DE10162230A1

DE10162230A1 - Tintenstrahldruckkopf und Druckvorrichtung, die ihn verwendet

Info

Publication number: DE10162230A1
Application number: DE10162230A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Nakamura; Masakazu Okuda; Yasuhiro Otsuka
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2002-06-27
Also published as: CN1244452C; US20020075362A1; US6550897B2; JP2002248765A; CN1359800A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf, der einen hohen Antriebswirkungsgrad ermöglicht und eine Schwankung des Antriebswirkungsgrades verhindert. Ein piezoelektrisches Stellglied ist für jede Tintendüse vorgesehen und hat einen Antriebsabschnitt, der in einem Bereich einer Tintendruckkammer angeordnet ist, einen Elektrodenanschlussabschnitt und mindestens einen Brückenabschnitt, der den Antriebsabschnitt mit dem Elektrodenanschlussabschnitt verbindet. Die Druckkammer hat eine Grundrissform mit einem Seitenverhältnis von ungefähr gleich 1 und der Brückenabschnitt hat eine Weite eines Verbindungsbereichs mit dem Brückenabschnitt, die kleiner als eine Weite einer Verbindungsseite des Antriebsabschnitts gesetzt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf und eine Tintenstrahldruckvorrichtung zum Ausführen des Druckens von Zeichen und Bildern mit ausgestoßenen Tropfen aus Tinte.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Ein Tintenstrahldruckkopf wird zum Drucken von Zeichen und Bildern auf ein Blatt aus Druckpapier oder Ähnlichem durch Aufkle ben bzw. Aufbringen von Tintentropfen auf dem Papier verwendet. Die Tintentropfen werden selektiv aus einer Vielzahl von Düsen ausgestoßen, während der Kopf in der Hauptabtastrichtung hin und her bewegt wird und das Druckpapier in einer Hilfsabtastrich tung, die rechtwinklig zu der Hauptabtastrichtung ist, bewegt wird. Fig. 19 bis 21 sind Ansichten, die einen Aufbau eines all gemeinen Tintenstrahldruckkopfes gemäß der herkömmlichen Technik zeigen. Fig. 19 ist eine perspektivische Explosionsansicht, Fig. 20 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts in der Nähe einer Druckkammer und Fig. 21 ist ein Oberseitengrundriss eines Hauptabschnitts (piezoelektrische Stellglieder und Druckkam mern). Wie in Fig. 19 und Fig. 20 gezeigt ist, ist der Tinten strahldruckkopf mit einer Düsenplatte 21, einer Zuführwegplatte 22, einer Druckkammerplatte 23 und einer Membran 4 aufgebaut, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind. Auf der Basis dieser Platten und der Membran sind vielzählige Tintenwege bzw. -kanäle ausgebildet, die sich von einem Tintenvorrat 10 bzw. einer Tin tenkammer aus zu den Düsen bzw. Öffnungen 1 über die Zuführwege 11 bzw. die Druckkammern 2 erstrecken.

Genauer sind die vielzähligen Düsen 1 zum Ausstoßen von Tin tentröpfchen in einer Zeile bzw. Linie an der Düsenplatte 21 mit Durchgang durch diese Platte ausgebildet. Auf der Zuführwegplat te 22 ist jeder der Zuführwege 11, der zwischen einer entspre chenden Druckkammer 2 und dem Tintenbehälter 10 verbindet, und jedes der Durchgangslöcher 12 ausgebildet, das zwischen einer entsprechenden Druckkammer 2 und einer entsprechenden Öffnung 1 verbunden ist. Jeder der Zuführwege 11 und jedes der Durchgangs löcher 12 geht durch die Zuführwegplatte 22 hindurch. Die Druck kammerplatte 23 hat den einzelnen Tintenvorrat 10 und die Druck kammern 2, die den jeweiligen Öffnungen 1 zugeordnet sind, die mit deinem Durchgang durch diese Druckkammerplatte 23 ausgebil det sind. Piezoelektrische Stellglieder 5 bzw. Aktuatoren sind mit der Membran 4, die den jeweiligen Druckkammern 2 zugeordnet ist, durch einen leitenden Kleber verbunden. Elektrodenschichten sind auf beiden Seiten jedes der piezoelektrischen Stellglieder 5 vorgesehen und ein Elektrodenfilm auf der freien Oberflä chenseite arbeitet als einzelne Elektrode 9. Die Membran 4, die aus einem Metallmaterial besteht, arbeitet auch als eine Elek trode, die gemeinsam für alle piezoelektrischen Stellglieder 5 ist.

Wie in Fig. 20 und Fig. 21 gezeigt ist, ist jedes piezoelektri sche Stellglied 5 wie eine Platte geformt, die eine konstante Weite bzw. Breite hat und die aus einem Antriebsabschnitt 6 und einem Elektrodenanschlussabschnitt 7 besteht. Der Antriebsab schnitt 6 ist in einem Bereich angeordnet, der einer entspre chenden Druckkammer 2 entspricht, und der Elektrodenanschlussab schnitt 7 ist in einem Bereich angeordnet, der einer Seitenwand 3 der Druckkammer 2 entspricht.

Eine elektrische Verbindung (nicht gezeigt) von einer externen Antriebsschaltung zu den einzelnen Elektroden 9 besteht aus dem Elektrodenanschlussabschnitt 7. Wenn eine Potentialdifferenz als Antriebssignal zwischen beiden Elektroden (den einzelnen Elek troden 9 und der Membran 4) des piezoelektrischen Stellglieds 5 anliegt, werden der Antriebsabschnitt 6 des piezoelektrischen Stellglieds 5 und ein Bereich der Membran 4 entsprechend dem An triebsabschnitt 6 deformiert. Im Ergebnis wird die Tinte in der zugehörigen Druckkammer 2 komprimiert und ein Tintentröpfchen wird aus der entsprechenden Öffnung 1 ausgestoßen. Wenn die De formation bzw. Verformung größer ist, ist es möglich, dass aus gestoßene Tintenvolumen zu erhöhen. Nachdem das Tintentröpfchen ausgestoßen worden ist, wird die Tinte aus dem Tintenvorrat 10 in die entsprechende Druckkammer 2 über den zugeordneten Zuführ weg 11 nachgefüllt.

Eine elektrische Verbindung mit den einzelnen Elektroden 9 durch den Elektrodenanschlussabschnitt 7, der in dem piezoelektrischen Stellglied 5 vorgesehen ist, hat den Vorteil, dass keine Ver drahtung notwendig ist, um eine elektrische Verbindung mit dem Antriebsabschnitt 6 bereitzustellen. Bei dieser Anordnung ist es möglich, eine Begrenzung, Einschränkung oder Zwangsbedingung (constraint) der Biegedeformation und das Auftreten von Schwan kungen der Deformation zu verhindern, die ansonsten durch die Verdrahtung während des Ansteuerns entwickelt werden würden. Die elektrische Verbindung, die durch den Elektrodenanschlussab schnitt hergestellt wird, hat weiterhin die folgenden Vorteile. Der Elektrodenanschlussabschnitt wird nicht zerstört, auch wenn ein zu starker Druck an dem Elektrodenanschlussabschnitt bei dem elektrischen Verbindungsvorgang erzeugt wird, da der Elektro denanschlussabschnitt an der Seitenwand der Druckkammer angeord net ist und eine hohe Starrheit bzw. Festigkeit hat. Anders aus gedrückt ist es möglich, zu verhindern, dass die Tintenstrahl vorrichtung aufgrund einer Biegung zerstört wird, die durch das Anlegen von Druck verursacht wird.

Wie in Fig. 19 bis 21 gezeigt ist, hat der herkömmliche Grun driss der Druckkammer eine rechtwinklige Form. Das hat zwei Gründe. Der eine besteht darin, dass es gewünscht wird, den Ab stand zwischen den Düsen oder Öffnungen so klein bzw. schmal wie möglich (das heißt, die kurze Seite des Rechtecks kürzer zu ma chen) zu machen, um ein Drucken mit hoher Auflösung erreichen zu können. Der zweite Grund besteht darin, dass es erwünscht war, den Biegebereich der Membran so groß wie möglich zu machen (das heißt, die lange Seite des Rechtecks so groß wie möglich zu ma chen), um das Volumen des Tintentröpfchens, das für ein Drucken mit hoher Auflösung erforderlich ist, sicherstellen zu können. Das piezoelektrische Stellglied ist mit einer rechteckigen Form versehen, die eine konstante Breite bzw. Weite hat, damit es an die Druckkammer angepasst ist, die eine rechteckige Form hat.

Wie vorstehend erläutert wurde, wurde in der herkömmlichen Tech nik ein Tintenstrahldruckkopf mit hoher Auflösung mit einem ein fachen Aufbau unter Verwendung einer Druckkammer mit einem rechtwinkligen Grundriss realisiert.

In den letzten Jahren wurde auch eine Hochgeschwindigkeit für den Tintenstrahldruckkopf gefordert. Um ein Hochgeschwindig keitstintenstrahldrucken zu realisieren, ist es wirksam, die An zahl der Düsen zu erhöhen. Der Grund dafür liegt darin, dass, wenn die Anzahl der Düsen größer ist, es möglich wird, die An zahl der Tintentröpfchen (Punkte eines Bildes) zu erhöhen, die auf dem Druckpapier pro Zeiteinheit erzeugt werden können.

Wenn jedoch nur die Anzahl der Düsen erhöht wird, nimmt die Ge samtgröße des Kopfes zu und dies bedingt eine Erhöhung der Her stellungskosten des Kopfes. Im Fall der Erhöhung der Düsenanzahl ist es deshalb notwendig zu ermitteln, wie eine Düsenanzahl so groß wie möglich innerhalb eines konstanten Kopfbereichs an geordnet werden kann. Anders ausgedrückt ist es sehr wichtig, wie die Düsendichte erhöht werden kann.

Die Druckkammer besetzt einen Großteil des Bereichs jeder Düse. Um die Verbesserung der Düsendichte zu realisieren, ist es des halb wesentlich, den ebenen Bereich jeder Druckkammer zu redu zieren. Wenn der Bereich der Ebene der Druckkammer reduziert wird, wird jedoch die Biegedeformation des Antriebsabschnitts kleiner. Im Ergebnis wird das Volumen des ausgestoßenen Tin tentropfens kleiner, was eine reduzierte Dichte der gedruckten Zeichen und Bilder ergibt.

Anders ausgedrückt ist es wichtig, um ein Hochgeschwindigkeits tintenstrahldrucken realisieren zu können, die Biegedeformation des Antriebsabschnitts auch dann zu erhöhen, wenn das ebene Ge biet der Druckkammer reduziert wird, das heißt den Antriebswir kungsgrad pro Einheitsfläche oder -bereich zu erhöhen.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tinten strahldruckkopf bereitzustellen, der einen hohen Antriebswir kungsgrad pro Flächeneinheit ermöglicht.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tintenstrahldruckkopf bereitzustellen, der eine Schwankung des Antriebswirkungsgrads auch dann verhindern kann, wenn eine Posi tion eines piezoelektrischen Stellglieds abweicht.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tintenstrahldruckkopf bereitzustellen, der eine hohe Ge nauigkeit und eine hohe Zuverlässigkeit hat und der mit niedri gen Kosten in einem vereinfachten Herstellungsvorgang herge stellt werden kann.

