DE69834214T2

DE69834214T2 - Tintenstrahldruckkopf und Tintenstrahlaufzeichnungsgerät

Info

Publication number: DE69834214T2
Application number: DE69834214T
Authority: DE
Inventors: Shimada Suwa-shi Masato; Sakai Suwa-shi Shinri; Shiro Suwa-shi Yazaki
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2018-11-25
Also published as: JP2000094688A; JP3019845B1; EP1321295A2; US20020080213A1; DE69829256T2; EP0919383B8; US20060203041A1; EP0919383A3; EP1321295B1; EP0919383A2; EP1321295A3; DE69829256D1; US7101026B2; DE69834214D1; EP0919383B1; US7651201B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Sachgebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
2. Beschreibung des in Bezug stehenden Stands der Technik
Die nachfolgenden zwei Typen von Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfen, wobei bei jedem ein Teil der Druckerzeugungskammer, mit einer Düsenöffnung zum Ausstoßen eines Tintentropfens in Verbindung stehend, aus einem Diaphragma gebildet ist, und wobei das Diaphragma durch ein piezoelektrisches Element deformiert wird, um Tinte in der Druckerzeugungskammer zum Ausstoßen eines Tintentropfens von der Düsenöffnung deformiert wird, sind kommerziell praktikabel: einer verwendet einen piezoelektrischen Aktuator in einem vertikalen Vibrations-Modus, in dem ein piezoelektrisches Element axial expandiert und kontrahiert wird, und der andere verwendet ein piezoelektrisches Element in einem Ablenkungs-Vibrations-Modus.
Mit dem ersteren kann das Volumen der Druckerzeugungskammer durch Anstoßen einer Endfläche des piezoelektrischen Elements gegen das Diaphragma geändert werden, und Köpfe, geeignet für ein hoch dichtes Drucken, können hergestellt werden. Allerdings ist, in diesem Beispiel, ein schwieriger Schritt eines Unterteilens des piezoelektrischen Elements in kammähnliche Zähne, die die Anordnung der Teilung der Düsenöffnungen anpassen, und Positionieren und Fixieren der Unterteilungen des piezoelektrischen Elements in den Druckerzeugungskammern, erforderlich, und der Herstellvorgang ist kompliziert.
Im Gegensatz kann, mit dem letzteren, das piezoelektrische Element gebildet und an dem Diaphragma durch Ausführen eines vergleichbar einfachen Vorgangs durch Heranziehen einer grünen Platte aus einem piezoelektrischen Material, das die Form der Druckerzeugungskammer anpasst, und Kalzinieren davon, befestigt werden, allerdings ist ein wesentlicher Bereich erforderlich, da eine Ablenkungsvibration verwendet wird. Dementsprechend ist es schwierig, eine hoch dichte Anordnung herzustellen.
Andererseits schlägt, um das Problem des letzteren Aufzeichnungskopfs zu lösen, die japanische Patentoffenlegung No. Hei 5-286131 einen Stand der Technik vor, bei dem eine gleichförmige, piezoelektrische Materialschicht über der gesamten Oberfläche eines Diaphragmas entsprechend einer Filmbildungstechnik gebildet wird und in eine Form entsprechend zu einer Druckerzeugungskammer entsprechend einer Lithografie-Technik zum Bilden eines piezoelektrischen Elements unabhängig für jede Druckerzeugungskammer zu bilden.
Dies beseitigt das Erfordernis, das piezoelektrische Element auf dem Diaphragma anzuordnen, und das piezoelektrische Element kann durch eine genaue und einfache Technik eines Lithografieverfahrens gebildet werden. Zusätzlich kann das piezoelektrische Element verdünnt werden und ein Hochgeschwindigkeitsantrieb wird ermöglicht.
Allerdings werden, bei dem Herstellverfahren gemäß dem Lithografie-Verfahren und der Dünnfilmtechnik, beschrieben vorstehend, nach der Musterung des Dünnfilms, Drukkerzeugungskammern gebildet. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Diaphragma zu der Seite der Druckerzeugungskammer durch den Effekt einer Vereinfachung der inneren Spannungen der oberen Elektrode und der piezoelektrischen Schichten abgelenkt, und die Ablenkung verbleibt als eine Anfangsdeformation des Diaphragmas. Insbesondere ist, falls die untere Elektrode übergeätzt wird, der Ablenkungsbetrag groß, und der Deformationsbetrag des Diaphragmas durch Ansteuern eines piezoelektrischen Aktuators wird kleiner als der Berechnungswert. Der mögliche Grund ist derjenige, dass das Diaphragma durch den Effekt einer Vereinfachung der inneren Spannungen der oberen Elektrode und der piezoelektrischen Schichten (und der unteren Elektrode) in der Druckspannungsrichtung abgelenkt wird, und demzufolge wird ein Bereich einer plastischen Deformation über einen Bereich einer elastischen Deformation hinaus erreicht. Zusätzlich zu einem Diaphragma, das einen Siliziumdioxidfilm enthält, wird ein Diaphragma, das einen Zirkonoxidfilm enthält, als ein hoch festes Diaphragma, als das Diaphragma vorgeschlagen, allerdings tritt eine ähnliche, anfängliche Deformation in allen diesen Diaphragmen auf.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs, das den Schritt eines Überätzens eines elastischen Films des Aufzeichnungskopfs in der Dicken richtung, um von dem elastischen Film entfernte Teile zu bilden, ist in dem Dokument EP 0786345 A2 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs zu schaffen, bei dem der anfängliche Auslenkungsbetrag eines Diaphragmas verringert ist.
Hierzu wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist in Anspruch 2 definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den beigefügten Zeichnungen:
1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs;
2(a)-2(b) zeigen Draufsichten und eine Schnittansicht der 1, um den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf darzustellen;
3(a)-3(b) zeigen perspektivische Ansichten, um modifizierte Beispiele einer Dichtplatte in 1 darzustellen;
4(a)-4(d) zeigen Schnittansichten, um einen Dünnfilm-Herstellvorgang in der ersten Ausführungsform der Erfindung darzustellen;
5(a)-5(c) zeigen Schnittansichten, um einen Dünnfilm-Herstellvorgang in der ersten Ausführungsform der Erfindung darzustellen;
6(a)-6(c) zeigen Schnittansichten, um den Zustand von Spannungen darzustellen, die ein piezoelektrischer, aktiver Teil in der ersten Ausführungsform der Erfindung zum Zeitpunkt einer Bildung der Druckerzeugungskammer aufnimmt;
7(a)-7(b) zeigen Schnittansichten, um den Zustand von Spannungen darzustellen, die ein herkömmlicher, piezoelektrischer, aktiver Teil zum Zeitpunkt der Bildung der Druckerzeugungskammer aufnimmt;
8(a)-8(b) zeigen grafische Darstellungen, die jeweils die Beziehung zwischen der Kraft, aufgebracht auf ein Diaphragma, und dem Betrag einer elastischen Deformation darstellen, wenn ein piezoelektrischer Aktuator angesteuert wird;
9 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs;
10 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs;
11 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs;
12(a)-12(b) zeigen Schnittansichten des Hauptteils, um ein modifiziertes Beispiel des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs darzustellen;
13(a)-13(c) zeigen Schnittansichten des Hauptteils, um ein modifiziertes Beispiel des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs darzustellen;
14 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs;
15 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs;
16(a)-16(c) zeigen Schnittansichten, um den Zustand von Spannungen darzustellen, die ein piezoelektrischer, aktiver Teil zum Zeitpunkt der Bildung der Druckerzeugungskammer aufnimmt;
17 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs
18(a)-18(c) zeigen Schnittansichten, um den Zustand von Spannungen darzustellen, die ein piezoelektrischer, aktiver Teil zum Zeitpunkt der Bildung der Druckerzeugungskammer aufnimmt;
19(a)-19(c) zeigen Schnittansichten, um ein Herstellverfahren eines oberen Elektrodenfilms darzustellen;
20(a)-20(b) zeigen Schnittansichten, um ein anderes Herstellverfahren des oberen Elektrodenfilms darzustellen;
21 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs;
22(a)-22(c) zeigen eine Draufsicht und Schnittansichten des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs;
23 zeigt eine Schnittansicht, um ein modifiziertes Beispiel des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs darzustellen;
24(a)-24(c) zeigen Schnittansichten, um den Zustand von Spannungen darzustellen, die ein piezoelektrischer, aktiver Teil zum Zeitpunkt der Bildung der Druckerzeugungskammer aufnimmt;
25(a)-25(c) zeigen Schnittansichten, um den Zustand von Spannungen darzustellen, die ein piezoelektrischer, aktiver Teil zum Zeitpunkt der Bildung der Druckerzeugungskammer aufnimmt;
26 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf darstellt;
27 zeigt eine Schnittansicht, die den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf der 26 darstellt; und
28 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf als ein Referenzbeispiel darstellt, und 2 zeigt eine Draufsicht der 1, und eine Ansicht, um die Schnittstruktur in der Längsrichtung einer Druckerzeugungskammer darzustellen.
Wie in der Figur dargestellt ist, ist ein einen Strömungskanal bildendes Substrat 10 aus einem monokristallinen Siliziumsubstrat einer <110>-Orientierung in der Ausführungsform hergestellt. Normalerweise wird ein Substrat, ungefähr 15-300 μm dick, als das den Strömungskanal bildende Substrat 10 verwendet; vorzugsweise wird ein Substrat, ungefähr 180-280 μm dick, verwendet; noch bevorzugter wird ein Substrat, ungefähr 220 μm dick, verwendet, da die Anordnungsdichte hoch gemacht werden kann, während die Festigkeit einer Trennwand zwischen benachbarten Druckerzeugungskammern beibehalten wird.
Das den Strömungskanal bildende Substrat 10 ist an einer Fläche mit einer Öffnungsfläche und einer gegenüberliegenden Fläche, mit einem elastischen Film 50, 0,2-3,0 μm dick, hergestellt aus Zirkonoxid, mit einer Kompressionsspannung, gebildet und durch Bilden eines Zirkonfilms und dann thermisches Oxidieren davon, zum Beispiel, gebildet.
Andererseits ist das den Strömungskanal bildende Substrat 10 auf der Öffnungsfläche mit den Düsenöffnungen 11 und Druckerzeugungskammern 12 durch anisotropes Ätzen des monokristallinen Siliziumsubstrats gebildet.
Das anisotrope Ätzen wird derart ausgeführt, dass dann, wenn das monokristalline Siliziumsubstrat in eine alkalische Lösung, wie beispielsweise KOH, eingetaucht wird, es graduell erodiert, eine erste <111>-Ebene senkrecht zu einer <110>-Ebene und eine zweite <111>-Ebene, gebildet ungefähr 70 Grad zu der ersten <111>-Ebene und ungefähr 35 Grad zu der <110>-Ebene, auftreten, und die Ätzrate der <111>-Ebene beträgt ungefähr 1/180 derjenigen der <110>-Ebene. Durch das anisotrope Ätzen kann eine genaue Arbeit basierend auf einer Tiefen-Arbeit eines Parallelogramms, gebildet durch die zwei ersten <111>-Ebenen und die zwei zweiten <111>-Ebenen, gekippt werden, und die Drukkerzeugungskammern 12 können unter einer hohen Dichte angeordnet werden.
