DE19745394A1

DE19745394A1 - Tintenstrahl-Druckerkopf, Verfahren zum Herstellen desselben und Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE19745394A1
Application number: DE19745394A
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Kurihara; Mineharu Tsukada; Masaharu Hida; Yoshihiko Imanaka; Koji Omote
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 1998-09-10
Also published as: JPH10244669A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Technik der Tintenstrahldrucker, insbesondere einen Tintenstrahl-Drucker kopf mit einer piezoelektrischen Einrichtung, ferner ein Verfahren zum Herstellen desselben, sowie den Tintenstrahldrucker.

Tintenstrahldrucker sind Drucker vom Typ, bei denen flüssige Tinte in Tröpfchenform ausgebildet wird, oder als flüssige Spalte, oder durch Zerstäuben zum Ausstoßen in die Luft für das Drucken von Buchstaben, Graphen, Bildern, usw. auf Aufzeichnungspapier. Tintenstrahldrucker können leiser, leichter und kleiner ausgebildet sein, weshalb Tintenstrahldrucker praktisch eingesetzt werden.

In Tintenstrahldruckern eingesetzte Köpfe umfassen hauptsächlich diejenigen vom Typ mit Bläschenstrahl, bei denen Bläschen durch ein Heizgerät in einer Druckkammer erzeugt werden und Tinte durch die Kraft der Bläschen durch Düsen ausgestoßen wird, sowie diejenigen vom Stoßtyp, bei denen eine Schwingungsplatte am Boden einer Druckkammer angeordnet ist, und ein piezoelektrisches Element durch die Vibrationsplatte zum Ausstoßen von Tinte durch Düsen zusammengepreßt wird.

Von diesen zwei Typen ist bei dem Typenbläschenstrahl das Leistungsvermögen des Kopfes im wesentlichen durch die Eigenschaften der Tinte bestimmt, und demnach weist er eine Grenze im Hinblick auf die Druckgeschwindigkeit und die Druckqualität auf. Es hat sich als schwierig erwiesen, mit dem Typ von Bläschenstrahl eine künftige höhere Geschwindigkeit und höhere Druckqualität umzusetzen.

Im Hinblick hierauf ist der Stoßtyp zu betrachten, der kompatibler zu den Tinteneigenschaften ist und sich für eine höhere Geschwindigkeit und Steuerbarkeit eignet.

Ein Kopf vom Stoßtyp weist eine Struktur auf, die beispielhaft in Fig. 18 gezeigt ist.

Der in Fig. 18 gezeigte Tintenstrahl-Druckerkopf enthält eine piezoelektrische Einrichtung 80, eine Druckkammerplatte 82 und eine Düsenplatte 84. Die piezoelektrische Einrichtung wird aus einer unteren Elektrode 88 gebildet, mit einem relativ großen Bereich, sowie einer piezoelektrischen Schicht 90 aus einem piezoelektrischen Material, und ferner aus einer oberen Elektrode 92, derart, daß eine Aufeinanderschichtung auf einem Isoliersubstrat 86, beispielsweise aus Keramik, erfolgt. Die Druckkammerplatte 82 enthält eine zu einer Seite geöffnete Druckkammer 94, eine Tintenzuführpassage 96 zum Zuführen von Tinte in die Druckkammer 94, sowie eine Tintendurchführung 98 zum Leiten der Tinte von der Druckkammer 94 zu der anderen Seite hiervon. Die Düsenplatte 84 enthält Düsen 100 zum Ausstoßen der Tinte.

Die piezoelektrische Einrichtung 80 und die Druckkammerplatte 82 sind miteinander über die Druckkammer 94 verbunden, bei Ausrichtung mit einem Gebiet, in dem die obere Elektrode 92 der piezoelektrischen Einrichtung 80 gebildet ist, so daß Tinte in die Druckkammer 94 geladen werden kann. Die Düsenplatte 84 ist mit der Druckkammer 82 verbunden, so daß die durch die Tintendurchführung 98 der Druckkammer 82 durchgeführte Tinte durch die Düsen 100 der Düsenplatte 84 ausgestoßen werden kann.

Bei diesem Aufbau wird dann, wenn eine festgelegte Spannung zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode 92 angelegt ist, die piezoelektrische Schicht 90 in dem Gebiet, in dem die obere Elektrode 92 gebildet ist, verstellt, und ein Druck wird auf die Tinte in der Druckkammer 94 ausgeübt. Der Druck bewirkt ein Ausstoßen der Tinte durch die Düsen 100.

Der Tintenstrahl-Druckerkopf vom Stoßtyp ist auf diese Weise aufgebaut.

Jedoch ist bei dem oben beschriebenen Tintenstrahl-Drucker kopf die Druckkammerplatte 82 einschließlich der Druckkammer 84 an der piezoelektrischen Einrichtung 80 angebondet, und die Verschiebungsschicht ist durch einen Kleber, beispielsweise aus einem Harz oder anderen Stoffen, aufgeformt. Oft weist der Übergang eine geringe Starrheit auf, was im Ergebnis zu Druckverlusten an der Übergangsfläche zwischen der piezoelektrischen Einrichtung 80 und der Druckkammerplatte 82 führt.

Da die Druckkammerplatte 82 an der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 90 haftet, die verstellt wird, führt der Einsatz des Tintenstrahl-Druckerkopfes oft zu Verschlechterungen des Übergangs.

Damit der Kopf eine geringere Größe aufweisen kann, ist es vorzuziehen, daß die piezoelektrische Schicht 90 einen größeren Verschiebungsumfang ermöglicht. Jedoch wird bei einem größeren Verschiebungsumfang auf einen Teil der piezoelektrischen Schicht 90 in der Nähe des verstellten Teils hiervon eine größere Beanspruchung ausgeübt, was oft zu einem Beanspruchungsdefekt führt. Demnach ist der Umfang der Verschiebung begrenzt, was eine Verringerung der Größe und eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit des Tintenstrahl-Drucker kopfes verhindert.

Aus ökologischer Sicht ist der Einsatz von Blei positiv auszuschließen, jedoch enthalten die piezoelektrischen Materialien der piezoelektrischen Einrichtungen Blei. Es ist ungünstig, große Mengen des piezoelektrischen Materials einzusetzen. Aufgrund der hohen spezifischen Gewichte der piezoelektrischen Materialien ist es vorzuziehen, geringere Mengen des piezoelektrischen Materials einzusetzen, um die piezoelektrischen Einrichtungen leichter auszubilden.