Um die vorstehenden Probleme zu lösen, haben die Erfinder eine Analyse und Untersuchung ausgeführt, die sich auf die ebene Form bzw. den Grundriss einer Druckkammer konzentriert. Unter der Be dingung, dass die Druckkammern rechteckige, ebene Formen oder Grundrisse mit den gleichen ebenen Bereichen bzw. Flächen haben, aber unterschiedliche Seitenverhältnisse (das Verhältnis von Höhe zu Breite) haben, wurde ein Wert der Biegedeformation gemes sen, wenn diese Druckkammern, die mit Membranen und piezoelek trischen Stellgliedern versehen sind, in Schwingung versetzt worden sind. Fig. 4 zeigt ein Ergebnis der Biegedeformationsmes sungen. Fig. 4 zeigt auch die Zustände der Biegedeformation der piezoelektrischen Stellglieder. In diesem Fall kann ein Seiten verhältnis ein Index sein, der einen Grad der Flachheit der Druckkammer aufzeigt. Insbesondere ist das Seitenverhältnis als B/A für jede Form definiert, die in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn dieser numerische Wert groß ist, bedeutet dies, dass die Druck kammer eine schlanke ebene Form hat. Zum Beispiel beträgt das Seitenverhältnis eines gleichseitigen Dreiecks 0,866, das Sei tenverhältnis eines Quadrats ist 1, das Seitenverhältnis eines regulären Sechsecks beträgt 0,866 und das Seitenverhältnis eines Kreises beträgt 1. Bedingungen für die Analyse sind wie folgt. Der ebene Bereich der Druckkammer beträgt 2,5 × 10^-7 m². Die Dicke einer Membran beträgt 10 µm. Das Material der Membran ist rostfreier Stahl SUS304. Die Dicke eines piezoelektrischen Stellglieds beträgt 30 µm. Das Material des piezoelektrischen Stellglieds ist PZT. Die Form des piezoelektrischen Stellglieds ist die gleiche wie die der Druckkammer (ein Elektrodenanschluss ist nicht enthalten). Die Antriebsspannung beträgt 30 V.

Es ist aus dem Ergebnis bekannt, das in Fig. 4 gezeigt ist, dass ein optimales Seitenverhältnis der Druckkammer 1 beträgt, um einen hohen Antriebswirkungsgrad pro Flächeneinheit bzw. Be reichseinheit zu erhalten. Auf der Basis dieses Ergebnisses wird ein praktischerer Aufbau angenommen. Eine zusätzliche Analyse wurde für den Fall ausgeführt, in dem ein Elektrodenanschluss in dem piezoelektrischen Stellglied vorgesehen ist. Ein Elektro denanschlussabschnitt mit den verschiedenen Formen wurde an der kurzen Seite des Grundrisses der Druckkammer vorgesehen.

Fig. 5 zeigt das Ergebnis dieser Analyse. Zum Zweck des Verg leichs ist das Ergebnis, das in Fig. 4 gezeigt ist, auch in Fig. 5 enthalten. Es wird aus Fig. 5 deutlich, dass der Antriebswir kungsgrad abgesenkt wird, wenn der Elektrodenanschluss zusätz lich vorgesehen ist. Das Ausmaß der Absenkung hängt von dem Sei tenverhältnis ab. Insbesondere ist die Reduzierung extrem, wenn die Druckkammer einen Aufbau hat, der ein Seitenverhältnis im Bereich von 1 hat. Anders ausgedrückt, wenn der Elektrodenan schluss zusätzlich vorgesehen wird, entsteht ein spezielles Pro blem aufgrund der Form mit dem Seitenverhältnis von ungefähr 1. Es ist ersichtlich, dass die Wirkung der Verbesserung des An triebswirkungsgrades klein ist, wenn nur das Seitenverhältnis auf ungefähr 1 gesetzt wird. Demzufolge ist es notwendig, die Vorrichtung weiter zu verbessern, um eine größere Wirkung erhal ten zu können.

Bevor eine Einrichtung betrachtet wird, mit der dies erhalten wird, wird ein Grund der Reduzierung des Wirkungsgrades aufgrund des Hinzufügens der Elektrode studiert. Die Zustände der Biege deformation werden durch die Beobachtung des Falls unter Anwe senheit einer Elektrode und des Falls unter Abwesenheit der Elektrode in Fig. 4 und Fig. 5 verglichen. Im Ergebnis zeigt sich, dass die Biegung bzw. Deformation an dem Verbindungsab schnitt zwischen dem Elektrodenanschlussabschnitt und dem An triebsabschnitt verloren geht. Daraus folgt, dass der Wirkungs grad abgesenkt wird, wenn der Elektrodenanschlussabschnitt die freie Deformation des Antriebsabschnitts einschränkt bzw. behin dert. Insbesondere ist bei dem Aufbau mit dem Seitenverhältnis nahe an 1 das Querschnittsgebiet des Verbindungsabschnitts zwi schen dem Antriebsabschnitt und dem Elektrodenanschlussabschnitt groß. Es wird deshalb gefolgert, dass dieser große Querschnitts bereich die Deformation einschränkt und den Wirkungsgrad extrem absenkt.

Aus dem Ergebnis der vorstehenden Untersuchung ergibt sich das Folgende. Um den Antriebswirkungsgrad pro Einheitsfläche verbes sern zu können, ist es wichtig, Druckkammern mit einer ebenen Form mit dem Seitenverhältnis nahe 1 zu verwenden und einen Auf bau mit einer geringen Einschränkung des Elektrodenanschlussab schnitts zu realisieren.

Um die vorstehenden Aufgaben lösen zu können, wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Tintenstrahl druckkopf bzw. ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf bereitgestellt, in dem jedes Stellglied aufweist: einen Antriebsabschnitt, der sich in einem Bereich befindet, dar einer Druckkammer ent spricht, und der zusammen mit einer Membran durch Biegen defor miert wird, wenn ein Antriebssignal angelegt wird; einen Elek trodenanschlussabschnitt, der sich in einem Bereich befindet, der einer Seitenwand der Druckkammer entspricht, und der eine elektrische Verbindung mit einer Antriebssignalquelle ausführt; und einen Brückenabschnitt, der den Antriebsabschnitt und den Elektrodenanschlussabschnitt verbindet. In diesem Tintenstrahl druckkopf hat die Druckkammer eine ebene Form bzw. einen Grun driss mit einem Seitenverhältnis von ungefähr gleich 1. In dem Brückenabschnitt ist die Breite bzw. Abmessung eines Verbin dungsgebiets mit dem Antriebsabschnitt kleiner als die Breite bzw. Abmessung der Verbindungsseite des Antriebsabschnitts. Ge mäß dieser Ausführungsform ist es möglich, eine Einschränkung bzw. Behinderung des Elektrodenanschlussabschnitts zu redu zieren, wenn der Antriebsabschnitt eine Biegeverformung hat, und es ist möglich, eine Reduzierung der Biegeverformbarkeit zu ver hindern. Es ist deshalb möglich, den Tintenstrahldruckkopf mit einem hohen Antriebswirkungsgrad zu realisieren.

In der vorstehenden Ausführungsform der Erfindung wird es bevor zugt, dass die Breite des Verbindungsbereichs des Antriebsab schnitts auf eine Größe reduziert wird, die gleich oder kleiner als eine Hälfte der Breite bzw. Weite der Verbindungsseite des Antriebsabschnitts ist. Auf der Basis eines sehr kleinen Verbin dungsbereichs zwischen dem Antriebsabschnitt und dem Elektro denanschlussabschnitt ist es möglich, eine Einschränkung des Elektrodenanschlussabschnitts im Wesentlichen zu vermeiden, wenn der Antriebsabschnitt durch Biegung verformt wird, und eine Re duktion der Biegeverformung zu verhindern. Es ist deshalb mög lich, den Tintenstrahldruckkopf mit einem höheren Antriebswir kungsgrad zu realisieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, in dem eine Brückenabschnitt oder eine Vielzahl von Brückenabschnitten mit einem Antriebsabschnitt an einem Abschnitt verbunden ist, der der Nachbarschaft eines Abschnitts mit einer kleinen Biegedefor mation einer Membran entspricht. Zudem ist ein Brückenabschnitt oder eine Vielzahl von Brückenabschnitten mit einem Antriebsab schnitt an einer Position mit einem Abstand von der Mitte einer Verbindungsbereichsseite des Antriebsabschnitts verbunden. Zudem ist ein Brückenabschnitt oder eine Vielzahl von Brückenabschnit ten mit einem Antriebsabschnitt an einem Abschnitt verbunden, der der Nachbarschaft der Oberseite der Druckkammer entspricht. Diese Abschnitte sind an den Orten bzw. Positionen, wo die Mem bran grundsätzlich nur gering deformiert wird. Auch wenn der Elektrodenanschlussabschnitt mit dem Antriebsabschnitt durch Be reitstellen von Brücken in der Nachbarschaft verbunden ist, gibt es deshalb im Wesentlichen keinen Einfluss darauf, dass der Elektrodenanschlussabschnitt die Biegedeformation des An triebsabschnitts begrenzt. Im Ergebnis ist es möglich, eine große Deformation zu erhalten. Bei diesem Aufbau ist die Biege deformation der Brücke selbst gering. Deshalb ist es möglich, das Auftreten von Rissen oder Brüchen des Brückenabschnitts und das Brechen aufgrund Ermüdung zu vermeiden.

Es ist möglich, den Kantenabschnitt bzw. Randabschnitt des Be reichs der Verbindung mit dem Antriebsabschnitt des Brückenab schnitts in einer Kurve bzw. abgerundet auszubilden. Bei dieser Anordnung ist es möglich, die Spannungskonzentration in der Nachbarschaft des Verbindungsabschnitts des Brückenabschnitts bei der Herstellung oder bei der Antriebsbiegungsdeformation zu entspannen. Im Ergebnis ist es möglich, eine Zerstörung des Stellglieds zu verhindern. Es ist auch möglich, den Rand bzw. die Kante des Verbindungsabschnitts zwischen dem Brückenab schnitt und dem Elektrodenanschlussabschnitt mit einer Kurve bzw. abgerundet auszubilden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, in dem die folgende Bezie hung gegeben ist: Wp ≦ Wc-2δ oder Wc + 2δ ≦ Wp, wobei δ eine Positionsabweichung zwischen einer Mittenposition einer Druck kammer und einer Mittenposition eines Antriebsabschnitts wieder gibt, Wp eine Breite einer ebenen Form bzw. eines Grundrisses des Antriebsabschnitts wiedergibt und Wc eine Breite einer ebe nen Form bzw. des Grundrisses der Druckkammer wiedergibt. Ein Wc-Wert entspricht einem Wert von A für jede ebene Form, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Im Allgemeinen ist die Biegedeformation des Antriebsabschnitts stark dem Einfluss der Lagerbedingungen des Außenrandes des Antriebsabschnitts ausgesetzt. Zum Beispiel ist es möglich, eine große Biegedeformation auf der Basis einer drehfreien Lagerung in einem Aufbau zu erhalten, bei dem das Stellglied nicht an der externen Wand der Druckkammer (das Stellglied ist kleiner als die Druckkammer) angelegt ist. Ande rerseits ist die Biegeverformung auf der Basis einer festen La gerung klein in einem Aufbau, bei dem das Stellglied an die ex terne Wand der Druckkammer angelegt ist (das Stellglied ist grö ßer als die Druckkammer). Es wird angenommen, dass die beiden nachfolgenden Zustände vorhanden sind. Der eine Zustand besteht darin, dass der Antriebsabschnitt an die externe Wand der Druck kammer angelegt ist. Der andere Zustand besteht darin, dass der Antriebsabschnitt nicht an die externe Wand bzw. Außenwand der Druckkammer aufgrund einer Positionsabweichung des piezoelektri schen Stellglieds durch eine Störung in dem Herstellungsprozess angelegt ist. In diesem Fall gibt es einen großen Unterschied in der Biegedeformation zwischen diesen beiden Fällen. Anders aus gedrückt wird die Schwankung groß. Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung ist, wenn Wp ≦ Wc-2δ eingehalten ist, der An triebsabschnitt nicht an die externe Wand der Druckkammer ange legt, auch wenn eine Positionsabweichung in irgendeine Richtung vorhanden war oder ist. Deshalb ist es immer möglich einen dreh freien Lagerzustand aufrechtzuerhalten. Wenn Wc + 2δ ≦ Wp er füllt ist, wird der Außenrand des Antriebsabschnitts zwischen zeitlich immer an die Außenwand der Druckkammer angelegt sein, auch wenn eine Positionsabweichung aufgetreten ist. Es ist des halb immer möglich, einen festen Lagerzustand einzuhalten. Im Ergebnis wird, wenn einer dieser Zustände eingehalten ist, die Schwankung der Biegedeformation, die durch die Positionsabwei chung erzeugt wird, klein und es ist möglich, einen Tinten strahldruckkopf mit hoher Genauigkeit bereitzustellen.