In dem Beispiel sind die langen Seiten jeder der Druckerzeugungskammern 12 durch die ersten <111>-Ebenen gebildet und die kurzen Seiten sind durch die zweiten <111>-Ebenen gebildet. Die Druckerzeugungskammern 12 sind durch Ätzen des monokristallinen Siliziumsubstrats zu dem elastischen Film 50 gebildet. Der Betrag eines Eintauchens des elastischen Films 50 in die alkalische Lösung zum Ätzen des monokristallinen Siliziumsubstrats ist extrem klein.
Andererseits ist jede Düsenöffnung 11, die mit einem Ende jeder der Druckerzeugungskammern 12 in Verbindung steht, schmaler und flacher als die Druckerzeugungskammern 12 gebildet. Das bedeutet, dass die Düsenöffnungen 11 durch Ätzen des monokristallinen Siliziumsubstrats bis zu einem Zwischenpunkt in der Dickenrichtung (halbes Ätzen) hergestellt sind. Das halbe Ätzen wird durch Einstellen der Ätzzeit durchgeführt.
Die Größe jeder Druckerzeugungskamrner 12, um einen Tintentropfen-Ausstoßdruck auf die Tinte aufzubringen, und die Größe jeder Düsenöffnung 11 zum Ausstoßen von Tintentropfen sind in Abhängigkeit des Betrags des ausgestoßenen Tintentropfens, der Ausstoßgeschwindigkeit und der Ausstoßfrequenz optimiert. Zum Beispiel muss, um 360 Tintentropfen pro Inch aufzuzeichnen, die Düsenöffnung 11 mit einer Genauigkeit mit einer Nutbreite von einigen zehn μm hergestellt werden.
Die Druckerzeugungskammern 12 und eine gemeinsame Tintenkammer 31, die später beschrieben werden, sind so hergestellt, um miteinander über Tintenzuführverbindungsöffnungen 21, gebildet an Positionen einer Dichtplatte 20, die später beschrieben wird, entsprechend zu Enden der Druckerzeugungskammern 12, in Verbindung zu stehen. Tinte wird von der gemeinsamen Tintenkammer 31 über die Tintenzuführverbindungsöffnungen 21 zu den Druckerzeugungskammern 12 zugeführt.
Die Dichtplatte ist aus einer Glaskeramik, die eine Dicke von 0,1-1 mm und einen linearen Expansionskoeffizienten von 2,5-4,5 [× 10^-6/°C] bei 300°C oder geringer, besitzt, zum Beispiel ausgebildet mit den Farbzuführverbindungsöffnungen 21 entsprechend zu den Druckerzeugungskammern 12, hergestellt. Die Farbzuführverbindungsöffnungen 21 können ein Schlitzloch 21A, das die Nachbarschaft der Tintenzuführseitenenden der Drukkerzeugungskammern 12 kreuzt, wie dies in 3a dargestellt ist, oder eine Mehrzahl von Schlitzlöchern 21B, wie dies in 3b dargestellt ist, sein. Eine Fläche der Dichtplatte 20 deckt vollständig eine Fläche des den Strömungskanal bildenden Substrats 10 ab, nämlich die Dichtplatte 20 dient auch als eine Verstärkungsplatte zum Schützen des monokristallinen Siliziumsubstrats gegen Stoß und äußere Kräfte. Eine gegenüberliegende Fläche der Dichtplatte 20 bildet eine Wandfläche für die gemeinsame Tintenkammer 31.
Ein eine gemeinsame Tintenkammer bildendes Substrat 30 bildet eine Umfangswand der gemeinsamen Tintenkammer 31; sie ist durch Stanzen einer Platte aus rostfreiem Stahl hergestellt, die eine geeignete Dicke besitzt, entsprechend zu der Zahl von Düsenöffnungen und der Häufigkeit eines Tintentropfen-Ausstoßens. Das die gemeinsame Tintenkammer bildende Substrat 30 ist 0,2 mm dick.
Eine Tintenkammer-Seitenplatte 40 ist aus einem Substrat aus rostfreiem Stahl hergestellt und eine Fläche davon bildet eine Seitenwandfläche der gemeinsamen Tintenkammer 31. Die Seitenplatte 40 der Tintenkammer ist mit einer dünnen Wand 41 zum Bilden eines konkaven Teils 40a durch halbes Ätzen eines Teils einer gegenüberliegenden Fläche gebildet und wird so gestanzt, um eine Tinteneinführöffnung 42 zum Aufnehmen einer Tintenzufuhr von der Außenseite herzustellen. Die dünne Wand 41 ist so angepasst, um einen Druck zu der gegenüberliegenden Seite zu den Düsenöffnungen 11 zu absorbieren, der dann auftritt, wenn Tintentropfen ausgestoßen werden; sie verhindert, dass ein unnötiger positiver oder negativer Druck auf eine andere Druckerzeugungskammer 12 über die gemeinsame Tintenkammer 31 aufgebracht wird. Unter Berücksichtigung der Festigkeit, die zum Zeitpunkt der Verbindung der Tinteneinführöffnung 21 und der externen Tintenzuführeinrichtung, usw., erforderlich ist, ist die Seitenplatte 40 der Tintenkammer 0,2 mm dick und die dünne Wand 41 ist 0,02 mm dick. Allerdings kann, um eine Bildung der dünnen Wand 41 durch das halbe Ätzen auszulassen, die Seitenplatte 40 der Tintenkammer 0,02 mm dick von dem Beginn an hergestellt werden.
Andererseits werden, auf dem elastischen Film 50 auf der gegenüberliegenden Seite zu der Öffnungsfläche des den Strömungskanal bildenden Substrats 10, ein unterer Elektrodenfilm 60, zum Beispiel ungefähr 0,2 μm dick, ein piezoelektrischer Film 70, zum Beispiel 1 μm dick, und ein oberer Elektrodenfilm 80, zum Beispiel ungefähr 0,1 μm dick, durch ein Verfahren niedergeschlagen, das später beschrieben wird, wodurch ein piezoelektrisches Element 300 gebildet wird. Dieses piezoelektrische Element 300 bezieht sich auf die Position, die den unteren Elektrodenfilm 60, den piezoelektrischen Film 70 und den oberen Elektrodenfilm 80 enthält. Allgemein ist eine Elektrode des piezoelektrischen Elements 13 eine gemeinsame Elektrode und die anderen Elektroden und der piezoelektrische Film 70 sind für jede Druckerzeugungskammer 12 gemustert. Ein Bereich, hergestellt aus der Elektrode und dem piezoelektrischen Film 70, der gemustert ist, wo eine piezoelektrische Verzerrung auftritt, wenn eine Spannung an beide Elektroden angelegt wird, wird als ein piezoelektrischer, aktiver Teil 320 bezeichnet. Der untere Elektrodenfilm 60 wird als die gemeinsame Elektrode des piezoelektrischen Elements 300 verwendet und der obere Elektrodenfilm 80 wird als eine diskrete Elektrode des piezoelektrischen Elements 300 verwendet, allerdings kann der untere Elektrodenfilm 60 als eine diskrete Elektrode verwendet werden und der obere Elektrodenfilm 80 kann als die gemeinsame Elektrode, zur Vereinfachung einer Ansteuerschaltung und einer Verdrahtung, verwendet werden. In jedem Fall ist der piezoelektrische, aktive Teil für jede Druckerzeugungskammer 12 gebildet. Hierbei werden das piezoelektrische Element 300 und ein Diaphragma, verschoben durch Ansteuern des piezoelektrischen Elements 300, zusammen als ein piezoelektrischer Aktuator bezeichnet. In dem Beispiel wirken der elastische Film 50 und der untere Elektrodenfilm 60 als ein Diaphragma, allerdings kann der untere Elektrodenfilm auch als der elastische Film dienen.
Gemäß der Erfindung wird ein Film, niedergeschlagen mit Schichten, die das piezoelektrische Element 300 bilden, und die eine Druckspannung haben, auf der Seite des piezoelektrischen Elements 300 des den Strömungskanal bildenden Substrats 10 zum Verringern des anfänglichen Ablenkungsbetrags des Diaphragmas platziert; der elastische Film 50 ist der Film, der eine Druckspannung besitzt.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens beschrieben.
Ein Verfahren zum Bilden des elastischen Films 50 und der Schichten, die das piezoelektrische Element 300 an dem dem Strömungskanal bildenden Substrat 10, hergestellt aus einem monokristallinen Siliziumsubstrat, bilden, werden unter Bezugnahme auf 4 diskutiert.
Wie in 4a dargestellt ist, wird zuerst der elastische Film 50, der eine Druckspannung besitzt, auf einer Fläche eines monokristallinen Siliziumsubstrats gebildet, aus dem das den Strömungskanal bildende Substrat hergestellt wird. Ein Material eines Films, das eine vorbestimmte Festigkeit und eine Druckspannung besitzt, zum Beispiel ein polykristallines Substanz, wie beispielsweise ein Metalloxid, ist als ein Material für den elastischen Film 50 bevorzugt. Zum Beispiel können Zirkonoxid, Iridiumoxid, Ruthenoxid, Tantaloxid, Hafniumoxid, Osmiumoxid, Rheniumoxid, Rhodiumoxid, Palladiumoxid, Verbindungen davon, usw., genannt werden. Zum Beispiel ist es, um das Zirkonoxid oder Hafniumoxid zu verwenden, aus einem monoklinen System hergestellt, bei dem ein Film, der eine Druckspannung besitzt, gebildet werden kann.
In der Ausführungsform ist eine Zirkonschicht auf dem monokristallinen Siliziumsubstrat durch Sputtern gebildet, dann wird eine thermische Oxidationsbehandlung in Sauerstoff in einem Diffusionsofen bei ungefähr 1150°C durchgeführt, wodurch der elastische Film 50, hergestellt aus Zirkonoxid, des monoklinen Systems gebildet wird. Hierbei wird, wenn Zirkon oxidiert wird, es bis zu einer Phasenübergangstemperatur, oder mehr, erwärmt, wodurch, wenn es abgekühlt wird, ein Übergang bewirkt wird, und es ein monoklines System wird, was dazu führt, dass Zirkonoxid eine Druckspannung besitzt.
Als nächstes wird, wie in 4b dargestellt ist, der untere Elektrodenfilm 60 durch Sputtern gebildet. Platin, Irridium, usw., ist als ein Material des unteren Elektrodenfilms 60 bevorzugt, da der piezoelektrische Film 70 (beschrieben später), gebildet durch ein Sputterverfahren oder ein Sol-Gel-Verfahren, kalziniert und kristallisiert werden muss, und zwar bei einer Temperatur von ungefähr 600°C-1000°C, in einer Atmosphäre oder einer Sauerstoffatmosphäre nach einer Filmbildung. Das bedeutet, dass das Material des unteren Elektrodenfilms 60 in der Lage sein muss, eine Leitfähigkeit bei einer solchen Sauerstoffatmosphäre unter hoher Temperatur beizubehalten. Insbesondere ist es, falls Bleizirkonattitanat (PZT) als der piezoelektrische Film 70 verwendet wird, erwünscht, dass die Änderung in der Leitfähigkeit, verursacht durch Diffusion von Bleioxid, gering ist; Platin, Iridium, usw., sind aus diesen Gründen bevorzugt.
