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Dokumentenidentifikation DE69934175T2 08.03.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000980103
Titel Piezoelektrischer Aktuator, Tintenstrahlkopf, Drucker, Herstellungsverfahren für den piezoelektrischen Aktuator, Herstellungsverfahren für den Tintenstrahlkopf
Anmelder Seiko Epson Corp., Tokyo, JP
Erfinder Qiu, Hong, Suwa-shi, Nagano-ken 392-8502, JP;
Sumi, Koji, Suwa-shi, Nagano-ken 392-8502, JP;
Shimada, Masato, Suwa-shi, Nagano-ken 392-8502, JP;
Nishiwaki, Tsutomu, Suwa-shi, Nagano-ken 392-8502, JP;
Okuyama, Osaka University Graduate Schoo, Masanori, Toyonaka, Osaka 560-8531, JP;
Wei, Osaka University Graduate Schoo, Zhi Quiang, Toyonaka, Osaka 560-8531, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69934175
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.08.1999
EP-Aktenzeichen 991159062
EP-Offenlegungsdatum 16.02.2000
EP date of grant 29.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.03.2007
IPC-Hauptklasse H01L 41/09(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01L 41/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B41J 2/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B41J 2/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Aktuator, der beispielsweise bei einem Tintenstrahldruckkopf Verwendung findet. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Aktuators, bei dem die interne Belastung stark vermindert und eine größere Ausgestaltung des Druckkopfes möglich ist. Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Erzeugnis, das mittels dieses Herstellungsverfahrens hergestellt worden ist.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein piezoelektrischer Aktuator ist eine Vorrichtung mit elektromechanischer Wandlerfunktion und setzt sich aus einer kristallisierten piezoelektrischen Keramik zusammen. Als Verfahren zur Herstellung eines derartigen piezoelektrischen Aktuators wird allgemein das sogenannte Sol-Gel-Verfahren eingesetzt, bei dem ein Sol aus einer organometallischen Verbindung über einer Elektrode aufgetragen, getrocknet und pyrolysiert sowie einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen wird, um eine Kristallisierung zu bewirken, an die sich ein Verfahren anschließt, bei dem eine Augenblickskristallisierung bei großer Wärme bewirkt wird.

Bei einem anderen Kristallisierungsverfahren, das „hydrothermisches Verfahren" genannt wird, wird ein Ti- oder Ni-Substrat in eine KOH-Lösung getaucht, die eine organometallische Verbindung enthält, wodurch eine Abscheidung von PZT-Körnern bewirkt wird.

Wird der piezoelektrische Aktuator mittels des Sol-Gel-Verfahrens hergestellt, so tritt jedoch ein Problem dahingehend auf, dass eine thermische Belastung entsteht und sich in dem piezoelektrischen Film leicht Risse bilden. Entsprechend war es bislang schwierig, einen piezoelektrischen Aktuator mit großer Fläche herzustellen. So war es beispielsweise unmöglich, einen piezoelektrischen Aktuator für einen Zeilendrucker herzustellen.

Darüber hinaus weist ein piezoelektrischer Aktuator, der mittels eines herkömmlichen hydrothermischen Verfahrens hergestellt ist, eine raue Oberfläche auf, weshalb es bislang schwierig war, eine obere Elektrode auszubilden, die in gutem Kontakt mit dem piezoelektrischen Aktuator steht.

Die von W-ping Xu, Masanori Okuyama et al. verfasste wissenschaftliche Handreichung „Application of Hydrothermal Mechanism for Tailor-making Perovskite Titanate Films", veröffentlicht bei IEEE Proc. of the 9th International Symposium on Electrets, Shanghai, China (gehalten von 25. bis 30. September 1996), Seiten 617 bis 622, beschreibt ein Verfahren, bei dem bewirkt wird, dass ein Vorläuferfilm einer piezoelektrischen Keramik kristallisiert, indem der Vorläuferfilm, der über einem Substrat aufgetragen und getrocknet worden ist, in eine bestimmte alkalische Lösung gegeben wird. Dieses Verfahren des Bewirkens der Kristallisation in einer alkalischen Lösung wird hydrothermisches Verfahren genannt. Dieses hydrothermische Verfahren ermöglicht eine Kristallisation bei im Vergleich zum Sol-Gel-Verfahren vergleichsweise niedrigen Temperaturen, weshalb es mehrere Vorteile aufweist. Man geht beispielsweise aufgrund der Tatsache, dass die Herstellung bei niedrigerer Temperatur und geringerer interner Belastung einschließlich thermischer Belastung, die sich in dem Film im Laufe der Kristallisation bildet, stattfindet, davon aus, dass die Ausbildung eines piezoelektrischen Filmes mit größerer Fläche möglich wird, als dies bei einem herkömmlichen piezoelektrischen Film der Fall ist.

Die vorgenannte wissenschaftliche Handreichung führt aus, dass eine alkalische Behandlungslösung bei der hydrothermischen Behandlung zum Einsatz kommt.

Gleichwohl tritt ein Problem dahingehend auf, dass Silizium, das für die Feinbearbeitung als Material für ein Druckkammersubstrat geeignet ist, oder die Schicht aus dem piezoelektrischen Film selbst in einer starken alkalischen Behandlungslösung, so beispielsweise KOH, leicht löslich sind. Wird daher Silizium als Substrat verwendet, so muss notwendigerweise eine schwache alkalische Lösung verwendet werden, die durch Hinzugabe von Ba, beispielsweise in Form von Bariumhydroxid, in eine starke alkalische Lösung oder durch Variieren der Behandlungsparameter hergestellt wird. Ist insbesondere der Einsatz einer Feinbearbeitung bei einem Substrat, bei dem Silizium zum Einsatz kommt, notwendig, so kann sogar die Verwendung einer schwachen alkalischen Behandlungslösung, die Ba enthält, eine leichte Erosion verursachen, was nach gängiger Meinung von Nachteil ist. Es ist wünschenswert, wenn der Alkalizitätsgrad der Behandlungslösung möglichst niedrig ist.

Darüber hinaus enthält die vorgenannte wissenschaftliche Handreichung keine ausreichenden Beschreibungen hinsichtlich der Herstellung des piezoelektrischen Aktuators mit guten Eigenschaften, wie sie für den Tintenstrahldruckkopf eines Druckers nötig sind.

Die Druckschrift EP 0 969 530 A2 – eine Druckschrift, die aufgrund ihres Prioritätsdatums eine Druckschrift im Sinne des Artikels 54(3) und (4) EPÜ darstellt und folglich nur mit Blick auf die Neuheit von Relevanz ist – offenbart eine piezoelektrische Dünnfilmkomponente, die durch Kristallisation mittels einer hydrothermischen Behandlung hergestellt ist, bei dem gemischte Schichten zwischen den Elektrodenschichten und den piezoelektrischen keramischen Dünnfilmschichten ausgebildet werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Eingedenk der vorbeschriebenen Nachteile und als Ergebnis zahlreicher Experimente hat man im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine hydrothermische Behandlung entwickelt, bei der wenig Erosion auftritt.

Insbesondere hat man im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Experimente bezüglich der Herstellung piezoelektrischer Aktuatoren mittels des hydrothermischen Verfahrens insbesondere unter Bedingungen zur Herstellung ganzer piezoelektrischer Aktuatoren ausgeführt, darunter den Einsatz eines Soles, das sich aus einer organometallischen Verbindung zusammensetzt. Auf dieser Grundlage hat man ein Herstellungsverfahren entwickelt, das für die Praxis des vorgenannten hydrothermischen Verfahrens geeignet ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Aktuator bereitzustellen, der mit großer Fläche ausgebildet werden kann und eine Kristallstruktur mit flachen Oberflächen aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Tintenstrahldruckkopf bereitzustellen, der für einen Zeilendrucker geeignet ist und einen piezoelektrischen Aktuator umfasst, der mit großer Fläche und mit flacher Oberfläche gebildet werden kann.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Drucker bereitzustellen, der einen für einen Zeilendrucker geeigneten Tintenstrahldruckkopf umfasst.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Aktuators bereitzustellen, bei dem man eine große Auswahl bei der Wahl der möglichen Materialien und Optionen für die Herstellungsparameter hat und das zudem hohes Leistungsvermögen aufweist.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, das vorgenannte Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Aktuators einzusetzen, um ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes bereitzustellen, bei dem man eine große Auswahl bei der Wahl der möglichen Materialien und Optionen bei den Herstellungsparametern hat und das zudem hohes Leistungsvermögen aufweist.

Insbesondere wird durch die vorliegende Erfindung ein piezoelektrischer Aktuator bereitgestellt, der umfasst: eine untere Elektrode; eine obere Elektrode; und einen piezoelektrischen Film, der zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode gehalten wird, wobei der piezoelektrische Film aus einer piezoelektrischen Keramik besteht, säulenförmige Kristallkörner der piezoelektrischen Keramik in Richtung der Schichtdicke Zufallsorientierung aufweisen und ein mittlerer Durchmesser der säulenförmigen Kristallkörner in einem Bereich zwischen 100 nm und 15000 nm liegt.

Vorzugsweise liegt ein mittlerer Durchmesser der säulenförmigen Kristallkörner in einem Bereich zwischen 100 nm und 10000 nm.

