DE19813470B4

DE19813470B4 - Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE19813470B4
Application number: DE19813470A
Authority: DE
Inventors: David J. Corvallis Waller; Timothy L. Corvallis Weber; Kenneth E. Trueba; Hai Q. San Diego Tran
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: US5988786A; DE19813470A1; GB9813921D0; GB2327064A; GB2327064B

Abstract

Tintenstrahldruckkopf (103), mit
einer mit Löchern versehenen Membran (109),
zumindest einer Tintenausstoßkammer (203), die durch ein Substrat (207), welches eine Oberfläche aufweist, die an einer Kante (401) endet, durch eine Barriereschicht (205), die auf der Oberfläche des Substrats (207) angeordnet und beabstandet von der Kante (401) des Substrats ist, und durch die Membran (109), die auf einer Oberfläche (208) der Barriereschicht (205) angeordnet ist, gebildet ist, und
einem Körperbauglied (101} mit einer Oberfläche (306), die von der Substratoberfläche und durch eine Entfernung von und im wesentlichen parallel zu der Barriereschichtoberfläche (208) beabstandet ist,
wobei Tinte in die zumindest eine Tintenausstoßkammer (203) von einem Tintenkanal einführbar ist, der durch einen Zwischenraum in der Barriereschicht (205) und zwischen der Oberfläche des Substrats (207) und einem Abschnitt der mit Löchern versehenen Membran (109) sowie zwischen dem Körperbauglied (101) und dem Substrat (207) definiert ist,
wobei die mit...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Tintenstrahldruckkopf und insbesondere auf eine gelenkige Öffnungsmembran für einen Druckkopf einer Tintenstrahldruckerkassette, die die Flugbahn und Planierung von Tintentropfen durch Vorsehen einer reduzierten Deformierung der Öffnungen verbessert.
Das Tintenstrahldrucken wird allgemein durch Ausstoßen von Tintentröpfchen aus winzigen Öffnungen durchgeführt, so daß dieselben auf einem Aufzeichnungsmedium, wie z. B. Papier, landen. Die am weitesten verbreiteten Technologien, die verwendet werden, um Tinte auszustoßen, sind ein thermischer Prozeß, bei dem Tinte verdampft wird, um den Tintentröpfchen einen Impuls zu geben, und ein piezoelektrischer Prozeß, bei dem eine elektromechanische Kraft das Tintentröpfchen ausstößt. Obwohl die vorliegende Erfindung auf mindestens diese zwei Technologien anwendbar ist, wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel unter Verwendung des thermischen Tintenstrahlprozesses erklärt.

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

Eine Nahansicht einer herkömmlichen Öffnungs- und Abfeuer-Kammer ist in 2 dargestellt. Der Film 109 ist derart angeordnet, daß die Öffnung 105, die sich von der inneren Oberfläche des Films zu der äußeren Oberfläche erstreckt, im wesentlichen über einem Heizwiderstand 201 in einer Tintenausstoßkammer oder einer Tintenabfeuerkammer 203 zentriert ist. Die Tintenabfeuerkammer ist ferner durch eine photodefinierbare Haft- oder -Barriere-Schicht 205 definiert, die an einem Halbleitersubstrat 207 angebracht ist. Der Film 109 ist an der anderen Oberfläche 208 der Barriereschicht (deren Oberfläche im allgemeinen parallel zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats ist) befestigt, wodurch eine Tintenausstoßvorrichtung des Tintenstrahldruckkopfs gebildet wird. Tinte, die durch 209 dargestellt ist, tritt in die Abfeuerkammer 203 über eine Öffnung oder eine Kante in dem Substrat 207 und von dort über die Oberfläche des Substrats in die Abfeuerkammer 203 ein. Anschließend zu dem Verdampfungsprozeß, der die Tinte in einem thermischen Tintenstrahldruckkopf ausstößt, wird die Kammer als Ersatz für die ausgestoßene Tinte neu gefüllt.