Als nächstes wird, wie in 4c dargestellt ist, der piezoelektrische Film 70 gebildet. Das Sputterverfahren kann auch dazu verwendet werden, den piezoelektrischen Film 70 zu bilden. In der Ausführungsform wird allerdings ein sogenanntes Sol-Gel-Verfahren verwendet, wobei Sol, das eine organische Metallsubstanz, aufgelöst und dispergiert in einem Lösungsmittel, aufweist, aufgebracht und zu einem Gel getrocknet wird, und das Gel wird bei einer hohen Temperatur kalziniert, wodurch der piezoelektrische Film 70, gebildet aus Metalloxid, erhalten wird. Ein Material für den piezoelektrischen Film 70 zur Verwendung in Verbindung mit einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf aus der PZT Familie ist bevorzugt.
Als nächstes wird, wie in 4d dargestellt ist, der obere Elektrodenfilm 80 gebildet. Der obere Elektrodenfilm 80 kann aus irgendeinem Material hergestellt werden, falls es eine hohe Leitfähigkeit besitzt; zum Beispiel kann ein Metall aus Aluminium, Gold, Nickel, Platin, usw., ein leitendes Oxid, verwendet werden. In der Ausführungsform wird der obere Elektrodenfilm 80 aus Platin mit dem Sputterverfahren gebildet.
Als nächstes werden der untere Elektrodenfilm 60, der piezoelektrische Film 70 und der obere Elektrodenfilm 80 gemustert, wie dies in 5 dargestellt ist.
Zuerst werden, wie in 5a dargestellt ist, der untere Elektrodenfilm 60, der piezoelektrische Film 70 und der obere Elektrodenfilm 80 zusammen geätzt und das gesamte Muster des unteren Elektrodenfilms 60 wird hergestellt. Als nächstes werden, wie in 5b dargestellt ist, der piezoelektrische Film 70 und der obere Elektrodenfilm 80 zum Mustern der piezoelektrischen, aktiven Teile 320 geätzt. Als nächstes wird, wie in 5c dargestellt ist, der untere Elektrodenfilm 60 des Armteils des Diaphragmas auf beiden Seiten der piezoelektrischen, aktiven Teile 320 in der Breitenrichtung davon, zu den Drukkerzeugungskammern 12 hinweisend, geätzt und entfernt, und weiterhin wird der elastische Film 50 bis zu einem Teil in der Dickenrichtung zum Bilden der von dem elastischen Film entfernten Teile 350 überätzt. Die Tiefe des Überätzens des elastischen Films 50 kann unter Berücksichtigung der Spannungsbalance des gesamten Films bestimmt werden; insbesondere ist, falls der untere Elektrodenfilm 60 eine Zugspannung besitzt, vorzugsweise das Überätzen tiefer als zumindest die Dicke des unteren Elektrodenfilms 60. Zum Beispiel wird in der Ausführungsform der elastische Film 50 bis zu einer Tiefe von ungefähr 0,4 μm gebildet.
In der Ausführungsform werden dann die Druckerzeugungskammern 12 durch Ätzen gebildet. Der Zustand von Spannungen, die jeder piezoelektrische Teil 320 zu dieser Zeit aufnimmt, wird diskutiert. 6 zeigt eine Darstellung, um schematisch den Zustand einer Spannung darzustellen, die jede Schicht aufnimmt, bevor und nachdem die Druckerzeugungskammern 12 durch Ätzen gebildet sind.
Wie in 6a dargestellt ist, nehmen der untere Elektrodenfilm 60, der piezoelektrische Film 70 und der obere Elektrodenfilm 80 Zugspannungen von dem den Strömungskanal bildenden Substrat 10 auf und der elastische Film 50 nimmt eine Druckspannung auf. Demzufolge werden, wie in 6b dargestellt ist, falls die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 gemustert werden, Teile der Zugspannungen σ₃, σ₂ und σ₁ des unteren Elektrodenfilms 60, des piezoelektrischen Films 70 und des oberen Elektrodenfilms 80 freigesetzt werden, und, wenn ein Teil des elastischen Films 50 entfernt ist, wird ein Teil der Druckspannung σ₄ auch freigesetzt. Die Größe der freigesetzten Druckspannung σ₄ des elastischen Films 50 ist proportional zu der Tiefe eines Entfernens des elastischen Films 50. Demzufolge wird, in der Ausführungsform, der elastische Film 50 tiefer als zumindest die Dicke des unteren Elektrodenfilms 60 zum Einstellen der Spannungsbalance des gesamten Films entfernt, wie dies vorstehend beschrieben ist. Deshalb ist dann, wie in 6c dargestellt ist, wenn die Druckerzeugungskammer 12 unterhalb des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 gebildet ist, die Zugspannung σ₄ des elastischen Films 50 entgegengesetzt in der Richtung zu den Zugspannungen σ₃, σ₂ und σ₁ des unteren Elektrodenfilms 60, des piezoelektrischen Films 70 und des oberen Elektrodenfilms 80, aufgenommen von dem das den Strömungskanal bildenden Substrat 10. Demzufolge findet, falls die Kraft eines Freisetzens der Zugspannungen σ₃, σ₂ und σ₁ des unteren Elektrodenfilms 60, des piezoelektrischen Films 70 und des oberen Elektrodenfilms 80 mit der Kraft eines Freisetzens der Druckspannung σ₄ des elastischen Films 50 in Balance tritt, eine Ablenkung des Diaphragmas nur gering statt.
Wenn die von dem elastischen Film entfernten Teile 350 nicht gebildet sind, obwohl der elastische Film 50 eine Druckspannung aufnimmt, verbleiben die Zugspannungen σ₃, σ₂ und σ₁ in dem unteren Elektrodenfilm 60, dem piezoelektrischen Film 70 und dem oberen Elektrodenfilm 80, bevor die Druckerzeugungskammern 12 gebildet sind, wie dies in 7a dargestellt ist. Demzufolge werden, falls die Druckerzeugungskammern 12 gebil det sind, die Zugspannungen σ₃, σ₂ und σ₁ freigesetzt und werden kontrahierende Kräfte, was zu einer Deformation des elastischen Films 50 als eine nach unten gerichtete, konvexe Form führt, die als Anfangsdeformation verbleibt, wie dies in 7b dargestellt ist. Wenn der elastische Film 50 eine Zugspannung, im Gegensatz zu einer Druckspannung, aufnimmt, wenn die von dem elastischen Film entfernten Teile 350 gebildet sind, wird die Zugspannung des elastischen Films 50 auch in einem Teil entfernt und wird eine kontrahierende Kraft, die bewirkt, dass das Diaphragma zu einer mehr nach unten gerichteten, konvexen Form deformiert wird.
Demzufolge wird in der Ausführungsform der elastische Film 50 aus dem Material, das eine Druckkraft besitzt, gebildet, und ein Teil des elastischen Films 50 wird überätzt, um die von dem elastischen Film entfernten Teile 350 zu bilden. Dann wird, nachdem die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 gemustert sind und die Druckerzeugungskammern 12 gebildet sind, eine Druckkraft in den von dem elastischen Film entfernten Teilen 350 auf beiden Seiten jedes piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon freigesetzt und der elastische Film 50 nimmt eine Zugspannung auf. Deshalb werden die Spannungen in der Druckrichtung des unteren Elektrodenfilms 60, des piezoelektrischen Films 70 und des oberen Elektrodenfilms 80 versetzt und der anfängliche Ablenkungsbetrag des Diaphragmas, verursacht durch Bilden der Druckerzeugungskammern 12, kann verringert oder beseitigt werden. Gleichzeitig kann eine Deformation des piezoelektrischen Films 70 verhindert werden, wodurch demzufolge die piezoelektrische Charakteristik des piezoelektrischen Films 70, bevor die Druckerzeugungskammern 12 gebildet sind, beibehalten werden kann. Deshalb kann die Effektivität einer Kopfverschiebung verbessert werden. Weiterhin wird, in der Ausführungsform, der elastische Film 50 aus Metalloxid einer polykristallinen Substanz zum Erzielen einer vorbestimmten Festigkeit gebildet, so dass eine Verschlechterung der Haltbarkeit auch verhindert wird.
Zuvor ist ein Zirkonoxidfilm als ein elastischer Film verwendet worden. In der Erfindung ist allerdings der Zirkonoxidfilm aus dem Film des monoklinen Systems hergestellt, der eine starke Druckspannung besitzt, und die Druckspannung wird durch Ätzen freigesetzt, um dadurch die anfängliche Deformation zu erleichtern. Eine Technik zum Verhindern, dass sich Filme ablösen, durch Bilden des Zirkonoxidfilms als ein Film eines monoklinen Systems zum Ausgleichen von Spannungen, aufgenommen auf dem komplexen Film, wird auch vorgeschlagen, setzt allerdings nicht die Druckspannung des Zirkonoxidfilms für eine Vereinfachung einer anfänglichen Auslenkung frei.
In der Beschreibung werden die Druckerzeugungskammern 12 gebildet, nachdem die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 gemustert sind; tatsächlich kann, wie in 2 dargestellt ist, eine Isolatorschicht 90, die eine elektrische Isolation besitzt, gebildet werden, um so mindestens die Ränder der oberen Fläche des oberen Elektrodenfilms 80 und die Seiten des piezoelektrischen Films 70 und des unteren Elektrodenfilms 60 abzudecken. Weiterhin kann ein Teil des Bereichs, der die obere Fläche des Bereichs entsprechend zu einem Ende jedes piezoelektrischen, aktiven Teils 320 der Isolatorschicht 90 abdeckt, mit einem Kontaktloch 90a ausgebildet werden, um einen Teil des oberen Elektrodenfilms 80 freizulegen, um eine Leitungselektrode 100 zu verbinden, und die Leitungselektrode 100 kann mit einem Ende des oberen Elektrodenfilms 80 durch das Kontaktloch 90a verbunden werden und an dem anderen Ende zu einem Verbindungsanschlussteil verlängert werden. Vorzugsweise ist die Leitungselektrode 100 von einer Breite so schmal wie möglich in einem solchen Umfang gebildet, dass sie zuverlässig ein Ansteuersignal zu dem oberen Elektrodenfilm 80 zuführen kann. In der Ausführungsform ist das Kontaktloch 90a in dem Bereich gegenüberliegend der Druckerzeugungskammer 12 gebildet, allerdings können der piezoelektrische Film 70 und der obere Elektrodenfilm 80 des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 von einem Ende in der Längsrichtung der Druckerzeugungskammer 12 zu dem Bereich gegenüberliegend der Umgebungswand verlängert werden, und das Kontaktloch 90a kann in einer Position gegenüberliegend zu der umgebenden Wand der Druckerzeugungskammer 12 gebildet werden.