Die Oberflächenrauigkeit der Seite der oberen Elektrode des piezoelektrischen Filmes kann auf 10 nm oder weniger als maximale Höhe eingestellt werden.

Die Elementzusammensetzung des piezoelektrischen Filmes kann eines der nachfolgend genannten piezoelektrischen Keramikmaterialien enthalten: Blei-Zirkonat-Titanat (Pb(Zr,Ti)O3 : PZT), Blei-Lanthan-Titanat ((Pb,La)TiO3), Blei-Lanthan-Zirkonat ((Pb,La)ZrO3), Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat ((Pb,La)(Zr,Ti)O3 : PLZT)) und Blei-Magnesium-Niobat-Zirkonat-Titanat (Pb(Mg,Nb)(Zr,Ti)O3 : PMN-PZT).

Darüber hinaus wird durch die vorliegende Erfindung ein Tintenstrahldruckkopf mit einem piezoelektrischen Aktuator entsprechend der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, wobei der Tintenstrahldruckkopf umfasst: ein Druckkammersubstrat mit einer darin ausgebildeten Druckkammer; eine Membran, die an einer Seite der Druckkammer ausgebildet ist; und den piezoelektrischen Aktuator, der an der Membran an einer der Druckkammer entsprechenden Stelle vorgesehen ist, wobei der piezoelektrische Aktuator derart zusammengesetzt ist, dass er zur Erzeugung von Volumenänderungen der Druckkammer imstande ist.

Durch die vorliegende Erfindung wird zudem ein Drucker mit dem vorbeschriebenen Tintenstrahldruckkopf entsprechend der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, wobei der Drucker umfasst: einen Aufzeichnungsmediumtransportmechanismus, der derart zusammengesetzt ist, dass er Aufzeichnungsmedien zuführen und herausnehmen kann; und eine Kopfsteuerschaltung, die den Tintenstrahldruckkopf veranlasst, an einer beliebigen Stelle auf dem durch den Aufzeichnungsmediumtransportmechanismus zugeführten Aufzeichnungsmedium zu drucken.

Die Erfindung stellt darüber hinaus einen Drucker mit dem vorbeschriebenen Tintenstrahldruckkopf entsprechend der vorliegenden Erfindung bereit, wobei der Drucker umfasst: einen Aufzeichnungsmediumtransportmechanismus, der derart zusammengesetzt ist, dass er zum Zuführen und Herausnehmen der Aufzeichnungsmedien imstande ist; und einen Kopftransportmechanismus, der den Tintenstrahldruckkopf an eine beliebige Stelle auf dem durch den Aufzeichnungsmediumtransportmechanismus zugeführten Aufzeichnungsmedium transportiert.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Aktuators bereit, der einen piezoelektrischen Film umfasst, der zwischen einer unteren Elektrode und einer oberen Elektrode gehalten ist, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst: Ausbilden eines Vorläuferfilmes in einem amorphen Zustand, der Metall und Sauerstoff enthält, über der unteren Elektrode; und Vornehmen einer hydrothermischen Behandlung an dem Vorläuferfilm durch Tauchen des Vorläuferfilmes in eine bestimmte alkalische Lösung und Fördern der Kristallisierung unter bestimmten Bedingungen.

Als vorbeschriebene alkalische Lösung sollte eine Lösung eingesetzt werden, die derart eingestellt ist, dass sie den gelösten alkalischen Stoff in einer Konzentration von nicht mehr als 0,1 M [mol/l] enthält. Vorzugsweise ist die Lösung derart eingestellt, dass sie den gelösten alkalischen Stoff in einer Konzentration von nicht mehr als 0,05 M [mol/l] enthält.

Bei dem Schritt des Ausbildens des Vorläuferfilmes kann der Vorläuferfilm in dem amorphen Zustand dadurch ausgebildet werden, das ein eine organometallische Verbindung enthaltendes Sol über der unteren Elektrode aufgetragen und anschließend erhitzt wird.

Darüber hinaus kann der Schritt des Ausbildens des Vorläuferfilmes die nachfolgenden Schritte umfassen: Auftragen eines aus einer organometallischen Verbindung zusammengesetzten Vorläufers; Trocknen des Vorläufers bei einer bestimmten Temperatur; und Pyrolysieren des Vorläufers bei Temperaturen in einem Bereich zwischen 300 °C und 500 °C.

Die alkalische Lösung kann aus einer Gruppe ausgewählt werden, die KOH, Ba(OH)2, Pb(OH)2, Ba(OH)2 + Pb(OH)2, KOH + Ba(OH)2 und KOH + Pb(OH)2 enthält.

Bei dem Schritt des Pyrolysierens kann der Vorläufer bei einer Temperatur von 450 °C entfettet werden.

Bei dem Schritt des Trocknens kann der Vorläufer bei Temperaturen in einem Bereich zwischen 150 °C und 200 °C getrocknet werden.

Bei dem Schritt des Ausbildens des Vorläufers kann der Vorläuferfilm in dem amorphen Zustand, der Metall und Sauerstoff enthält, mittels eines der nachfolgend genannten Verfahren gebildet werden: HF-Sputterverfahren, Ionenstrahlsputterverfahren und Elektronenstrahlabscheidungsverfahren.

Die bestimmten Bedingungen bei dem Schritt der hydrothermischen Behandlung können bei Temperaturen in einem Bereich zwischen 100 °C und 200 °C und einem Druck von 10 oder weniger Atmosphären (1 MPa oder weniger) vorgenommen werden.

Die genannten Bedingungen bei dem Schritt der hydrothermischen Behandlung können bei einer Temperatur von 140 °C und einem Druck von 4 Atmosphären (0,4 MPa) vorgenommen werden.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Aktuators entsprechend der vorliegenden Erfindung können der Schritt des Auftragens des Vorläufers, der Schritt des Trocknens des Vorläufers und der Schritt des Pyrolysierens des getrockneten Vorläufers wenigstens einmal wiederholt werden.

Bei dem Schritt des Ausbildens des Vorläufers können der Schritt des Auftragens der Lösung aus der organometallischen Verbindung, der Schritt des Trocknens des Filmes aus der organometallischen Verbindung, die durch Auftragen gebildet worden ist, bei einer ersten Temperatur und der Schritt des Pyrolysierens des getrockneten Filmes aus der organometallischen Verbindung bei einer zweiten Temperatur wenigstens einmal wiederholt werden.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes bereit, der einen piezoelektrischen Aktuator umfasst, der entsprechend dem erfindungsgemäßen vorgenannten Herstellungsverfahren hergestellt worden ist, wobei dieses Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes die nachfolgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer Membran an einer Seite eines Substrates; Herstellen des piezoelektrischen Aktuators an der Membran; und Ausbilden einer Druckkammer durch Ätzen des Substrates in einer derartigen Anordnung, dass die Membran mit dem darauf vorgesehenen piezoelektrischen Aktuator eine Seite der Druckkammer bildet.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

1 ist eine Perspektivansicht eines Druckers entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei hier der Aufbau des Druckers dargestellt ist.

2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Tintenstrahldruckkopfes entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

3 ist eine Teilschnittperspektivansicht des Tintenstrahldruckkopfes entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

4 ist eine Schnittansicht eines piezoelektrischen Aktuators entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei hier der Schichtaufbau des piezoelektrischen Aktuators dargestellt ist.

5 zeigt Schnittansichten der Herstellungsschritte, wobei hier ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Aktuators entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.

6 zeigt Schnittansichten der Herstellungsschritte, wobei hier ein Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahldruckkopfes entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.

7 ist eine Strukturskizze einer SEM-Schnittfotografie eines piezoelektrischen Filmes, an dem eine hydrothermische Behandlung gemäß dem Herstellungsverfahren entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgenommen worden ist.

8 ist eine Perspektivansicht eines Druckers entsprechend einem weiteren Beispiel, wobei hier der Aufbau des Druckers dargestellt ist.

9 ist eine im Schnitt genommene Transmissionselektronenbeugungspunktfotografie eines piezoelektrischen Filmes, an dem eine hydrothermische Behandlung gemäß dem Herstellungsverfahren entsprechend einem weiteren Beispiel vorgenommen worden ist.

10(a) ist eine im Schnitt genommene TEM-Dunkelfeldfotografie eines piezoelektrischen Filmes, an dem eine hydrothermische Behandlung gemäß dem Herstellungsverfahren entsprechend einem weiteren Beispiel vorgenommen worden ist, während 10(b) eine Strukturskizze der Fotografie ist.

11(a) ist eine SEM-Fotografie eines piezoelektrischen Filmes, an dem eine hydrothermische Behandlung gemäß dem Herstellungsverfahren entsprechend einem weiteren Beispiel vorgenommen worden ist, wohingegen 11(b) eine Strukturskizze der Fotografie darstellt.

12 ist ein Reflexionsröntgenbeugungsspektrum eines piezoelektrischen Filmes, an dem eine hydrothermische Behandlung gemäß dem Herstellungsverfahren entsprechend einem weiteren Beispiel vorgenommen worden ist.

Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele betreffen einen piezoelektrischen Aktuator, bei dem ein hydrothermisches Verfahren zum Einsatz gekommen ist, sowie einen Tintenstrahldruckkopf und einen Drucker, bei dem der piezoelektrische Aktuator zum Einsatz kommt.

