezoelektrischen Keramikelementes 1 mit zum Beispiel einem Epoxidklebstoff 3 verbunden. Eine Mehrzahl von Tintenkanälen ist somit durch die Abdeckplatte 2 und die Rillen 12 abgegrenzt. Die Rillen 12 sind wiederum durch Seitenwände und eine Bodenwand des piezoelektrischen Keramikelementes 1 abgegrenzt. Die Tintenkanäle weisen einen rechteckigen Querschnitt und einen länglichen Aufbau auf. Seitenwände 11 erstrecken sich entlang der gesamten Länge der Tintenkanäle. Metallelektroden 13 zum Anlegen einer Treiberspannung an jeden Tintenkanal sind an dem oberen Abschnitt einer jeden der beiden Seitenwände angebracht. Eine Schutzschicht 20 ist über der Elektrode 13 gebildet. Tinte füllte das Innere von allen Tintenkanälen aus.
Als nächstes wird der Betrieb der herkömmlichen Tintenausstoßvorrichtung unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben. Figur 2 ist ein Querschnittsschaubild der herkömmlichen Tintenausstoßvorrichtung. Bei der dargestellten Tintenausstoßvorrichtung wird, wenn eine Rille 12b zum Beispiel durch die Druckdaten identifiziert wird, eine positive Treiberspannung an die Metallelektroden 13e und 13f angelegt, und die Metallelektroden 13d und 13g werden auf Masse gelegt. Dieses bewirkt, daß sich ein elektrisches Feld in der Seitenwand 11b in der Richtung ausbildet, die durch einen Pfeil 14b bezeichnet ist, und daß sich auch ein elektrisches Feld in der Seitenwand 11c in der Richtung ausbildet, die durch einen Pfeil 14c bezeichnet ist. Da die elektrischen Feldrichtung 14b und 14c senkrecht zu der Polarisationsrichtung 4 des piezoelektrischen Keramikelementes sind, deformieren sich die Seitenwände 11b und 11c zu den Inneren der Rille 12b aufgrund des piezoelektrischen Schermoduseffektes. Als Resultat dieser Deformation nimmt das Volumen der Rille 12b ab, und der Druck in der Tinte steigt an. Eine Druckwelle wird erzeugt, die ein Tintentröpfchen aus der zugehörigen Düse 32 ausstößt (siehe Figur 3), die in Verbindung mit der Rille 12b steht. Das Anlegen der Treiberspannung nimmt allmählich ab, so daß der Tintendruck in der Rille 12b allmählich abnimmt, da die Seitenwände 11b und 11c zu ihren Zuständen vor der Deformation zurückkehren. Tinte wird daher von einer Tintenlieferöffnung 120 (siehe Figur 3) zu dem Inneren der Rille 12b über das Verteilerrohr 22 (siehe Figur 3) geliefert.
Obwohl bei der obigen Beschreibung die Treiberspannungen so angelegt werden, daß die Lieferung von Tinte in die Rille nach dem Ausstoßen des Tintentröpfchens stattfindet, kann das Anlegen der Treiberspannung an die entsprechenden Metallelektroden umgekehrt werden, so daß die Lieferung von Tinte in die Rille dem Ausstoßen des Tintentröpfchens vorangeht. Genauer gesagt, eine positive Treiberspannung wird an die Metallelektroden 13d und 13g angelegt und die Metallelektroden 13e und 13f werden auf Masse gelegt. Dieses bewirkt, daß sich ein elektrisches Feld in der Seitenwand 11b in der Richtung entgegengesetzt zu der durch den Pfeil 14b angezeigten Richtung entwickelt und daß sich ebenfalls ein elektrisches Feld in der Seitenwand 11c in der Richtung entgegengesetzt zu der durch den Pfeil 14c angezeigten Richtung entwickelt. Somit werden die Seitenwände 11b und 11c zum Erhöhen des Volumens der Rille 12b und zum Verringern des Druckes der Tinte nach außen deformiert. Als Resultat wird Tinte anfänglich von der Tintenlieferöffnung 21 zu dem Inneren der Rille 12b über das Verteilerrohr 22 geliefert. Das Anlegen der Treiberspannung hört abrupt auf, so daß die Tintenseitenwände 11b und 11c abrupt zu ihren Zuständen vor der Deformation zurückkehren können, so daß sich der Tintendruck in der Rille 12b abrupt erhöht, und ein Tintentröpfchen wird aus der zugehörigen Düse 32 ausgestoßen.
Als nächstes wird der Aufbau und das Verfahren des Herstellens einer Tintenausstoßvorrichtung unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben. Figur 3 ist ein perspektivisches Schaubild, das eine Tintenausstoßvorrichtung zeigt. Rillen 12 sind in das piezoelektrische Keramikelement 1 durch zum Beispiel eine dünne scheibenförmige Diamantplatte geschnitten. Die Rillen 12 sind parallel zueinander geschnitten. Die Rillen 12 zu gleichen Tiefe bis zu nahe der Endoberfläche 15 des piezoelektrischen Keramikelementes 1 geschnitten, wo die Rillen 12 allmählich flacher mit zunehmender Nähe zu der Endoberfläche 15 geschnitten sind. Der Abschnitt einer jeden Rille 12 am nächsten zu der Endoberfläche 15 ist in einen flachen Rillenabschnitt 16 geschnitten. Die Flachen