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

Es wurde beobachtet, daß Tintentropfen, die aus Druckköpfen, wie dieselben, die Filmöffnungsmembranen verwenden, ausgestoßen werden, Flugbahnfehlern ausgesetzt sein können. Das US-Patent Nr. 5,467,115, das der Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung übertragen ist, hat eine Lösung des Problems derartiger Flugbahnfehler vorgeschlagen. Die Öffnungsmembran ist dort an der Barriereschicht und an der Oberfläche des Halbleitersubstrats unter Verwendung von Wärme und Druck befestigt. Die Öffnungsmembran erstreckt sich über die äußeren Kanten des Barrierenschichtsubstrats (wie in 3 hierin dargestellt) hinaus, überbrückt den Raum zwischen dem Substrat und dem Kassettenkörperbauglied und ist an dem Körperbauglied befestigt. Während des Wärme- und Druck-Schritts, der verwendet wird, um die Öffnungsmembran an der Barriereschicht zu befestigen, biegt sich die Öffnungsmembran unerwünscht über die äußeren Kanten der Barriereschicht, was bewirkt, daß die Öffnungen unsteuerbar deformiert oder geneigt werden, was folglich zu einer ungenauen Flugbahn der Tintentröpfchen und zu einer weniger als optimalen Druckqualität führt. Als eine Lösung wurde vorgeschlagen, daß die Öffnungen vor dem Befestigen der Öffnungsmembran an der Substratbarriereschicht vorgeneigt werden, oder daß die Barriereschicht mit Gräben versehen wird, um eine kompensierende Deformation der Öffnungsmembran vorzusehen.

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

Bezugnehmend nun auf 4A wird, wenn die flexible Film öffnungsmembran 109 an der Barriereschicht 205 des Halbleitersubstrats 207 befestigt wird, dieselbe oftmals in dem Bereich deformiert, bei dem es kein unterliegendes Tragen durch die Barriereschicht gibt, und dies ist insbesondere an der Kante 401 des Substrats 207 schwierig, wo die Tinte auf die Oberfläche 402 (die durch die Kante 401 definiert ist) des Substrats und in die Abfeuerkammer eintritt. Um weiter das Deformationsproblem zu verschärfen, bewirkt die Erhöhung der oberen Oberfläche der Barriereschicht 205 über die Oberfläche des Körperbauglieds 101, daß die Öffnungsmembran 109 sich weiter in einer Richtung hin zu der Oberfläche des Substrats 207 biegt. Der resultierende Effekt sowohl des Prozesses der Haftung der Öffnungsmembran 109 an der Barriereschicht 205 als auch des Überbrückens von nicht-planaren Oberflächen durch die Öffnungsmembran ist eine Öffnung, die eine Neigung der Bohrungsachse der Öffnung 105 um einen Winkel θ aufweist. Bei einer nach oben schießenden thermischen Tintenstrahldruckkassette wird θ relativ zu einer Linie senkrecht zu der Oberfläche des Substrats 207 gemessen. Da die Öffnungen üblicherweise im wesentlichen in parallelen Reihen plaziert sind, die nahe gegenüberliegenden Kanten der Oberseite des Substrats positioniert sind, tendiert der Winkel der Abweichung von der Senkrechte dazu, sich hin zu der Kante des Substrats zu neigen. Dies führt dazu, daß sich die Öffnungsbohrungen an einer Kante des Substrats in eine Richtung und die Öffnungsbohrungen an der gegenüberliegenden Kante des Substrats in die entgegengesetzte Richtung, wie in 4B gezeigt, neigen. (Obwohl 4B das bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Druckkopfs darstellt, bei dem die Tinte zu den Abfeuerkammern über die Kante des Halbleiters zugeführt wird, die die obere Oberfläche des Halbleiters definiert, muß die Erfindung nicht derart beschränkt werden. Ein ähnliches Problem der Öffnungsmembransenkung über Tintenfüllschlitzen, die durch die Mitte oder woanders in dem Halbleitersubstrat geschnitten sind, ist erkannt und wird ähnliche Verbesserungen durch die vorliegende Erfindung realisieren.) Sowohl in 4A als auch in 4B ist die Oberfläche der Barriereschicht 205 nicht planar und höher als die Oberfläche des Körperbauglieds 101. Die Öffnungsmembran wird abwärts hin zu der Kante des Halbleitersubstrats 207 gebogen. Wenn die Oberfläche des Körperbauglieds 101 höher wäre als die Oberfläche der Barriereschicht 205, würde die Biegung der Öffnungsmembran natürlich umgekehrt sein. Auf den Winkel θ wird typischerweise als Vertiefungswinkel Bezug genommen, und die Gesamtdifferenz (θ₀ – θ_e) ist als Düsenkrümmungswinkel (NCA; NCA = Nozzle Camber Angle) bekannt. Die Tintentröpfchen, die von einer Öffnung ausgestoßen werden, die eine Bohrungsachse aufweist, die mit einem Vertiefungswinkel von ungleich null verdreht ist, werden weg von der normalen Flugbahn abgelenkt, und dieselben landen auf dem Aufzeichnungsmedium bei einer Position, die nicht wünschenswert ist und durch Menschen als eine Reduktion der Druckqualität wahrgenommen wird. Die Abweichung von der gewünschten Position des Druckens (eine Messung der Druckqualität) wird durch eine Messung quantifiziert, die als mittlere Bewegungsachsenplazierungsgenauigkeit (SAD; SAD = Scan-Axis Placement Accuracy) bekannt ist. Es liegt eine proportionale Beziehung zwischen dem Vertiefungswinkel und der SAD vor, so daß eine Verbesserung des Vertiefungswinkels eine Verbesserung der SAD anzeigt.