Ausführungsbeispiel

Es wird zunächst eine Erklärung des Aufbaus eines Druckers gegeben, bei dem ein Tintenstrahldruckkopf mit einem piezoelektrischen Aktuator entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.

Wie in 1 gezeigt ist, weist ein Drucker eines Ausführungsbeispieles eine Lade 3, eine Ausgabe 4 und einen Bedienknopf 9 auf, die an einem Hauptkörper 2 vorgesehen sind. Innerhalb des Hauptkörpers 2 sind ein Tintenstrahldruckkopf 1, ein Zuführmechanismus 6, ein Kopfsteuermechanismus 7 und eine Steuerschaltung 8 vorgesehen.

Der Tintenstrahldruckkopf 1 umfasst einen piezoelektrischen Aktuator, der entsprechend dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Wie in der in einem Kreis vergrößerten Ansicht gezeigt ist, umfasst der Tintenstrahldruckkopf 1 Köpfe 1bk, 1c, 1m und 1y, von denen jeder den gleichen Aufbau aufweist.

Jeder Kopf ist derart ausgestaltet, dass er zur Abgabe von Farbe aus seiner Düse in Reaktion auf ein Abgabesignal in der Lage ist, das von der Steuerschaltung 8 bereitgestellt wird. Der Kopf 1bk gibt schwarze Farbe ab, der Kopf 1c gibt zyanfarbene Farbe ab, der Kopf 1m gibt magentafarbene Farbe ab, und der Kopf 1y gibt gelbe Farbe ab. Ist kein Farbdruck gewünscht, so kann der Tintenstrahldruckkopf beispielsweise nur aus schwarzer Farbe bestehen. Der spezifische Aufbau des Kopfes wird nachstehend noch beschrieben.

Der Hauptkörper 2 ist ein Gehäuse für den Kopf 1 und umfasst den Zuführmechanismus 6, der derart an einer Stelle angeordnet ist, dass die Zuführung von Papier aus der Lade 3 möglich wird. Er hat den Tintenstrahldruckkopf 1 zudem derart an einer Stelle angeordnet, dass ein Hin- und Herfahren über dem Papier 5 möglich wird. Die Lade 3 ist derart ausgestaltet, dass sie vor dem Drucken zur Bereitstellung des Papiers 5 für den Zuführmechanismus 6 in der Lage ist. Die Ausgabe 4 ist eine Ausgabe, die eine Ausgabe des Papiers 5, nachdem dieses bedruckt worden ist, vornimmt.

Der Zuführmechanismus 6 umfasst einen Motor 600, Walzen 601 und 602 sowie einen mechanischen Aufbau, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Der Motor 600 kann entsprechend einem Treibersignal in Drehung versetzt werden, das von der Steuerschaltung 8 bereitgestellt wird. Der mechanische Aufbau ist derart gewählt, dass er zur Übertragung des Drehmomentes von dem Motor 600 an die Walzen 601 und 602 in der Lage ist. Die Walzen 601 und 602 sind derart ausgestaltet, dass sie in Drehung versetzt werden, wenn das Drehmoment des Motors 600 auf sie übertragen wird. Die Drehung der Walzen zieht das auf der Lade 3 angeordnete Papier 5 ein, woraufhin das Papier 5 derart zugeführt wird, dass der Druckvorgang von dem Kopf 1 ausgeführt werden kann.

Der Kopfsteuermechanismus 7 umfasst einen Motor 700 und einen mechanischen Aufbau, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Der Motor 700 ist derart ausgestaltet, dass er in Reaktion auf ein Kopfbewegungssignal in Drehung versetzt werden kann, das von der Steuerschaltung 8 bereitgestellt wird. Der mechanische Aufbau wandelt die Drehbewegung des Motors 7 in eine horizontale Bewegung um, sodass der Tintenstrahldruckkopf 1 in den durch die Pfeile in 1 angedeuteten Richtungen bewegt werden kann. Wird der Tintenstrahldruckkopf 1 jedoch mit einer derart großen Fläche ausgebildet, dass sie die Breitenrichtung des Papiers (beispielsweise im Falle eines Zeilendruckers) abdeckt, so ist eine Bewegung des Kopfes selbst nicht notwendig. Mit anderen Worten, der Kopfbewegungsmechanismus ist keine wesentliche Komponente.

Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, umfasst die Steuerschaltung 8 eine CPU, einen ROM, einen RAM, eine Schnittstellenschaltung und dergleichen mehr. Die Steuerschaltung 8 stellt das Treibersignal für den Zuführmechanismus 6 in Reaktion auf Druckinformation bereit, die von einem Computer über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Stecker bereitgestellt wird, leitet das Kopfbewegungssignal an den Kopfsteuermechanismus 7 und stellt das Abgabesignal für den Tintenstrahldruckkopf 1 bereit. Die Steuerschaltung 8 ist ebenfalls derart ausgestaltet, dass sie zum Einstellen und Zurücksetzen von Betriebszuständen in Reaktion auf ein Betriebssignal in der Lage ist, das von einem Bedienfeld 9 gesendet wird.

Es folgt nun eine Erläuterung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Tintenstrahldruckkopfes. Wie in 2 und 3 dargestellt ist, umfasst der Tintenstrahldruckkopf 1 eine Düsenplatte 10, ein Druckkammersubstrat 20, eine Membran 30 und ein Gehäuse 25. Das Druckkammersubstrat 20 umfasst Hohlräume 21, Seitenwände (Trennwände) 22, einen Vorratsbehälter 23 und Zuführöffnungen 24. Der Hohlraum ist eine Druckkammer, die durch Ätzen des aus Silizium oder dergleichen bestehenden Substrates gebildet ist und als Raum zur Speicherung der abzugebenden Farbe oder dergleichen verwendet wird. Die Seitenwände 22 sind derart ausgebildet, dass sie Trennwände der Hohlräume 21 darstellen. Der Vorratsbehälter 23 stellt einen gemeinsamen Kanal zum Befüllen der jeweiligen Hohlräume 21 mit Farbe dar. Die Zuführöffnungen 24 sind derart ausgebildet, dass sie zum Einleiten von Farbe aus dem Vorratsbehälter 23 in die jeweiligen Hohlräume 21 in der Lage sind.

Die Düsenplatte 10 ist an einer Seite des Druckkammersubstrates 20 derart angeklebt, dass sich Düsenlöcher 11 an Stellen befinden, die den jeweiligen Hohlräumen 21 entsprechen, die in dem Druckkammersubstrat 20 vorgesehen sind. Das Druckkammersubstrat 20, an dem die Düsenplatte 10 angeklebt ist, wird anschließend, wie in 2 gezeigt ist, in das Gehäuse 25 eingeführt, woraufhin der Tintenstrahldruckkopf 1 fertig zusammengesetzt ist.

Die Membran 30 ist an der anderen Seite des Druckkammersubstrates 20 angeklebt. Die Membran 30 weist einen darauf angebrachten piezoelektrischen Aktuator 40 auf. In der Membran 30 befindet sich ein Farbtankloch 31, das zur Zuleitung von in einem (nicht gezeigten) Farbtank gespeicherter Farbe in das Innere des Druckkammersubstrates 20 in der Lage ist.

4 ist eine Schnittansicht, die spezifischere Strukturen des Tintenstrahldruckkopfes und des piezoelektrischen Aktuators entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt.

Wein 4 gezeigt ist, wird die Membran 30 zusammengesetzt, indem ein Isolierfilm 31 und eine untere Elektrode 32 laminiert werden. Der piezoelektrische Aktuator 30 wird zusammengesetzt, indem eine piezoelektrische Filmschicht 41 und eine obere Elektrode 42 laminiert werden.

Der Isolierfilm 31 setzt sich aus einem nichtleitenden Material, so beispielsweise Siliziumdioxid zusammen, das beispielsweise durch thermische Oxidierung eines Siliziumsubstrates hergestellt wird. Der Isolierfilm 31 verformt sich aufgrund der Verformung der piezoelektrischen Schicht und ist derart zusammengesetzt, dass er instantan den Innendruck in dem Hohlraum 21 vergrößern kann.

Die untere Elektrode 32 ist eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung an der piezoelektrischen Schicht und besteht aus einem leitfähigen Material, so beispielsweise Titan (Ti). Die untere Elektrode 32 ist in derselben Fläche wie diejenige des Isolierfilmes 31 ausgebildet, sodass sie als gemeinsame Elektrode für eine Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren arbeitet, die über dem Druckkammersubstrat 20 ausgebildet sind. Es ist jedoch auch möglich, die untere Elektrode 32 in derselben Größe wie derjenigen der piezoelektrischen Filmschicht 41 auszugestalten, das heißt, in derselben Form wie derjenigen der oberen Elektrode.

Die obere Elektrode 42 ist die andere Elektrode zum Anlegen einer Spannung an der piezoelektrischen Schicht und besteht aus einem leitfähigen Material, so beispielsweise Platin (Pt), mit einer Schichtdicke von 0,1 &mgr;m.