In der Folge der Filmbildung und des anisotropen Ätzens, wie vorstehend beschrieben ist, wird eine große Zahl von Chips auf einem Wafer gleichzeitig gebildet, und nachdem der Vorgang beendet ist, werden sie von jedem den Strömungskanal bildenden Substrat 10 einer Chip-Größe getrennt, wie dies in 1 gezeigt ist. Jedes den Strömungskanal bildende Substrat 10 wird an der Dichtplatte 20, dem die gemeinsame Tintenkammer bildenden Substrat 30 und der Tintenkammer-Seitenplatte 40 in Reihenfolge für ein Teil angebondet, um einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zu bilden.
Mit dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf wird Tinte von der Tinteneinführöffnung 42, verbunden mit einer externen Tintenzuführeinrichtung (nicht dargestellt), aufgenommen, und die Innenseite des Aufzeichnungskopfs wird von der gemeinsamen Tintenkammer 31 zu den Düsenöffnungen 11 mit Tinte gefüllt, und eine Spannung wird zwischen dem unteren Elektrodenfilm 60 und dem oberen Elektrodenfilm 80 über die Leitungselektrode 100 entsprechend zu einem Aufzeichnungssignal von einer externen Treiberschaltung (nicht dargestellt) für die Ablenkungsdeformierung des elastischen Films 50, des unteren Elektrodenfilms 60 und des piezoelektrischen Films 70 aufgebracht, um dadurch einen Druck in den Druckerzeugungskammern 12 anzuheben und Tintentröpfchen durch die Düsenöffnungen 11 auszustoßen.
8a stellt die Beziehung zwischen der Kraft, aufgebracht auf das Diaphragma, und dem Betrag einer elastischen Deformation dar, wenn das piezoelektrische Element der Ausführungsform angesteuert wird. Wie hier dargestellt ist, wird, in der Ausführungsform, das Diaphragma nicht in der Anfangsstufe deformiert, so dass eine Deformation T relativ zu einer Kraft F, zu dem Zeitpunkt der Ansteuerung auftretend, in dem elastischen Deformationsbereich auftritt. Andererseits wird, wie in 8b dargestellt ist, wenn die anfängliche Deformation t durch eine zu Anfang aufgebrachte Kraft f durch die Spannungen des unteren Elektrodenfilms 60, des piezoelektrischen Films 70 und des oberen Elektrodenfilms 80 bewirkt wird, wenn eine Kraft F zu dem Zeitpunkt einer Ansteuerung aufgebracht wird, in den plastischen Deformationsbereich eingetreten, wodurch demzufolge eine entsprechende Deformation T nicht erhalten wird und eine Deformation T' auftritt; (T-T') wird ein Deformationsverlust.
9 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs.
Dieses Beispiel besitzt eine ähnliche Struktur zu derjenigen des Beispiels, das zuvor beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass ein elastischer Film aus mehreren Schichten aufgebaut ist.
Wie in 9 dargestellt ist, ist ein elastischer Film 50A aus zwei Schichten eines ersten, elastischen Films 51, hergestellt aus einem Siliziumoxidfilm, 1,0 μm dick, zum Beispiel, gebildet auf einem einen Strömungskanal bildenden Substrat 10, und einem zweiten elastischen Film 52, gebildet aus einem Metalloxidfilm, usw., der eine Druckspannung besitzt, wie beispielsweise Zirkonoxid, zum Beispiel, auf dem ersten, elastischen Film 51, aufgebaut. Ein Teil des zweiten, elastischen Films 52 wird überätzt, um einen von dem elastischen Film entfernten Teil 53A zu bilden, um dadurch den anfänglichen Auslenkungsbetrag eines Diaphragmas zu verringern und die piezoelektrische Charakteristik zu verbessern. Natürlich kann der gesamte, zweite elastische Film 52 in der Dickenrichtung davon entfernt werden, um den von dem elastischen Film entfernten Teil 350A zu bilden.
Gemäß dem Aufbau wird ein ähnlicher Vorteil zu demjenigen des zuvor beschriebenen Beispiels auch erzielt. Weiterhin kann die Festigkeit des elastischen Films erhöht werden, indem der elastische Film aus zwei Schichten aufgebaut wird und die Effektivität der Verschiebung des Diaphragmas zuverlässig durch Bilden des von dem elastischen Film entfernten Teils 350A verbessert werden kann.
Vorzugsweise besitzt der elastische Film, niedergeschlagen unterhalb des elastischen Films, gebildet mit dem von dem elastischen Film entfernten Teil 350A (in der Ausführungsform der zweite, elastische Film 52), nämlich der erste, elastische Film 51 in der Ausführungsform, eine Druckspannung, allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Zumindest der zweite, elastische Film 52 kann eine Druckspannung haben und der erste, elastische Film 51 kann eine Zugspannung haben. Der erste, elastische Film 51 ist aus einem Siliziumoxidfilm gebildet, allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt; zum Beispiel kann er aus einem mit Bor dotierten Siliziumfilm, einem Metalloxidfilm, oder dergleichen, gebildet sein.
Um den elastischen Film aus mehreren Schichten zu bilden, kann der elastische Film, der eine Druckspannung, gebildet aus dem von dem elastischen Film entfernten Teil, besitzt, aus einem Siliziumoxidfilm gebildet sein.
10 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs.
Sie besitzt eine ähnliche Struktur zu derjenigen des vorstehend beschriebenen Aufzeichnungskopfs, mit der Ausnahme, dass ein elastischer Film aus mehreren Schichten aufgebaut ist.
Wie es in 10 dargestellt ist, ist ein elastischer Film 50B aus drei Schichten eines elastischen Films 51A, hergestellt aus Siliziumdioxid, 1 μm dick, zum Beispiel, gebildet auf einem einen Strömungskanal bildenden Substrat 10, einem zweiten, elastischen Film 52A, hergestellt aus einem Platinmetall, usw., 0,2 μm dick, zum Beispiel, gebildet auf dem ersten, elastischen Film 51, und einem dritten, elastischen Film 53, hergestellt aus einem Metalloxid, usw., aus Zirkonoxid, usw., das eine Druckspannung besitzt, 1 μm dick, zum Beispiel, aufgebaut. Ein Teil des dritten, elastischen Films 53 auf der oberen Schicht in der Ebenenrichtung davon ist zu dem zweiten, elastischen Film 52A entfernt, um einen von dem elastischen Film entfernten Teil 350B zu bilden.
Der zweite, elastische Film 52A ist aus Platin gebildet, allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt; der zweite, elastische Film 52A kann aus einem Metall, das eine Flexibilität besitzt, wie beispielsweise Iridium, gebildet sein.
Demzufolge wird der zweite, elastische Film 52A aus einem Metallmaterial aus Platin, Iridium, usw., unterschiedlich zu dem dritten, elastischen Film 53, in der Ätzcharakteristik, und nicht selektiv geätzt, gebildet, wodurch der von dem elastischen Film entfernte Teil 350B einfach gebildet werden kann. Der zweite, elastische Film 52A kann aus einem Metalloxid hergestellt werden, das eine Zugspannung, wie beispielsweise stabilisierendes oder teilweise stabilisierendes Zirkonoxid, besitzt.
Der erste, elastische Film 51 ist aus einem Siliziumdioxidfilm gebildet, kann allerdings aus einem mit Bor dotierten Siliziumfilm, usw., gebildet sein.
Gemäß dem Aufbau kann ein ähnlicher Vorteil zu demjenigen des vorstehend beschriebenen Beispiels auch erzielt werden. Nachfolgend werden, unterhalb des dritten, elastischen Films 53, der geätzt ist, der erste und der zweite, elastische Film 51A und 52B, gebildet aus unterschiedlichen Materialien, so angeordnet, dass eine Auslenkung des Diaphragmas, verursacht durch den von dem elastischen Film entfernten Teil 350B und in den Druckerzeugungskammern 12, stärker unterdrückt werden kann.
11 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs eines Referenzbeispiels.
Wie in der Figur dargestellt ist, ist es ähnlich zu dem ersten Beispiel der 1, mit der Ausnahme, dass ein unterer Elektrodenfilm 60 gleichförmig auf einem elastischen Film 50 ohne Mustern für jeden piezoelektrischen, aktiven Teil 320 gebildet ist.
Ein Bildungsverfahren des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 ist nicht eingeschränkt; nachdem ein von dem elastischen Film entfernter Teil 350 in einem Teil des elastischen Films 50 gebildet ist, können ein unterer Elektrodenfilm 60, ein piezoelektrischer Film 70 und ein oberer Elektrodenfilm 80 gebildet und gemustert werden.
Auch kann in dem Aufbau ein ähnlicher Vorteil zu demjenigen des vorstehend beschriebenen Aufzeichnungskopfs erreicht werden. Ähnlich wird der untere Elektrodenfilm 60 gleichförmig gebildet, wobei die Spannung, die auf den elastischen Film 50 in dem Bereich entsprechend zu beiden Seiten des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Brei tenrichtung davon wirkt, unterdrückt wird, so dass eine Zerstörung des elastischen Films 50 durch Ansteuern des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 verhindert werden kann.
Da ein Überätzen des unteren Elektrodenfilms 60 nicht erforderlich ist, wird die Filmdicke des sogenannten Armteils an beiden Seiten des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon nur durch die Tiefe des von dem elastischen Film entfernten Teils 350 eingestellt und die Filmdicke des Armteils kann präzise gebildet werden. Weiterhin tritt keine Beschädigung des piezoelektrischen Films 70, verursacht durch Überätzen des unteren Elektrodenfilms 60, auf, und die Strahlcharakteristika können verbessert werden.
Der piezoelektrische Film 70 wird separat entsprechend zu jeder Druckerzeugungskammer 12 angeordnet, um den piezoelektrischen, aktiven Teil 320 zu bilden. Zum Beispiel kann, wie in 12a dargestellt ist, der piezoelektrische Film 70 auf dem gesamten, den Strömungskanal bildenden Substrat platziert werden und der obere Elektrodenfilm 80 kann separat entsprechend zu jeder Druckerzeugungskammer 12 platziert werden. In diesem Fall kann bis zu einem Teil des piezoelektrischen Films 70 in der Dickenrichtung davon durch Muster des oberen Elektrodenfilms 80 entfernt werden. Weiterhin kann, zum Beispiel, wie in 12b dargestellt ist, ein Mustern aggressiv als ein Teil des piezoelektrischen Films in der Dickenrichtung davon, anders als der Bereich entsprechend zu der Druckerzeugungskammer 12, ausgeführt werden.
Der elastische Film 50 ist in allen Bereichen, andere als der Bildungsbereich des piezoelektrischen, aktiven Teils 320, gemustert, um den von dem elastischen Film entfernten Teil 350 zu bilden. Zum Beispiel kann, wie in den 13a und 13b dargestellt ist, er auch nur in dem Bereich entlang des Rands der Druckerzeugungskammer 12 an beiden Seiten des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon gebildet werden, oder, zum Beispiel, kann er, wie in 13c dargestellt ist, in dem Bereich entsprechend zu beiden Seiten des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon und der Außenseite des Endes des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Längenrichtung davon gebildet werden. In diesem Fall wird, im Gegensatz zu dem Fall, bei dem der untere Elektrodenfilm 60 entfernt ist, falls der elastische Film 50 mit dem von dem elastischen Film entfernten Teil 350 ausgebildet ist, der piezoelektrische Film 70 auf die umgebende Wand der Druckerzeugungskammer 12 erweitert werden. In jedem Fall kann der anfängliche Auslenkungsbetrag des elastischen Films 50 verringert werden und eine Verschiebung des Diaphragmas kann verbessert werden.