Rillenabschnitte 16 sind ebenfalls parallel zueinander geschnitten. Die Metallelektroden 13 sind auf den inneren oberen Oberflächen der Rillen 12 auf den Seitenwänden durch gut bekannte Techniken wie Sputtern gebildet. Die Metalleitern 13 sind ebenfalls auf dem Boden einer jeden Rille 12 an dem flachen Rillenabschnitt 16 gebildet. Ein Schutzfilm 20 ist auf der inneren Oberfläche der Rillen zum Abdecken der Metallelektroden 13 gebildet, in dem eine nasse oder trockene Filmbildungstechnik benutzt wird. Die Abdeckplatte 2 ist aus einem Keramikmaterial oder einem Harzmaterial gebildet. Eine Tintenlieferöffnung 21 und ein Verteilerrohr 22 sind in die Abdeckplatte 2 geschliffen oder geschnitten. Die Oberfläche des piezoelektrischen Keramikelementes 1 mit den darin gebildeten Rillen wird unter Benutzung von zum Beispiel einem Epoxidklebstoff an die Oberfläche der Abdeckplatte 2 mit dem darin gebildeten Verteilerrohr angeklebt. Düsen 32 sind in einer Düsenplatte 31 an Positionen davon gebildet, die den Positionen der Rillen 12 entsprechen. Als nächstes wird die Düsenplatte 31 an das Ende der Abdeckplatte 2 und das piezoelektrische Keramikelement 1 geklebt. Ein Substrat 41 ist mit Leiterschichtmustern 42 an Positionen versehen, die den Rillen 12 entsprechen. Das Substrat 41 wird unter Benutzung von zum Beispiel einem Epoxidklebstoff an der Oberfläche der piezoelektrischen Keramikelementes 1 gegenüber der Oberfläche, in der die Rillen 12 gebildet sind, angeklebt. Leitungsdrähte 43 werden durch Drahtkontaktierung zwischen den Leiterschichtmustern 42 und entsprechenden Metallelektroden 13 vorgesehen, die an dem Boden einer jeden Rille 12 an dem flachen Rillenabschnitt 16 einer jeden Rille 12 gebildet sind.
Als nächstes wird der Aufbau des Steuerabschnittes der Tintenausstoßvorrichtung unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben. Figur 4 ist ein Blockschaltbild, das den Steuerabschnitt zeigt. Jedes auf dem Substrat 41 gebildetes Leiterschichtinuster 42 ist mit einem LSI-Chip 51 verbunden. Eine Taktleitung 52, eine Datenleitung 53, eine Spannungsleitung 54 und eine Masseleitung 55 sind ebenfalls mit dem LSI-Chip 51 verbunden. Ein Taktpuls wird kontinuierlich zu dem LSI-Chip 51 von der Taktleitung 52 geliefert. Der LSI-Chip 51 bestimmt die Düse, aus der ein Tintentröpfchen auszustoßen ist, auf der Grundlage von Daten, die an der Datenleitung 53 erscheinen, und von Taktpulsen, die durch die Taktleitung 52 geliefert werden. Der LSI-Chip 51 legt eine Spannung V an die Spannungsleitung 54 zu der relevanten Leitungsschicht an, die mit der Metallelektrode 13 der anzutreibenden Rille 12 verbunden ist. Ebenfalls wird eine Spannung 0V auf der Masseleitung 55 an die leitenden Schichten 42 angelegt, die mit den Metallelektroden 13 verbunden sind, die nicht in der Rille 12 gebildet sind.
Bei einer Tintenausstoßvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau ist die Schutzschicht 20 zum Sicherstellen vorgesehen, daß die Elektroden 13 elektrisch isoliert sind, und zum Schützen der Elektrode selbst vor Korrosion.
Die Schutzschichten 20 sind aus nicht reagierenden passiven Zustandsmaterialien gebildet, wie abwechselnde Schichten aus Siliziumnitrid (SiNx) und Silziumoxynitrid (SiON), oder aus Schichten, die aus organischen Materialien wie Polymid, Epoxid, Phenol und ähnlichem gebildet sind.
Die Oberfläche der piezoelektrischen Keramikelemente weist Unregelmäßigkeiten auf, die sich in Unregelmäßigkeiten in der darauf gebildeten Metallelektrode übersetzen. Die Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche der Metallelektrode bilden Schatten während der Schichtbildung so, daß die Schutzschicht nicht in den beschatteten Gebieten gebildet werden kann. Daher kann die Schutzschicht nicht vollständig die Elektrode schützen. Während des Treibens der Tintenausstoßvorrichtung wird eine Spannung an die Elektrode angelegt. Der Strom, der durch die Elektrode bei dem Anlegen der Spannung fließt, korrodiert offenliegende Gebiete der Elektrode.