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Tintenstrahl-Druckerkopfes mit geringen Druckverlusten bei dem Übergang.

Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Tintenstrahl-Druckerkopfes, der einen großen Verschiebungsumfang der piezoelektrischen Schicht und eine geringe Größe sowie ein hohes Leistungsvermögen aufweist.

Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Tintenstrahl-Druckerkopfes mit einer geringen Menge von Bleiverbindungen und geringem Gewicht.

Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines den Tintenstrahl-Druckerkopfes enthaltenden Tintenstrahldruckers, der kostengünstig ist und fein auflösende, präzise Eigenschaften aufweist.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden durch einen Tintenstrahl-Druckerkopf gelöst, enthaltend eine piezoelektrische Einrichtung mit einem Isoliersubstrat mit einer Aussparung, gebildet in einer Oberfläche hiervon, derart, daß die Aussparung eine Druckkammer definiert; und eine Verschiebungsschicht, gebildet unter der Aussparung in dem Isoliersubstrat, derart, daß die Verschiebungsschicht eine erste Elektrode enthält, sowie eine piezoelektrische Schicht und eine zweite Elektrode, die geschichtet sind; und einen Abdeckkörper, der an der Oberfläche des Isoliersubstrats gebondet ist. Mit dem Tintenstrahl-Drucker kopf mit dieser Struktur läßt sich der Druckverlust bedingt durch den Antrieb der Verschiebungsschicht reduzieren. Im Vergleich zu dem üblichen Tintenstrahl-Drucker kopf kann der Herstellungsprozeß für den Tintenstrahl-Drucker kopf gemäß der vorliegenden Erfindung einfach ausgebildet sein.

Vorzugsweise weist bei dem oben beschriebenen Tintenstrahl-Drucker kopf die Nut bzw. die Aussparung eine U-Form mit abgerundeten Ecken auf. Mit dem Tintenstrahl-Druckerkopf mit dieser Struktur läßt sich der Verschiebungsumfang der Verschiebungsschicht erhöhen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des oben beschriebenen Tintenstrahl-Druckerkopfes sind mehrere piezoelektrische Einrichtungen auf dem Isoliersubstrat gebildet, und Gebiete, in denen die jeweiligen piezoelektrischen Einrichtungen gebildet sind, sind durch in dem Isoliersubstrat gebildete Schlitze isoliert. Mit dem Tintenstrahl-Druckerkopf mit dieser Struktur läßt sich die Wechselwirkung zwischen benachbarten piezoelektrischen Einrichtungen unterdrücken, und es ergibt sich eine gute Tintenausstoßeigenschaft.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch einen Tintenstrahl-Druckerkopf gelöst, enthaltend eine piezoelektrische Einrichtung mit einem Isoliersubstrat mit einer Aussparung, gebildet in einer Oberfläche hiervon, derart, daß die Aussparung eine Druckkammer definiert; und eine Verschiebungsschicht, gebildet an einer Seitenwand und an einer unteren Oberfläche der Aussparung, derart, daß die Verschiebungsschicht eine erste Elektrode enthält, sowie eine piezoelektrische Schicht und eine zweite Elektrode, die geschichtet sind; und einen Abdeckkörper, der an der Oberfläche des Isoliersubstrats gebondet ist. Mit dem Tintenstrahl-Druckerkopf mit dieser Struktur läßt sich dessen Herstellungsprozeß erheblich vereinfachen. Der Umfang eines piezoelektrischen Materials und einer Bleiverbindung kann erheblich abgesenkt werden. Somit kann der Tintenstrahl-Drucker kopf leichter ausgebildet sein, und er ist aus ökologischer Sicht sehr wirkungsvoll.

Die obigen Aufgaben können durch einen Tintenstrahl-Drucker kopf gelöst werden, enthaltend eine piezoelektrische Einrichtung mit einem Isoliersubstrat; eine Verschiebungsschicht, gebildet in dem Isoliersubstrat, derart, daß die Verschiebungsschicht eine erste Elektrode enthält, sowie eine erste piezoelektrische Schicht und eine zweite Elektrode, die geschichtet sind; und eine an einer Seite der Verschiebungsschicht in einer Oberfläche des Isoliersubstrats gebildete Aussparung; eine in der piezoelektrischen Einrichtung gebildetes Substrat mit einer eingeformten Öffnung zum Definieren einer Druckkammer auf der zweiten Elektrode. Mit dem Tintenstrahl-Druckerkopf mit dieser Struktur läßt sich die Beanspruchung verringern, die zwischen einem Gebiet, in dem die piezoelektrische Schicht verschoben ist, und einem Gebiet, in dem die piezoelektrische Schicht nicht verschoben ist, erzeugt wird, und demnach lassen sich große Verschiebungsumfänge natürlich erhalten, wodurch es möglich ist, den Verschiebungsbereich zu verringern. Der Tintenstrahl-Druckerkopf kann eine geringere Größe aufweisen und schneller arbeiten.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden durch den Tintenstrahldrucker mit dem oben beschriebenen Tintenstrahl-Drucker kopf erhalten. Durch den Einsatz des oben beschriebenen Tintenstrahl-Druckerkopfes ist es möglich, daß der Tintenstrahldrucker eine hohe Leistungsfähigkeit erreicht.