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

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

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

Die WO 96/13388 A1 offenbart einen Tintenstrahldruckkopf mit einer Mehrzahl von Druckkopfelementen, die nebeneinander angeordnet sind. Eine Düsenplatte mit Schlitzen ist auf den Druckkopfelementen angeordnet, wobei durch die Schlitze mehrere Abschnitte definiert sind, die sich unabhängig voneinander bewegen können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Tintenstrahldruckkopf und ein Verfahren zum Herstellen desselben zu schaffen, wobei bei dem Tintenstrahldruckkopf der Tintenzufluß zu den Tintenausstoßkammern beim Neubefüllen nicht behindert wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, und durch ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Skizze einer herkömmlichen Tintenstrahldruckkassette;
2 eine Nahschnittansicht einer Abfeuerkammer eines herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfs;
3 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfs und einer Druckkassette;
4A eine Schnittansicht eines herkömmlichen Druckkopfs, die eine Durchbiegung der Öffnungsmembran und die resultierende Verdrehung der Öffnung zeigt;
4B einen Querschnitt eines herkömmlichen Druckkopfs, ähnlich zu 4A, der einen Vertiefungswinkel und den NCA in einem Druckkopf darstellt, der zwei Reihen von Heizwiderständen und Abfeuerkammern auf zwei Kanten des Substrats verwendet;
5 ein Diagramm, das den Tropfenplazierungsfehler in der Bewegungsachse auf einem bedruckten Medium zeigt;
6A einen Querschnitt eines Druckkopfs, der die vorliegende Erfindung verwenden kann;
6B einen Querschnitt eines alternativen Ausführungs beispiels eines Druckkopfs, der die vorliegende Erfindung verwenden kann;
7 eine Draufsicht der Öffnungsmembranoberfläche gesehen von der inneren (d. h. Abfeuerkammer-) Richtung; und
8 einen Querschnitt der Öffnungsmembran, der ein Entspannungselement darstellt, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
In der nachfolgenden Beschreibung werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, die bereits zur Beschreibung der 1 bis 4 verwendet wurden.
Um die (mechanische) Spannung auf der Öffnungsmembran zu reduzieren, den Vertiefungswinkel zu reduzieren und einen Tintenfüllkanal mit gleichbleibendem Bereich beizubehalten, wird ein Entspannungselement 601, das in 6A gezeigt ist, in die innere Oberfläche der Öffnungsmembran eingeführt. Dieses Entspannungselement ermöglicht es, daß die Spannung und die Beanspruchung auf einen Punkt weg von den Öffnungen konzentriert werden, d. h. bei Regionen, die durch Enden der Entspannungselemente begrenzt sind. Die Reduktion der Spannung an den Öffnungen führt zu einem verbesserten Senkrechtsein und einer verbesserten Gleichmäßigkeit der Öffnungsbohrungsachse bezüglich des Halbleitersubstrats und des Abfeuerwiderstands. Ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 6B gezeigt ist, wird verwendet, um die Spannung zu reduzieren, die erzeugt wird, wenn die Barriereschichtoberfläche 208 derart hergestellt wird, so daß dieselbe unterhalb der Oberfläche 306 des Körperbauglieds 101 liegt. Bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel wird das Entspannungselement 601 in die äußere Oberfläche der Öffnungsmembran von der Barriereschicht 205 eingeführt, während ein Reduzieren des Werts und der Variation des Vertiefungswinkels der Öffnung erreicht wird.