Die Korrosion kann bis zu dem Punkt voranschreiten, daß das Ausstoßen unmöglich wird. Wassergehalt in der Tinte kann weiter den Korrosionsvorgang beschleunigen. Obwohl eine nur aus einem organischen Material gebildete Schutzschicht effektiv alle Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche der Elektrode bedecken kann, absorbieren organische Schichten Wasser aus der Luft und halten die Feuchtigkeit als Mikrowasser in der Schicht. Die Feuchtigkeit in der organischen Schicht kann die Elektrode kontaktieren und Korrosion bewirken. Weiterhin ist die dielektrische Stärke einer organischen Schicht um zwei Größenordnungen schwächer als die von einer anorganischen Schicht. Wenn zusätzlich die Tintenausstoßvorrichtung während einer langen Zeitdauer benutzt wird, werden organische Schichten leicht beschädigt, was durch externe Stimulierungen verursacht wird, die darauf einwirken, und durch Verschlechterungen, die durch altern verursacht werden. Am schlimmsten können Kurzschlüsse zwischen Kanälen auftreten, so daß das Ausstoßen unmöglich wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu überwinden und eine Tintenausstoßvorrichtung vorzusehen, die ein stabiles und hochqualitatives Drukken durch die vollständig geschützte Elektrode ausführen kann.
Damit diese Aufgaben gelöst werden, ist bei der vorliegenden Erfindung ein Mehrschichtschutzfilm, der aus drei oder mehr Schichten gebildet ist, zum Schützen der Elektrode vorgesehen. Die erste und die letzte Schicht des Mehrschichtschutzfilmes sind aus organischen Schutzfilmen gebildet. Mindestens eine zwischengelegte Schicht ist aus einem anorganischen Schutzfilm gebildet.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die erste Schicht ein organischer Schutzfilm, der Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Keramikelementes und der Elektrode bedeckt. Ein anorganischer Schutzfilm ist angrenzend direkt oder indirekt auf der resultierenden glatten Oberfläche gebildet, wodurch die Effektivität die Isolierung und des Schützens der Elektrode gegen Feuchtigkeit erhöht wird. Bilden eines weiteren organischen Filmes als letzte Schicht absorbiert Spannung, die zwischen dem organischen und anorganischen Film des unterliegenden zusammengesetzten Filmes erzeugt wird.
Die besonderen Merkmale und Vorteile der Erfindung als auch andere Aufgaben werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnung genommen wird, in denen:
Figur 1 ein Querschnittsschaubild ist, das einen herkömmlichen Aufbau einer Tintenausstoßvorrichtung zeigt;
Figur 2 ein Querschnittsschaubild ist, das einen herkömmlichen Aufbau einer Tintenausstoßvorrichtung zeigt, zum Beschreiben eines Betriebes der Vorrichtung;
Figur 3 ein perspektivisches Schaubild ist, das einen herkömmlichen Aufbau einer Tintenausstoßvorrichtung zeigt;
Figur 4 ein Blockschaltbild ist, das einen Steuerabschnitt einer herkömmlichen Tintenausstoßvorrichtung zeigt;
Figur 5 ein schematisches Schaubild ist, das eine Vorrichtung zum Bilden eines CVD-Filmes zeigt, die in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutz wird;
Figur 6 ein Schaubild ist, das die Situation der Spannungsanlegung bei Ausdauertests des Schutzfilmes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 7 ein Diagramm ist, das Resultate der Ausdauertests des Schutzfilmes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und Figur 8 ein Querschnittsschaubild ist, das einen vergrößerten Abschnitt einer Tintenausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Als nächstes wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, während Bezug genommen wird auf die begleitenden Zeichnungen. Der grundlegende Aufbau der Tintenausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der gleiche wie der der in Figuren 1 bis 4 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung, so daß der Aufbau der Tintenausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weggelassen wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Keramiksubstrat aus einem piezoelektrischen Keramikelement aus Bleizirkonattitanat (PZT) gebildet. Die Rillen werden durch eine maschinellen Bearbeitungsvorgang gebildet, wobei Teilchen des PZT-Materiales unter Korngrenzbruch und Transkornbruch leiden. Eine Oberflächenrauheit Ra von ungefähr 3 wird allgemein auf der Seitenwandoberfläche der maschinell bearbeiteten Rille beobachtet. Solche Unregelmäßigkeiten und Zahnmarken von der Schneideklinge tragen zu einer schlechten Glattheit der Rillenseitenwandoberfläche bei. Eine auf der Seitenwand eines solches Keramiksubstrates 1 gebildete Metallelektrode nimmt die ähnlichen Unregelmäßigkeiten der unterliegenden Keramikschicht auf, obwohl das Ausmaß der Unregelmäßigkeiten für die Metallelektrode 13 von dem Bildungsverfahren abhängt.