Die oben beschriebenen Aufgaben lassen sich durch ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Druckerkopfes erzielen, enthaltend einen Vorbereitungsschritt für dünne, unbearbeitete Lagen zum Vorbereiten mehrerer erster, dünner, unbearbeiteter Lagen jeweils mit an einer Oberfläche hiervon aufgeformten Elektrode sowie mehrerer zweiter dünner, unbearbeiteter Lagen jeweils ohne aufgeformte Elektrode; einen Substratbildungsschritt zum schichtweisen Ausbilden in erforderlicher Anordnung der mehreren ersten dünnen, unbearbeiteten Lagen und der mehreren zweiten dünnen, unbearbeiteten Lagen sowie zum Sintern derselben unter Bildung eines Substrats mit hierin vergrabenen Elektroden; einen Bildungsschritt für eine piezoelektrische Einrichtung zum Bilden einer Aussparung als Druckkammer bei einer Oberfläche des Substrats in einem Gebiet, in dem Elektroden vergraben sind; und einen Abdeckkörper-Bondschritt zum Bonden eines Abdeckkörpers an einer Seite der piezoelektrischen Einrichtung, an der die Aussparung gebildet wird. Bei dieser Herstellung des Tintenstrahl-Druckerkopfes lassen sich die Fabrikationsschritte drastisch reduzieren.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden durch ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Druckerkopfes gelöst, enthaltend eine Trennmittel-Aufbringschicht zum Aufbringen eines Trennmittels auf einem Substrat; einen Aussparungsbildungsschritt zum Bilden einer Aussparung als Druckkammer in einer Oberfläche des Substrats mit aufgebrachtem Trennmittel; einen Druckschritt zum Pressen einer dünnen, unbearbeiteten Lage aus piezoelektrischem Material mit auf beiden Seiten hiervon aufgedruckten und einheitlich ausgebildeten Elektroden auf der Oberfläche des Substrats mit eingeformter Aussparung; einen Freigabeschritt zum Entfernen der dünnen, unbearbeiteten Lage auf dem Substrat in einem Gebiet, in dem die Aussparung nicht gebildet ist, zusammen mit dem Trennmittel, zum Freigeben der dünnen, unbearbeiteten Lage lediglich an einer Innenwand und an einer Unterseite der Aussparung; einen Bildungsschritt für eine piezoelektrische Einrichtung zum Sintern des Substrats in Einheit mit der dünnen, unbearbeiteten Lage zum Bilden einer piezoelektrischen Einrichtung mit einer Verschiebungsschicht, gebildet an der Innenwand und der Unterseite der Aussparung; und einen Abdeckkörper-Bondschritt zum Bonden eines Abdeckkörpers an der piezoelektrischen Einrichtung. Diese Herstellung des Tintenstrahl-Druckerkopfes ermöglicht eine erhebliche Reduzierung der eingesetzten Menge eines piezoelektrischen Materials, d. h. einer Bleiverbindung.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Druckerkopfes mit einer piezoelektrischen Einrichtung einschließlich einer Verschiebungsschicht und mit einem Substrat gebildet an einer Seite der piezoelektrischen Einrichtung, an der die Verschiebungsschicht gebildet ist, und mit einer Öffnung zum Definieren einer Druckkammer an der eingeformten Verschiebungsschicht, derart, daß die piezoelektrische Einrichtung bei zumindest einem Teil, bei dem die piezoelektrische Einrichtung und das Substrat aneinandergebondet werden, aus demselben Material wie das Substrat gebildet wird; und die piezoelektrische Einrichtung und das Substrat als Einheit gesintert werden. Diese Herstellung des Tintenstrahl-Druckerkopfes erhöht die Starrheit des gebondeten Abschnitts zwischen der piezoelektrischen Einrichtung und dem Substrat, wodurch sich die Tintenstrahleigenschaften verbessern lassen.

Für eine bevorzugte Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen eines Tintenstrahl-Druckerkopfes ist kennzeichnend, daß eine Metallschicht zwischen der piezoelektrischen Einrichtung und dem Substrat vorgesehen wird, zum Bonden des Substrats mit der piezoelektrischen Einrichtung durch eine Diffusionsreaktion eines Metalls zum Bilden der Metallschicht. Durch diese Herstellung des Tintenstrahl-Druckerkopfes wird es möglich, die piezoelektrische Einrichtung und das Substrat durch Sintern bei niedrigeren Temperaturen zu bonden.

Vorzugsweise enthält das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen des Tintenstrahl-Druckerkopfes folgende Schritte: einen Vorbereitungsschritt für einen Grünling zum Vorbereiten mehrerer erster dünner, unbearbeiteter Lagen jeweils mit aufgeformter Elektrode an einer Oberfläche hiervon und mehrerer zweiter, unbearbeiteter Lagen jeweils ohne aufgeformte Elektrode; einen ersten Bildungsschritt für einen Schichtkörper zum Laminieren entsprechend einer geforderten Anordnung der mehreren ersten dünnen, unbearbeiteten Lagen und der mehreren zweiten dünnen, unbearbeiteten Lagen; und einen zweiten Bildungsschritt für einen Laminatkörper zum Laminieren der mehreren zweiten dünnen, unbearbeiteten Lagen zum Bilden eines zweiten Laminatkörpers und zum Bilden der Öffnung zum Definieren der Druckkammer in einer Oberfläche des zweiten Laminatkörpers; und einen Sinterschritt zum Laminieren des ersten Laminatkörpers und des zweiten Laminatkörpers und zum Sintern derselben zum Integrieren der piezoelektrischen Einrichtung und des Substrats. Diese Herstellung des Tintenstrahl-Druckerkopfes ermöglicht die Herstellung des Tintenstrahl-Druckerkopfes mit einem Sintervorgang.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Struktur hiervon darstellt;

Fig. 2 einen Graphen zum Darstellen der Beziehung zwischen den Dicken der Verschiebungsschicht und einem Nebensprechen;

Fig. 3A-3D Ansichten des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß den Schritten des Herstellungsverfahrens für diesen zum Erläutern des Verfahrens (Teil 1);

Fig. 4A und 4B Ansichten des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß den Schritten des Herstellungsverfahrens hierfür zum Erläutern des Verfahrens (Teil 2);

Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht einer Modifikation des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erläutern einer Struktur hiervon (Teil 1);

Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht einer Modifikation des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erläutern einer Struktur hiervon (Teil 2);

Fig. 7 eine schematische Ansicht des Tintenstrahl-Drucker kopfes gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erläutern einer Struktur hiervon;

Fig. 8A-8C Ansichten des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß den Schritten des Herstellungsverfahrens hierfür zum Erläutern des Verfahrens (Teil 1);

Fig. 9A-9C Ansichten des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß den Schritten des Herstellungsverfahrens hierfür zum Erläutern des Verfahrens (Teil 2);

Fig. 10A und 10B Ansichten des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß den Schritten des Herstellungsverfahrens hierfür zum Erläutern des Verfahrens;

Fig. 11A und 11B eine schematische Querschnittsansicht des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erläutern einer Struktur hiervon;

Fig. 12 einen Graphen zum Darstellen der Beziehungen zwischen anliegenden Spannungen und dem Umfang der Verschiebungen bei der piezoelektrischen Schicht des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine schematische Querschnittsansicht einer Modifikation des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erläutern einer Struktur hiervon (Teil 1);

Fig. 14 eine schematische Querschnittsansicht einer Modifikation des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erläutern einer Struktur hiervon (Teil 2);

Fig. 15 eine schematische Querschnittsansicht einer Modifikation des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erläutern einer Struktur hiervon (Teil 3);

Fig. 16 eine schematische Ansicht des Tintenstrahl-Drucker kopfes gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erläutern einer Struktur hiervon;

Fig. 17A-17D Ansichten des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der vierten Ausführungsform gemäß den Schritten des Herstellungsverfahrens hierfür zum Erläutern des Verfahrens;

Fig. 18 eine schematische Ansicht des Tintenstrahl-Drucker kopfes zum Erläutern der Struktur.