Bezüglich der zuvor erwähnten Ausführungsform der Erfindung wird es bevorzugt, dass Wp in dem nachfolgenden Bereich ist: (Wc-2δ) × 0,9 ≦ Wp ≦ Wc-2δ. Im Allgemeinen wird unter dem gleichen, drehfreien Lagerungszustand die Biegedeformation klein, wenn Wc kleiner als Wp ist, da der Biegedeformationsbereich klein ist, und die Biegedeformation wird klein, wenn Wp näher an Wc ist, wenn der Lagerungszustand sich der festen Lagerung annähert. An ders ausgedrückt hat Wp einen optimalen Wert gegenüber Wc. Ent sprechend diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn Wp auf einen optimalen Wert gesetzt werden kann, ist es möglich, die Biegedeformation zu maximieren. Gleichzeitig ist es möglich, die Schwankung der Biegedeformation relativ zu der Positionsabwei chung des piezoelektrischen Stellglieds zu minimieren. Im Ergeb nis ist es möglich, einen hochpräzisen Tintenstrahldruckkopf be reitzustellen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, in dem eine Vielzahl von Düsen zweidimensional angeordnet ist. Zudem ist eine Vielzahl von Düsen, die in einer Reihe mit einem konstanten Abstand zwi schen den Düsen angeordnet sind, in einer Vielzahl von Reihen angeordnet. Auf der Basis eines nur eindimensionalen Layouts der Düsen ist es möglich den Düsenlayoutabstand kleiner als die Breite der Druckkammer zu machen. Deshalb ist es möglich einen Tintenstrahldruckkopf mit hoher Auflösung zu realisieren. Ent sprechend diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, den Düsenlayoutabstand kleiner als die Weite der Druck kammer zu machen. Es ist deshalb möglich, einen Tintenstrahl druckkopf mit hoher Auflösung zu realisieren.

Gemäß der zweidimensionalen Auslegung sind die Düsen, die mit konstanten Abständen in einer Reihe angeordnet sind, z. B. in N Reihen in einer Richtung ungefähr rechtwinklig zu der Abta strichtung des Tintenstrahldruckkopfes angeordnet. Das Layout der Düsen oder Öffnungen in jeder Reihe ist durch einen konstan ten Abstand von 1/N in einer Säulenrichtung sequentiell unter schieden. In Alternative können die Düsen in jeder Reihe in gleichen Abständen derart angeordnet sein, dass die Düsen sich bei Kreuzpositionen von Gittern aus Parallelogrammen befinden. Gemäß dieser Auslegung dieses Aspekts der Erfindung stehen die Düsen in einer Richtung orthogonal zu der Abtastrichtung des Druckkopfes hervor (vergleiche Fig. 14). Aufgrund dieser Ausle gung, ist es möglich, wenn mit dem Fall verglichen wird, bei dem die Düsen eindimensional angeordnet sind, die Abstände der Düsen (die Düsenlayoutabstände) auf 1/N dieser Abstände zu ver kleinern. Anders ausgedrückt ist es möglich, einen Tintenstrahl druckkopf mit hoher Auflösung bereitzustellen.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf mit dem zuvor erwähnten Aspekt bereit gestellt, in dem ein Verdrahtungssubstrat, das eine Signallei tung enthält, angeordnet ist, um die Stellglieder abzudecken, die zweidimensional in einer Matrix angeordnet sind. Der Elek trodenanschlussabschnitt und das Verdrahtungssubstrat sind zudem elektrisch miteinander über einen Vorsprung bzw. einen erhöhten Kontakt (bump) verbunden. Gemäß diesem Merkmal der Erfindung ist eine Signalleitung für jedes piezoelektrische Stellglied an der Außenseite der Ebene jedes piezoelektrischen Stellglieds vorhan den. Es ist deshalb möglich, die Signalleitungen mit einer hohen Dichte auszubilden, ohne dass der Raum für die Signalleitung er forderlich wäre, der herkömmlich zwischen den Stellgliedern vor gesehen war.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Er findung wird ein Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, in dem ein Kontaktvorsprung aus einem leitenden Kernmaterial und einem Verbindungsmaterial aufgebaut ist, mit dem der Rand bzw. die Au ßenfläche des Kernmaterials ummantelt oder abgedeckt ist. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist ein Freiraum zwischen dem Verdrahtungssubstrat und dem Antriebsabschnitt des piezoe lektrischen Stellglieds ausgebildet. Das Verdrahtungssubstrat hat deshalb keinen Einfluss auf eine Biegeverzerrung des An triebsabschnitts. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird der erwärmte Antriebsabschnitt aufgrund des Ansteuerns bzw. Antreibens des piezoelektrischen Stellglieds mit der Luft ge kühlt, die durch den Freiraum fließt.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Er findung, wird ein Tintenstrahldruckkopf der vorstehenden Aus führungsform bereitgestellt, in dem das Kernmaterial in einer halbsphärischen Form ausgebildet ist. Gemäß dieser Eigenschaft der Erfindung ist es möglich, einen elektrischen und mechani schen Kontakt mit dem Elektrodenanschlussabschnitt sicherzustel len. Zudem ist es gemäß diesem Aspekt der Erfindung möglich, eine Zerstörung des Elektrodenanschlussabschnitts bei der Her stellung eines Kontakts mit dem Elektrodenanschlussabschnitt zu verhindern.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf des vorstehenden Aspekts bereitge stellt, in dem ein Verdrahtungssubstrat derart aufgebaut ist, dass es mindestens ein Harzbasismaterial aufweist. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist es möglich, eine Zerstörung des Vor sprungs auch dann zu verhindern, wenn sich der Tintenstrahl druckkopf aufgrund einer Temperaturänderung ausgedehnt hat oder gefaltet hat, da das Verdrahtungssubstrat aus einem Harzbasisma terial eine geringe Starrheit bzw. Steifigkeit aufweist.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf mit den vorstehenden Eigenschaften be reitgestellt, in dem das Stellglied ein piezoelektrisches Stellglied mit einem Antriebsabschnitt ist, der aus einem pie zoelektrischen Element besteht. Zum Herstellen des piezoelektri schen Stellglieds wird ein Sandstrahlverfahren (sandblasting) (das später beschrieben wird) angewendet. Auf der Basis dieses Verfahrens ist es möglich, das piezoelektrische Stellglied leicht und genau in kurzer Zeit zu be- bzw. verarbeiten, auch wenn das piezoelektrische Stellglied eine komplexe Form mit einer Vielzahl von Brückenabschnitten hat. Im Ergebnis ist es möglich, ein Tintenstrahlen mit hoher Dichte bei niedrigen Ko sten zu realisieren.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, in dem ein Dummy-Mu ster bzw. Hilfsmuster angeordnet ist, um den externen Rand eines piezoelektrischen Stellgliedbereichs abzudecken, wo eine Viel zahl von piezoelektrischen Stellgliedern ausgebildet ist, und/oder zwischen den piezoelektrischen Stellgliedern angeordnet ist. Im Allgemeinen hat das Sandstrahlverfahren einen Nachteil bezüglich der Größengenauigkeit bei der Herstellung bzw. Verar beitung, das als Sandätzen bezeichnet wird. Es gibt einen Ab schnitt der Filmmaske, der in einem Bereich übrig bleibt (jedes Stellglied in der vorliegenden Erfindung), in dem ein Abtragen durch Sandstrahlen nicht ausgeführt wird. Abgetragene Strahl teilchen sind unterhalb der Maske in der Nachbarschaft des Rand es bzw. der Kante dieses Filmmaskenabschnitts vorhanden und die se abgetragenen Teilchen stellen auch eine Schicht dar. Im Er gebnis entsteht dadurch eine Schwankung bei der letztendlich hergestellten Größe. Dieses Sandätzen hängt von der Anwesenheit oder der Abwesenheit eines benachbarten Objekts ab, das bearbei tet werden soll. Genauer hängt das Sandätzen von einem Abstand zwischen benachbarten Objekten ab, die bearbeitet werden sollen. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Hilfsmu ster an dem externen Rand des piezoelektrischen Stellgliedberei ches vorhanden. Es gibt deshalb nur einen geringen Unterschied beim Sandätzen zwischen dem externen Rand und der Innenseite des piezoelektrischen Stellgliedbereichs. Folglich ist es möglich, eine gleichmäßige Größe zu erhalten und es wird ermöglicht, eine hohe Genauigkeit zu realisieren. Gemäß diesem Aspekt der Erfin dung ist ein Hilfsmuster auch an der Umgebung jedes piezoelek trischen Stellglieds vorhanden. Es gibt deshalb dort nur einen geringen Unterschied beim Sandätzen unter allen piezoelektri schen Stellgliedern. Im Ergebnis wird eine hohe Genauigkeit rea lisiert bzw. ermöglicht.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, in dem eine Breite einer Rille, die zwischen einem piezoelektrischen Stellglied und einem benachbarten Hilfsmuster trennt (ein Isolationsabstand), im Wesentlichen für alle Rillen gleich gesetzt wird. Gemäß die sem Aspekt der Erfindung ist das Sandätzen für alle piezoelek trischen Stellglieder bzw. Aktuatoren gleich. Es ist deshalb möglich, eine gleichförmige Größe zu erhalten. Im Ergebnis wird es ermöglicht, eine hohe Genauigkeit zu realisieren.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird deshalb zudem eine Tintenstrahldruckvorrichtung bereitgestellt, in der einer der Tintenstrahldruckköpfe gemäß den vorstehenden Ausführungsformen der Erfindung untergebracht ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Tin tenstrahldruckkopfes gemäß einer ersten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A und 2B sind oberseitige, perspektivische Ansichten eines piezoelektrischen Stellglieds und einer Druckkammer des Tintenstrahldruckkopfes gemäß der ersten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3A-3D zeigen Diagramme zum Erläutern einer Definition des Seitenverhältnisses auf der Basis unterschiedlicher Arten von ebenen Formen bzw. Grundrissen;

Fig. 4 ist ein beispielhaftes, erläuterndes Diagramm eines Ergebnisses einer Analyse der Biegedeformation, wenn kein Elektrodenanschluss in jedem piezoelektrischen Stellglied vorhanden ist, in einem Kopfaufbau mit un terschiedlichen Seitenverhältnissen in dem gleichen Bereich;

Fig. 5 ist ein erläuterndes Diagramm des Ergebnisses einer Analyse der Biegedeformation, wenn ein Elektrodenan schluss in jedem piezoelektrischen Stellglied vorhan den ist, zusätzlich zu dem Diagramm, das in Fig. 4 ge zeigt ist;