Die piezoelektrische Filmschicht 41, die den piezoelektrischen Aktuator 40 bildet, enthält Kristalle einer piezoelektrischen Keramik, die eine Perowskit-Struktur aufweisen und mittels des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind. Die piezoelektrische Filmschicht 41 wird in einer bestimmten Form über der Membran 30 ausgebildet. Insbesondere zeichnet sich, wie in der vergrößerten Ansicht, die in dem unteren Teil von 11 gezeigt ist, zu sehen ist, die piezoelektrische Filmschicht 41 der vorliegenden Erfindung dadurch aus, dass ihre Kristallkörner in säulenartigen Formen (säulenförmige Kristallkörner) Zufallsorientierungen aufweisen, wobei die Kristallorientierung nicht konstant ist. Darüber hinaus zeichnet sich die piezoelektrische Filmschicht 41 dadurch aus, dass die Breite dieser säulenförmigen Kristallkörner in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Elektrodenfilmes, das heißt ein mittlerer Durchmesser d der säulenförmigen Kristallkörner, in einem Bereich zwischen 100 nm und 15000 nm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 100 nm und 10000 nm liegt. Die piezoelektrische Filmschicht 41, die eine Struktur mit diesen Eigenschaften aufweist, kann durch Einsetzen des hydrothermischen Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.

Die Elementzusammensetzung der piezoelektrischen Filmschicht 41 enthält beispielsweise eine der nachfolgend aufgeführten piezoelektrischen Keramiken: Blei-Zirkonat-Titanat (Pb(Zr,Ti)O3 : PZT), Blei-Lanthan-Titanat ((Pb,La)TiO3), Blei-Lanthan-Zirkonat ((Pb,La)ZrO3), Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat ((Pb,La)(Zr,Ti)O3 : PLZT)) und Blei-Magnesium-Niobat-Zirkonat-Titanat (Pb(Mg,Nb)(Zr,Ti)O3 : PMN-PZT).

Es folgt nun eine Beschreibung des Prinzips der Abgabe eines Farbtropfens bei dem Aufbau des Tintenstrahldruckkopfes.

Wird kein Abgabesignal von der Steuerschaltung 8 abgegeben und liegt keine Spannung zwischen der unteren Elektrode 32 und der oberen Elektrode 42 des piezoelektrischen Aktuators 40 an, so verformt sich die piezoelektrische Filmschicht 41 nicht. Es tritt keine Druckänderung in dem Hohlraum 21 auf, an dem der piezoelektrische Aktuator 40 bei Nichtvorhandensein eines Abgabesignals vorgesehen ist, und es werden keine Farbtropfen aus seinem Düsenloch 11 abgegeben.

Wird demgegenüber ein Abgabesignal von der Steuerschaltung 8 abgegeben und liegt eine konstante Spannung zwischen der unteren Elektrode 32 und der oberen Elektrode 42 des piezoelektrischen Aktuators 40 an, so verformt sich die piezoelektrische Filmschicht 41. In dem Hohlraum 21, an dem der piezoelektrische Aktuator 40 bei anliegendem Abgabesignal vorgesehen ist, verbiegt sich die Membran 30 merklich. Entsprechend steigt der Druck innerhalb des Hohlraumes 21 instantan an, sodass Farbtropfen aus dem Düsenloch 11 abgegeben werden.

Es folgt nunmehr eine Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung des piezoelektrischen Aktuators sowie des Verfahrens zur Herstellung des Tintenstrahldruckkopfes.

Herstellung eines Soles

Zunächst wird ein Sol einer piezoelektrischen Keramik hergestellt, die das Material für die piezoelektrische Filmschicht darstellt. So werden beispielsweise Titantetraisopropoxid, Niobpentaethoxid und Zirkontetra-n-propoxid in 2-n-Butoxyethanol eingemischt, woraufhin das Gemisch 20 Minuten lang bei Raumtemperatur umgerührt wird. Anschließend wird Diethanolamin dem Gemisch zugegeben, das dann weitere 20 Minuten bei Raumtemperatur umgerührt wird. Bleiacetat und Magnesiumacetat werden dem Gemisch zugeführt, das dann auf 80 °C erwärmt wird. Das sich ergebende Gemisch wird anschließend in erhitztem Zustand 20 Minuten lang umgerührt und kühlt anschließend ab, bis es Raumtemperatur erreicht. Die mittels der vorbeschriebenen Schritte hergestellte Metallalkoxidlösung wird dann als Sol verwendet. Das Verfahren zur Herstellung des Soles ist jedoch nicht auf das vorgeschriebene Verfahren beschränkt.

Das mittels des vorbeschriebenen Verfahrens hergestellte Sol wird zur Herstellung des piezoelektrischen Aktuators und des Tintenstrahldruckkopfes verwendet.

5 zeigt Schnittansichten, die die Schritte der Herstellung des piezoelektrischen Aktuators darstellen.

Schritt des Ausbildens des Isolierfilmes (Fig. 5(a))

Der Schritt des Ausbildens eines Isolierfilmes ist der Schritt des Ausbildens des Isolierfilmes 31 auf dem Siliziumsubstrat 20. Das Siliziumsubstrat 20 wird beispielsweise mit einer Dicke von ungefähr 200 µm ausgebildet, und der Isolierfilm 31 wird mit einer Dicke von ungefähr 1 µm ausgebildet. Die bekannte thermische Oxidation oder dergleichen wird zur Herstellung des Isolierfilmes verwendet.

Schritt des Ausbildens der unteren Elektrode (Fig. 5(b))

Der Schritt des Ausbildens der unteren Elektrode ist der Schritt des Ausbildens der unteren Elektrode 32 über dem Isolierfilm 31. Die untere Elektrode 32 wird beispielsweise durch Laminieren einer Titanschicht mit einer Dicke von 0,1 µm hergestellt. Das bekannte Gleichstromsputtern oder dergleichen wird zur Herstellung dieser Schicht eingesetzt.

Schritt des Ausbildens eines Vorläuferfilmes für die piezoelektrische Filmschicht (Fig. 5(c) (d))

Der Schritt des Ausbildens eines Vorläuferfilmes für die piezoelektrische Filmschicht ist der Schritt des Wiederholens des Auftragens eines Soles und des Trocknens und Pyrolysierens des aufgetragenen Soles, wodurch ein Vorläuferfilm aus einer Mehrzahl dünner Filme hergestellt wird.

Zunächst wird die Metallalkoxidlösung, die entsprechend dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellt worden ist, in gleichmäßiger Dicke über der unteren Elektrode 32 aufgetragen. Wird beispielsweise das bekannte Verfahren des Spinbeschichtens (spin coating) verwendet, so erfolgt das Auftragen 30 Sekunden lang bei 500 UpM, 30 Sekunden lang bei 1500 UpM und schließlich 10 Sekunden lang bei 500 UpM. Im aufgetragenen Zustand verteilen sich die PZT enthaltenden jeweiligen Metallatome als organometallische Verbindung.

Nach dem Auftragen wird das Sol während einer bestimmten Zeitspanne bei konstanter Temperatur getrocknet, beispielsweise vorzugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 150 °C bis 200 °C, besonders bevorzugt bei etwa 180 °C. Die Trocknungszeit beträgt vorzugsweise zwischen 5 und 15 Minuten und ganz besonders bevorzugt ungefähr 10 Minuten. Durch die Trocknung wird bewirkt, dass die Feuchtigkeit ausdampft.

Nach dem Trocknen wird ein Pyrolysieren an Luft bei konstanter Temperatur vorgenommen, so beispielsweise vorzugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 300 °C bis 500 °C und besonders bevorzugt bei 450 °C, und zwar für eine bestimmte Zeitspanne (60 Minuten). Das Pyrolysieren bewirkt, dass eine organische Substanz, die eine koordinative oder kovalente Bindung mit dem Metall eingeht, aus dem Metall dissoziiert, und die organische Substanz initiiert eine Oxidationsverbrennungsreaktion und entweicht in die Atmosphäre. Der nach dem Pyrolysieren übrige Vorläuferfilm ist ein amorpher Film, der nur aus dem Metall und Sauerstoff besteht. Die vorbeschriebenen jeweiligen Schritte des Auftragens, Trocknens und Pyrolysierens werden eine bestimmte Anzahl von Malen, so beispielsweise viermal, wiederholt, wodurch vier Dünnfilmschichten (411, 412 usw) laminiert werden. Diese Mehrschichtenstruktur soll das Entstehen von Rissen verhindern und die Schichtdicke vergrößern.