14 stellt die Formen eines piezoelektrischen, aktiven Teils und einer Druckerzeugungskammer eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs dar.
Der Aufzeichnungskopf ist derselbe wie derjenige der 1, mit der Ausnahme, dass beide Enden eines piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon jeweils zu dem Bereich gegenüberliegend einem von dem elastischen Film entfernten Teil 350 erweitert ist, und ein piezoelektrischer Film 70, der den piezoelektrischen, aktiven Teil 320 bildet, ist in einer gleichförmigen Dicke gebildet.
Gemäß dem Aufbau wird ein ähnlicher Vorteil zu demjenigen des Beispiels der 11 erzielt. Der piezoelektrische, aktive Teil ist so gebildet, dass beide Enden in der Breitenrichtung in dem Bereich gegenüberliegend zu dem von dem elastischen Film entfernten Teil 350 positioniert sind. Das bedeutet, dass der piezoelektrische, aktive Teil 320 so platziert ist, um sandwichartig beide Seiten eines elastischen Films 50 in der Breitenrichtung davon in dem relativ vorstehenden Bereich durch den von dem elastischen Film entfernten Teil 350 aufzunehmen. Deshalb kann eine Positionsverschiebung in der Breitenrichtung des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 verhindert werden.
15 stellt die Formen eines piezoelektrischen, aktiven Teils und einer Druckerzeugungskammer eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs dar.
Dieses Beispiel besitzt eine Grundstruktur ähnlich zu derjenigen des vorstehend beschriebenen Beispiels mit der Ausnahme, dass ein von dem elastischen Film entfernter Teil 350 nur in einem elastischen Film 50 in dem Bereich entsprechend zu beiden Seiten eines piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon gebildet ist und der piezoelektrische, aktive Teil 320 zu dem Bereich gegenüberliegend zu dem von dem elastischen Film entfernten Teil 350 erweitert ist.
Der von dem elastischen Film entfernte Teil 350 ist demzufolge in einer schmalen Breite angeordnet, wodurch, zu der Filmbildungszeit, eine Oberfläche eines piezoelektrischen Films 70 in dem Bereich gegenüberliegend zu dem von dem elastischen Film entfernten Teil 350 nicht entlang der Form des elastischen Films 50 gebildet wird und ungefähr ähnlich einer Ebene gebildet wird. Demzufolge verbleibt, wenn die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 gemustert werden, der piezoelektrische Film 70 in dem Bereich gegen überliegend zu dem von dem elastischen Film entfernten Teil 350 dicker als andere Bereiche.
Demzufolge erzielt die Ausführungsform auch einen ähnlichen Vorteil zu demjenigen des zweiten Ausführungsform. Zusätzlich kann ein elektrischer Durchschlag des piezoelektrischen Films 70 an dem Ende des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon verhindert werden und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden.
Ein weiteres Beispiel ist dasselbe wie das erste der 1, mit der Ausnahme, dass ein unterer Elektrodenfilm 60 ein Film ist, der eine Druckspannung anstelle eines elastischen Films 50 besitzt, und mindestens ein Teil des unteren Elektrodenfilms 60 ist entfernt, um einen unteren von dem Elektrodenfilm entfernten Teil 360 im Gegensatz zu dem von dem elastischen Film entfernten Teil 350 auf beiden Seiten eines piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon zu bilden, und mit der Ausnahme, dass der elastische Film 50 ein Siliziumdioxidfilm, geschaffen durch Oxidieren einer Oberfläche eines einen Strömungskanal bildenden Substrats 10, hergestellt aus einem monokristallinen Siliziumsubstrat, ist.
Der Zustand der Spannungen, die der piezoelektrische, aktive Teil 320 aufnimmt, wird diskutiert. 16 zeigt eine Darstellung, um schematisch den Zustand einer Spannung zu zeigen, die jede Schicht aufnimmt, bevor und nachdem Druckerzeugungskammern 12 durch Ätzen gebildet sind.
Wie in 16a dargestellt ist, nehmen ein piezoelektrischer Film 70 und ein oberer Elektrodenfilm 80 Zugspannungen σ₂ und σ₁ von dem den Strömungskanal bildenden Substrat 10 auf, und der untere Elektrodenfilm 60 nimmt eine Druckspannung σ₃ auf. Demzufolge werden, wie in 16b dargestellt ist, wenn die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 gemustert werden, Teile der Zugspannungen σ₂ und σ₁ des piezoelektrischen Films 70 und des oberen Elektrodenfilms 80 freigesetzt und ein Teil der Zugspannung σ₃ des unteren Elektrodenfilms 60 wird freigesetzt. Als nächstes werden, wie in 16c dargestellt ist, wenn die Druckerzeugungskammer 12 unterhalb des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 gebildet ist, die Zugspannungen σ₃ und σ₁ des piezoelektrischen Films 70 und des oberen Elektrodenfilms 80, aufgenommen von dem den Strömungskanal bildenden Substrat 10, freigesetzt und werden eine Kraft in der Druckrichtung. Andererseits wird die Druckspannung σ₃ des unteren Elektrodenfilms 60, wo der untere von dem Elektrodenfilm entfernte Teil 360 gebildet ist, freigesetzt, und wird eine Kraft in der Zugrichtung. Deshalb wird, falls sich die Kraft einer Freisetzung der Spannungen σ₂ und σ₁ des piezoelektrischen Films 70 und des oberen Elektrodenfilms 80 mit der Kraft einer Freisetzung der Druckspannung σ₃ des unteren Elektrodenfilms 60 ausgleicht, das Diaphragma mit nur einem kleinen Betrag ausgelenkt werden.
Vorzugsweise ist das Material des unteren Elektrodenfilms 60, der eine Druckspannung besitzt, ein Material eines Films, der eine Druckspannung besitzt, zum Beispiel Metall, leitendes Oxid, oder leitendes Nitrid. Genauer gesagt können, zum Beispiel, Platin, Iridium, Ruthenium, Osmium, Rhenium, Rhodium, Palladium, Verbindungen davon, usw., als Metall benannt werden. Zum Beispiel werden Rhuteniumoxid, Indiumoxidzinn, Cadmium-Indiumoxid, Zinnoxid, Manganoxid, Rheniumoxid, Irdiumoxid, Strontiumrutheniumoxid, Indiumoxid, Zinkoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Molybdänoxid, Verbindungen davon, usw., als leitfähige Oxide angegeben. Niobnitrid, Zikronnitrid, Wolframnitrid, Hafniumnitrid, Molybdännitrid, Tantalnitrid, Chromnitrid, Palladiumnitrid, Verbindungen davon, usw., werden als leitfähige Nitride angegeben.
Der untere Elektrodenfilm 60 kann durch das Sol-Gel-Verfahren, das Sputterverfahren, usw., gebildet werden. Weiterhin muss, wie vorstehend beschrieben ist, allgemein der piezoelektrische Film 70, der durch das Sputterverfahren oder das Sol-Gel-Verfahren gebildet ist, kalziniert und kristallisiert werden, bei einer Temperatur von ungefähr 600°C-1000°C in einer Atmosphäre oder in einer Sauerstoffatmosphäre nach einer Filmbildung. Demzufolge entwickelt, falls Platinmetall, Iridium, usw., als das Material des unteren Elektrodenfilm 60 verwendet wird, der untere Elektrodenfilm 60 eine Zugspannung in einer solchen Hochtemperatur-Sauerstoffatmosphäre. In einem solchen Fall kann der untere Elektrodenfilm 60 so hergestellt werden, um eine Druckspannung zu haben, unter Verwendung eines Verfahrens zum Bilden eines Prekursorfilms aus PZT durch das Sol-Gel-Verfahren, das Sputterverfahren, oder dergleichen, dann durch Kristallanwachsen des piezoelektrischen Films 70 bei niedriger Temperatur durch ein Hochdruckbehandlungsverfahren in einer Alkaliwasserlösung.
Demzufolge wird der untere Elektrodenfilm 60 aus dem Material, das eine Druckkraft besitzt, gebildet, und ein Teil des unteren Elektrodenfilms 60 wird überätzt, um die von dem unteren Elektroden-Film entfernten Teile 360 zu bilden. Dann wird, nachdem die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 gemustert sind und die Druckerzeugungskammern 12 gebildet sind, eine Druckkraft in den von dem unteren Elektrodenfilm entfernten Teilen 360, platziert an beiden Seiten in der Breitenrichtung jedes piezoelektrischen, aktiven Teils 320, freigesetzt, wodurch der elastische Film 50 eine Spannung in der Zugrichtung aufnimmt. Deshalb werden die Spannungen des piezoelektrischen Films 70 und des oberen Elektrodenfilms 80 in der Kompressionsrichtung versetzt und der anfängliche Auslenkungsbetrag eines Diaphragmas, verursacht durch Bilden der Druckerzeugungskammern 12, kann verringert oder beseitigt werden. Gleichzeitig kann eine Deformation des piezoelektrischen Films 70 verhindert werden, so dass die piezoelektrische Charakteristik des piezoelektrischen Films 70, bevor die Druckerzeugungskammern 12 gebildet sind, beibehalten werden kann. Das bedeutet, dass die Kopfverschiebungseffektivität verbessert werden kann.
Die Größe der freigesetzten Druckspannungen des unteren Elektrodenfilms 60 wird durch die Tiefe des von dem unteren Elektrodenfilm entfernten Teils 360 bestimmt. Deshalb wird vorzugsweise die Tiefe des von dem unteren Elektrodenfilm entfernten Teils 360 unter Berücksichtigung der Spannungsbalance des gesamten Films bestimmt; zum Beispiel wird, in der Ausführungsform, die Tiefe auf 0,1 μm eingestellt.
17 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs.
Wie in 17 dargestellt ist, wird ein unterer Elektrodenfilm 60 vollständig in der Dickenrichtung davon entfernt, um einen unteren, von der Elektrode entfernten Teil 360A zu bilden. Da der untere Elektrodenfilm 60 in dem Bereich entsprechend zu dem unteren von der Elektrode entfernten Teil 360A vollständig entfernt ist, wird ein Diaphragma in dem Bereich dünn und es besteht die Gefahr, dass die Festigkeit verringert werden kann. Demzufolge wird ein zweiter, elastischer Film 55, hergestellt aus Zirkonoxid, usw., zum Beispiel, zwischen einem elastischen Film 50 und dem unteren Elektrodenfilm 60 angeordnet, um die Festigkeit des elastischen Films 50 beizubehalten. Dieses Beispiel ist dasselbe wie das vorherige in den anderen Punkten.