Fig. 6 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen eines piezoelektrischen Stellglieds gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 7 ist ein Graph, der eine Biegedeformation einer Struk tur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Strukturen einer Vielzahl von Tinten strahldruckköpfen mit unterschiedlichen Weiten und Brückenabschnitten zeigt;

Fig. 8 ist ein Kurvenverlauf, der eine Schwankung der Biege deformation relativ zu einem Wert aus (Wp-Wc)/2 wäh rend des Antriebs eines Antriebsabschnitts zeigt, wenn die Weite Wp in der ebenen Form des Antriebsabschnitts geändert wird, wohingegen die Weite bzw. Breite der ebenen Form der Druckkammer beibehalten wird;

Fig. 9 ist ein Kurvenverlauf, der eine Biegedeformation rela tiv zu einem Wert aus (Wp-Wc)/2 während des Antriebs eines Antriebsabschnitts zeigt, wenn die Weite Wp in der ebenen Form des Antriebsabschnitts geändert wird, während die Weite des ebenen Abschnitts der ebenen Form einer Druckkammer konstant gehalten wird;

Fig. 10 ist eine oberseitige, perspektivisches Ansicht eines piezoelektrischen Stellglieds und einer Druckkammer eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß einer zweiten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11A und 11B sind erläuternde Diagramme, die Biegedeformati onsumrisslinien des Antriebsabschnitts und des Brückenabschnitts gemäß der ersten Ausführungsform bzw. der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Er findung zeigen;

Fig. 12A, 12B, 12C und 12D sind Ansichten, die unterschiedliche Formen des piezoelektrischen Stellglieds gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 13 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Tin tenstrahldruckkopfes gemäß einer dritten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 ist eine oberseitige, perspektivische Ansicht des Tin tenstrahldruckkopfes gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15A und 15B sind oberseitige Ansichten piezoelektrischer Stellglieder gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16 ist ein perspektivisches Diagramm, das ein Verfahren des elektrischen Verbindens eines Tintenstrahldruck kopfes gemäß einer fünften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung zeigt;

Fig. 17 ist eine Querschnittsansicht von zwei benachbarten, piezoelektrischen Stellgliedern in der fünften Aus führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 18 ist eine teilweise aufgebrochene, perspektivische An sicht, die ein Beispiel für eine Tintenstrahldruck kopfvorrichtung zeigt, in der ein Tintenstrahldruck kopf der vorliegenden Erfindung untergebracht ist;

Fig. 19 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines her kömmlichen Tintenstrahldruckkopfes;

Fig. 20 ist eine Querschnittsansicht einer Umgebung bzw. Nach barschaft einer Druckkammer in dem herkömmlichen Tin tenstrahldruckkopf; und

Fig. 21 ist eine oberseitige, perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Stellglieds und einer Druckkammer in dem herkömmlichen Tintenstrahldruckkopf.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Detail nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.

(Erste Ausführungsform) Aufbau

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2A ist eine oberseitige, perspektivische Ansicht eines piezoelek trischen Stellglieds, das in Fig. 1 gezeigt ist. Fig. 2B ist eine oberseitige, perspektivische Ansicht eines weiteren piezoe lektrischen Stellglieds, das in einer ähnlichen Art und Weise verwendet werden kann. Der Tintenstrahldruckkopf gemäß der vor liegenden Erfindung hat im wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie in Fig. 19 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass eine Druck kammer und ein piezoelektrisches Stellglied unterschiedliche Formen gegenüber den Formen haben, die in Fig. 19 gezeigt sind. Dieser Tintenstrahldruckkopf hat eine Vielzahl von Düsen 1, die selektiv Tintenstrahltröpfchen ausstoßen, Druckkammern 2, die entsprechend den jeweiligen Düsen 1 angeordnet sind und eine quadratische ebene Form bzw. Grundriss haben (typischerweise mit einem Seitenverhältnis von ungefähr gleich 1), einen Tintenvor rat 10 bzw. eine Tintenkammer, der Tinte jeder Druckkammer 2 zu führt, Zuführwege 11, die die einzelnen Druckkammern mit dem Tintenvorrat 10 verbinden, eine Membran 4, die auf der Oberflä che der Druckkammern 2 ausgebildet ist, und piezoelektrische Stellglieder 5, die mit der Membran 4 gekoppelt sind.

Jedes piezoelektrische Stellglied 5 ist mit einem Antriebsabi schnitt 6, einem Elektrodenanschlussabschnitt 7 und einem Brückenabschnitt 8 aufgebaut, der den Antriebsabschnitt 6 mit dem Elektrodenanschlussabschnitt 7 verbindet. Der Antriebsab schnitt 6, der Elektrodenanschlussabschnitt 7 und der Brückenab schnitt 8 sind als Einzelstück ausgebildet, was später beschrie ben wird. Der Antriebsabschnitt 6 befindet sich in einem Be reich, der der jeweiligen Druckkammer 2 entspricht, und ist zu sammen mit der Membran 4 biegedeformiert, wenn eine Antriebs spannung angelegt ist. Der Elektrodenanschlussabschnitt 7 befin det sich in einem Bereich, der einer Seitenwand der Druckkammer 2 entspricht, um eine elektrische Verbindung mit einer Antriebs signalquelle bereitstellen zu können. Der Brückenabschnitt 8, der den Antriebsabschnitt 6 mit dem Elektrodenanschlussabschnitt 7 verbindet, hat einen Verbindungsabschnitt mit dem Antriebsab schnitt, der kleiner in der Ausdehnung bzw. Weite als eine Ver bindungsseite des Antriebsabschnitts ist. Eine einzelne Elektro de 9 zum Anlegen einer Antriebsspannung ist an der Oberfläche des piezoelektrischen Stellglieds 5 angeordnet. Die Membran 4 hat auch die Funktion einer gemeinsamen Elektrode.

Jedes Teil des Tintenstrahldruckkopfes gemäß der ersten Aus führungsform wird nachfolgend im Detail erläutert. Vier Arten von Platten, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, das heißt, eine Düsenplatte 21, eine Zuführwegplatte 22, eine Druckkammerplatte 23 und eine Membran 4, sind alle aus rostfrei em Stahl (SUS) hergestellt. Die Düsenplatte 21 hat eine Dicke von 75 µm und ist mit Düsen 1 versehen, die einen Abstand von 1,016 mm haben und die jeweils einen Durchmesser von 30 µm ha ben. Die Zuführwegplatte 22 hat eine Dicke von 25 µm und ist mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 12, von denen jedes einen Durchmesser von 100 µm hat und an einer Stelle angeordnet ist, die einer zugeordneten Düse 1 entspricht, und mit einer Vielzahl von Zuführwegen 11 versehen, die jeweils eine zugeordnete Druck kammer 2 mit dem Tintenvorrat 10 verbinden. Die Druckkammerplat te 23 hat eine Dicke von 150 µm und ist mit dem Tintenvorrat 10 und den Druckkammern verbunden, von denen jede wie ein reguläres Quadrat geformt ist, wobei die Mitte davon entsprechend einer zugeordneten Düse 1 angeordnet ist. Die Größe jeder Druckkammer 2 ist in Abhängigkeit von der Biegedeformation der Membran 4 be stimmt, die zum Ausstoßen einer erforderlichen Menge eines Tin tentröpfchens notwendig ist. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung hat jede Druckkammer 2 eine Größe von 500 µm × 500 µm. Die Membran 4 hat eine Dicke von 10 µm. Die vorstehenden Platten 21 bis 23 und 4 sind jeweils mit Ausrichtmarken (nicht gezeigt) bzw. -markierungen für die Positionierung versehen.

Ein piezoelektrisches Material des piezoelektrischen Stellglieds 5 kann aus Keramiken auf der Basis von Blei-Titanat-Zirkonat hergestellt sein oder aus einem Material, das aus gewöhnlichen ferroelektrischen Materialien besteht. Als Material für die ein zelne Elektrode 9 kann Gold, Silber, Palladium oder ein anderes Metall, das leitend ist, verwendet werden. Der Antriebsabschnitt des piezoelektrischen Stellglieds 5 ist wie ein reguläres Qua drat ausgebildet, das eine Größe von 460 µm × 460 µm mit der gleichen Mitte wie der Mitte des Bereichs einer zugeordneten Druckkammer hat. Es ist deshalb ein Freiraum von 20 µm zwischen dem externen Rand und dem Antriebsabschnitt 6 und dem externen Rand des Bereichs entsprechend der Druckkammer vorhanden. Der Elektrodenanschlussabschnitt des piezoelektrischen Stellglieds 5 hat eine Größe, die als ein Bereich bestimmt ist, der für eine elektrische Verbindung erforderlich ist, wenn angetrieben wird. Der Brückenabschnitt 8, der den Antriebsabschnitt 6 mit dem Elektrodenanschlussabschnitt 7 verbindet, ist an einer Mitte einer Seite vorgesehen, auf der sich der Antriebsabschnitt und der Elektrodenanschlussabschnitt gegenseitig zugewandt sind. Der Brückenabschnitt 8 hat eine Länge von 40 µm und eine Breite von 100 µm.

Betrieb

Der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Zuerst wird Tinte in eine Tintenzu führeinheit (nicht gezeigt) geladen, die mit dem Tintenvorrat 10 verbunden ist. Die Tinte wird in jede Druckkammer 2 durch den Kanal bzw. Weg der Tintenzuführeinheit aus dem Tintenvorrat in die Druckkammer geladen. Eine Antriebsspannung wird dann an die einzelne Elektrode 9 eines ausgewählten piezoelektrischen Stellglieds 5 und der gemeinsamen Elektrode (der Membran 4) an gelegt. Dies verursacht, dass das piezoelektrische Stellglied 5 und die Membran 4 mit einer Biegung in dem Bereich der entspre chenden Druckkammer 2 deformiert wird, wodurch die Tinte inner halb der Druckkammer (das heißt, dass der interne Druck in der Druckkammer erhöht wird) komprimiert wird. Im Ergebnis werden Tintentröpfchen aus einer entsprechenden Düse 1 ausgestoßen.

In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung hat die Druck kammer eine regelmäßige ebene Form bzw. einen Grundriss mit einem Seitenverhältnis von ungefähr gleich 1. Die Druckkammer hat deshalb einen Aufbau, der vorteilhaft mit Hinsicht auf den Antriebswirkungsgrad im Vergleich mit der herkömmlichen Druck kammer ist, die eine rechtwinklige Form hat.

Jedes piezoelektrische Stellglied, das sich in der Druckkammer befindet, ist mit einem Antriebsabschnitt, einem Elektrodenan schlussabschnitt und einem Brückenabschnitt aufgebaut, der den Antriebsabschnitt mit dem Elektrodenanschlussabschnitt verbin det. Die Breite des Brückenabschnitts an dem Verbindungsab schnitt mit dem Antriebsabschnitt ist kleiner gesetzt als eine Breite des Antriebsabschnitts. Die Einschränkung des Elektro denanschlussabschnitts ist groß, wenn nur das Seitenverhältnis auf ungefähr gleich 1 gesetzt ist, und in diesem Fall, ist es nicht möglich, den Zieleffekt bezüglich der Verbesserung des An triebswirkungsgrades, wie zuvor erläutert wurde, ausreichend zu erzeugen. Das Vorsehen des Brückenabschnitts gemäß der vorlie genden Erfindung kann jedoch die Begrenzung des Elektrodenan schlussabschnitts reduzieren, wenn der Antriebsabschnitt mit einer Biegung deformiert wird. Im Ergebnis kann deshalb die Ver besserung des Antriebswirkungsgrades, die erzielt werden soll, durch Setzen des Seitenverhältnisses auf ungefähr 1 erreicht werden.