Der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zum Herstellen desselben wird nun unter Bezug auf die Fig. 1, 2, 3A-3D, 4A-4B, 5 und 6 beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der ersten Ausführungsform zum Erläutern einer Struktur hiervon. Die Fig. 2 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Beziehungen zwischen den Dicken der Verschiebungsschicht und einem Nebensprechen. Die Fig. 3A-3D und 4A-4B zeigen Ansichten des Tintenstrahl-Drucker kopfes gemäß der vorliegenden Ausführungsformen bei den Schritten des Herstellungsverfahrens hierfür zum Erläutern des Verfahrens. Die Fig. 5 und 6 sind schematische Querschnittsansichten des Tintenstrahldruckers gemäß einer Modifikation der vorliegenden Ausführungsform und zum Erläutern einer Struktur hiervon.

Zunächst wird die Struktur des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert.

Ein Abdeckkörper 14 wird durch einen Kleber 12 an ein Substrat 10 gebondet, das aus einem piezoelektrischen Element gebildet ist. In dem Substrat 10 sind Aussparungen bzw. Nuten 16 gebildet, die einen Tintenbehälter bilden. Im Inneren des Substrats 10 unmittelbar unterhalb den Aussparungen 16 sind interne Elektroden 18 vergraben, die zueinander mit einem vorgegebenen Abstand beabstandet sind. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind vier interne Elektroden 18 übereinandergeschichtet zum Bilden von drei Verschiebungsschichten 20 zwischen jeweils einer der internen Elektroden 18 und der hierzu benachbarten.

Wie oben beschrieben, ist der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die internen Elektroden in dem Substrat direkt unterhalb von den in dem Substrat 10 gebildeten Aussparungen 16 vergraben sind.

Diese Struktur des Tintenstrahl-Druckerkopfes ermöglicht, daß die Aussparungen 16 und die internen Elektroden 18 in dem als Einheit gesinterten Substrat 10 gebildet sind, wodurch der Druckverlust aufgrund des Antreibens der Verschiebungsschichten verlängerbar ist.

Bei dem üblichen, in Fig. 18 beispielhaft dargestellten Tintenstrahl-Druckerkopf ist die Druckkammerplatte 82 mit der Druckkammer 94 durch einen Kleber an die piezoelektrische Einrichtung 80 gebondet, derart, daß die Verschiebungsschicht an der Oberfläche hiervon gebildet ist. Druckverluste treten an der Übergangsfläche zwischen der piezoelektrischen Einrichtung 80 und der Druckkammerplatte 82 auf. Der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist frei von derartigen Druckverlusten.

Der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform, der keinen derartigen Übergang aufweist, ist frei von einer durch den Antrieb des Übergangs bedingten Verschlechterung.

Bei dem üblichen in Fig. 18 gezeigten Tintenstrahl-Drucker kopf, der die Druckkammerplatte 82 enthält, die an die obere Oberfläche der verstellten piezoelektrischen Schicht 90 gebondet ist, wird der Übergang oft durch den Gebrauch verschlechtert. Der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß der vorliegenden Erfindung ist frei von einer derartigen Erscheinung.

Im folgenden wird der Einfluß der Dicke der Verschiebungsschichten bei dem Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

Die Fig. 2 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Beziehungen zwischen den Dicken der Verschiebungsschichten und einem Nebensprechen. Das Nebensprechen im Sinne der Beschreibung der vorliegenden Erfindung bedeutet eine Abnahmerate einer Tintenstrahlmenge aufgrund des Einflusses der benachbarten Verschiebungsschichten 20, und es stellt einen Wert dar, der sich durch Bewerten einer durchschnittlichen Tintenstrahlmenge der Tintenstrahlmengen von 16 gleichzeitig betätigten Düsen in bezug auf eine Tintenstrahlmenge einer der Düsen ergibt.

Die obige Messung wurde bei dem Tintenstrahl-Druckerkopf durchgeführt, der Aussparungen 16 mit einer Tiefe von 0,2 mm, eine Breite von 0,2 mm und einer Länge von 13 mm aufweist, die in dem Substrat mit einem 0,08 mm Abstand gebildet sind, sowie lediglich einer Verschiebungsschicht 20, und die Tintenstrahlmengen durch die in den Aussparungen 16 angeordneten Düsen wurden gemessen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, nimmt mit zunehmender Dicke der Verschiebungsschicht 20 der Nebensprechwert ab, und es wurde festgestellt, daß sich die Tintenstrahlmenge durch den Einfluß benachbarter Verschiebungsschichten 20 verringert. Wird eine Tintenstrahlmenge von ungefähr 90% der Tintenstrahlmenge einer Düse zugelassen, ist es vorzuziehen, daß eine Dicke der Verschiebungsschichten 20 niedriger als 35 µm ist.

Zum Erzielen guter Tintenstrahleigenschaften ist es vorzuziehen, die einheitlichen Elektroden 80 lediglich direkt unterhalb der Aussparung 16 zu bilden.

Nun wird das Verfahren zum Herstellen des Tintenstrahl-Drucker kopfes gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert.

Zunächst wird eine dünne, unbearbeitete Lage (in Englisch green sheet) als Substrat 10 durch das folgende Verfahren vorbereitet.

Eine Aufschlämmung als Rohmaterial der dünnen, unbearbeiteten Lage wird aus einer Mischung gebildet, beispielsweise aus einem PNN-basierten piezoelektrischen Pulver mit einer Partikelgröße von ungefähr 1,0 µm, PVB als ein organisches Bindemittel, DBP als organisches Lösemittel, vorbereitet durch eine Kugelmühle.

Anschließend wird die derartig gebildete Aufschlämmung in die dünne, unbearbeitete Lage mittels eines Rakelverfahrens umgeformt. Anschließend wird die derartig gebildete dünne, unbearbeitete Lage ausgepreßt, beispielsweise mit einer Größe von 100 mm im Quadrat, und druckbehandelt mit einem 100 MPa-Druck mit einer Einachsenpresse.