Zum Bilden eines Schutzfilmes 20 für diese Art von Elektrode 13 wird zuerst ein Epoxidharz durch Schleuderbeschichten vollständig auf den Seiten- und oberen Oberflächen der Wände, die Rillen definieren, abgeschieden. Das Epoxidharz wird dann zum Bilden eines ungebrochenen organischen Filmes als eine erste Schicht ausgehärtet. Unregelmäßigkeiten, die in den Keramiksubstrat auftreten, wie oben beschrieben wurde, werden erfolgreich durch Auswählen der Viskosität des Beschichtungslösungsmittels des Epoxidharzes, des Types des Härters, der Rotationsgeschwindigkeit, der Aushärttemperatur und ähnliches Vergraben. Der resultierende organische Film weist eine kontinuierliche glatte Oberfläche mit leichten Wellen auf. Das Folgende ist eine detailliertere Beschreibung eines Verfahrens zum Bilden der ersten Schicht. Ein Keramiksubstrat 1 wird mit einer Abmessung von 1 mm Dicke × 50 mm × 50 mm vorbereitet. Eine Mehrzahl von Rillen wird durch den maschinellen Bearbeitungsvorgang in dem keramischen Substrat 1 gebildet. Das Keramiksubstrat 1 wird durch Vakuumansaugen in einem Schleuderbeschichter adsorbiert. Ungefähr 1 Gramm von 377 Epoxid (Epoxy Technology Inc., USA) wird auf das Keramiksubstrat 1 getropft. Das Keramiksubstrat 1 wird schleuderbeschichtet, während es mit 3000 Upm dreht. Das Keramiksubstrat 1 wird während einer Stunde in einem Reinofen bei Atmosphärendruck und bei 150ºC gebacken. Auf diese Weise wird ein organischer Film von weniger als 10 µm Dicke und mit einer glatten Oberfläche gebildet.
Als nächstes wird ein anorganischer Film auf dem organischen Film unter Benutzung von CVD (chemisches Dampfabscheiden) oder anderer Filmbildungstechniken gebildet. Wie in Figur 5 gezeigt ist, weist eine Vorrichtung zum Bilden eines CVD-Filmes eines Kammer 101, ein Gaseinführungsrohr 102, eine Evakuierungseinrichtung 103 und eine RF-Leistungsquelle 104 auf. Eine Leistungsversorgungselektrode 105 und ein Probenhalter 106 sind in der Kammer 101 einander gegenüber und durch ein paar Zentimeter getrennt positioniert. Zum Bilden des anorganischen Filmes wird die piezoelektrische Keramikplatte 1 auf dem Probenhalter 106 so angebracht, daß die Oberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 1, in der die Rillen gebildet sind, der Leistungsversorgungselektrode 105 zugewandt ist. Die Kammer wird dann auf 2 × 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert. Als nächstes werden Materialgase SiH&sub4;/N&sub2;, NH&sub3; und N&sub2; in die Kammer 101 aus dem Gaseinführungsrohr 102 mit Flußraten von 60 sccm, 180 sccm bzw. 900 sccm eingeführt, wobei sccm eine Einheit von Stickstoff ist, die in Fluß pro Minute umgewandelt ist. Während das Gas fließt, wird der Druck in der Kammer 101 bei 1,2 Torr gehalten. 0,8 kW wird an die Leistungsversorgungselektrode 105 zum Erzeugen einer RF-Entladung angelegt, woraufhin das Materialgas ein aktiviertes Reagenz zum Beschleunigen chemischer Änderung wird, wodurch chemische Zersetzungen ermöglicht werden und chemische Reaktionen auftreten, die normalerweise schwierig sind, wenn thermische Anregung benutzt wird. Zum Beispiel kann die Nichtgleichgewichtsreaktion, die in Formel (1) gezeigt ist, auftreten. Eine 1000 Å dicke Schicht aus SiNx wird auf dem Substrat über ungefähr drei Minuten Entladung gebildet. Die Dicke des Filmes kann durch die Dauer der Entladung gesteuert werden.
3SiH&sub4; + 4NH&sub3; T Si&sub3;N&sub4; + 12H&sub2;. (1)
Da der unterliegende Film eine glatte organische Oberfläche ist, kann der auf diese Art gebildete Film zusammenhängend sein. Daher bedeckt der auf diese Weise gebildete anorganische Film das unterliegende Substrat vollständig. Die Isolation durch diese anorganische Schicht ist daher gut. Dies ist im Gegensatz zu einem anorganischen Film, der direkt auf der Oberfläche des PZT ohne eine organischen Film über der unterliegenden Oberfläche gebildet ist.
Ausdauertests wurden zum Bestätigen der Isolationseigenschaften der anorganischen Schicht durchgeführt. Zum Erzeugen von Testproben wurden Stücke aus Keramik mit Abmessungen 1 mm Dicke × 5 mm × 46 mm maschinenbearbeitet zum Bilden von jeweils 10 Rillen. Als nächstes wurden Metallelektroden an jeder Probe gebildet. Dieses wurde erzielt, indem jede Probe in einen Winkel geneigt wurde und ein Aluminium (Al) Film durch Dampfabscheiden von ungefähr 1 µm Dicke auf den oberen Oberflächen und der oberen Hälfte einer jeden Seitenoberfläche der Wände, die die Rillen definieren, gebildet wurde. Jedes Keramikstück wurde in die umgekehrte Richtung so geneigt, daß ein Aluminiumfilm auf beiden Seiten der Wände gebildet wurde. Als nächstes wurde der Aluminiumfilm auf den oberen Oberflächen der Wände weggeschliffen. Die Keramikstücke wurden in einem organischen Lösungsmittel