Um diese Wirkung überprüfen zu können, ist eine Vielzahl von Tintenstrahldruckköpfen mit unterschiedlichen Weiten von Brückenabschnitten auf der Basis des Aufbaus der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden, um die Biegede formation zwischen den einzelnen Proben vergleichen zu können. Fig. 7 zeigt ein Ergebnis dieses Vergleichs. Die horizontale Achse zeigt eine Weite bzw. Breite des Brückenabschnitts und die vertikale Achse zeigt die Biegedeformation. Auf der horizontalen Achse bedeutet 0 µm einen Kopfaufbau mit keiner Brücke. Die Elektrode ist elektrisch mit dem Antriebsabschnitt durch ein Drahtbonden verbunden. Auf der horizontalen Achse bedeuten 460 µm einen herkömmlichen Kopfaufbau, bei dem der Antriebsabschnitt und der Elektrodenanschlussabschnitt wie ein Streifen ohne Hals (vgl. Fig. 21) verbunden sind. Aus dem Ergebnis des Vergleichs wird das Folgende bestätigt. Erstens verursacht der Brückenab schnitt, dass die Einschränkung des Elektrodenanschlussab schnitts im Vergleich mit der Einschränkung in dem herkömmlichen Aufbau aufgehoben wird, und es ist möglich, die Biegedeformation größer zu machen. Zweitens wird es ermöglicht, die Biegedeforma tion größer zu machen, wenn die Brückenweite kleiner gemacht wird. Insbesondere wurde bestätigt, dass, wenn die Weite des Brückenabschnitts auf einen Wert gesetzt werden kann, der nicht größer als die Hälfte der Weite des Antriebsabschnitts ist, es möglich ist, im Wesentlichen die gesamte Beschränkung der Brücke zu beseitigen, was eine wirksamen Verhinderung einer Biegedefor mationsreduzierung ergibt.

Die offen gelegte, japanische Patentanmeldung Nr. 11-78015 of fenbart einen Tintenstrahldruckkopf, der piezoelektrische Aktua toren verwendet, die jeweils einen Antriebsabschnitt, einen Elektrodenanschlussabschnitt und einen Brückenabschnitt haben. In dieser Veröffentlichung ist jedoch jede Druckkammer wie ein schmales bzw. schlankes Rechteck ausgebildet. Zudem beinhaltet die Veröffentlichung keine Beschreibung bezüglich einer Bezie hung zwischen der Grundrissform einer Druckkammer. (einem Seiten verhältnis) und dem Antriebswirkungsgrad. Gemäß dieser Veröf fentlichung befindet sich jeder Elektrodenanschlussabschnitt an der kurzen Seite einer entsprechenden Druckkammer. Der Einfluss des Elektrodenanschlussabschnitts, der den Antriebsabschnitt einschränkt, ist deshalb fast vernachlässigbar klein. Im Unter schied hierzu konzentriert sich die Hauptaufgabe der vorliegen den Erfindung auf den Effekt der Verbesserung des Antriebswir kungsgrades, der durch Setzen des Seitenverhältnisses einer Grundrissform der Druckkammer auf ungefähr 1 erreicht wird, und auf das Reduzieren der Beschränkung des Elektrodenanschlussab schnitts. Folglich ist die vorliegende Erfindung unterschiedlich zu dem Inhalt der vorstehenden Veröffentlichung in dieser Hin sicht.

Zudem wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Sandstrahlver fahren zum Bearbeiten bzw. Herstellen der piezoelektrischen Stellglieder verwendet. Dies ermöglicht eine Herstellung eines Stellglieds mit einer komplexen Form. Ein Herstellungsverfahren (das Sandstrahlverfahren und das Kopfmontageverfahren) der vor liegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.

Herstellungsverfahren

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, wird zuerst ein Block aus piezoelek trischem Material (nicht gezeigt) gelappt, um eine piezoelektri sche Materialplatte 31 herstellen zu können. Die Dicke der pie zoelektrischen Materialplatte 31 wird auf der Basis einer Stärke der Biegedeformation bestimmt, die für ein piezoelektrisches Stellglied 5 und eine Antriebsspannung notwendig ist. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung hat die piezoelektri sche Materialplatte 31 eine Dicke von 30 µm. Ein Elektrodenfilm bzw. eine Elektrodenschicht 32 wird auf beide Seiten dieser pie zoelektrischen Materialplatte aufgesputtert. In der Ausführungs form der vorliegenden Erfindung wird Gold als Elektrodenmaterial verwendet. Als nächstes wird die gesputterte, piezoelektrische Materialplatte 31 vorläufig an einer Befestigungsplatte 34 durch ein klebendes, aufgeschäumtes Band 33 befestigt, das keine kle bende Kraft bei hohen Temperaturen hat. Diese Befestigungsplatte hat von vornherein einen Ausrichtmarkierer (nicht gezeigt) der für das Positionieren eines Übergangs zu einer SUS-Flusswegplat te angebracht ist.

Eine fotoempfindliche Filmmaske 35 wird auf dieser piezoelektri schen Materialplatte 31 angebracht bzw. aufgeklebt, die vorläu fig an der Befestigungsplatte 34 befestigt wurde. In der vorlie genden Ausführungsform der Erfindung wird eine Urethanschicht maske mit einer Dicke von 50 µm verwendet. Dann wird separat eine Belichtungsmaske 36 hergestellt, die ein Muster zum Durchlassen ultravioletter Strahlung (UV) durch nur einen Ab schnitt hat, der als ein piezoelektrisches Stellglied zurück bleibt. Diese Belichtungsmaske 36 wird auf der Filmmaske festge klebt. Die Belichtungsmaske 36 ist mit Bezug auf den Ausricht markierer der Befestigungsplatte strukturiert. UV-Strahlen fal len auf die piezoelektrische Materialplatte 31, die mit der Filmmaske 35 abgedeckt wurde, über die Belichtungsmaske 36. Dann wird die piezoelektrische Materialplatte 31 geätzt. Als Ätzflüs sigkeit wird eine Flüssigkeit verwendet, die nicht den Abschnitt entfernt, der mit der UV-Strahlung beleuchtet wurde, und anson sten jedoch sicher die anderen Abschnitte entfernen kann. In der vorliegenden Ausführungsform wird Natriumcarbonat verwendet.

Durch Durchführen des vorstehenden Verfahrens bleibt die Film maske 35 nur an dem Abschnitt zurück, der als piezoelektrisches Stellglied 5 übrig bleiben soll und die Filmmaske 35 wird an al len anderen Abschnitten entfernt. Dann wird das Sandstrahlen dieses Aufbaus ausgeführt. Das Sandstrahlen wird unter der Be dingung durchgeführt, dass die belichteten Abschnitte des pie zoelektrischen Materials nach der Entfernung der Filmmaske 35 sicher abgetragen und entfernt worden sind und dass das piezoe lektrische Material an dem Abschnitt nicht abgetragen worden ist, an dem die Filmmaske übrig bleibt. Nach dem Sandstrahlen wird die Filmmaske 35, die auf der Oberfläche des piezoelektri schen Materials verbleibt, entfernt und gereinigt. In dem vor stehenden Verfahren wird ein Aufbau ausgebildet, in dem die pie zoelektrischen Stellglieder 5, die die Elektrodenschicht 32 an ihren beiden Seiten haben, auf die Befestigungsplatte 34 mit dem geschäumten Klebeband 33 aufgeklebt sind.

Nachfolgend wird das piezoelektrische Material auf der Membran 4 festgeklebt. Zuerst wird ein Kleber (nicht gezeigt) auf dem pie zoelektrischen Material aufgetragen. In der vorliegenden Aus führungsform der Erfindung wird ein leitender Kleber aufgetra gen, da die Membran 4 auch als gemeinsame Elektrode verwendet wird. Nach dem Auftragen des Klebers werden die piezoelektri schen Stellglieder 5 auf die Membran 4 bezüglich des Ausricht markierers und der Befestigungsplatte 34 und der Membran 4 auf gelegt. Der Kleber wird bei 200°C unter Anlegen eines Drucks von 2 kg pro cm² ausgehärtet, wodurch die piezoelektrischen Stellg lieder 5 mit der Membran 4 gekoppelt werden. Bei Erwärmung ver liert das geschäumte Klebeband 33, das verwendet worden ist, um die piezoelektrischen Stellglieder 5 auf der Befestigungsplatte 34 provisorisch befestigen zu können, die Klebekraft und das Band kann leicht entfernt bzw. heruntergeschält werden. In dem vorstehenden Verfahren wird eine Einheit erhalten, in der die piezoelektrischen Stellglieder 5 auf der Membran 4 (Struk turieren) festgeklebt sind, die auch als gemeinsame Elektrode verwendet wird, und in der die einzelnen Elektroden 9 auf den freien Oberflächenseiten der jeweiligen Stellglieder 5 angeord net sind. Es ist möglich, einen Tintenstrahldruckkopf durch Auf kleben dieser Einheit auf einer SUS-Flusswegeinheit zu erhalten, die durch ein separates Verbinden der Düsenplatte, der Zuführ wegplatte und der Druckkammerplatte miteinander und nicht der Membran 4 ausgebildet wird.

Schließlich wird eine elektrische Verbindung zum Anlegen einer Antriebsspannung an jedes piezoelektrische Stellglied 5 ausge führt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein FPC-Kabel (nicht gezeigt) auf den Rand des Tintenstrahldruckkopfes aufge klebt. Dann werden der Elektrodenanschluss und die einzelne Elektrode jedes piezoelektrischen Stellglieds miteinander durch Drahtbonden oder -verbinden verbunden. In diesem Fall ist ein Abschnitt zum Abzweigen von Draht auf die einzelne Elektrode der Elektrodenanschlussabschnitt des piezoelektrischen Stellglieds. Durch das vorstehende Herstellungsverfahren wird ein Tinten strahldruckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung vervollstän digt.

Gemäß dem Sandstrahlverfahren, das in der vorliegenden Aus führungsform der Erfindung verwendet wird, wird es ermöglicht, ein piezoelektrisches Stellglied mit einer komplexen Grundriss form herzustellen. Weiterhin wird es ermöglicht, die piezoelek trischen Stellglieder in einem einfachen Verfahren und in einer kurzen Zeit herzustellen. Es ist deshalb möglich, die Kosten ab zusenken.

In der vorstehenden, ersten Ausführungsform der Erfindung wird eine reguläre quadratische Form für jede Druckkammer verwendet. Die Grundrissform jeder Druckkammer in der vorliegenden Erfin dung ist jedoch nicht auf die reguläre quadratische Form be schränkt. Es ist auch möglich, ein Vieleck oder einen Kreis für die Grundrissform jeder Druckkammer zu verwenden, solange die Druckkammer eine Grundrissform hat, die ein Seitenverhältnis von ungefähr gleich 1 hat. Wenn die Druckkammer eine kreisförmige Grundrissform hat, wie in Fig. 2B gezeigt ist, können zum Bei spiel genau der gleiche Betrieb und die gleichen Wirkungen wie bei dem vorstehenden Fall mit einer quadratischen Grundrissform erhalten werden. Wenn das Stellglied eine Druckkammer mit unge fähr einer kreisförmigen Grundrissform hat und einen Antriebsab schnitt mit ungefähr einer kreisförmigen Form hat, wird der Durchmesser des kreisförmigen Antriebsabschnitts als die Größe der Weite des Verbindungsbereichs des Antriebsabschnitts be trachtet.