Der Schritt des Ausbildens des Vorläuferfilmes für den piezoelektrischen Film kann durch einen Schritt ersetzt werden, bei dem ein Sputterverfahren zum Einsatz kommt. So wird beispielsweise eines der nachfolgenden Verfahren, nämlich HF-Sputtern, Ionenstrahlsputtern, Elektronenstrahlabscheidung oder dergleichen, zur Herstellung der Dünnfilmschichten 411, 412 usw. in dem Block eingesetzt, wodurch dann der Vorläuferfilm gebildet wird. Das Sputtern wird unter bestimmten Bedingungen vorgenommen, so beispielsweise unter Einsatz eines Sputtertargets, darunter Pb, Zr, Ti, Mg, Nb oder dergleichen, mit einer Sputterleistung von 500 W und einem Argongasdruck von 4 Pa während des Sputterns ohne Erwärmung des Substrates während des Sputterns, wobei die Sputterzeit 80 Minuten beträgt. Als Ergebnis erhält man einen Vorläuferfilm mit einer Dicke von ungefähr 1000 nm. Selbstverständlich enthält der durch das Sputtern erhaltene Vorläuferfilm keine organische Substanz. Genau wie der durch Auftragen des vorbeschriebenen Soles und Trocknen sowie Pyrolysieren des aufgetragenen Soles hergestellte Vorläuferfilm besteht der Vorläuferfilm, der durch Sputtern hergestellt ist und keine organische Substanz enthält, nur aus Metall und Sauerstoff, die die direkten Elemente zur Ausbildung des piezoelektrischen Filmes darstellen. Entsprechend wird es möglich, eine Kristallisation mittels Phasenänderungen zu bewirken, die durch die hydrothermische Behandlung, was nachstehend noch beschrieben wird, verursacht werden. Verbleiben irgendwelche organischen Substanzen in dem Vorläuferfilm, so kann diese organische Substanz die Kristallisierung zerstören. Folglich wird die hydrothermische Behandlung, die eine schwachalkalische Lösung einsetzt, unter der Bedingung vorgenommen, dass der Vorläuferfilm keine organischen Substanzen enthält.

Für den Fall, dass die Kristallisierung eines organische Substanzen enthaltenden Vorläuferfilmes zur Herstellung des piezoelektrischen Filmes erforderlich ist, ist es notwendig, die hydrothermische Behandlung in einer alkalischen Lösung vorzunehmen, die nicht schwächer alkalisch als eine bestimmte Konzentration ist. Dies rührt daher, dass sich die organische Substanz, die eine koordinative oder kovalente Bindung mit dem Metall eingeht, auflöst und aufgrund einer Ionisierung von Alkali und dem Metallatom entweicht, und das ionisierte Metall verteilt sich und kristallisiert unter der Wirkung von Druck und Temperatur. Mit anderen Worten, es ist ein Pyrolysieren mit Alkali erforderlich.

Schritt der hydrothermischen Behandlung (Fig. 5(e))

Der Schritt der hydrothermischen Behandlung ist der Schritt, der die vorliegende Erfindung auszeichnet. Zunächst wird ein Tank 100 mit einer alkaleszenten Lösung 101 gefüllt. Anschließend wird der Vorläuferfilm 41, der in dem vorbeschriebenen Schritt mit dem Substrat zusammenlaminiert worden ist, in den Tank 100 eingeführt, um die Kristallisation bei bestimmten Versuchsparametern in einem Druckbehälter einzuleiten.

Wird eine alkalische Lösung als Behandlungslösung eingesetzt, so wird als gelöster Stoff eine der nachfolgenden Substanzen verwendet: KOH, Ba(OH)2, Pb(OH)2, eine gemischte Lösung aus Ba(OH)2 und Pb(OH)2, eine gemischte Lösung aus Ba(OH)2 und KOH sowie eine gemischte Lösung aus KOH und Pb(OH)2. Dies rührt von der Erkenntnis her, dass der Vorgängerfilm der piezoelektrischen Keramik in diesen alkalischen Lösungen kristallisiert.

Was die Konzentration der alkalischen Lösung angeht, so ist eingedenk der Möglichkeit einer Erosion des Substrates oder dergleichen wünschenswert, wenn die Konzentration auf Werte unterhalb von 0,1 M [mol/l] eingestellt wird. In Ausführungsbeispiel 1 ist die Konzentration auf 0,05 M [mol/l] eingestellt.

Die Temperatur bei der hydrothermischen Behandlung wird in einem Bereich zwischen 100 °C und 200 °C gewählt. Ist die Temperatur unterhalb des vorgenannten Bereiches, so wird die Kristallisation nicht gefördert. Ist demgegenüber die Temperatur oberhalb des vorgenannten Bereiches, so findet eine Ätzung des Vorgängerfilmes oder der piezoelektrischen Filmschicht und des Siliziumsubstrates statt. Die Temperatur der Behandlung wird beispielsweise bei ungefähr 140 °C eingestellt.

Der Druck der hydrothermischen Behandlung wird in einem Druckbereich von 2 Atmosphären bis 10 Atmosphären gewählt. Dies rührt daher, dass gute Kristalle nicht entstehen können, wenn der Druck außerhalb des vorgenannten Bereiches liegt. Der Druck wird beispielsweise auf einen Druck von ungefähr 4 Atmosphären (0,4 MPa) eingestellt. Die Zeit der hydrothermischen Behandlung wird in einem Bereich zwischen 10 und 60 Minuten gewählt. Ist die Zeit kürzer als der vorgenannte Bereich, so findet eine ausreichende Kristallisierung statt. Ist die Zeit demgegenüber länger als der vorgenannte Bereich, so besteht die Möglichkeit, dass die piezoelektrische Filmschicht oder das Substrat erodieren. Die Zeit der Behandlung wird beispielsweise bei ungefähr 30 Minuten gewählt.

Schritt des Ausbildens der oberen Elektrode (Fig. 5(f))

Die obere Elektrode 42 wird über der piezoelektrischen Filmschicht 41 dadurch ausgebildet, dass eine Technik der Elektronenstrahlabscheidung, des Sputterns oder dergleichen zum Einsatz kommt. Platin (Pt) oder dergleichen wird als Material für die obere Elektrode verwendet. Die obere Elektrode wird mit einer Dicke von ungefähr 100 nm hergestellt.

Der Schichtaufbau des piezoelektrischen Aktuators ist mit dem vorbeschriebenen Schritt fertiggestellt. Es ist nunmehr notwendig, den Schichtaufbau mittels Ätzen oder dergleichen in eine Form zu bringen, die zu der Vorrichtung passt, in der der piezoelektrische Aktuator eingesetzt werden soll. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zudem eine Behandlung vorgenommen, die in den Schnittansichten der Herstellungsschritte von 6 dargestellt ist, bei der der piezoelektrische Aktuator als Druckerzeugungsquelle für einen Tintenstrahldruckkopf eingesetzt wird.

Schritt des Ätzens (Fig. 6(a))

Der Schritt des Ätzens ist der Schritt des Ausbildens des piezoelektrischen Aktuators 40. Zunächst werden die laminierten Strukturen 41 und 42 des piezoelektrischen Aktuators in einer Form entsprechend den in dem Druckkammersubstrat 20 auszubildenden Hohlräumen maskiert. Anschließend wird mittels der Maske das Ätzen vorgenommen, wodurch die piezoelektrischen Aktuatoren 40 ausgebildet werden. Insbesondere wird zunächst ein Resistmaterial mit einer einheitlichen Dicke mittels eines Verfahrens wie beispielsweise des Schleuderverfahrens oder des Sprühverfahrens aufgetragen. Anschließend wird die Maske in Form der piezoelektrischen Aktuatoren gebildet, woraufhin das Belichten und Entwickeln vorgenommen werden, sodass sich ein Resistmuster über der oberen Elektrode 42 bildet. Die Maske wird entsprechend dem Typ, nämlich entweder positiv oder negativ, des Resistmaterials ausgebildet. Anschließend wird ein Verfahren wie Ionenmahlen, Trockenätzen oder auch ein anderes Verfahren, das normalerweise hierfür eingesetzt wird, zum Ätzen und Entfernen der oberen Elektrode 42 und der piezoelektrischen Filmschicht 41 eingesetzt. Auf oben beschriebene Weise können piezoelektrische Aktuatoren 40, die für den Tintenstrahldruckkopf geeignet sind, hergestellt werden.

Schritt des Ausbildens der Druckkammer (Fig. 6(b))

Der Schritt des Ausbildens der Druckkammer ist der Schritt des Ausbildens der Hohlräume 21 durch Ätzen der Seite des Druckkammersubstrates 20 im Gegensatz zu derjenigen Seite, wo die piezoelektrischen Aktuatoren 40 ausgebildet werden. Das Ätzen von Räumen für die Hohlräume 41 wird durch Einsatz eines anisotropen Ätzens unter Verwendung eines Aktivgases vorgenommen, so beispielsweise durch ein Reaktivionenätzen vom Planparallelplattentyp, und zwar von derjenigen Seite, die entgegengesetzt zu derjenigen Seite ist, an der die piezoelektrischen Aktuatoren 40 ausgebildet sind. Diejenigen Abschnitte, die verblieben und nicht geätzt worden sind, werden zu den Seitenwänden 22.

Schritt des Anklebens der Düsenplatte (Fig. 6(c))

Der Schritt des Anklebens der Düsenplatte ist der Schritt des Anklebens einer Düsenplatte 10 an dem geätzten Siliziumsubstrat 20 mit einem Haftmittel. Zum Zeitpunkt des Klebens ist die Düsenplatte derart ausgerichtet, dass jeweilige Düsenlöcher 11 an Stellen angeordnet sind, die den jeweiligen Räumen der Hohlräume 21 entsprechen. Schließlich wird das Druckkammersubstrat 20 mit der daran angeklebten Düsenplatte 10 an einem Gehäuse 25 angebracht (wie in 2 gezeigt ist), womit der Tintenstrahldruckkopf 1 dann fertig ist.