Anschließend wird ein die internen Elektroden 18 bildendes Elektrodenmuster auf einem Teil der derart ausgepreßten, dünnen, unbearbeiteten Lage aufgedruckt. Die internen Elektroden 18 werden beispielsweise durch ein Siebdruckverfahren unter Einsatz einer Ag-Pd-Paste gebildet.

Hierdurch erfolgt die Vorbereitung mehrerer dünner, unbearbeiteter Lagen 22a mit auf den Oberflächen gebildeten internen Elektroden 18 und mehrerer dünner, unbearbeiteter Lagen 22b, bei denen die internen Elektroden 18 nicht gebildet sind (Fig. 3A).

Anschließend werden die derart gebildeten dünnen, unbearbeiteten Lagen aufeinandergeschichtet (Fig. 3B), und sie werden bei 100°C während drei Stunden in der Atmosphäre gesintert (Fig. 3C).

Hiernach werden die gesinterten, dünnen, unbearbeiteten Lagen in das Substrat 10 eingetrimmt bzw. eingepaßt, derart, daß die internen Elektroden 18 an der Innenseite gebildet sind (Fig. 3D).

Anschließend werden die Aussparungen 18 in der Oberfläche des derartig gebildeten Substrats 10 durch eine Würfelsäge (Fig. 4A; dicing saw) gebildet.

Anschließend wird der Abdeckkörper 14 durch einen Kleber 12 an der oberen Oberfläche des Substrats mit den eingeformten Aussparungen 16 gebondet, und der Tintenstrahl-Druckerkopf ist gebildet (Fig. 4B). Als Kleber 12 zum Bonden ist ein Kleber aus Metall oder Keramik, beispielsweise Glas, günstiger als ein harzförmiger Kleber. Durch den Einsatz eines Klebers aus Glas oder dergleichen läßt sich die Verschiebungsmenge des Übergangs mehr absenken als bei dem Einsatz eines harzförmigen Klebers.

Bei einer derartigen Herstellung des Tintenstrahl-Drucker kopfes entfällt bei dem Verfahren zum Herstellen des Tintenstrahl-Druckerkopfes der Schritt zum Bonden mit einem Klebstoff, verglichen mit dem üblichen Verfahren, und es kann einfacher ausgebildet sein.

Wie oben beschrieben, sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Aussparungen und die internen Elektroden 18 in dem einheitlich gesinterten Substrat 10 gebildet, wodurch sich der Druckverlust aufgrund des Antriebs der Verschiebungsschichten verringern läßt.

Im Vergleich zu dem üblichen Tintenstrahl-Druckerkopf läßt sich mit dem Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Herstellungsprozeß vereinfachen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Tintenstrahl-Drucker kopf die Aussparungen 16 mit eckigen Unterseiten auf, jedoch sind die Ecken der Unterseiten, beispielsweise wie in Fig. 5 gezeigt, abgerundet, zum Erzielen verbesserter Tintenstrahleigenschaften. D.h., die Aussparungen 16 sind U-förmig, wodurch sich Hohlräume bzw. Eintiefungen vermeiden lassen, die an beiden Seiten der Aussparungen 16 gebildet sind, wenn die Verschiebungsschichten 20 verschoben sind. Demnach lassen sich größere Verschiebungsumfänge der Verschiebungsschichten 20 erhalten.

Eine Kontur der Aussparungen 16 läßt sich einfach durch Verändern eines Schneidmessers einer Würfelsäge verändern.

Es ist auch möglich, Schlitze 24 zwischen den Aussparungen 16 zu bilden, wie in Fig. 6 gezeigt. Durch Ausbildung der Schlitze 24 läßt sich ein Eindämmen der Querverschiebung der Verschiebungsschichten 20 entfernen, wodurch sich weitere, größere Verschiebungsumfänge der Verschiebungsschichten 20 erhalten lassen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform sind drei Verschiebungsschichten 20 vorgesehen, jedoch ist es vorzuziehen, daß eine Zahl der Verschiebungsschichten 20 übereinandergeschichtet wird, die zum Erzielen eines erforderlichen Verschiebungsumfangs erforderlich ist.

Der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zum Herstellen desselben wird unter Bezug auf die Fig. 7, 8A-8C, 9A-9C und 10A-10B erläutert.

Die Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht des Tintenstrahl-Drucker kopfes gemäß der vorliegenden Ausführungsform, zum Darstellen einer Struktur hiervon. Die Fig. 8A-8C und 9A-9C zeigen Querschnittsansichten des Tintenstrahl-Druckerkopfes der vorliegenden Ausführungsform gemäß den Schritten des Herstellungsverfahrens hierfür zum Erläutern des Verfahrens. Die Fig. 10A-10B zeigen Querschnittsansichten des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß einer Modifikation der vorliegenden Ausführungsformen bei den Schritten des Herstellungsverfahrens hiervon zum Darstellen des Verfahrens.

Aussparungen 16 sind als Tintenbehälter in einem Aluminiumoxidsubstrat 10 gebildet. Eine Verschiebungsschicht 32 aus einer piezoelektrischen Schicht ist sandwichartig zwischen zwei Lagen von Elektroden an der Innenseitenwand und der unteren Oberfläche jeder Aussparung 16 gebildet. Ein Aluminiumoxidsubstrat 36 ist an der oberen Oberfläche des Aluminiumoxidsubstrats 10 gebondet.

Demnach ist der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsschicht 32 an den Seitenwänden und den unteren Oberflächen der Aussparungen 16 in dem Substrat 10 vorgesehen ist. Durch diese Struktur des Tintenstrahl-Druckerkopfs läßt sich die eingesetzte Menge eines piezoelektrischen Materials erheblich verringern. Demnach kann der Umfang von Bleiverbindungen erheblich verringert werden, und der Tintenstrahl-Druckerkopf kann eine geringere Größe und ein geringeres Gewicht aufweisen.

Zunächst wird, wie bei dem Verfahren zum Herstellen des Tintenstrahl-Druckerkopfes, entsprechend der ersten Ausführungsform eine dünne, unbearbeitete Schicht 22 aus einem piezoelektrischen Material gebildet.

Anschließend werden auf beiden Seiten der derart gebildeten dünnen, unbearbeiteten Lage 22 Elektroden 28, 30 durch ein Siebdruckverfahren unter Einsatz beispielsweise einer Ag-Pd-Paste gebildet (Fig. 8A).