oder ähnlichem gereinigt. Danach wurden die Keramikstücke getrocknet und bei 100ºC während 20 Minuten gebacken. Drei Arten von Proben wurden erzeugt, jede mit einer anderen Art von Schutzschicht. Bei einer Probenart enthielt die Schutzschicht nur eine organische Epoxidschicht, die durch Schleuderbeschichten auf der Aluminiumelektrode gebildet war. Eine zweite Probenart wies einen Schutzfilm mit zwei Schichten auf: eine organische Expoxidschicht als die erste Schicht, die auf der Aluminiumelektrode gebildet war, und einen anorganischen SiNx-Film, der auf der organischen Epoxidschicht als die zweite Schicht gebildet war. Bei einer dritten Probenart wurde ein anorganischer SiNx-Film direkt auf der Elektrode ohne irgendeinen organischen Zwischenepoxidfilm gebildet.
Jede Probe wurde in eine Wasserlösung mit einer Leitfähigkeit von 5,72 mS/cm getaucht. Wie in Figur 2 gezeigt ist, wurden Proben 401 benutzt zum Anlegen einer positiven Spannung an jede zweite der fünf Rillen 400 und zum auf Masselegen des Restes während einer Dauer von 30 Minuten. Danach wurde die Wasserlösung entfernt und der Widerstand der Aluminiumelektrode gemessen. Die gemessenen Widerstände wurden mit denen verglichen, die gemessen wurden, bevor die Proben dem Ausdauerversuch unterworfen wurden.
Die Resultate des Anlegens von 10V, 20V und 30V sind in Figuren 7A bis 7B gezeigt. Wie in den Diagrammen gesehen werden kann, war die Isolation des Schutzfilmes der aus nur einem organischen Epoxidfilm gemacht war, und des Schutzfilmes, der aus einem anorganischen Film gemacht war, der direkt auf der Elektrode gebildet war, leicht zerstört. Diese Schutzfilme waren nicht in der Lage, die Aluminiumelektrode zu schützen, und dann wurde die Aluminiumelektrode von der RF-Leistungsquelle 104 getrennt, so daß der Widerstand auf unendlich stieg. Im Gegensatz hierzu zeigte der laminierte Schutzfilm, der aus einer organischen Schicht und einer auf der organischen Schicht gebildeten anorganischen Schicht gebildet war, kaum eine Verschlechterung der Aluminiumelektrode, selbst wenn 30V angelegt waren, was die tatsächliche Treiberspannung ist. Wenn Tinte auf Wasserbasis benutzt wird, kann eine Spannung von 10V oder mehr nicht in den Druckköpfen angelegt werden, wenn die Schutzfilme nur entweder einen organischen Epoxidfilm oder einen direkt auf der Elektrode gebildeten anorganischen Film enthalten. Solch ein Druckkopf ist jedoch nicht zum Tintenausstoß geeignet, da das Ausstoßen von Tinte unter Benutzung einer Spannung 10V oder weniger extrem schwierig ist. Im Gegensatz dazu kann durch Vorsehen eines laminierten Schutzfilmes mit organischen und anorganischen Filmen, die in der angegebenen Reihenfolge auf der Aluminiumelektrode gebildet sind, ein Druckkopf mit hervorragender elektrischer Ausdauer erzeugt werden.
Ein dritter oder weiterer Schutzfilm wurde auf dem Zweischichtschutzfilm durch Schleuderbeschichten zum Vorsehen eines vollständigen Schutzfilmes gebildet. Es wurde gefunden, daß der so gebildete Dreischichtschutzfilm einen Kopf mit hervorragender langdauernder Stabilität vorsieht. Bei dem oben beschriebenen Zweischichtaufbau neigt Spannung dazu, an der Grenze zwischen den Filmen oder innerhalb der Filme aufgrund physikalischer Unterschiede wie Unterschiede in der Oberflächenfestigkeit und des linearen thermischen Expansionkoeffizienten zwischen den Filmen zweier Schichten erzeugt zu werden. Äußere Anregungen wie Wärmezyklen der Temperatur und Feuchtigkeit fördern weiter Spannung so, daß die Schutzschicht reißen oder abblättern kann nach einer langdauernden Benutzung. Eine dritte oder weitere Schicht eines organischen Filmes kann solche Spannung absorbieren, so daß das Abblättern und Reißen verhindert werden.
Ausdauertests wurden auf die folgende Weise zum Bestätigen der Ausdauer eines solchen Dreischichtschutzfilmes durchgeführt. Proben mit zwei Schichten in dem Schutzfilm wurden für den Ausdauertest auf die gleiche Weise erzeugt, wie oben beschrieben wurde. Eine dritte Schicht wurde auf dem Zweischichtschutzfilm in fünf der Probenköpfe aus einem organischen Epoxidfilm durch Schleuderbeschichten gebildet. Fünf andere Köpfe wurden ohne dritte Schicht in dem Schutzfilm sondern nur mit Zweischichtschutzfilm erzeugt. Jeder Kopf wurde zuerst während acht Stunden einer Umgebung mit 80 Prozent Feuchtigkeit und 60ºC Temperatur und dann während acht Stunden einer Umgebung mit normaler Atmosphäre ausgesetzt. Jeder Kopf wurde wiederholt diesen Umgebungen während dieser Zeitdauer ausgesetzt. Der Schutzfilm in allen fünf Köpfen mit nur zwei Schichten in der Schutzschicht blätterte nach nur zwei Zyklen ab. Vier der fünf Köpfe mit einem organischen Schutzfilm als dritte Schicht zeigten kein Abblättern oder Reißen, wenn sie durch ein optisches Mikroskop betrachtet wurden. Bei dem fünften Kopf mit einem organischen Schutzfilm als dritte Schicht bildete ein Schmutzteilchen einen Kern, auf dem ein Riß erzeugt wurde, so daß ein Teil des organischen Filmes beschädigt war.