Entsprechend dem Aufbau wird ein ähnlicher Vorteil zu demjenigen des vorherigen Beispiels erreicht. Der zweite, elastische Film 55 ist so angeordnet, dass die Festigkeit des elastischen Films 50 beibehalten wird und eine Herabsetzung der Haltbarkeit verhindert wird.
Der zweite, elastische Film 55 ist auf dem elastischen Film 50 platziert, allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel kann der zweite, elastische Film, her gestellt aus Zirkonoxid, direkt auf einem einen Strömungsweg bildenden Substrat 10 ohne Platzieren des elastischen Films angeordnet werden.
Ein weiteres Referenzbeispiel ist dasselbe wie das erste Beispiel der 1, mit der Ausnahme, dass ein oberer Elektrodenfilm 80 ein Film ist, der eine Druckspannung anstelle eines unteren Elektrodenfilms 60 besitzt, und nur der obere Elektrodenfilm 80 und ein piezoelektrischer Film 70 sind an beiden Seiten eines piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon entfernt.
Der Zustand von Spannungen, die der piezoelektrische, aktive Teil 320 aufnimmt, wird diskutiert. Die 18(a)-18(c) sind Darstellungen, um schematisch den Zustand einer Spannung zu zeigen, die jede Schicht aufnimmt, bevor und nachdem die Druckerzeugungskammern 12 durch Ätzen gebildet sind.
Wie in 18a dargestellt ist, nehmen in einem Zustand, in dem die Schichten des piezoelektrischen Films 70 und des oberen Elektrodenfilms 80 gebildet sind, der piezoelektrische Film 70 und ein unterer Elektrodenfilm 60 Zugspannungen σ₂ und σ₃ von einem einen Strömungskanal bildenden Substrat 10 auf, und der obere Elektrodenfilm 80 und ein elastischer Film 50 nehmen Druckspannungen σ₁ und σ₄ auf. Wie in 18b dargestellt ist, werden, falls die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 gemustert sind, Teile der Spannungen σ₁ und σ₂ des oberen Elektrodenfilms 80 und des piezoelektrischen Films 70 freigesetzt. Als nächstes liegen, wie in 18c dargestellt ist, falls die Druckerzeugungskammer 12 unterhalb des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 gebildet ist, die Spannungen, die der piezoelektrische Film 70 und der obere Elektrodenfilm 80 von dem den Strömungskanal bildenden Substrat 10 aufnehmen, entgegengesetzt in der Richtung zueinander. Demzufolge tritt, falls die Kraft einer Freisetzung der Zugspannung σ₂ des piezoelektrischen Films 70 mit der Kraft einer Freisetzung der Druckspannung σ₁ des oberen Elektrodenfilms 80 in Balance tritt, eine Ablenkung eines Diaphragmas, aufgebaut aus dem unteren Elektrodenfilm 60 und dem elastischen Film 50, nur gering auf.
Vorzugsweise ist das Material des oberen Elektrodenfilms 80, das eine Druckspannung besitzt, ein Material, das eine Druckspannung und eine hohe Leitfähigkeit, zum Beispiel, besitzt, irgendein Metall von Platin, Palladium, Iridium, Rhodium, Osmium, Rhutenium oder Rhenium.
Der obere Elektrodenfilm 80 kann durch ein Sputterverfahren gebildet sein. Der obere Elektrodenfilm 80 ist durch das Sputterverfahren in einem vorbestimmten Gas, zum Beispiel bei einem Gasdruck von 1 Pa oder geringer, gebildet, wodurch das Gas in den oberen Elektrodenfilm 80 aufgenommen wird, so dass dem oberen Elektrodenfilm 80 eine größere Druckspannung gegeben werden kann.
Vorzugsweise ist das Gas, das in den oberen Elektrodenfilm 80 aufgenommen wird, ein inertes Gas, zum Beispiel Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon oder Radon. Die Bedingungen des Gasdrucks, usw., beim Sputtern können geeignet entsprechend dem Sputtersystem, dem Material, usw., eingestellt werden.
Eine Druckspannung wird auf den oberen Elektrodenfilm 80 mindestens in dem Filmbildungszustand aufgebracht, so dass der obere Elektrodenfilm 80 eine Spannung in der Zugrichtung (die Druckspannung wird freigesetzt) aufnimmt, nachdem die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 gemustert sind und die Druckerzeugungskammern 12 gebildet sind. Die Zugspannung und die Spannung des piezoelektrischen Films 70 in der Druckrichtung sind versetzt und der anfängliche Auslenkungsbetrag des Diaphragmas, verursacht durch Bilden der Druckerzeugungskammern 12, kann verringert oder beseitigt werden. Wie vorstehend beschrieben ist, wird nicht, da der anfängliche Auslenkungsbetrag des Diaphragmas verringert wird, in einen plastischen Deformationsbereich eingetreten, sogar nicht durch Ansteuern des piezoelektrischen, aktiven Teils 320, und der Deformationsbetrag kann wesentlich verbessert werden.
Ein inertes Gas wird in den oberen Elektrodenfilm 80 aufgenommen, wodurch eine größere Druckspannung auf den oberen Elektrodenfilm 80 aufgebracht wird, allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Grundsätzlich besitzt der obere Elektrodenfilm 80 eine Druckkraft, so dass ein inertes Gas nicht notwendigerweise in den oberen Elektrodenfilm 80 hinein aufgenommen werden muss, was nicht gesagt werden muss.
Ein nächstes Referenzbeispiel ist dasselbe wie das vorherige, mit der Ausnahme, dass einem oberen Elektrodenfilm 80 eine Druckspannung durch Hinzufügen eines Additivs aus einem Semi-Metall, einem Halbleiter, einem Isolator oder ähnlichem Bestandteil, unterschiedlich gegenüber dem Metall des oberen Elektrodenfilms 70, gegeben wird.
Zum Beispiel kann, wie in 19a dargestellt ist, irgendeines der Additive auf dem oberen Elektrodenfilm 80 durch Ionenimplantierung von oberhalb des oberen Elektrodenfilms 80, nachdem der obere Elektrodenfilm 80 gebildet ist, hinzugefügt werden.
Zum Beispiel können, wie in 20a dargestellt ist, irgendwelche Additive zu dem oberen Elektrodenfilm 80 durch Bilden einer additiven Schicht 85, hinzugefügt zu dem oberen Elektrodenfilm 80 darauf, und dann Erwärmen in einem inerten Gas oder in Vakuum, wodurch eine Fest-Phasen-Diffusion des Bestandteilelements der additiven Schicht 85 in den oberen Elektrodenfilm 80 hinein erfolgt, hinzugefügt werden.
Falls ein Additiv so zu dem oberen Elektrodenfilm 80 durch das Ionenimplantieren oder die Fest-Phasen-Diffusion hinzugefügt ist, ist es zu einer oberen Schicht 81 des oberen Elektrodenfilms 80 hinzugefügt, wie dies in 19b oder in 20b dargestellt ist, so dass die obere Schicht 81 des oberen Elektrodenfilms 80 eine besonders starke Druckspannung besitzt.
Demzufolge wird ein Additiv eines Metalls, usw., unterschiedlich zu dem Metall des uberen Elektrodenfilms 80, zu dem oberen Elektrodenfilm 80 hinzugefügt, wodurch der obere Elektrodenfilm 80 in dem Volumen erweitert wird und demzufolge eine Druckspannung erhält. Deshalb kann der anfängliche Auslenkungsbetrag eines Diaphragmas verringert werden, wodurch der Deformationsbetrag des Diaphragmas durch Ansteuern eines piezoelektrischen, aktiven Teils 320 wesentlich verbessert werden kann. Die obere Schicht des oberen Elektrodenfilms 80 ist so aufgebaut, um eine besonders starke Druckspannung zu haben, so dass der anfängliche Auslenkungsbetrag des Diaphragmas effektiv verringert werden kann.
21 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs.
Wie in der Figur dargestellt ist, ist dieses Referenzbeispiel dasselbe wie das eine vor dem vorherigen, mit der Ausnahme, dass ein oberer Elektrodenfilm 80A aus einem ersten Elektrodenfilm 82, der mit einem piezoelektrischen Film 70 in Kontakt tritt, und einem zweiten Elektrodenfilm 83, der auf dem ersten Elektrodenfilm 82 niedergeschlagen ist, aufgebaut ist.
Der erste Elektrodenfilm 82, der einen Teil des oberen Elektrodenfilms 80A in der elften Ausführungsform bildet, ist aus irgendeinem Metall aus Platin, Palladium, Iridium, Rhodium, Osmium, Ruthenium oder Rhenium gebildet, und besitzt eine Druckspannung. Vorzugsweise besitzt der zweite Elektrodenfilm 83 eine Druckspannung stärker als der erste Elektrodenfilm 82 und ist, zum Beispiel, aus einem leitenden Oxidfilm aus Rutheniumoxid, Indiumoxidzinn, Cadmium-Indiumoxid, Zinnoxid, Manganoxid, Rheniumoxid, Iridiumoxid, Strontiumrutheniumoxid, Indiumoxid, Zinkoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Molybdänoxid, usw., oder, zum Beispiel einem leitfähigen Nitridfilm aus Titannitrid, Niobnitrid, Zirkonnitrid, Wolframnitrid, Hafniumnitrid, Molybdännitrid, Tantalnitrid, Chromnitrid, Palladiumnitrid, usw., hergestellt.
Der obere Elektrodenfilm 80A ist entsprechend dem folgenden Verfahren gebildet:
Nachdem ein unterer Elektrodenfilm 60 und der piezoelektrische Film 70 auf einem einen Strömungskanal bildenden Substrat 10 wie in dem Dünnfilmherstellverfahren in dem ersten Beispiel der 1 gebildet sind, wird zuerst der erste Elektrodenfilm 82, der einen Teil des oberen Elektrodenfilms 80A bildet, gebildet, als nächstes wird der zweite Elektrodenfilm 83, der einen Hauptbestandteil unterschiedlich zu demjenigen des ersten Elektrodenfilms 82 besitzt, darauf gebildet. Vorzugsweise ist der zweite Elektrodenfilm 83 aus einem leitenden Oxidfilm oder einem leitenden Nitridfilm hergestellt; ein leitender Oxid- oder Nitridfilm kann direkt gebildet werden oder kann durch Oxidation oder Nitrierung nach der Filmbildung gebildet werden.
Dann werden der piezoelektrische, aktive Teil 320 und die Druckerzeugungskammer 12 wie in dem vorstehend beschriebenen Herstellverfahren gebildet.
Falls der obere Elektrodenfilm 80A so gebildet ist, kann der Deformationsbetrag eines Diaphragmas durch Ansteuern des piezoelektrischen, aktiven Teils verbessert werden. Der obere Elektrodenfilm 80A ist aus den zwei Schichten hergestellt, die jeweils eine Druckspannung haben, und die obere Schicht des oberen Elektrodenfilms 80A ist aus einem leitenden Oxidfilm, einem leitenden Nitridfilm, oder dergleichen, gebildet, um dadurch eine höhere Druckspannung als diejenige der unteren Schicht zu erzeugen, so dass der anfängliche Auslenkungsbetrag des Diaphragmas effektiv unterdrückt werden kann.