Anschließend wird ein Klebefilm 34, dessen Funktion später diejenige eines Lösungsmittels ist, auf dem Aluminiumoxidsubstrat 10 gebildet, und Aussparungen 16 mit einer Breite von ungefähr 150 µm und einer Tiefe von ungefähr 100 µm werden durch Würfelsägen gebildet (Fig. 8B).

Anschließend wird die dünne, unbearbeitete Lage 22 mit den aufgeformten Elektroden 28, 30 auf das Aluminiumoxidsubstrat 10 geschichtet und vakuumverpackt, und zwar in einer dicht abgedichteten Tasche. In diesem Zustand wird das Aluminiumoxidsubstrat 10 mit der aufgebrachten dünnen, unbearbeiteten Lage 22 mit einer isotropen-isobarischen Presse druckbearbeitet, beispielsweise einer Hydropresse, um diese als Laminat auszubilden. Die Hydropresse wird unter Bedingungen von beispielsweise 80°C und 40 MPa betrieben.

Anschließend wird das Aluminiumoxidsubstrat 10 aus der dicht abgedichteten Tasche herausgenommen, und der Klebefilm 34 wird abgelöst. Wird der Klebefilm 34 abgelöst, so wird auch die dünne, unbearbeitete Lage 22 mit den aufgeformten Elektroden 28, 30 abgelöst. Da der Klebefilm 34 lediglich an der Oberfläche des Aluminiumoxidsubstrats 10 in dem Gebiet gebildet ist, an dem keine Aussparungen 16 gebildet sind, bleibt die dünne, unbearbeitete Lage 22 mit den aufgeformten Elektroden lediglich an den innenliegenden Wänden und den unteren Oberflächen der Aussparungen 16 zurück. Hierdurch wird die Verschiebungsschicht 32 in den Aussparungen 16 gebildet (Fig. 8C bis 9A).

Nach einem Sintervorgang in einem Ofen bei 1000°C während drei Stunden wird ein Aluminiumoxidsubstrat 36 an das Aluminiumoxidsubstrat 10 durch eine Isolierpaste gebondet.

Anschließend erfolgt eine thermische Behandlung des Aluminiumoxidsubstrats 10 und des Aluminiumoxidsubstrats 36 bei einer Temperatur von 600°C (Fig. 9B).

Hierauf werden die derart gebondeten Substrate abgeschnitten für ein Bonden an ein Substrat 40 mit Düsen 38 an der Seite mit eingeformten Aussparungen 16. Hierdurch wird der Tintenstrahl-Druckerkopf gebildet (Fig. 9C).

Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verschiebungsschicht 32 an den Seitenwänden und den unteren Oberflächen der in dem Aluminiumoxidsubstrat 10 gebildeten Aussparungen 16 gebildet, wodurch die eingesetzte Menge des piezoelektrischen Materials erheblich geringer sein kann, und der Tintenstrahl-Drucker kopf kann eine geringere Größe aufweisen und leichter sein.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Lage des Aluminiumoxidsubstrats 10 eingesetzt, jedoch können, wie in den Fig. 10A und 10B gezeigt, mehrere Aluminiumoxidsubstrate 10 geschichtet werden.

Dies bedeutet, das Aluminiumoxidsubstrat 36 wird an das oberste von mehreren Aluminiumoxidsubstraten 10 gebondet, bei Aufformung der Verschiebungsschicht 32 (Fig. 10A), und das Substrat 40 mit in Form einer Matrix ausgebildeten Düsen wird an eine Seitenfläche hiervon gebondet (Fig. 10B). Hierdurch läßt sich der Tintenstrahl-Druckerkopf mit matrixartig ausgebildeten Düsen einfach herstellen.

Der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die Fig. 11A und 12 erläutert.

Die Fig. 11A zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der vorliegenden Ausführungsform zum Darstellen einer Struktur hiervon. Die Fig. 12 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Beziehungen zwischen den angelegten Spannungen und dem Umfang der Verschiebungen der piezoelektrischen Schicht des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der vorliegenden Ausführungsform.

Der Tintenstrahl-Druckerkopf entsprechend der vorliegenden Ausführungsform mit einer piezoelektrischen Einrichtung und einer Druckkammerplatte, die aufeinandergeschichtet sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Gebiet einer verschiebbaren piezoelektrischen Schicht und ein Gebiet einer nicht verschiebbaren Schicht isoliert sind.

Dies bedeutet, daß die piezoelektrische Einrichtung 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf einer Elektrode 40 gebildet ist, sowie einer piezoelektrischen Schicht aus einem piezoelektrischen Material und einer Elektrode 48, wechselseitig aufeinandergeschichtet und auf einem Isoliersubstrat 42 aus Keramik oder anderen Stoffen. Aussparungen/Nuten 50 zum Isolieren eines Gebiets, in dem Elektroden 44, 48 gebildet sind, und eines Gebiets, in dem Elektroden 44, 48 nicht gebildet sind, werden in der piezoelektrischen Schicht 46 gebildet. Federnde Elemente sind vergraben, mit den Aussparungen 50 als Pufferelement zum Vermeiden eines Eindringens von Tinte. Die Druckkammerplatte 54 ist an der oberen Oberfläche des derart gebildeten piezoelektrischen Elements gebondet, zum Definieren von Druckkammern 52 bei den jeweiligen Elektroden 48 (Fig. 11A).

Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt, wie oben beschrieben, eine wechselseitige Isolierung eines Gebiets, in dem Elektroden 44 und 48 vorliegen, d. h. in dem die piezoelektrische Schicht 46 verschoben ist, und eines Gebiets, in dem Elektroden 44, 48 nicht vorliegen, d. h. wo die piezoelektrische Schicht 46 nicht verschoben ist, und zwar durch die Aussparungen 50. Der Grund für diese Struktur ist wie folgt.

Bei dem in Fig. 11B gezeigten üblichen Tintenstrahl-Drucker kopf wird dann, wenn eine Spannung zwischen den Elektroden 44, 48 anliegt und die piezoelektrische Schicht 46 verschoben ist, eine Beanspruchung erzeugt, und zwar zwischen einem Gebiet, in dem die piezoelektrische Schicht 46 verschoben ist, und einem Gebiet, in dem die piezoelektrische Schicht 46 nicht verschoben ist, und dies führt tendentiell zu Kissen in der piezoelektrischen Schicht 46 an den Rändern der Elektrode 48.