(Zweite Ausführungsform)

Fig. 10 ist eine oberseitige, perspektivische und ebene Ansicht bzw. Draufsicht, die eine Relativposition eines piezoelektri schen Stellglieds und einer Druckkammer eines Tintenstrahldruck kopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Er findung zeigt. Die zweite Ausführungsform der Erfindung ist un terschiedlich zu der ersten Ausführungsform nur darin, dass zwei Brückenabschnitte entsprechend Eckenabschnitten (Ecken) einer Druckkammer zum Verbinden eines Antriebsabschnitts mit einem Elektrodenanschlussabschnitt eines piezoelektrischen Stellglieds angeordnet sind. Diese Ausführungsform ist ähnlich zu der ersten Ausführungsform darin, dass ein Verbindungsbereich zwischen einem Antriebsabschnitt und einem Elektrodenanschlussabschnitt klein ist. Die Positionen des Antriebsabschnitts und des Elek trodenanschlussabschnitts relativ zu der Druckkammer ist die gleiche wie in der ersten Ausführungsform der Erfindung.

In der vorliegenden Ausführungsform ist es auch möglich, die Be schränkung des Elektrodenanschlussabschnitts zu reduzieren, wenn der Antriebsabschnitt eine Biegeverformung macht, indem die Breite des Brückenabschnitts in der Verbindung mit dem An triebsabschnitt kleiner als die Breite des Antriebsabschnitts gesetzt wird. Deshalb ist es möglich, die Verbesserung des An triebswirkungsgrades zu realisieren.

Um die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung überprüfen zu können, wurde die Biegedeformation des Antriebsab schnitts experimentell in den jeweiligen Aufbauten der ersten und der zweiten Ausführungsform gemessen. Fig. 11A und 11B zei gen Biegedeformationsumrisslinienmuster des Antriebsabschnitts und des Brückenabschnitts gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in diesen Zeichnungen gezeigt ist, hat der Aufbau der zweiten Aus führungsform, wie in Fig. 11B gezeigt ist, insgesamt eine grö ßere Anzahl von Umrisslinien. Anders ausgedrückt wird eine grö ßere Biegedeformation in dem Aufbau der vorliegenden Aus führungsform erhalten. Genauer beträgt ein maximaler Wert der Biegedeformation in der ersten Ausführungsform der Erfindung 0,207 µm und ein maximaler Wert der Biegedeformation der zweiten Ausführungsform beträgt 0,2133 µm. Hieraus folgt, dass es in der vorliegenden Ausführungsform möglich ist, den Einfluss der Be grenzung der Biegedeformation des Antriebsabschnitts verglichen mit der ersten Ausführungsform zu reduzieren, wodurch eine stär kere Biegedeformation erfolgt.

Eine größere Biegedeformation kann in der vorliegenden Aus führungsform der Erfindung aufgrund des Unterschieds im Wert der Beschränkung des Elektrodenanschlussabschnitts und des An triebsabschnitts erhalten werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 11A und 11B wird ein Versatz in der Nähe der Mitte einer Seite des Quadrats (des Brückenabschnitts der ersten Ausführungsform) mit einem Versatz in der Nähe beider Enden einer Seite des Quadrats (des Brückenabschnitts in der zweiten Ausführungsform) vergli chen. Es folgt aus diesem Vergleich, dass, im letzteren Falle der Brückenabschnitt an einem Abschnitt mit einem kleineren Versatz vorgesehen ist. Es wird deshalb gefolgert, dass der Einfluss dar Beschränkung aufgrund des Hinzufügens des Elektrodenanschlussab schnitts kleiner in der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist, in der die Brückenabschnitte an Abschnitten angeordnet sind, die einen inneren kleinen Versatz liefern, wodurch der hö here Antriebswirkungsgrad erreicht wird.

Desweiteren folgt aus Fig. 11A und 21B, dass die Anzahl der Um risslinien an den Brückenabschnitt in der vorliegenden, zweiten Ausführungsform der Erfindung kleiner als die Anzahl in der er sten Ausführungsform der Erfindung ist. Das bedeutet, dass die Biegedeformation dar Brücke selbst kleiner ist. Deshalb ist es möglich, das Auftreten von Rissen und einer Ermüdungszerstörung des Brückenabschnitts zu verhindern.

Wie zuvor beschrieben wurde, ist es gemäß der vorliegenden Er findung möglich, den Antriebswirkungsgrad weiter zu verbessern und die Zuverlässigkeit des Brückenabschnitts zu verbessern.

Zudem wurde als zusätzliche Untersuchung bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die Beziehung zwischen Wc und Wp im Detail studiert. Fig. 8 zeigt eine Schwankung der Biegedefor mation gegenüber einem Wert von (Wp-Wc)/2 auf der horizontalen Achse durch Ändern der Weite Wp, während die Weite Wc des Grun drisses einer Druckkammer konstant gehalten wird, wenn die Posi tion des piezoelektrischen Stellglieds um δ abweicht. Ein Wert der Horizontalachse bedeutet einen Freiraum zwischen dem An triebsabschnitt und der externen Wand der Druckkammer. Wenn die ser Wert positiv ist, bedeutet dies, dass der Antriebsabschnitt von dem externen Rand der Druckkammer absteht. Wenn dieser Wert negativ ist, ist der Antriebsabschnitt innerhalb des externen Randes der Druckkammer aufgenommen. Die Positionsabweichung δ ist auf 20 µm gesetzt, was in dem tatsächlichen Herstellungsver fahren angenommen wird. Im Ergebnis wurde klar, dass es möglich ist, die Schwankung durch Setzen von Wp in dem Bereich von (Wp-Wc)/2 ≦ δ oder δ ≦ (Wp-Wc)/2" zu minimieren, das heißt, Wp ≦ Wc-2δ oder Wc + 2δ ≦ Wp. Dieser Ausdruck bedeutet, dass es möglich ist, den Lagerzustand des Randes des Antriebsabschnitts auch dann konstant zu halten, wenn eine Positionsabweichung auf tritt. Anders ausgedrückt ist in dem ersteren Fall der Lagerzu stand immer die drehfreie Lagerung, auch wenn eine Positionsab weichung auftritt. Andererseits ist der Lagerzustand immer die feste Lagerung in dem letzten Fall. Die Biegedeformation wird stark durch den Lagerzustand, wie zuvor beschrieben wurde, beeinflusst. Wenn dieser Zustand eingehalten wird, tritt jedoch keine Änderung des Lagerzustands aufgrund der Positionsabwei chung auf und deshalb ist es möglich, die Schwankung zu unter drücken.

Fig. 9 zeigt die Biegedeformation, wenn Wp geändert wird, wäh rend Wc in dem Fall der Positionsabweichung konstant gehalten wird. Es geht daraus hervor, dass Wp bevorzugt in dem Bereich von (Wc-2δ) × 0,9 ≦ Wp ≦ Wc-2δ fällt, um die Biegedeformation maximieren zu können. Dieser Ausdruck bedeutet, dass es einen optimalen Bereich für Wp gibt, da, wenn der Antriebsabschnitt kleiner als der externe Rand der Druckkammer ist, dies einen drehfreien Lagerungszustand bereitstellt, der für die Biegede formation von Vorteil ist. Wenn jedoch der Antriebsabschnitt zu klein ist, wird der Antriebsbereich kleiner, was eine reduzierte Biegedeformation ergibt. Die Positionsabweichung δ beträgt unge fähr 10 µm bis 30 µm, wenn ein allgemeines Ausrichtverfahren verwendet wird. In diesem Fall ist es optimal, wenn die Weite Wp des Antriebsabschnitts um ungefähr 20 µm bis 60 µm kleiner als die Weite Wc der Druckkammer gesetzt ist.

Die vorliegende Erfindung hat einen Aufbau, der dieses Erforder nis erfüllt. Es ist deshalb möglich, einen hochgenauen Tinten strahldruckkopf bereitzustellen, der eine kleine Schwankung der Biegedeformation gegenüber der Positionsabweichung des piezoe lektrischen Stellglieds hat. Es ist auch möglich, die Biegede formation selbst zu maximieren.

Weitere Aufbauten

Zusätzlich zu dem Aufbau, der in der vorliegenden Ausführungs form der Erfindung gezeigt ist, ist es auch möglich, einen Auf bau oder eine Kombination von Aufbauten anzuwenden, wie in Fig. 12A bis 12D gezeigt ist. In Fig. 12A bis 12D ist ein Brückenab schnitt 8 mit einem Antriebsabschnitt 6 an einer Position neben einem Abschnitt einer kleinen Biegedeformation der Membran oder an einer Position mit einem Abstand von der Mitte der Seite des Verbindungsbereichs des Antriebsabschnitts verbunden.

Fig. 12A zeigt einen Fall, bei dem ein Brückenabschnitt an einer Ecke des Quadrats einer Druckkammer 2 vorgesehen ist. Fig. 12B zeigt einen Fall, bei dem ein Brückenabschnitt an vier Ecken einer ähnlichen Druckkammer 2 anstelle der Mitte jeder Seite des Verbindungsbereichs der Druckkammer 2 vorgesehen ist. Fig. 12C zeigt einen Fall, bei dem ein Antriebsabschnitt 6 im wesentli chen innerhalb nur eines Bereichs einer Druckkammer 2 vorhanden ist und Brückenabschnitte an zwei Ecken ausgebildet sind, indem ein Abschnitt an der Mitte jeder Seite des Verbindungsbereichs der Druckkammer 2 weggeschnitten wird. Fig. 12D zeigt einen Fall, bei dem die inneren Eckabschnitte eines Brückenabschnitts 8 an einem Verbindungsbereich mit einem Antriebsabschnitt 6 und einem Verbindungsbereich mit einem Elektrodenanschlussabschnitt 7 mit Abrundung bzw. Kurven ausgebildet sind. Diese Aufbauten verursachen, dass die Begrenzung des Elektrodenanschlussab schnitts an dem Antriebsabschnitt kleiner sind, und der An triebswirkungsgrad kann damit weiter verbessert werden. Auch wenn eine Positionsabweichung zwischen dem piezoelektrischen Stellglied und der Druckkammer auftritt, ist es möglich, den Be reich eines Biegeabschnitts der Membran zu reduzieren (ein frei liegender Abschnitt der Membran, der kein piezoelektrisches Stellglied außerhalb des Bereichs entsprechend der Druckkammer hat). Es wird somit ermöglicht, das Phänomen zu vermeiden, dass dieser Abschnitt aufgrund eines Entweichens des inneren Drucks der Tinte während der Antriebszeit deformiert wird und dadurch der Antriebswirkungsgrad verloren geht. Zudem kann auf der Basis dieses Aufbaus, der in Fig. 12D gezeigt ist, eine Spannungskon zentration in der Nachbarschaft des Verbindungsabschnitts im Vergleich zu dem Fall der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wie in Fig. 10 gezeigt ist, entspannt werden. Folglich ist es dadurch möglich, eine Zerstörung des piezoelektrischen Stellg lieds zu vermeiden.

(Dritte Ausführungsform)

Fig. 13 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Tinten strahldruckkopfes gemäß einer dritten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung. Fig. 14 ist eine obere, ebene perspektivi sche Ansicht dieses Tintenstrahldruckkopfes. Wie in diesen Zeichnungen gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Druckkammern und entsprechenden Düsen (Düseneinheiten) zweidimensional in einer Matrix gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung angeord net. Der Aufbau jeder Düseneinheit ist ähnlich zu dem Aufbau bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Wie in Fig. 13 und 14 gezeigt ist, sind acht Düsen in vorgege benen Abständen in einer Reihe in einer Richtung ungefähr ortho gonal zu der Abtastrichtung 41 des Tintenstrahldruckkopfes feld mäßig in drei Reihen in ungefähr der Abtastrichtung angeordnet. Die einzelnen Düsen jeder Reihe sind derart angeordnet, dass eine Düse in einer Reihe gegenüber einer entsprechenden Düse in einer benachbarten Reihe um ein Drittel des vorgegebenen Ab stands verschoben ist.