Werden die Druckplatte und das Druckkammersubstrat integral geätzt und ausgebildet, so ist der Schritt des Anklebens der Düsenplatte überflüssig. Es sind nämlich nur das Ätzen des Druckkammersubstrates in Form einer Kombination aus der Düsenplatte und dem Druckkammersubstrat und das Ausbilden der Düsenlöcher an Stellen notwendig, die den Hohlräumen entsprechen.

Anschließend wird der Tintestrahldruckkopf mit Blei-Zirkonat-Titanat (Pb(Zr0,56Ti0,44)O3) als piezoelektrischer Filmschicht auf Basis des vorbeschriebenen Herstellungsverfahrens hergestellt.

Eine im Schnitt genommene SEM-Fotografie (Scanning Electron Microscopy SEM, Abtastelektronenmikroskopie) dieses Kristalls nach der hydrothermischen Behandlung wird anschließend aufgenommen. 4 ist eine Strukturskizze dieser im Schnitt genommenen SEM-Fotografie.

Die PZT-Kristallkörner in Kumulonimbusform werden über der unteren Elektrode ausgebildet. All diese Kristallkörner sind säulenförmige Kristallkörner, die sich zusammenballen, um kumulonimbusförmige Kristalle zu bilden. Was die jeweiligen säulenförmigen Kristallkörner angeht, sind einige von diesen Kristalle, die senkrecht zur unteren Elektrode stehen, während einige eine Winkelverteilung zwischen 0° und 90° bezüglich der Oberfläche der unteren Elektrode aufweisen. Der Korndurchmesser der einzelnen säulenförmigen Kristallkörner liegt in einem Bereich zwischen 100 und 400 nm. Als Ergebnis der Messung dieser Kristalle durch eine Röntgenpolfigur wird nachgewiesen, dass die Kristalle eine Zufallsorientierung in Richtung der Schichtdicke aufweisen. Es kann keine Erosion des Siliziumsubstrates nachgewiesen werden.

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel erfährt aufgrund der Tatsache, dass eine alkalische Lösung mit äußerst schwacher Konzentration als Behandlungslösung zum Einsatz kommt, der piezoelektrische Film oder das Substrat keine Ätzung durch die Behandlungslösung.

Darüber hinaus treten aufgrund der Tatsache, dass die alkalische Konzentration schwach ist, Verunreinigungen, so beispielsweise Alkalimetallkationen, nicht in das Innere des piezoelektrischen Aktuators ein und verschlechtern dessen Eigenschaften daher auch nicht.

Darüber hinaus ist es aufgrund der Tatsache, dass die Kristallisierung bei niedrigen Temperaturen vorgenommen werden kann, einfach, die Behandlung für die Kristallisation vorzunehmen.

Da keine Behandlung bei hohen Temperaturen vorgenommen wird, verteilen sich die Elemente der unteren Elektrode nicht in dem piezoelektrischen Film, wodurch eine Verschlechterung der Eigenschaften des piezoelektrischen Aktuators verhindert wird.

Darüber hinaus werden aufgrund der Tatsache, dass keine Hochtemperaturbehandlung ausgeführt wird, weder Veränderungen bei den Eigenschaften noch bei den thermischen Belastungen in den jeweiligen Filmen erzeugt, sodass die Verlässlichkeit des piezoelektrischen Aktuators und des Tintenstrahldruckkopfes verbessert wird.

Da die Behandlungslösung äußerst schwach alkalisch ist, ist es nicht notwendig, alkalibeständige Materialien für die untere Elektrode oder das Substrat auszuwählen, weshalb es möglich wird, den Bereich der Materialienauswahl zu erweitern.

Ferner ist eine Behandlung bei hohen Temperaturen nicht notwendig, und die Fehlerauftretensrate ist niedrig, weshalb eine Verringerung der Kosten möglich wird.

Schließlich werden aufgrund der Tatsache, dass keine Behandlung bei hohen Temperaturen ausgeführt wird und nur geringe thermische Belastungen auftreten, aufgrund der thermischen Belastung auch dann keine Risse erzeugt, wenn ein piezoelektrischer Aktuator mit großer Fläche hergestellt wird. Mit anderen Worten, es wird möglich, einen Tintenstrahldruckkopf bereitzustellen, der für großflächige Druckvorrichtungen, so beispielsweise einen Zeilendrucker, geeignet ist.

Die Erfindung ist nicht auf das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um die Erfindung anzupassen. So wird beispielsweise beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel PZT verwendet, obwohl eine piezoelektrische Keramik für andere Aktuatoren auf ähnliche Weise mittels des hydrothermischen Verfahrens kristallisiert werden kann.

Darüber hinaus kann der entsprechend dem Verfahren dieser Erfindung hergestellte piezoelektrische Aktuator nicht nur als Druckerzeugungsquelle für einen Tintenstrahldruckkopf eingesetzt werden, sondern auch bei Aktuatorvorrichtungen, darunter piezoelektrischen Ventilatoren, Ultraschallmotoren, Ultraschallwandlern wie auch bei der Herstellung derartiger Vorrichtungen. Der piezoelektrische Aktuator der vorliegenden Erfindung kann nämlich mit einer großen Fläche und bei Verringerung von Kosten hergestellt werden, weshalb es möglich wird, eine neue Verwendung zu ermöglichen, die bei herkömmlichen Erzeugnissen kostenbedingt nicht möglich ist, sowie herkömmliche Eigenschaften zu niedrigeren Preisen bereitzustellen.

Weiteres Beispiel

Ein Drucker entsprechend einem weiteren Beispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.

Bei diesem Beispiel werden Elemente, die denjenigen des Ausführungsbeispieles ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Erläuterung hiervon unterbleibt.

Der Drucker dieses Beispiels ist in der Lage, als Zeilendrucker zu arbeiten, wobei, wie in 8 gezeigt ist, sein Hauptkörper 2 eine Lade 3, eine Ausgabe 4 und einen daran vorgesehenen Bedienknopf 9 aufweist. Innerhalb des Hauptkörpers 2 sind ein Tintenstrahldruckkopf 50, ein Zuführmechanismus 6 und eine Steuerschaltung 8 vorgesehen.

Der Tintenstrahldruckkopf 50 umfasst einen piezoelektrischen Aktuator, der entsprechend dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist. Der Kopf 50 ist ein Kopf, der insbesondere für einen Zeilendrucker verwendet wird, und ist mit einer Länge ausgestaltet, die die Breite des zuzuführenden Papiers abdeckt. Der Tintenstrahldruckkopf 50 ist derart zusammengesetzt, dass er zur Abgabe von Farbe aus Düsen, die in der vollen Breite des Papiers ausgestaltet sind, in Reaktion auf ein Abgabesignal Sh in der Lage ist, das von der Steuerschaltung 8 bereitgestellt wird.

Der Tintenstrahldruckkopf 50 ist derart ausgestaltet, dass piezoelektrische Aktuatoren 40, Hohlräume 21 und Düsen 11 kontinuierlich mit einem konstanten Rasterabstand derart vorgesehen sind, dass der Kopf 50 die Breite des Papiers, das bedruckt werden soll, abdeckt. Der Rasterabstand zwischen den Düsen kann jederzeit je nach Druckgenauigkeit geändert werden. So können die Düsen beispielsweise derart angeordnet werden, dass 400 dpi eingestellt sind.

Der Drucker gemäß dem weiteren Beispiel weist einen Aufbau auf, der ähnlich demjenigen des im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Druckers ist, jedoch mit der Ausnahme, dass der Kopf 50 ein Kopf ist, der für einen Zeilendrucker ausgestaltet ist, wobei das Wirken des Druckers ebenfalls mit demjenigen des Druckers gemäß dem Ausführungsbeispiel übereinstimmt.

Beliebige Schriftzeichen oder Grafiken können gedruckt werden, indem ein Abgabesignal Sh an den einzelnen piezoelektrischen Aktuator abgegeben wird, der an einer Stelle in dem Langkopf gelegen ist, an der der Druck jeweils erfolgen soll.

Es schließt sich eine Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung eines piezoelektrischen Aktuators zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes an.

Bei diesem Beispiel wird ein in länglicher Form ausgebildetes Siliziumsubstrat verwendet, um den Kopf 50 für einen Zeilendrucker herzustellen.

Zunächst wird dasselbe Verfahren wie beim Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Soles, eines Isolierfilmes, einer unteren Elektrode und einer piezoelektrischen Vorläuferfilmschicht angewendet.

Bei dem Schritt der hydrothermischen Behandlung kann für den Fall, dass eine alkalische Lösung als Behandlungslösung verwendet wird, eine der nachfolgend aufgeführten Substanzen verwendet werden: KOH, Ba(OH)2, Pb(OH)2, eine gemischte Lösung aus Ba(OH)2 und Pb(OH)2, eine gemischte Lösung aus Ba(OH)2 und KOH sowie eine gemischte Lösung aus KOH und Pb(OH)2. Dies rührt von der Erkenntnis her, dass der Vorgängerfilm der piezoelektrischen Keramik in diesen alkalischen Lösungen kristallisiert.