Jedoch sind, wie in Fig. 11A gezeigt, die Nuten/Aussparungen 50 vorgesehen, und zwar zwischen Gebieten, in denen die piezoelektrische Schicht 46 verschoben ist, und einem Gebiet, in dem die piezoelektrische Schicht 46 nicht verschoben ist, und zwar zum wechselseitigen Isolieren der Gebiete, in denen die piezoelektrische Schicht 46 verschoben ist, und der Gebiete, in denen die piezoelektrische Schicht 46 nicht verschoben ist, wodurch die durch die Verschiebung erzeugte Beanspruchung der piezoelektrischen Schicht 46 verringert ist.

Die Beziehungen zwischen den angelegten Spannungen und dem Verschiebungsumfang der piezoelektrischen Schicht 46 wurden bei dem oben beschriebenen Tintenstrahldrucker gemessen. Die Verschiebungsumfänge betrugen ungefähr das Dreifache derjenigen, die mit dem Tintenstrahldrucker mit der üblichen Struktur erzielt wurden (Fig. 12).

Wie oben beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Nut/Aussparung vorgesehen, und zwar zwischen einem Gebiet, in dem die piezoelektrische Schicht 46 verschoben ist, und einem Gebiet, in dem die piezoelektrische Materialschicht 46 nicht verschoben ist, wodurch eine zwischen den Gebieten erzeugte Beanspruchung gemeldet ist, und große Verschiebungsumfänge können gleichmäßig erhalten werden. Im Ergebnis können die Verschiebungsbereiche kleiner ausgebildet sein, wodurch es möglich ist, den Tintenstrahl-Drucker kopf mit geringerer Größe und mit höherer Geschwindigkeit auszubilden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Schicht der piezoelektrischen Schicht 46 sandwichartig von den Elektroden 44, 48 umgeben als die Verschiebungsschicht eingesetzt, jedoch ist es möglich, daß die Verschiebungsschicht eine Mehrschichtstruktur aufweist. Wie beispielhaft in Fig. 13 gezeigt, werden Elektroden 44, 48, 56 so vorgesehen, daß sich piezoelektrische Schichten 46, 58, sandwichartig von den Elektroden umgeben, als Verschiebungsschicht mit zwei Schichten vorsehen lassen. Durch eine derartige Ausbildung der Verschiebungsschicht mit Mehrfachschichten lassen sich größere Verschiebungsumfänge durch bestimmte anliegende Spannungen erzielen, und ohne daß die Treiberspannung zunimmt, lassen sich größere Verschiebungsumfänge erzielen. Die Verschiebungsschicht kann drei oder mehrere Schichten aufweisen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Elektroden 44, 48 nicht in einem Gebiet gebildet, in dem die piezoelektrische Schicht 46 nicht verschoben ist, jedoch können, wie in Fig. 14 gezeigt, die Elektroden in einem Gebiet vorgesehen sein, in dem die piezoelektrische Schicht 46 gebildet ist. Die Elektroden liegen demnach auf der linken Seite, wodurch sich der Herstellungsprozeß vereinfachen läßt. Dies bedeutet, daß keine komplizierte Ausrichtung der Elektrode 44 mit der Elektrode 48 bei Bildung der Aussparungen 50 erforderlich ist, wodurch der Herstellungsprozeß einfach wird. Selbst bei linksliegenden Elektroden sind die Eigenschaften des Tintenstrahl-Drucker kopfes nicht verschlechtert, solange das Verschiebungsgebiet abgetrennt und durch die Aussparungen isoliert ist.

Der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Struktur auf, bei der die Elektrode 48 zu der Druckkammer 52 hin freiliegt, jedoch kann, wie in Fig. 15 gezeigt, eine Struktur vorgesehen sein, bei der die Elektroden in der piezoelektrischen Einrichtung 40 vergraben sind.

Ein in den Aussparungen 50 vergrabenes Pufferelement dient zum Vermeiden des Eindringens von Tinte in die Aussparungen 50, und es ist günstigerweise aus einem Isoliermaterial gebildet, das einen hohen Elastizitätsmodus aufweist und sich nur schwer abnützt. Beispielsweise kann ein Harz, wie Oxid, Polyimid, Polyurethan oder andere Stoffe, eingesetzt werden. Ein Elastizitätsmodus des Pufferelements liegt vorzugsweise unter 1/10 desjenigen eines piezoelektrischen Materials zum Bilden der piezoelektrischen Einrichtung.

Beispiel 1

Ein Elektrodenmuster wurde auf der Oberfläche einer 30 µm dicken, dünnen, unbearbeiteten Schicht aus einem PNN : Pb(Ni,Nb)O₃-basiertem piezoelektrischen Material durch ein Siebdruckverfahren unter Einsatz einer Ag-Pd-Paste gebildet. Das Muster wies 64 Linien mit einer Breite von 70 µm auf, sowie eine Länge von 2 mm, gedruckt mit einem 140 µm Abstand.

Anschließend wurden vier Lagen der dünnen, unbearbeiteten Lage mit dem derart aufgedruckten Elektrodenmuster und dünne, unbearbeitete Lagen ohne aufgedrucktem Elektrodenmuster auf einem Aluminiumoxidsubstrat aufeinandergeschichtet.

Der derart gebildete Laminatkörper wurde bei 1000°C in der Atmosphäre gesintert, und anschließend wurden Aussparungen mit 20 µm Breite und 30 µm Tiefe entlang der Ränder der Elektroden gelegt. Anschließend hierauf wurde Epoxidharz im Vakuum in die Aussparungen eingebracht und verfestigt, und die Oberfläche des Epoxidharzes wurde poliert. Hierdurch wurde die piezoelektrische Einrichtung gebildet.

Anschließend wurde eine SUS-Druckkammerplatte gebildet, mit 64 Druckkammern einer Breite von 100 µm, einer Tiefe von 100 µm und einer Länge von 2,2 mm, bei einem Abstand von 140 µm, und eine SUS-Düsenplatte mit 34 Düsen mit einer 30 µm Bohrung wurde gebildet und durch Pressen an die piezoelektrische Einrichtung gebondet.

Anschließend wurde ein Tintenzuführsystem und eine Leitung gebildet, und ein Tintenstrahl-Druckerkopf wurde hergestellt.