Gemäß diesem Layout sind, wenn die Düsen in der Kopfabtastrich tung hervorstehen, die Düsen äquivalent feldmäßig in einer Reihe mit einem schmalen Abstand 42 von einem Drittel des vorgegebenen Abstandsintervalls angeordnet. Im Ergebnis ist es möglich, einen Kopf mit einer sehr hohen Auflösung zu realisieren. Im Fall des Ausführens eines Drucks wird die Zeitsteuerung für das Ausstoßen der Tintentröpfchen für jede Säule gesteuert, während der Kopf in der Abtastrichtung bewegt wird. Auf diese Art und Weise ist es möglich, im wesentlichen das gleiche Drucken wie das Drucken auszuführen, wenn die Düsen in einer Reihe in dem Kopf angeord net sind.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist es mög lich, wenn eine Druckkammer mit einer großen Weite mit einem Seitenverhältnis von ungefähr gleich 1 verwendet wird, ein Layout von Düsen mit einem schmäleren Abstand (höhere Auflösung) als der Weite dieser Druckkammer zu realisieren. Anders ausge drückt, ist es möglich, einen Tintenstrahldruckkopf mit einem hohen Antriebswirkungsgrad und einer hohen Auflösung zu rea lisieren. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wurde nur ein Düsenlayout in einer Matrix von 8 × 3 beschrieben. Zusätzlich zu diesem Tintenstrahldruckkopf, wurde ein separater Kopf hergestellt, der 780 Düsen in einem Layout von drei Einhei ten hat, die jeweils ein Matrixlayout von 26 × 10 haben. Es war somit möglich, davon eine ähnliche Wirkung zu erhalten. Es ist auch möglich, eine Vielzahl von Layouts auf der Basis der ge wünschten Anzahl von Düsen und der gewünschten Größe des Kopfes auszuwählen.

(Vierte Ausführungsform)

Fig. 15A und 15B sind Draufsichten von piezoelektrischen Stellg liedern gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Er findung. Wie in diesen Zeichnungen gezeigt ist, ist jedes pie zoelektrische Stellglied 5 und das Layout davon ähnlich zu jenem der dritten Ausführungsform der Erfindung. Die vierte Aus führungsform der Erfindung ist jedoch gegenüber der dritten Aus führungsform darin unterschiedlich, dass Hilfsmuster 51 an dem Rand eines piezoelektrischen Stellgliedbereiches angeordnet sind, in dem die piezoelektrischen Stellglieder in einer Viel zahl von Reihen und zwischen den einzelnen piezoelektrischen Stellgliedern angeordnet sind. In der vierten Ausführungsform der Erfindung ist die Weite einer Rille, die jedes piezoelektri sche Stellglied von dem jeweiligen Hilfsmuster trennt, auf 80 µm gesetzt. Alle anderen Strukturen sind ähnlich zu jenen der drit ten Ausführungsform der Erfindung.

Wie zuvor beschrieben wurde, ist, wenn das Sandstrahlen ausge führt wird, ein Betrag des Seitenätzens in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen den benachbarten zu bearbeitenden Teilen unter schiedlich und die zuletzt vorliegenden Maße sind deshalb unter schiedlich. Gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung ist es jedoch möglich, ein gleichförmiges Seitenätzen aller piezoe lektrischer Stellglieder auszuführen, was in einer verbesserten Genauigkeit der Herstellung resultiert.

Um die Wirkung der vierten Ausführungsform zu überprüfen, wurde die Größengenauigkeit des piezoelektrischen Stellglieds auf der Basis des Sandstrahlens für die dritte Ausführungsform der Er findung und die vierte Ausführungsform der Erfindung gemessen. Als Ergebnis der Messung wurde bestätigt, dass es eine Schwan kung der Größengenauigkeit von ± 20 µm bei der dritten Aus führungsform der Erfindung (ohne Hilfsmuster) gibt. Andererseits wurde in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung, in der Hilfsmuster angeordnet sind, die Schwankung in der Größengenau igkeit auf ± 5 µm verbessert, und somit wurde die Wirkung der vorliegenden Erfindung bestätigt.

(Fünfte Ausführungsform)

Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Verfahren für das elektrische Verbinden eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt und Fig. 17 ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt in der Nachbarschaft von zwei benachbarten piezoelektrischen Stellgliedern zeigt.

Ein flexibles, gedrucktes Verdrahtungssubstrat 64 hat drei Schichten, nämlich einen Polyimidbasisfilm 61 mit einer Dicke von 25 µm, eine Kupfersignalleitung 62 und eine Polyimidabdeck schicht 63 mit einer Dicke von 12,5 µm. Eine einzelne Signale lektrode 65 auf dem flexiblen, gedruckten Verdrahtungssubstrat 64 ist entsprechend der Elektrode jedes piezoelektrischen Stellglieds angeordnet. Ein Vorsprung, der mit Lötzinn 67 auf der Oberfläche eines Kupferkerns 66 durch Galvanik ausgebildet ist, wird auf der einzelnen Signalelektrode durch Erwärmen aus gebildet.

Der Elektrodenanschlussabschnitt jedes piezoelektrischen Stellg lieds ist dem Vorsprung (bump) des flexiblen, gedruckten Ver drahtungssubstrats zugewandt und sie sind miteinander durch Druck und Wärme gekoppelt. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird eine elektrische und mechanische Verbindung durch Erwärmen auf eine Temperatur von 230°C und durch Anlegen von Druck mit 100 Mpa jeweils schrittweise für 10 Sekunden aus geführt.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung kann der Antriebsabschnitt in einem Aufbau ausgebildet werden, der keinen elektrischen Verbindungsabschnitt hat. Deshalb ist es möglich, eine Biegungsbeschränkung aufgrund eines elektrischen Verbin dungsabschnitts zu beseitigen und den Antriebswirkungsgrad auf ein hohes Niveau zu erhöhen. Gleichzeitig ist es möglich, das Auftreten einer Schwankung der Biegedeformation aufgrund eines Herstellungsfehlers der elektrischen Verbindung (ausgedrückt durch einen Bereich und eine Position der Verbindung) zu besei tigen. Zudem, da der Elektrodenanschlussabschnitt an der Seiten wand einer Druckkammer mit einer hohen Starrheit angeordnet ist, ist es möglich, eine Zerstörung des Elektrodenanschlussab schnitts aufgrund des Druckes auf den Elektrodenanschlussab schnitt bei dem Vorgang der elektrischen Verbindung zu vermei den, und eine sichere Verbindung kann dadurch erreicht werden. Ein hochgenauer Tintenstrahldruckkopf mit einer hohen Zuverläs sigkeit und einem hohen Wirkungsgrad kann deshalb realisiert werden.

In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist eine Sig nalleitung zu jedem piezoelektrischen Stellglied außerhalb der Ebene jedes piezoelektrischen Stellglieds vorhanden. Deshalb ist es nicht notwendig, die Signalleitung zwischen den Stellgliedern anzuordnen. Im Ergebnis kann eine elektrische Verbindung, die zu einem Tintenstrahldruckkopf passt, hergestellt werden.

Zudem ist in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung der Vorsprung in einer halbsphärischen Form ausgebildet. Deshalb ist es möglich, den elektrischen und auch mechanischen Kontakt wäh rend des Verbindens jedes piezoelektrischen Stellglieds mit dem Elektrodenanschlussabschnitt sicher zu bewirken und zudem eine Zerstörung des Elektrodenanschlussabschnitts während dieses Kon takts zu vermeiden. Als Ergebnis der Überprüfung der elektri schen Verbindung jedes piezoelektrischen Stellglieds, das in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ausgeführt ist, wurde bestätigt, dass alle Stellglieder normal verbunden sind und dass es keine Zerstörung von piezoelektrischen Stellgliedern gibt.

In der fünften Ausführungsform der Erfindung ist zudem, da ein Kernteil in dem Vorsprung enthalten ist, ein Freiraum zwischen dem Verdrahtungssubstrat und dem Antriebsabschnitt des piezoe lektrischen Stellglieds vorhanden. Es ist deshalb möglich, den Einfluss auf die Biegedeformation des Antriebsabschnitts zu ver meiden und weiterhin Wärme, die erzeugt wird, wenn angetrieben wird, mit Luft abzuleiten, die durch den Freiraum fließt. Wenn tatsächlich eine Antriebsspannungswellenform an jedes piezoelek trische Stellglied angelegt wird, werden alle Stellglieder nor malerweise biegedeformiert. Zudem wurde bestätigt, dass es er möglicht wird, einen stabilen Antriebsbetrieb ohne Verschlech terung der Eigenschaften aufgrund der Wärmeerzeugung zu erhal ten, wenn der Tintenstrahldruckkopf kontinuierlich für eine lan ge Zeit (zum Beispiel 24 Stunden bei 18 kHz) angetrieben wird.

Zudem ist es in der vorliegenden, fünften Ausführungsform mög lich, eine Zerstörung eines Vorsprungs auch dann zu verhindern, wenn der Kopf sich thermisch ausdehnt oder aufgrund von einer Temperaturänderung gefaltet wird, da das Verdrahtungssubstrat aus einem Polyimid besteht und dieses Verdrahtungssubstrat der Deformation des Kopfes folgen kann. In einem Experiment wurde die Temperatur des Kopfes wiederholt zwischen -20°C und +40°C für 100 Zyklen geändert. Als Ergebnis der elektrischen Überprü fung konnte das Auftreten eines Fehlers nicht gefunden werden.

Wie in Fig. 18 gezeigt ist, ist der Tintenstrahldruckkopf gemäß jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen der Erfindung in einer Tintenstrahldruckvorrichtung untergebracht und ein Druck wird auf Papier ausgeführt. Diese Druckvorrichtung ist mit einem Wagen 101, der einen Kopf und einen Tintenbehälter zum Zuführen von Tinte zu dem Kopf hat, einem Zeitsteuerungsriemen 102 zum Hin- und Herbewegen des Wagens, einer Rolle 104 zum Bewegen des Papiers 103 zum Drucken und einem Gehäuse 105 aufgebaut ist. Zum Ausführen des Druckens wird der Wagen in einer Hauptabtastrich tung hin- und herbewegt. Gleichzeitig werden Tintentröpfchen se lektiv auf das Papier aus einer Vielzahl von Düsen des Kopfes ausgestoßen, während das Papier in einer Abtastrichtung recht winklig zu der Hauptabtastrichtung verschoben wird. Bei diesem Betrieb haften die Tintentröpfchen auf dem Papier, wodurch Zei chen und Bilder auf dem Papier erzeugt werden.

In den zuvor erwähnten ersten bis fünften Ausführungsformen ist es auch möglich, obwohl piezoelektrische Stellglieder als Stellglieder verwendet werden, ein anderes Antriebssystem zu verwenden. Zum Beispiel ist es möglich, ein Material zu verwen den, das einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffi zienten gegenüber dem der Membran hat, anstelle der Verwendung der piezoelektrischen Stellglieder. Wärme wird an das Material als ein Antriebssignal angelegt und eine Biegedeformation auf der Basis des Unterschieds der thermischen Ausdehnung kann ver wendet werden. Zudem kann eine Spannung an eine Elektrodenober fläche angelegt werden, die gegenüberliegend zu der Membran aus gebildet ist, und eine Biegedeformation, die auf der Basis einer elektrostatischen Kraft erzeugt wird, kann verwendet werden, oh ne dass irgendetwas mit der Membran verbunden ist.