Der obere Elektrodenfilm 80A ist aus den zwei Schichten hergestellt, kann allerdings aus nur dem zweiten Elektrodenfilm 83, hergestellt aus einem leitenden Oxidfilm oder einem leitenden Nitridfilm, ohne Platzieren des ersten Elektrodenfilms 82, zum Beispiel, gebildet werden. Auch kann in dem Aufbau ein ähnlicher Vorteil zu demjenigen des vorstehend beschriebenen Ausführungsform erreicht werden.
Die 22(a)-22(c) zeigen Ansichten, um den Hauptteil eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs als ein Referenzbeispiel darzustellen; 22a zeigt eine Draufsicht, 22b zeigt eine Schnittansicht, vorgenommen entlang einer Linie B-B' in 22a, und 22c zeigt eine Schnittansicht, vorgenommen entlang einer Linie C-C' in 22a.
Wie in 22 dargestellt ist, ist dieses Beispiel dasselbe wie dasjenige, das in 16 dargestellt ist, mit der Ausnahme, dass ein von einem elastischen Film entfernter Teil 350A durch Entfernen eines Teils eines elastischen Films 50 in der Dickenrichtung davon in einer schmaleren Breite als ein piezoelektrischer, aktiver Teil 320 über die Längenrichtung grob in der Mitte in der Breitenrichtung des Bereichs, gegenüberliegend zu dem piezoelektrischen, aktiven Teil 320, auf der Bereichsseite des elastischen Films 50, gegenüberliegend zu einer Druckerzeugungskammer 12, und mit der Ausnahme, dass ein unterer Elektrodenfilm 60 an beiden Seiten des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon insgesamt entfernt ist, gebildet ist.
Auch wird in dem Aufbau ein Teil der Druckspannung des elastischen Films 50 durch den von dem elastischen Film entfernten Teil 350A freigesetzt und der anfängliche Auslenkungsbetrag eines Diaphragmas kann verringert werden. Weiterhin wird eine Kraft in der Zugrichtung auf einen piezoelektrischen Film 70 zu derselben Zeit aufgebracht, zu der ein anfänglicher Ablenkungsbetrag des Diaphragmas verringert werden kann, wodurch die Spannung des piezoelektrischen Films 70 gleich zu derjenigen bei der Filmbildungszeit gemacht werden kann oder in der Zugrichtung verstärkt werden kann, und die piezoelektrische Charakteristik kann wesentlich verbessert werden.
Der von dem elastischen Film entfernte Teil 350A ist grob in der Mitte in der Breitenrichtung des elastischen Films 50 an der Seite der Druckerzeugungskammer 12 platziert, allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel kann, wie in 23 dargestellt ist, der von dem elastischen Film entfernte Teil 350A an beiden Seiten des elastischen Films 50 in der Breitenrichtung davon auf der Seite der Druckerzeugungskammer 12 platziert werden.
Auch wird in dem Aufbau ein Teil der Druckspannung des elastischen Films 50 durch den von dem elastischen Film entfernten Teil 350A freigesetzt, der anfängliche Auslenkungsbetrag des Diaphragmas kann verringert werden und die piezoelektrische Charakteristik kann wesentlich verbessert werden.
In einem weiteren Referenzbeispiel wird ein leitender Film 65, hergestellt aus einem Material, im Wesentlichen unterschiedlich gegenüber einem unteren Elektrodenfilm 60, weiterhin zwischen dem unteren Elektrodenfilm 60 und einem piezoelektrischen Film 70 platziert, und dieser ist ein Film, der eine Druckspannung besitzt, und der leitende Film 65 an beiden Seiten eines piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon wird entfernt, um einen von dem leitfähigen Film entfernten Teil 370 zu bilden. Ein elastischer Film 50 ist ein Siliziumdioxidfilm, gebildet durch Oxidieren einer Oberfläche eines einen Strömungskanal bildenden Substrats 10, hergestellt aus einem monokristallinen Siliziumsubstrat. Dieses Beispiel ist dasselbe wie dasjenige der 1 in anderen Punkten.
Der Zustand von Spannungen, die der piezoelektrische, aktive Teil 320 aufnimmt, wird diskutiert. Die 24(a)-24(c) stellen schematisch den Zustand einer Spannung dar, die jede Schicht aufnimmt, bevor und nachdem die Druckerzeugungskammern 12 durch Ätzen gebildet sind.
Wie in 24a dargestellt ist, nehmen in einem Zustand, in dem die Schichten des piezoelektrischen Films 70, eines oberen Elektrodenfilms 80, usw., gebildet sind, der obere Elektrodenfilm 80, der piezoelektrische Film 70 und der untere Elektrodenfilm 60 Zugspannungen σ₁, σ₂ und σ₃ von dem den Strömungskanal bildenden Substrat 10 auf, und in der Ausführungsform nehmen der elastische Film 50 und der leitende Film 65 Druckspannungen σ₄ und σ₅ auf. Wie in 24b dargestellt ist, werden, falls die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 gemustert sind, Teile der Zugspannungen σ₁ und σ₂ des oberen Elektrodenfilms 80 und des piezoelektrischen Films 70 freigesetzt, und ein Teil der Druckspannung σ₅ des leitfähigen Films 65 wird freigesetzt. Als nächstes liegen, wie in 24c dargestellt ist, falls die Druckerzeugungskammer 12 unterhalb des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 gebildet ist, die Spannungen, die der obere Elektrodenfilm 80 und der piezoelektrische Film 70 von dem den Strömungskanal bildenden Substrat 10 aufnehmen, entgegengesetzt in der Richtung zu der Spannung, die der leitfähige Film 65 davon aufnimmt. Demzufolge tritt, wenn eine Freisetzung der Zugspannungen σ₁ und σ₂ des oberen Elektrodenfilms 80 und des piezoelektrischen Films 70 mit der Kraft einer Freisetzung der Druckspannung σ₅ des leitfähigen Films 65 ausgeglichen ist, eine Ablenkung eines Diaphragmas, aus dem unteren Elektrodenfilm 60 und dem elastischen Film 50, höchstens nur gering auf.
Bevorzugt ist der leitfähige Film 65 ein Film, der eine Druckspannung aufnimmt und der ein schlechtes Reaktionsvermögen mit dem piezoelektrischen Film 70 besitzt (vorzugsweise ein solcher Film, mit einer Leitung des PZT nicht diffundiert). Unter Berücksichtigung der Bedingungen ist vorzugsweise der leitfähige Film 65 ein Metalloxidfilm, insbesondere ein Film, der im Wesentlichen aus entweder Iridiumoxid, Rheniumoxid oder Rutheniumoxid besteht.
Ein Herstellverfahren des leitfähigen Films 65 ist nicht beschränkt. Nachdem der untere Elektrodenfilm 60 gebildet ist, kann der leitfähige Film 65 durch das Sol-Gel- Verfahren, zum Beispiel, wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, gebildet werden. Dann werden der piezoelektrische Film 70 und der obere Elektrodenfilm 80 gebildet, die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 werden gemustert und der leitfähige Film 65 auf beiden Seiten des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon wird gemustert, um den von dem leitfähigen Film entfernten Teil 370 zu bilden, um dadurch den Aufbau zu erhalten.
Die Messergebnisse der Diaphragma-Verschiebungsbeträge des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs des Referenzbeispiels und des herkömmlichen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs sind wie folgt:
Die Parameter in den Schichten des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs des Referenzbeispiels sind wie folgt: Der obere Elektrodenfilm 80 ist aus einem Material aus Platin hergestellt und ist 100 nm dick. Der piezoelektrische Film 70 besitzt eine piezoelektrische Verzerrungskonstante von 150 pC/N und ist 1000 nm dick. Der obere Elektrodenfilm 80 und der piezoelektrische Film 70 sind 40 μm breit. Der leitfähige Film 65 ist aus einem Material aus Iridiumoxid hergestellt und ist 0,7 μm dick. Der untere Elektrodenfilm 60 ist aus einem Material aus Platin hergestellt und ist 0,2 μm dick. Der elastische Film 50 ist 1,0 μm dick. Die Spannung, angelegt an den piezoelektrischen Film 70, beträgt 25V. Der maximale Verschiebungsbetrag des elastischen Films 50 war 195 nm unter diesen Bedingungen.
Wenn dieselbe Bedingung im Stand der Technik angewandt wird (wo der leitfähige Film 65 nicht vorgesehen ist), und zwar unter denselben Bedingungen wie vorstehend, war der maximale Verschiebungsbetrag 150 nm. Demzufolge kann der Aufbau des Beispiels eine Verschiebung 30% größer als diejenige im Stand der Technik erzielen. Das bedeutet, dass der anfängliche Ablenkungsbetrag des Diaphragmas zuverlässig verringert wird.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann, gemäß dem Beispiel, der anfängliche Auslenkungsbetrag des Diaphragmas verringert werden, und weiterhin verbessert sich die Haltbarkeit, wenn das Diaphragma des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs angesteuert wird. Der leitfähige Film 65 wird zwischen dem unteren Elektrodenfilm 60 und dem piezoelektrischen Film 70 platziert. Demzufolge kann, um den leitfähigen Film 65 zu ätzen, bis der untere Elektrodenfilm 60 freigelegt ist, und zwar in dem Herstellvorgang des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs, falls ein Ätzgas mit einem großen Ätzauswahlverhältnis zwischen dem leitfähigen Film 65 und dem Elektrodenfilm 60 geeignet ausgewählt wird, ein Ätzen unter einer guten Kontrolle gestoppt werden. Zum Beispiel wird, um einen Plasmamotor zum Ätzen zu verwenden, eine Ätzendpunktkontrolle durchgeführt. Deshalb wird der Herstellertrag der Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe erhöht und Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe, die an eine Massenherstellung angepasst sind, können erhalten werden, so dass die Herstellkosten verringert werden können.
Der leitfähige Film 65 ist aus einer Schicht gebildet, allerdings kann, zum Beispiel, der leitfähige Film 65 aus zwei Schichten gebildet sein. In diesem Fall besitzt vorzugsweise jede der zwei Schichten eine Druckspannung; mindestens die obere Schicht kann eine Druckspannung aufweisen.
Der Diaphragma-Zustand, nachdem die Druckerzeugungskammer 12 gebildet ist, ist nicht dargestellt; der Spannungszustand in jeder Schicht wird optimiert, wodurch ein Diaphragma nach oben konvex deformiert werden kann, und die piezoelektrische Charakteristik, usw., kann mehr verbessert werden.
In den Referenzbeispielen, bei denen irgendeine Schicht aus einem Druckfilm hergestellt ist und dessen entfernter Teil vorgesehen ist, kann ein Teil des Arms des elastischen Films 50 in der Dickenrichtung davon entfernt werden. Entsprechend dem Aufbau wird der elastische Film 50 leicht deformiert und wird dementsprechend leicht nach oben konvex. Zu diesem Zeitpunkt kann der elastische Film 50 von einer Druckspannung oder einer Zugspannung sein.