Die Konzentration der alkalischen Lösung wird derart eingestellt, dass sie niedriger als 2 M [mol/l] ist. Liegt die Konzentration bei 2 M [mol/l] oder mehr, so ist das Alkali stark, weshalb es möglich sein kann, dass der piezoelektrische Film und das Substrat erodieren. Bei diesem Beispiel ist die Konzentration auf 0,5 M [mol/l] eingestellt.

Die Temperatur wird bei der hydrothermischen Behandlung in einem Bereich zwischen 100 °C und 200 °C gewählt. Ist die Temperatur unterhalb des vorerwähnten Bereiches, so wird die Kristallisierung nicht gefördert. Ist die Temperatur demgegenüber oberhalb des vorerwähnten Bereiches, so werden die piezoelektrische Filmschicht und das Siliziumsubstrat geätzt. Die Behandlungstemperatur wird beispielsweise auf ungefähr 140 °C eingestellt.

Der Druck wird bei der hydrothermischen Behandlung in einem Bereich zwischen einem Druck von 2 Atmosphären (0,2 MPa) und einem Druck von 10 Atmosphären (1 MPa) gewählt. Dies rührt daher, dass gute Kristalle nicht entstehen können, wenn der Druck außerhalb des vorerwähnten Bereiches ist. Der Druck wird beispielsweise bei einem Druck von ungefähr 4 Atmosphären (0,4 MPa) eingestellt. Die Zeit der hydrothermischen Behandlung wird zwischen 10 und 60 Minuten gewählt. Ist die Zeit kürzer als der vorerwähnte Bereich, so kann eine ausreichende Kristallisierung vorgenommen werden. Ist die Zeit demgegenüber länger als der vorerwähnte Bereich, so besteht die Möglichkeit, dass die piezoelektrische Filmschicht oder das Substrat erodieren. Die Behandlungszeit wird beispielsweise bei 30 Minuten gewählt.

Anschließend werden – auf dieselbe Weise wie beim Ausführungsbeispiel – der Schritt des Ausbildens der oberen Elektrode, der Schritt des Ätzens, der Schritt des Ausbildens der Druckkammer und der Schritt des Anklebens der Düsenplatte ausgeführt, womit der Tintenstrahldruckkopf 50 dann fertig ist.

Als Beispiel für das vorbeschriebene Herstellungsverfahren wird ein piezoelektrischer Aktuator mit Blei-Zirkonat-Titanat (Pb(Zr0,56Ti0,44)O3) als piezoelektrischer Filmschicht hergestellt.

Ein piezoelektrischer Film, der mittels eines herkömmlichen vollständigen Sol-Gel-Verfahrens hergestellt worden ist, wird als Vergleichsbeispiel 1 verwendet, und ein piezoelektrischer Film, der mittels eines herkömmlichen hydrothermischen Verfahrens hergestellt worden ist, wird als Vergleichsbeispiel 2 verwendet. Der piezoelektrische Film des Vergleichsbeispieles 1 wird dadurch hergestellt, dass ein PZT-Vorläuferfilm in einem amorphen Zustand in einer Sauerstoffatmosphäre einer thermischen Hochgeschwindigkeitsbehandlung (fünf Minuten lang bei 650 °C und eine Minute lang bei 900 °C) unterzogen wird.

Der piezoelektrische Film des Vergleichsbeispiels 2 wird dadurch hergestellt, dass ein Ti- oder Ni-Substrat in eine Pb2+, Zr+4 und Ti+4 enthaltende KOH-Lösung getaucht und eine Abscheidung der PZT-Körner bewirkt wird.

9 zeigt eine im Schnitt genommene Transmissionselektronenbeugungspunktfotografie der piezoelektrischen Filmschicht des weiteren Beispieles, an dem eine hydrothermische Behandlung entsprechend der vorliegenden Erfindung vorgenommen worden ist. Wie aus der Fotografie ersichtlich ist, sind die Beugungspunkte regelmäßig angeordnet, und die Kristallisation ist gelungen.

Anhand einer im Schnitt genommenen TEM-Dunkelfeldfotografie (Transmission Electron Microscopy TEM, Transmissionselektronenmikroskopie), siehe 10, und einer SEM-Fotografie (Scanning Electron Microscopy SEM, Abtastelektronenmikroskopie), siehe 11, der piezoelektrischen Filmschicht wird nachgewiesen, dass der mittlere Durchmesser der säulenförmigen Kristallkörner ungefähr in einem Bereich zwischen 100 nm und 15000 nm liegt.

12 zeigt ein Reflexionsröntgenbeugungsspektrum (XRD) der piezoelektrischen Filmschicht. Wie aus 12 ersichtlich ist, weist der piezoelektrische PZT-Film (100) bevorzugte Orientierungen in einer Richtung parallel zur normalen Richtung der Oberfläche der unteren Elektrode auf. Entsprechend der Röntgenpolfigur und dem im Schnitt genommenen Transmissionselektronenbeugungsmuster weist der PZT-Film (100) bevorzugte Orientierungen in einer Richtung parallel zur normalen Richtung der Oberfläche der unteren Elektrode auf.

Im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 kann der piezoelektrische Aktuator dieses weiteren Beispieles mit einer größeren Fläche ausgebildet werden, da durch Wärme eine geringere interne Belastung erzeugt wird. Bei Vergleichsbeispiel 1 beträgt die interne Belastung, die in dem Film aufgrund der Kristallisation erzeugt worden ist, ungefähr 108 Pa, während die interne Belastung, die für den Fall des piezoelektrischen Aktuators dieses Beispieles erzeugt worden ist, bei ungefähr 106 bis 107 Pa liegt. Aufgrund der Tatsache, dass bei dem Vergleichsbeispiel 1 eine thermische Behandlung bei hoher Temperatur zum Einsatz kommt, tritt zudem eine thermische Expansion der Elektroden oder des piezoelektrischen Filmes auf oder ihre Komponenten diffundieren. Gleichwohl tritt aufgrund der Tatsache, dass bei dem weiteren Beispiel die Kristallisierung durch Absenken der Temperaturen gefördert wird, keine Verformung bedingt durch thermische Expansion auf, und das Leistungsvermögen des piezoelektrischen Aktuators verschlechtert sich nicht aufgrund einer Diffusion der Komponenten. Entsprechend kann erwartet werden, dass das weitere Beispiel ertragssteigernd und kostensenkend ist.

Im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel 2 wird nur die PZT-Kristallisierung durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung gefördert, das bei dem weiteren Beispiel eingesetzt wird, wo die Einflussnahme auf die Zusammensetzung des piezoelektrischen Filmes nicht derart schwierig wie bei Vergleichsbeispiel 2 ist. Darüber hinaus ist auch bei dem piezoelektrischen Aktuator von Vergleichsbeispiel 2 die Oberflächenrauigkeit von dessen oberer Elektrodenseite gleich 1 µm oder mehr als maximal Höhe, während sie mit 0,01 µm oder weniger bei den piezoelektrischen Aktuatoren des weiteren Beispieles stark verbessert ist. Darüber hinaus wird eine alkalische Lösung vergleichsweise schwachen Grades oder niedriger Konzentration bei der Herstellung eingesetzt, weshalb sich dieses Ausführungsbeispiel dadurch auszeichnet, dass der Bereich der wählbaren Materialien für die Elektroden und das Substrat größer als bei Vergleichsbeispiel 2 ist.

Da bei dem weiteren Beispiel die alkalische Konzentration niedrig ist, treten Verunreinigungen, so beispielsweise Alkalimetallkationen, nicht in das Innere des piezoelektrischen Aktuators ein und verschlechtern dessen Eigenschaften auch nicht.

Darüber hinaus kann die Kristallisation auch bei niedrigen Temperaturen vorgenommen werden, weshalb es einfach ist, die Kristallisationsbehandlung vorzunehmen.

Aufgrund der Tatsache, dass die Behandlung nicht bei hohen Temperaturen vorgenommen wird, erfolgt darüber hinaus keine Diffusion der Elemente der unteren Elektrode in dem piezoelektrischen Film, wodurch eine Verschlechterung der Eigenschaften des piezoelektrischen Aktuators verhindert wird.

Da die Behandlung nicht bei hohen Temperaturen vorgenommen wird, treten zudem weder Änderungen der Eigenschaften noch der thermischen Belastungen in den jeweiligen Filmen auf, wodurch die Verlässlichkeit der piezoelektrischen Aktuatoren des Tintenstrahldruckkopfes verbessert wird.

Da die Behandlungslösung schwach alkalisch oder von niedriger Konzentration ist, ist es nicht notwendig, alkalibeständige Materialien für die untere Elektrode und das Substrat auszuwählen, weshalb es möglich wird, den Bereich für die Auswahl der Materialien zu erweitern.

Des Weiteren ist eine Behandlung bei hohen Temperaturen nicht notwendig, und die Fehlerauftretensrate ist gering, weshalb es möglich wird, Kosten zu verringern.

Aufgrund der Tatsache, dass keine Behandlung bei hoher Temperatur und nur mit geringeren inneren Belastungen einschließlich thermischer Belastungen vorgenommen wird, werden auch dann keine Risse erzeugt, wenn ein piezoelektrischer Aktuator mit großer Fläche hergestellt wird. Mit anderen Worten, es wird möglich, einen Tintenstrahldruckkopf bereitzustellen, der für eine großflächige Druckvorrichtung, so beispielsweise für einen Zeilendrucker, geeignet ist.