7 ist eine Draufsicht der Öffnungsmembranoberfläche gesehen von der inneren (d. h. Abfeuerkammer-) Richtung, die die Entspannungselemente 601 darstellt. Diese Entspannungselemente 601 sind in einer Richtung parallel zu der Kante des Substrats und parallel zu der Längsachse der Öffnungsmembran ausgerichtet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Entspannungselemente 601 entlang der gesamten Länge der Öffnungsreihen und parallel zu jeder Reihe angeordnet. Um weiter die Spannung und die Beanspruchung an dem Ende der Öffnungsreihen zu reduzieren, verwendet ein Ausführungsbeispiel der Erfindung Entspannungselementserweiterungen 701 und 703 an den Öffnungsreihenenden.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Entspannungselement 601 in der Form von Sägezahnschnitten auf der Innenseite der Öffnungsmembran realisiert, wie dieselben, die in dem Querschnitt der Öffnung gezeigt sind, bei dem die Mittellinie der Sägezahnschnitte in einem Abstand (d) von der Mittellinienbohrungsachse der am weitesten entfernten Öffnung der nächsten Reihe von Öffnungen beabstandet ist. Der Abstand d wird berechnet, um die Mittellinie der Sägezahnschnitte über die Kante 401 des Substrats 207 hinaus zu plazieren, während es ermöglicht wird, daß mindestens ein Sägezahnschnitt über der Substratkante 401 angeordnet ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist d gleich etwa 100 μm. Die Sägezahnschnitte sind laserablatierte Rillen, die in einem 2-Millizoll (0,05 mm) Kapton-Film (Kapton ist eine eingetragene Marke) angeordnet sind, die unter Verwendung von 250 Pulsen (keine Rasterung) eines Tamarack-520-Excimer-Lasers bei 248 nm Wellenlänge und 450 mJ Energie erzeugt wurden. Mehrere Kombinationen einer Rillenbreite (W), einer Rillentiefe (D), einer Rillenbeabstandung (S) und einer Anzahl von Rillen (N) wurden erzeugt und getestet, um die optimalen Entspannungselementparameter zu bestimmen, wenn dieselben bei einer HP-51645A-Tintenstrahldruckkassette verwendet werden, die kommerziell durch die Hewlett-Packard Company erhältlich ist, wobei das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Rillenbreite W gleich 10 μm, eine Rillentiefe D zwischen 15 und 45 μm und vorzugsweise gleich 30 μm, eine Rillenbeabstandung S gleich 40 μm und eine Anzahl von Rillen N gleich 4 verwendet. Die Verwendung der gelenkigen Öffnungsmembran hat bei diesem Ausführungsbeispiel ungefähr eine 2:1-Verbesserung des Vertiefungswinkels und etwa eine 20%ige Verbesserung der SAD ergeben.
Bei dem typischen Betrieb einer Tintenstrahlkassette, die die vorliegende Erfindung verwendet, sind die Öffnungen derart ausgerichtet, daß die Öffnungen relativ zu der Schwerkraft nach unten zeigen. Bei dieser Konfiguration tendieren Partikel, Koagulanz und anderes unerwünschtes Sediment in der Tinte dazu, sich an dem untersten Punkt in der Tintenstrahlkassette zu konzentrieren. Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß das Entspannungselement in der Öffnungmembran kleine Partikel und Sediment in der Tinte fängt, bevor die Tinte die Abfeuerkammer erreicht. Dieses zusätzliche Filtern verbessert die Zuverlässigkeit des Druckkopfs durch Eliminieren von kleineren Partikeln, die sonst in der Abfeuerkammer oder der Öffnung stecken bleiben könnten und ein Austreiben der Tinte verhindern könnten.
Folglich reduziert eine Tintenstrahldruckkassette, die ein Entspannungselement in der Öffnungsmembran verwendet, die Spannung in dem Bereich nahe der Öffnungen. Eine derartige Spannungsreduktion ermöglicht es, daß die Bohrungsachse der Öffnungen gleichmäßiger senkrecht zu der Ebene des Halbleitersubstrats und des Abfeuerwiderstands ist. Es wurde gezeigt, daß diese Verbesserung des Vertiefungswinkels zu einer verbesserten Bewegungsachsenverschiebungsgenauigkeit und einer besseren Druckqualität führt.