Es wird darauf hingewiesen, dass es möglich ist, verschiedene Modifikationen anderer Abschnitte innerhalb des technischen Be reichs der vorliegenden Erfindung auszuführen. Es wird bevor zugt, dass Wc 300 bis 700 µm beträgt, dass das Material des Stellglieds aus Keramiken auf der Basis von Blei-Titanat-Zir konat besteht und dass das Stellglied eine Dicke von 15 bis 40 µm hat.

Wie zuvor beschrieben wurde, ist gemäß der vorliegenden Erfin dung ein Seitenverhältnis der Grundrisses der Druckkammer unge fähr gleich 1. Deshalb ist es möglich, eine größere Biegedefor mation als jene in der herkömmlichen Technik zu erhalten. Im Er gebnis können ein Tintenstrahldruckkopf und eine Tintenstrahl druckvorrichtung mit einem hohen Antriebswirkungsgrad realisiert werden.

Auf der Grundlage des vorstehend beschriebenen Aufbaus ist der Querschnittsbereich des Verbindungsabschnitts zwischen dem Brückenabschnitt und dem Antriebsabschnitt des Stellglieds kleiner. Durch diese Anordnung wird es ermöglicht, die Ein schränkung des Elektrodenanschlussabschnitts zu reduzieren, wenn sich der Antriebsabschnitt biegt, wodurch eine größere Biegede formation ermöglicht wird. Im Ergebnis ist es möglich, einen Tintenstrahldruckkopf mit einem höheren Antriebswirkungsgrad zu realisieren.

Zudem ändert sich gemäß der vorliegenden Erfindung der Lagerzu stand des Randes des Antriebsabschnitts nicht, auch wenn der An triebsabschnitt des Stellglieds leicht von der vorgegebenen Po sition relativ zur Druckkammer abweicht. Es tritt deshalb keine Schwankung der Biegedeformation auf. Im Ergebnis ist es möglich, einen Tintenstrahldruckkopf mit hoher Genauigkeit und Auflösung zu erzeugen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin möglich, da die Biegedeformation des Brückenabschnitts selbst gering ist, eine Zerstörung des Stellglieds zu verhindern, wo durch ein Tintenstrahldruckkopf mit einer hohen Zuverlässigkeit ermöglicht wird. Durch Auslegen der Grundrissform des Brückenab schnitts, während dieser Querschnittsbereich klein gehalten wird, ist es auch möglich, eine Zerstörung des Stellglieds zu verhindern und dadurch die Zuverlässigkeit zu verbessern. Das Stellglied des Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage des Sandstrahlverfahrens ausge bildet. Es ist deshalb möglich, eine genaue Herstellung leicht und in einer kurzen Zeit auch dann auszuführen, wenn das Stellg lied eine komplizierte Form hat. Im Ergebnis ist es möglich, einen Tintenstrahlausstoss mit hoher Dichte bei niedrigen Kosten zu realisieren.

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf, der aufweist:
eine Vielzahl von Düsen zum Ausstoßen von Tintentropfen;
eine Vielzahl von Druckkammern, die für entsprechende Düsen an geordnet sind, worin jede der Druckkammern mindestens eine Wand hat, die als eine Membran ausgebildet ist;
eine Vielzahl von Stellgliedern, von denen jedes mechanisch mit einer entsprechenden Membran verbunden ist; und
eine Tintenzuführquelle zum Zuführen von Tinte zu den Druckkam mern durch entsprechende Zuführwege, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Stellglieder aufweist:
einen Antriebsabschnitt, der in einem Bereich einer entsprechen den Druckkammer angeordnet ist, worin der Antriebsabschnitt zu sammen mit der entsprechenden Membran biegedeformiert wird, wenn ein Antriebssignal angelegt wird;
einen Elektrodenanschlussabschnitt, der sich in einem Bereich entsprechend einer Seitenwand der entsprechenden Druckkammer be findet, zum elektrischen Verbinden des Antriebsabschnitts mit einer Antriebssignalquelle; und
mindestens einem Brückenabschnitt, der den Antriebsabschnitt mit dem Elektrodenanschlussabschnitt verbindet,
worin jede der Druckkammern eine ebene Form bzw. Grundrissform hat, die ein Seitenverhältnis von ungefähr gleich 1 hat, und wo rin der Brückenabschnitt eine Weite bzw. Breite eines Verbin dungsbereichs mit dem Antriebsabschnitt hat, die kleiner gesetzt ist als eine Weite bzw. Breite einer Verbindungsseite des An triebsabschnitts.

2. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, worin die Grundriss form jeder der Druckkammern ungefähr kreisförmig ist.

3. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, worin die Grundriss form jeder der Druckkammern ungefähr ein reguläres Vieleck ist.

4. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, worin die Weite bzw. Breite des Verbindungsbereichs des Brückenabschnitts mit dem An triebsabschnitt auf eine Hälfte oder weniger der Weite bzw. Breite der Verbindungsseite des Antriebsabschnitts gesetzt ist.

5. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, worin der Brückenab schnitt mindestens eine Brücke aufweist, die mit mindestens einem Abschnitt der Verbindungsseite des Antriebsabschnitts ver bunden ist, der der Nähe bzw. Nachbarschaft zu mindestens einer Position entspricht, bei der eine Deformation der entsprechenden Membran relativ klein ist.

6. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 3, worin der Brückenab schnitt mindestens eine Brücke aufweist, die mit mindestens einem Abschnitt der Verbindungsseite des Antriebsabschnitts ver bunden ist, der von einer Mitte der Verbindungsseite des An triebsabschnitts entfernt ist.

7. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 3, worin der Brückenab schnitt mindestens eine Brücke aufweist, die mit mindestens einem Abschnitt der Verbindungsseite des Antriebsabschnitts ver bunden ist, der der Nähe mindestens einer Ecke des regulären Vielecks entspricht.

8. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, worin das Verbindungs gebiet mit dem Antriebsabschnitt abgerundet ist bzw. in der Form einer Kurve ausgebildet ist.

9. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, worin sich der An triebsabschnitt nur in einem Bereich entsprechend der entspre chenden Druckkammer befindet.

10. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, worin eine Weite bzw. Breite Wp einer Grundrissform des Antriebsabschnitts derart festgelegt ist, dass sie in einen Bereich fällt: Wp ≦ Wc-2δ oder Wc + 2δ ≦ Wp, wobei δ eine Positionsabweichung zwischen einer Mittenposition der entsprechenden Druckkammer und einer Mittenposition des Antriebsabschnitts wiedergibt und wobei Wc eine Weite bzw. Breite der Grundrissform der entsprechenden Druckkammer wiedergibt.

11. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 10, worin Wp in einen Bereich fällt: (Wc-2δ) × 0,9 ≦ Wp ≦ Wc-2δ.

12. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, worin die Vielzahl der Düsen zweidimensional angeordnet ist.

13. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 12, worin die Vielzahl der Düsen in einer Vielzahl von Reihen feldmäßig angeordnet ist, wobei eine Vielzahl von Düsen in jeder der Reihen mit vorgege benen, konstanten Abständen angeordnet ist.

14. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 13, worin die Vielzahl von Düsen in N Reihen in einer Abtastrichtung des Tintenstrahl druckkopfes feldmäßig angeordnet ist, wobei N eine positive gan ze Zahl ist, worin eine Vielzahl von Düsen in jeder der N Reihen mit vorgegebenen konstanten Abständen in einer Richtung ungefähr orthogonal zur Abtastrichtung angeordnet ist, worin eine Anord nung der Düsen in jeder der N Reihen um 1/N des vorgegebenen, konstanten Abstands gegenüber der Reihe der Düsen in einer nach folgenden der N Reihen verschoben ist.

15. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 14, worin N Reihen in regulären Abständen derart angeordnet sind, dass jede Düse in jeder der benachbarten Reihen in einem Schnittpunkt eines Parallelogrammgitters angeordnet ist, das durch zweidimensional an geordnete Düsen ausgebildet ist.

16. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, der weiterhin auf weist:
ein Verdrahtungssubstrat, das Signalleitungen aufweist, und das für das Abdecken der Stellglieder angeordnet ist, worin der Elektrodenanschlussabschnitt elektrisch mit einer entsprechenden Signalleitung des Verdrahtungssubstrats durch einen Vorsprung verbünden ist.

17. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 16, worin der Vorsprung ein leitendes Kernmaterial hat, das mit einem Verbindungsma terial abgedeckt ist.

18. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 17, worin das leitende Kernmaterial in einer halbsphärischen Form ausgebildet ist.

19. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 16, worin das Verdrah tungssubstrat mindestens ein Harzsubstrat aufweist.

20. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, worin jedes der Stellglieder ein piezoelektrisches Stellglied ist, in dem der Antriebsabschnitt ein piezoelektrisches Element ist.

21. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 20, worin das piezoelek trische Stellglied durch Anwenden eines Sandstrahlverfahrens ausgebildet wird.

22. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 21, der weiterhin auf weist:
ein Hilfsmuster, das angeordnet ist, um einen Rand bzw. eine Pe ripherie eines piezoelektrischen Stellgliedbereichs zu umgeben, in dem eine Vielzahl von piezoelektrischen Stellgliedern an geordnet ist.

23. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 21, der weiterhin auf weist:
ein Hilfsmuster, das zwischen jeweils zwei piezoelektrischen Stellgliedern innerhalb des piezoelektrischen Stellgliedbereichs angeordnet ist, in dem die piezoelektrischen Stellglieder an geordnet sind.

24. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 22, worin das Hilfsmu ster auch zwischen jeweils zwei piezoelektrischen Stellgliedern innerhalb des piezoelektrischen Stellgliedbereichs angeordnet ist.

25. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 22, worin die Breite einer Rille, die zwischen einem piezoelektrischen Stellglied und einem benachbarten Hilfsmuster trennt, im wesentlichen gleich für alle Rillen gesetzt ist.

26. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 10, worin ein Wert von Wc auf 300-700 µm gesetzt ist.

27. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 20, worin das piezoelek trische Stellglied aus Keramiken auf der Basis von Blei-Titanat-Zirkonat hergestellt ist.

28. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 20, worin das piezoelek trische Stellglied eine Dicke von 15-40 µm hat.

29. Stellglied zum Deformieren einer Membran einer Druckkammer, die mit Tinte gefüllt ist, um Tintentropfen aus einer Düse in einem Tintenstrahldruckkopf auszustoßen, gekennzeichnet durch:
einen Antriebsabschnitt, der in einem Bereich der Druckkammer angeordnet ist;
einen Elektrodenanschlussabschnitt, der in einem Bereich ent sprechend einer Seitenwand der Druckkammer angeordnet ist, zum elektrischen Verbinden des Antriebsabschnitts mit einer An triebssignalquelle; und
mindestens einen Brückenabschnitt, der den Antriebsabschnitt und den Elektrodenanschlussabschnitt verbindet,
worin die Druckkammer einen Grundriss hat, der ein Seitenver hältnis von ungefähr gleich 1 hat, und worin der Brückenab schnitt eine Weite bzw. Breite eines Verbindungsbereichs mit dem Antriebsabschnitt hat, die kleiner als eine Weite bzw. Breite der Verbindungsseite des Antriebsabschnitts gesetzt ist.