Daher ist bei einer Tintenausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die auf der Seitenwand 11 des Keramikelementes gebildete Elektrode, wie in Figur 8 gezeigt ist, mit einer Schutzschicht 20 bedeckt. Die Schutzschicht 20 ist aus einer Zusammensetzung zusammenhängender Filmschichten gebildet: ein organischer Epoxidfilm als die erste Schicht, ein anorganischer Film aus SiNx als die zweite Schicht und ein organischer Epoxidfilm als die letzte Schicht. Wie oben beschrieben wurde, sieht dieses einen Schutzfilm mit hervorragender Isolation und Wasserfestigkeitseigenschaften vor, der langanhaltende Spannung ertragen kann. Weiter ist bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in Figur 8 gezeigt ist, die obere Oberfläche der Wand 11 ebenfalls durch den zusammenhängenden Schutzfilm 20 bedeckt. Die letzte Schicht des Schutzfilmes 20, das heißt der organische Epoxidfilm, kann benutzt werden, um eine Abdeckplatte 2 an dem Keramiksubstrat 1 anzukleben. Zu diesem Zwecke wird die Abdeckplatte 2 auf die relevante Position auf dem Schutzfilm 20 gesetzt. Dann wird der organische Epoxidfilm ausgehärtet, während ein angemessener Druck auf die Abdeckplatte 2 zu dem Schutzfilm 20 ausgeübt wird. Das Vorgehen zum Erzeugen des Druckkopfes kann durch den organischen Epoxidfilm stark erleichtert werden, der die letzte Schicht des Schutzfilmes 20 ist, als Klebstoff dient als auch ein Mittel zum Absorbieren von Spannung.
Anstelle des bei der Ausführungsform beschriebenen Epoxidmaterials kann jedes andere Material mit den oben beschriebenen Eigenschaften als ein organischer Film benutzt werden. Zum Beispiel kann ein Silizumharz, ein Fluoridharz, ein aromatisches Polyamid, ein Polymerpolymid oder ein Phthalsäureharz benutzt werden. Ebenfalls können Polykishirirenharze und ähnliches chemisch gebildet werden.
Der anorganische Film kann aus Materialien, die nicht SiNx- Materialien, die in der oben beschriebenen Ausführungsform benutzt werden, gemacht sein. Zum Beispiel können Oxide wie oxidiertes Silizium, oxidiertes Vanadium und oxidiertes Niobium oder Verbindungen von Nitriden und Oxiden benutzt werden. Das Herstellungsverfahren ist auch nicht auf CVD beschränkt. Sol/Gel-Techniken, Vakuumabscheidung, Sputtern und andere Techniken sind ebenfalls erhältlich.
Obwohl weiter der Schutzfilm 20 in der vorliegenden Ausführungsform als mit Dreischichten gebildet beschrieben ist, das heißt aus einer organischen Schicht, einer anorganischen Schicht und einer anderen organischen Schicht, kann eine Verbindung oder ein limitierter Film mit vier oder mehr Schichten gebildet werden. In diesem Fall können, wenn von der Elektrode 13 aus gesehen die erste und letzte Schicht organische Filme sind und die Zwischenfilme anorganische Schichten sind, die gleichen Effekte wie bei der beschriebenen Ausführungsform erhalten werden.
Wie oben beschrieben wurde, weist der Schutzfilm einen Mehrschichtaufbau auf. Die erste Schicht ist ein organischer Schutzfilm. Die erste Schicht bedeckt Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche der piezoelektrischen Keramik und der Elektrode und bildet eine glatte Oberfläche. Ein anorganischer Schutzfilm ist in einem zusammenhängenden Film entweder direkt oder indirekt auf dieser glatten Oberfläche gebildet. Isolationseffekte der anorganischen Schicht werden dadurch vergrößert, und die Elektrode wird von Feuchtigkeit geschützt. Indem weiter ein organischer Schutzfilm als die letzte Schicht gebildet wird, wird Spannung, die zwischen dem organischen und dem anorganischen Film des zusammengesetzten Filmes erzeugt wird, absorbiert. Daher kann die Elektrode vollständig unter jeder Bedingung geschützt werden, wodurch eine Tintenausstoßvorrichtung mit hoher Qualität vorgesehen wird.
Während die vorliegende Erfindung in bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann verständlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne daß der Umfang der Erfindung verlassen wird, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