Claims

Tintenstrahldruckkopf (103), mit einer mit Löchern versehenen Membran (109), zumindest einer Tintenausstoßkammer (203), die durch ein Substrat (207), welches eine Oberfläche aufweist, die an einer Kante (401) endet, durch eine Barriereschicht (205), die auf der Oberfläche des Substrats (207) angeordnet und beabstandet von der Kante (401) des Substrats ist, und durch die Membran (109), die auf einer Oberfläche (208) der Barriereschicht (205) angeordnet ist, gebildet ist, und einem Körperbauglied (101} mit einer Oberfläche (306), die von der Substratoberfläche und durch eine Entfernung von und im wesentlichen parallel zu der Barriereschichtoberfläche (208) beabstandet ist, wobei Tinte in die zumindest eine Tintenausstoßkammer (203) von einem Tintenkanal einführbar ist, der durch einen Zwischenraum in der Barriereschicht (205) und zwischen der Oberfläche des Substrats (207) und einem Abschnitt der mit Löchern versehenen Membran (109) sowie zwischen dem Körperbauglied (101) und dem Substrat (207) definiert ist, wobei die mit Löchern versehene Membran (109) folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Öffnungen (105), die im wesentlichen in einer Reihe angeordnet sind, wobei sich die Öffnungen (105) von einer ersten Seite der Membran (109) zu einer zweiten Seite der Membran (109) erstrecken, wobei je eine der Mehrzahl von Öffnungen (105) je zu mindest einer Tintenausstoßkammer (203) zugeordnet ist; und ein Entspannungselement (601) das in der Membran im wesentlichen zwischen der Kante (401) und dem Körperbauglied (101) allgemein parallel zu der Kante (401) des Substrats (207) und im wesentlichen auf Höhe der Kante (401) angeordnet ist, wobei das Entspannungselement (601) aus mehreren in die Membran (109) eingebrachten Ausnehmungen besteht und einen annähernd S-förmigen Parallelversatz der Membran zuläßt.
Tintenstrahldruckkopf (103) nach Anspruch 1, bei dem das Entspannungselement ferner eine Mehrzahl von Sägezahnschnitten (601) aufweist.
Tintenstrahldruckkopf (103) nach Anspruch 2, bei dem die Sägezahnschnitte (601) vier Rillen aufweisen, die in der ersten Seite der Membran (109) zwischen 15 und 45 μm tief, 10 μm breit und durch einen Abstand von 40 μm beabstandet angeordnet, sind.
Tintenstrahldruckkopf (103) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erste Seite der Membran (109) an der Barriereschichtoberfläche (208) befestigt ist.
Tintenstrahldruckkopf (103) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zweite Seite der Membran (109) an der Barriereschichtoberfläche (208) befestigt ist.
Tintenstrahldruckkopf (103), nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Kante (401) im wesentlichen gerade ist und zwischen der Tintenausstoßkammer (203) und dem Körperbauglied (101) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfs (103), mit einer mit Löchern versehenen Membran (109), zumindest einer Tintenausstoßkammer (203), die durch ein Substrat (207), welches eine Oberfläche aufweist, die an einer Kante (401) endet, durch eine Barriereschicht (205), die auf der Oberfläche des Substrats (207) angeordnet und beabstandet von der Kante (401) des Substrats ist, und durch die Membran (109), die auf einer Oberfläche (208) der Barriereschicht (205) angeordnet ist, gebildet ist, und einem Körperbauglied (101) mit einer Oberfläche (306), die von der Substratoberfläche und durch eine Entfernung von und im wesentlichen parallel zu der Barriereschichtoberfläche (208) beabstandet ist, wobei Tinte in die zumindest eine Tintenausstoßkammer (203) von einem Tintenkanal einführbar ist, der durch einen Zwischenraum in der Barriereschicht (205) und zwischen der Oberfläche des Substrats (207) und einem Abschnitt der mit Löchern versehenen Membran (109) sowie zwischen dem Körperbauglied (101) und dem Substrat (207) definiert ist, mit folgenden Schritten: Anordnen einer Mehrzahl von Öffnungen (105), die im wesentlichen in einer Reihe angeordnet sind, wobei sich die Öffnungen (105) von einer ersten Seite der Membran (109) zu einer zweiten Seite der Membran (109) erstrecken, wobei je eine der Mehrzahl von Öffnungen (105) je zumindest einer Tintenausstoßkammer (203) zugeordnet ist; und Erzeugen eines Entspannungselements (601) das in der Membran parallel zu der Kante (401) des Substrats (207) und auf Höhe der Kante (401) angeordnet ist und sich in Richtung des Körperbauglieds (101) erstreckt, wobei das Entspannungselement (601) aus mehreren in die Membran (109) eingebrachten Einschnitten besteht und einen annähernd S-förmigen Parallelversatz der Membran zuläßt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schritt des Erzeugens eines Entspannungselements ferner den Schritt des Ablatierens einer Mehrzahl von Sägezahnschnitten (601) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des Ablatierens einer Mehrzahl von Sägezahnschnitten (601) ferner den Schritt des Ablatierens von vier Rillen in der ersten Seite der Membran (109) aufweist, die zwischen 15 und 45 μm tief, 10 μm breit und durch einen Abstand von 40 μm beabstandet sind.