Die 25(a)-25(c) stellen den Spannungszustand eines piezoelektrischen, aktiven Teils 320 dar, wobei ein oberer Elektrodenfilm 80 und ein elastischer Film 50 Druckspannungen sind und der elastische Film 50 in einem Arm mit einem von einem elastischen Film entfernten Teil 350 gebildet ist.
Wie in 25(a) dargestellt ist, nehmen, in einem Zustand, in dem die Schichten eines piezoelektrischen Films 70 und der obere Elektrodenfilm 80 gebildet sind, der piezoelektrische Film 70 und der untere Elektrodenfilm 60 Zugspannungen σ₂ und σ₃ von einem einen Strömungskanal bildenden Substrat 10 auf, und der obere Elektrodenfilm 80 und der elastische Film 50 nehmen Druckspannungen σ₁ und σ₄ auf. Die Größe der Druckspannung σ₁ des oberen Elektrodenfilms 80 ist größer als die Größe der Zugspannung σ₂ und σ₃ des piezoelektrischen Films 70, des unteren Elektrodenfilms 60. Sie nimmt in der Druckrichtung wie die Spannung des gesamten Films zu. Wie in 25b dargestellt ist, werden, falls die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 gemustert sind, Teile der Spannungen σ₁, σ₂ und σ₃ des oberen Elektrodenfilms 80, des piezoelektrischen Films 70 und des unteren Elektrodenfilms 60 freigesetzt. Zu derselben Zeit wird auch ein Teil der Spannung σ₄ des elastischen Films 50 freigesetzt, da ein Teil des elastischen Films 50 an beiden Seiten des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon entfernt wird, um den von dem elastischen Film befreiten Teil 350 in der Ausführungsform zu bilden. Als nächstes liegen, wie in 25c dargestellt ist, falls die Druckerzeugungskammer 12 unterhalb des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 gebildet ist, die Spannungen, die der piezoelektrische Film 70 und der untere Elektrodenfilm 60 von dem den Strömungskanal bildenden Substrat 10 aufnehmen, in entgegengesetzter Richtung zu den Spannungen, die der obere Elektrodenfilm 80 und der elastische Film 60 davon aufnehmen, und die Kraft einer Freisetzung eines Teils der Druckspannung σ₁ des oberen Elektrodenfilms 80 und eines Teils der Druckspannung σ₄ des elastischen Films 50 ist größer als die Kraft einer Freisetzung der Zugspannungen σ₂ und σ₃ des piezoelektrischen Films 70 und des unteren Elektrodenfilms 60, wodurch ein Diaphragma, hergestellt aus dem elastischen Film 50, nach oben konvex deformiert wird.
Dem oberen Elektrodenfilm 80 wird demzufolge eine Druckspannung einer vorbestimmten Größe oder mehr gegeben. Demzufolge nimmt, falls die piezoelektrischen, aktiven Teile 320 gemustert werden und die Druckerzeugungskammern 12 gebildet werden, der obere Elektrodenfilm 80 eine Zugspannung (die Druckspannung wird freigesetzt) auf und wird zu den Spannungen des piezoelektrischen Films 70 versetzt, und der untere Elektrodenfilm 60 in der Druckrichtung und das Diaphragma können nach oben konvex deformiert werden. Insbesondere wird der elastische Film 50 an beiden Seiten des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 in der Breitenrichtung davon mit dem von dem elastischen Film entfernten Teil 350, gebildet durch Entfernen eines Teils in der Dickenrichtung, gebildet, so dass die Nachgiebigkeit des Diaphragmas verbessert wird und das Diaphragma einfacher konvex nach oben deformiert werden kann. Deshalb kann der Deformationsbetrag des Diaphragmas durch Ansteuern des piezoelektrischen, aktiven Teils 320 merkbar verbessert werden.
Der elektrische Film 50 und der obere Elektrodenfilm 80 sind Kompressionsfilme, die Druckspannungen haben. Zumindest entweder der untere Elektrodenfilm 60, der obere Elektrodenfilm 80 oder der leitfähige Film 65, gebildet auf dem unteren Elektrodenfilm 60, können ein Kompressions- bzw. Druckfilm sein; natürlich können zwei oder alle davon Druckfilme sein.
Zusätzlich zu der Dichtplatte 20 kann die die gemeinsame Tintenkammer bildende Platte 30 aus Glaskeramik hergestellt sein und weiterhin kann der Dünnfilm 41 aus Glaskeramik als ein separates Teil hergestellt sein; das Material, die Struktur, usw., können so, wie dies erwünscht ist, geändert werden.
In den vorstehend beschriebenen Referenzbeispielen sind die Düsenöffnungen in der Endfläche des den Strömungskanal bildenden Substrats 10 gebildet, allerdings können die Düsenöffnungen, in der vertikalen Richtung zu einer Ebene vorstehend, hergestellt werden.
26 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Referenzbeispiels, das so aufgebaut ist, und 27 zeigt eine Schnittansicht eines Strömungskanals in dem Beispiel. Düsenöffnungen 11 sind aus einem Düsensubstrat 120 hergestellt, entgegengesetzt zu einem piezoelektrischen Element und Düsenverbindungsöffnungen 22, um den Düsenöffnungen 11 und den Druckerzeugungskammern 12 zu ermöglichen, miteinander in Verbindung zu treten, wobei sie so angeordnet sind, um eine Dichtungsplatte 20, eine gemeinsame, eine Tintenkammer bildende Platte 30, eine dünne Platte 41A und eine Tintenkammer-Seitenplatte 40A zu durchdringen.
Zusätzlich sind die dünne Platte 41A und die Tintenkammer-Seitenplatte 40A als separate Teile hergestellt und die Tintenkammer-Seitenplatte 40A ist mit einer Öffnung 40b ausgebildet. Das Referenzbeispiel ist grundsätzlich ähnlich zu dem vorstehend beschriebenen Beispiel in anderen Punkten. Teile, identisch zu solchen, die zuvor unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben sind, sind mit denselben Bezugszeichen in 26 und 27 bezeichnet, und werden nicht erneut diskutiert werden.
Natürlich kann das Beispiel auch bei dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf des Typs angeordnet werden, bei dem eine gemeinsame Tintenkammer in einem einen Strömungskanal bildenden Substrat gebildet ist.
Die Dünnfilm-Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe, die durch Anwenden eines Filmbildungs- und Lithografieverfahrens hergestellt werden können, werden als Beispiele herangezogen. Die Erfindung kann bei Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfen von verschiedenen Strukturen angewandt werden, wie beispielsweise eine Struktur, bei der Substrate so niedergeschlagen sind, um Druckerzeugungskammern zu bilden, und einer Struktur, bei der eine grüne Platte herangezogen wird, oder ein Siebdrucken, usw., ausgeführt wird, um einen piezoelektrischen Film zu bilden.
In der Beschreibung ist die isolierende Schicht zwischen dem piezoelektrischen Element und der Leitungselektrode platziert, allerdings könnte, zum Beispiel, ohne Vorsehen der isolierenden Schicht, ein isotroper, leitender Film thermisch auf jede obere Elektrode aufgebracht werden und mit einer Leitungselektrode verbunden werden, oder verschiedene Verbindungstechniken, wie beispielsweise Drahtbonden, könnten für eine Verbindung verwendet werden.
Jeder der Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe der Referenzbeispiele bildet einen Teil einer Aufzeichnungs-Kopfeinheit, die einen Tintenströmungskanal aufweist, der mit einer Tintenkassette, usw., in Verbindung steht, und ist in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung installiert. 28 zeigt ein schematisches Diagramm, um ein Beispiel der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung darzustellen.
Wie hier dargestellt ist, sind Kassetten 2A und 2B, die die Tintenzuführeinrichtung bilden, abnehmbar in den Aufzeichnungs-Kopfeinheiten 1A und 1B, jede mit einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, angeordnet, und ein Schlitten 3, auf dem die Aufzeichnungs-Kopfeinheiten 1A und 1B montiert sind, ist axial bewegbar auf einer Schlittenwelle 5, befestigt an einem Hauptgehäuse 4 der Aufzeichnungsvorrichtung, angeordnet. Die Aufzeichnungs-Kopfeinheiten 1A und 1B stoßen ein Komposit aus schwarzer Tinte und ein Komposit aus farbiger Tinte jeweils, zum Beispiel, aus.
Eine Antriebskraft eines Antriebsmotors 6 wird auf den Schlitten 3 über eine Mehrzahl von Zahnrädern und einen Zeitsteuerriemen (nicht dargestellt) übertragen, wodurch der Schlitten 3, auf dem die Aufzeichnungs-Kopfeinheiten 1A und 1B montiert sind, entlang der Schlittenwelle 5 bewegt wird. Andererseits ist das Hauptgehäuse 4 der Aufzeichnungsvorrichtung mit einer Auflageplatte 8 entlang der Schlittenwelle 5 versehen, und ein Aufzeichnungsblatt S eines Aufzeichnungsmediums, wie beispielsweise Papier, zugeführt durch eine Papierzuführrolle, usw. (nicht dargestellt), ist um die Platte 8 herum gewickelt und wird transportiert.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird der Film, der eine Druckspannung besitzt, auf der Seite des elastischen Films des den Strömungskanal bildenden Substrats gebildet, und mindestens ein Teil des Bereichs des Films entsprechend zu dem Arm des Diaphragmas wird entfernt. Demzufolge wird ein Teil der Druckspannung freigesetzt, und, falls die Druckerzeugungskammern gemustert sind, kann eine Ablenkung des Diaphragmas verringert werden. Falls nur eine kleine Ablenkung des Diaphragmas auftritt, kann die piezoelektrische Charakteristik des piezoelektrischen Films, bevor die Druckerzeugungskammern gebildet sind, beibehalten werden und kann wesentlich verbessert werden, und die Verschiebungseffektivität des Kopfs kann erhöht werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs, der ein einen Strömungskanal bildendes Substrat (10) umfasst, das die Schritte aufweist: a) Bilden eines elastischen Films (50), der eine Druckspannung aufweist, auf dem den Strömungskanal bildenden Substrat; b) Bilden eines piezoelektrischen Teils; und c) Überätzen des elastischen Films (50) in der Dickenrichtung, um Entfernungsteile (350) des elastischen Films zu bilden; wobei Schritt b) die folgenden vier Schritte umfasst: d) Bilden eines ersten Elektrodenfilms (60) auf dem elastischen Film (50); e) Bilden eines piezoelektrischen Films (70) auf dem Elektrodenfilm (60); f) Bilden eines zweiten Elektrodenfilms (80) auf dem piezoelektrischen Film (70); und g) Ätzen des zweiten Elektrodenfilms (80), des piezoelektrischen Films (70) und des ersten Elektrodenfilms (60), um den piezoelektrischen Teil zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Film (70), der erste Elektrodenfilm (60) und der zweite Elektrodenfilm (80) vor dem Ätzschritt unter Spannung stehen, und der Ätzschritt und der Überätzschritt so durchgeführt werden, dass die Zugspannungen, freigesetzt während des Ätzschritts, in Balance zu der Druckspannung, freigesetzt während des Überätzschritts, treten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der elastische Film (50A) mindestens 2 Schichten (51, 52) aufweist.