Wie vorstehend beschrieben worden ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Bereitstellung eines piezoelektrischen Aktuators, der mit einer großen Fläche ausgebildet werden kann und eine Kristallstruktur mit flachen Oberflächen aufweist.

Es wird zudem möglich, einen Tintenstrahldruckkopf bereitzustellen, der für einen Zeilendrucker geeignet ist und einen piezoelektrischen Aktuator enthält, der mit einer großen Fläche und einer flachen Oberfläche ausgebildet ist.

Zudem wird es möglich, einen Drucker mit einem Tintenstrahldruckkopf herzustellen, der für einen Zeilendrucker geeignet ist.

Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Aktuators bereitstellen, bei dem die Versatilität möglicher Materialien und Optionen für die Herstellungsbedingungen hoch ist, was ein gutes Leistungsvermögen mit sich bringt.

Zudem wird es möglich, ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes mit einem piezoelektrischen Aktuator bereitzustellen, bei dem die Versatilität möglicher Materialien und Optionen für die Herstellungsbedingungen hoch ist, was ein gutes Leistungsvermögen mit sich bringt.


Anspruch[de]
Piezoelektrischer Aktuator (40), der umfasst:

eine untere Elektrode (32);

eine obere Elektrode (42); und

einen piezoelektrischen Film (41), der zwischen der unteren Elektrode (32) und der oberen Elektrode (42) gehalten wird,

wobei der piezoelektrische Film (41) aus piezoelektrischer Keramik besteht, und

wobei jedes der säulenförmigen Kristallkörner der piezoelektrischen Keramik jeweils Zufallsorientierung um seine Schichtdickenrichtung herum aufweist,

der Durchmesser der säulenförmigen Kristallkörner im Bereich von 100 nm bis 15000 nm liegt,

wobei

die Oberflächenrauhigkeit der Seite der oberen Elektrode des piezoelektrischen Films (41) 0,01 µm oder weniger beträgt.
Piezoelektrischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei ein mittlerer Durchmesser der säulenförmigen Kristallkörner im Bereich von 100 nm bis 10000 nm liegt. Piezoelektrischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenrauhigkeit der Seite der oberen Elektrode des piezoelektrischen Films (41) auf 20 nm oder weniger als maximale Höhe eingestellt ist. Piezoelektrischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei die Elementzusammensetzung des piezoelektrischen Films eines der folgenden piezoelektrischen keramischen Materialien aus Blei-Zirkonat-Titanat (Pb(Zr,Ti)O3:PZT), Blei-Lanthan-Titanat ((Pb,La)TiO3), Blei-Lanthan-Zirkonat ((Pb,La)ZrO3), Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat ((Pb,La)(Zr,Ti)O3:PLZT) und Blei-Magnesium-Niobat-Zirkonat-Titanat (Pb(Mg,Nb)(Zr,Ti)O3:PMN-PZT) enthält. Tintenstrahldruckkopf (1, 50) mit einem piezoelektrischen Aktuator nach Anspruch 1, der umfasst:

ein Druckkammersubstrat (20) mit einer darin ausgebildeten Druckkammer (21);

eine Membran (30), die an einer Seite der Druckkammer (21) vorhanden ist; und

den piezoelektrischen Aktuator (40), der an der Membran (30) an der der Druckkammer (21) entsprechenden Position vorhanden ist, wobei der piezoelektrische Aktuator (40) so zusammengesetzt ist, dass er in der Lage ist, Volumenänderungen der Druckkammer (21) zu bewirken.
Drucker mit einem Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 5, der umfasst:

einen Aufzeichnungsmedium-Transportmechanismus (3, 4, 6), der so zusammengesetzt ist, dass er in der Lage ist, die Aufzeichnungsmedien (5) zuzuführen und zu entnehmen; und

eine Kopf-Steuerschaltung (8), die bewirkt, dass der Tintenstrahl-Druckkopf (1, 50) an jeder beliebigen Position auf das Aufzeichnungsmedium (5) druckt, das durch den Aufzeichnungsmedien-Transportmechanismus (3, 4, 6) zugeführt wird.
Drucker mit einem Tintenstrahl-Druckkopf nach Anspruch 5, der umfasst:

einen Aufzeichnungsmedien-Transportmechanismus (3, 4, 6), der so zusammengesetzt ist, dass er in der Lage ist, die Aufzeichnungsmedien (5) zuzuführen und zu entnehmen; und

einen Kopf-Transportmechanismus (7) zum Transportieren des Tintenstrahl-Druckkopfes (1) an jede beliebige Position auf dem Aufzeichnungsmedium (1), das von dem Aufzeichnungsmedien-Transportmechanismus (3, 4, 6) zugeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktuators (40), der einen piezoelektrischen Film (41) umfasst, der zwischen einer unteren Elektrode (32) und einer oberen Elektrode (42) gehalten wird, wobei es die folgenden Schritte umfasst:

Ausbilden eines Vorläufer-Films in einem amorphen Zustand (411, 412, usw.), der Metall und Sauerstoff enthält, über der unteren Elektrode 32); und

Durchführen von hydrothermischer Behandlung des Vorläufer-Films (411, 412, usw.) durch Tauchen des Vorläuferfilms (411, 412, usw.) in eine bestimmte alkalische wässrige Lösung (101) und Fördern der Kristallisation bei Temperaturen zwischen 100°C und 200°C und einem Druck von 1 MPa oder niedriger (10 oder niedrigerer atmosphärischer Druck),

wobei die alkalische wässrige Lösung (101) so eingestellt ist, dass sie eine Konzentration von nicht mehr als 0,1 M [mol/l] eines gelösten alkalischen Stoffes erreicht.
Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktuators nach Anspruch 8, wobei die hydrothermische Behandlung des Vorläufer-Films (411, 412, usw.) bei Temperaturen von 140°C und einem Druck von 0,4 MPa (4 Atmosphären) erfolgt. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktuators nach Anspruch 8 oder 9, wobei die alkalische wässrige Lösung (101) so eingestellt ist, dass sie die Konzentration von nicht mehr als 0,05 M [mol/l] eines gelösten alkalischen Stoffes erreicht. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktuators nach Anspruch 8 oder 9, wobei bei dem Schritt des Ausbildens des Vorläufer-Films (411, 412, usw.) der Vorläufer-Film in dem amorphen Zustand (411, 412, usw.) ausgebildet wird, indem ein Sol, das eine organmetallische Verbindung enthält, auf die untere Elektrode (32) aufgetragen wird und dieses erhitzt wird. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktuators nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Schritt des Ausbilden des Vorläufer-Films (411, 412, usw.) die folgenden Schritte umfasst:

Auftragen eines Vorläufers, der aus organometallischer Verbindung besteht;

Trocknen des Vorläufers bei einer bestimmten Temperatur; und

Pyrolysieren des Vorläufers bei Temperaturen zwischen 300°C und 500°C.
Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktuators nach Anspruch 8 oder 9, wobei die alkalische Lösung eine beliebige der folgenden aus KOH, Ba(OH)2, Pb(OH)2, Ba(OH)2 + Pb(OH)2, KOH und Ba(OH)2, und KOH + Pb(OH)2 ist. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktuators nach Anspruch 12, wobei bei dem Schritt des Pyrolysierens der Vorläufer bei einer Temperatur von 450°C entfettet wird. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktuators nach Anspruch 12, wobei bei dem Schritt des Trocknens der Vorläufer bei Temperaturen zwischen 150°C und 200°C getrocknet wird. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktuators nach Anspruch 8 oder 9, wobei bei dem Schritt des Ausbildens des Vorläufers der Vorläufer-Film in dem amorphen Zustand (411, 412, usw.), der Metall und Sauerstoff enthält, mit einem der folgenden Verfahren von einem HF-Sputter-Verfahren, einem Ionenstrahl-Sputterverfahren und einem Elektronenstrahlabscheidungsverfahren ausgebildet wird. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktuators nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Auftragens des Vorläufers, der Schritt des Trocknens des Vorläufers und der Schritt des Pyrolysierens des getrockneten Vorläufers wenigstens einmal wiederholt werden. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktuators nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Ausbildens des Vorläufers zusammengesetzt wird, indem die folgenden Schritte wenigstens einmal wiederholt werden:

Auftragen der Lösung aus organometallischer Verbindung;

Trocknen eines Films aus organometallischer Verbindung, der durch das Auftragen ausgebildet wird, bei einer ersten Temperatur; und

Pyrolysieren des getrockneten Films aus organometallischer Verbindung bei einer zweiten Temperatur.
Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Druckkopfes, der einen piezoelektrischen Aktuator umfasst, der mit dem Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18 hergestellt wird, wobei das Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Druckkopfes (1, 50) die folgenden Schritte umfasst:

Ausbilden einer Membran (30) auf einer Seite eines Substrats (20);

Herstellen des piezoelektrischen Aktuators (40) auf der Membran (30); und

Ausbilden einer Druckkammer (21) durch Ätzen des Substrats (20) in einer Anordnung, bei der die Membran (30) mit dem darauf vorhandenen piezoelektrischen Aktuator (40) eine Seite der Druckkammer (21) bildet.






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