1. Tintenausstoßvorrichtung mit:

mindestens einer Tintenkammer, die durch ein Paar von Seitenwänden (11), einer Bodenwand, eine Abdeckplatte (2) und eine Düsenplatte mit einer Düse darin definiert ist, wobei mindestens ein Gegenstück des Paares von Seitenwänden aus einem piezoelektrischen Keramikelement gemacht ist;

einem Paar von Elektroden (13), die getrennt für jede des Paares von Seitenwänden vorgesehen sind, wobei die aus dem piezoelektrischen Keramikelement gemachten Seitenwände als Reaktion auf eine zwischen dem Paar von Elektroden angelegte Spannung deformiert werden, was ein Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus der Düse bewirkt; und

einem Mehrschichtschutzfilm (20), der auf jeder des Paares von Elektroden zum gesamten Bedecken der Elektroden gebildet ist, bei der die Mehrschicht zusammengesetzt ist aus mindestens drei Schichten einschließlich einer innersten Schicht, die direkt auf der Elektrode gebildet ist, einer äußersten Schicht, die am Äußersten von der Elektrode gebildet ist, und mindestens einer dazwischen liegenden Schicht zwischen der Innenschicht und der äußeren Schicht, wobei die innerste Schicht und die äußerste Schicht aus einem organischen Material gemacht sind und die dazwischenliegende Schicht aus einem anorganischen Material gemacht ist.

2. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 1,

bei der die äußerste Schicht auf einem Abschnitt einer jeden des Paares von Seitenwänden gebildet ist, wobei der Abschnitt an der Abdeckplatte befestigt ist.

3. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

bei der die innerste Schicht aus einem Material gemacht ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Epoxidharz, einem Siliziumharz, einem Fluoridharz, einem aromatischen Polyamid, einem Polymerpolymid, einem Phthalsäureharz und einem Polykishirirenharz besteht.

4. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,

bei der die dazwischenliegende Schicht aus einem Material gemacht ist, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus oxidiertem Silizium, oxidiertem Vanadium, oxidiertem Niobium, Verbindungen von Nitriden und Oxiden und Verbindungen von Silizium und Stickstoff besteht.

5. Tintenausstoßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei der die äußerste Schicht aus einem Material gemacht ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Epoxidharz, einem Siliziumharz, einem Fluoridharz, einem aromatischen Polyamid, einem Polymerpolymid, einem Phthalsäureharz und einem Polykishirirenharz besteht.

6. Verfahren zum Herstellen einer Tintenausstoßvorrichtung mit den Schritten:

Bilden mindesten einer Tintenkammer durch Maschinenbearbeiten einer piezoelektrischen Keramikplatte, wobei die Tintenkammer durch ein Paar von Seitenwänden (11) und eine Bodenwand der piezoelektrischen Keramikplatte definiert wird, die Tintenkammer weiter definiert wird durch eine Abdeckplatte (2) und eine Düsenplatte mit einer Düse darin;

Anbringen eines Paares von Elektroden (13) getrennt auf jeder des Paares von Seitenwand, wobei jedes des Paares von Seitenwänden als Reaktion auf eine zwischen dem Paar von Elektroden angelegte Spannung deformiert wird, was ein Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus der Düse bewirkt; und

Bilden eines Mehrschichtschutzfilmes (20) auf jeder des Paares von Elektroden zum gesamten Bedecken der Elektroden, bei dem die Mehrschicht zusammengesetzt ist aus mindestens drei Schichten einschließlich einer innersten Schicht, die direkt auf der Elektrode gebildet ist, einer äußersten Schicht, die am äußersten von der Elektrode gebildet ist, und mindestens einer dazwischenliegenden Schicht zwischen der innersten Schicht und der äußersten Schicht, wobei die innerste Schicht und die äußerste Schicht aus einem organischen Material gemacht werden und die dazwischenliegende Schicht aus einem anorganischen Material gemacht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

bei dem der Schritt des Bildens des Mehrschichtschutzfilmes Schleuderbeschichten mit dem organischen Material auf den Elektroden zum Bilden der innersten Schicht und Backen des beschichteten organischen Materiales enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,

bei dem der Schritt des Bildens des Mehrschichtschutzfilmes weiter Bilden der dazwischenliegenden Schicht mittels chemischer Dampfabscheidung enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, bei dem der Schritt des Bildens des Mehrschichtschutzfilmes weiter Schleuderbeschichten des organischen Materiales auf der dazwischenliegenden Schicht zum Bilden der äußersten Schicht und Backen des beschichteten organischen Materiales enthält.

10. Verfahren zum Herstellen einer Tintenausstoßvorrichtung mit den Schritten:

Bilden mindestens einer Tintenkammer durch Maschinenbearbeitung einer piezoelektrischen Keramikplatte, wobei die Tintenkammer durch ein Paar von Seitenwänden (11) und eine Bodenwand der piezoelektrischen Keramikplatte definiert wird und die Tintenkammer weiter durch eine Abdeckplatte (2) und eine Düsenplatte mit einer Düse darin definiert wird;

Anbringen eines Paares von Elektroden (13) getrennt auf jeder des Paares von Seitenwänden, wobei jede des Paares von Seitenwänden als Reaktion auf eine zwischen dem Paar von Elektroden angelegte Spannung deformiert wird, was ein Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus der Düse bewirkt;

Schleuderbeschichten eines organischen Materiales auf den Elektroden zum Bilden einer innersten Schicht und Backen des beschichteten organischen Materiales;

Bilden einer dazwischenliegenden Schicht, die aus einem anorganischen Material gemacht wird, mittels chemischer Dampfabscheidung; und

Schleuderbeschichten des organischen Materiales auf der dazwischenliegenden Schicht zum Bilden einer äußersten Schicht und Backen des beschichteten organischen Materiales, bei dem die innerste Schicht, die dazwischenliegende Schicht und die äußerste Schicht als ein Mehrschichtschutzfilm (20) für jede des Paares von Elektroden dient.

11. Verfahren nach Anspruch 10 weiter mit dem Schritt des Bildens der äußersten Schicht auf einem Abschnitt einer jeden des Paares von Seitenwänden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 weiter mit dem Schritt des Anklebens der Abdeckplatte an dem Paar von Seitenwänden, wobei die äußerste Schicht auf dem Abschnitt einer jeden des Paares von Seitenwänden gebildet ist.