Die Tintenstrahleigenschaften wurden bei dem derart ausgebildeten Tintenstrahl-Druckerkopf gemessen, und ein Farbdrucker mit montiertem Tintenstrahl-Druckerkopf und mit einer Auflösung von 720 dpi wurde testweise hergestellt, und eine Zeichnung wurde mit dem Farbdrucker durchgeführt.

Als Meßergebnis wurden Tintenstrahleigenschaften festgestellt mit einer Partikelmenge von 60 pl, einer Partikelgeschwindigkeit von 10 m/s und einer Wiederholungsfrequenz von 20 kHz.

Zeichnungen wurden mit dem testweise hergestellten Farbdrucker erzeugt, unter Abgabe (suing) von Pigmenttinten, und eine lebhafte Bildqualität konnte erhalten werden.

Kontrolle 1

Ein Tintenstrahl-Druckerkopf ohne Aussparungen wurde durch denselben Prozeß wie bei dem Beispiel 1 hergestellt, und die Tintenstrahleigenschaften wurden gemessen.

Als Ergebnis wurde festgestellt, daß die piezoelektrische Schicht bei einer Partikelgeschwindigkeit von 5 m/s brach, was zu einem Kurzschluß zwischen den Elektroden führte, und der Tintenausstoß wurde gestoppt.

Beispiel 2

In derselben Weise wie bei dem Beispiel 1 wurde eine PNN : Pb(Ni,Nb)O₃-basierte piezoelektrische Platte mit Ag-Pd-Elek troden auf der Oberfläche einer dünnen, unbearbeiteten Lage und bis zu einer Tiefe von 100 µm ausgehend von der Oberfläche gebildet.

Anschließend wurden Aussparungen einer Länge von 10 mm, einer Breite von 50 µm und einer Tiefe von 150 µm gebildet, zum Bilden von 8 Treibereinheiten einer Breite von 200 µm bei einem Abstand von 560 µm.

Anschließend wurde Epoxidharz im Vakuum in die Aussparungen aufgebracht, und die Oberfläche wurde poliert. Hierdurch wurde die piezoelektrische Einrichtung gebildet.

Anschließend wurde eine SUS-Druckkammerplatte mit 8 Druckkammern einer Breite von 250 µm, einer Tiefe von 200 µm und einer Länge von 11 mm bei einem Abstand von 560 µm gebildet, und eine SUS-Düsenplatte mit 8 Düsen und mit einer 40 µm Bohrung wurde gebildet und an die piezoelektrische Einrichtung durch Pressen gebondet.

Anschließend wurden ein Tintenzuführsystem und Leitungen vorgesehen, und ein Tintenstrahl-Druckerkopf wurde gebildet.

Die Tintenstrahleigenschaften wurden bei dem derartig hergestellten Tintenstrahl-Druckerkopf gemessen. Im Ergebnis führte dies zu Tintenstrahleigenschaften mit einer Partikelmenge von 120 pl, einer Partikelgeschwindigkeit von 8 m/s und einer Wiederholfrequenz von 10 kHz.

Kontrolle 2

Ein Tintenstrahl-Druckerkopf ohne die Aussparungen wurde durch denselben Prozeß wie bei dem Beispiel 2 gebildet, und die Tintenstrahleigenschaften wurden gemessen.

Im Ergebnis wurde festgestellt, daß die piezoelektrische Schicht bei einer Partikelgeschwindigkeit von 4 m/s brach, was zu einem Kurzschluß zwischen den Elektroden führte, und der Tintenstrahl stoppte.

Der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einem Verfahren zum Herstellen desselben wird unter Bezug auf die Fig. 16 und 17A-17D beschrieben.

Die Fig. 16 zeigt eine schematische Ansicht des Tintenstrahl-Drucker kopfes gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Struktur hiervon zeigt. Die Fig. 17A-17D zeigen Ansichten des Tintenstrahl-Druckerkopfes gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei den Schritten des Herstellungsverfahrens hierfür, zum Erläutern des Verfahrens.

Der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß eine piezoelektrische Einrichtung mit einer Verschiebungsschicht und eine Druckkammerplatte zum Definieren von Druckkammern aus demselben piezoelektrischen Material gebildet sind.

Dies bedeutet, daß der in Fig. 16 gezeigte Tintenstrahl-Drucker kopf eine piezoelektrische Einrichtung 60 aus Keramik aus piezoelektrischem Material enthält, mit mehreren Elektroden 62, die ineinander vergraben sind, sowie eine Druckplatte 64, die aus derselben Keramik gebildet ist und an der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Einrichtung 60 angebondet ist, zum Definieren von Druckkammern 66 in den Gebieten, in denen Elektroden 62 gebildet sind.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ergibt sich der Grund zum Bilden der piezoelektrischen Einrichtung 60 und der Druckkammerplatte 64 aus demselben piezoelektrischen Material aus den folgenden Ausführungen.

Die piezoelektrische Einrichtung 60 und die Druckkammerplatte 64 sind getrennt ausgebildet, und sie werden anschließend aneinander durch einen Kleber gebondet, und sind die piezoelektrische Einrichtung 60 und die Druckkammerplatte 64 aus sich voneinander unterscheidenden Materialien gebildet, so weisen beide wechselseitig unterschiedlich thermische Expansionskoeffizienten auf, und oft tritt ein Abschälen aufgrund der Spannungsbeanspruchungen auf, die während des Betriebs an ihrer Zwischenfläche entstehen. Tritt das Abschälen an dem Klebeabschnitt auf, so sickert Tinte in den Zwischenbereich, was im Ergebnis dazu führt, daß sich eine erforderliche Tintenstrahlmenge nicht erzielen läßt.

Andererseits führt das Ausbilden der piezoelektrischen Einrichtung 60 und der Druckkammerplatte 64 aus demselben piezoelektrischen Material dazu, daß beide aneinandergeschichtet und einfach gesintert sind, wodurch sie sich fest aneinanderbonden lassen. Zudem können die piezoelektrische Einrichtung 60 und die Druckkammerplatte 64 dieselben thermischen Expansionskoeffizienten aufweisen, wodurch sich das Abschälen aufgrund von Spannungsbeanspruchungen, bedingt durch den Betrieb, vermeiden läßt.

Nun wird das Herstellungsverfahren für den Tintenstrahl-Drucker kopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert.

Zunächst werden in derselben Weise wie bei dem Herstellungsverfahren für den Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß der ersten Ausführungsform dünne, unbearbeitete Lagen aus piezoelektrischem Material gebildet.

Anschließend wird ein Elektrodenmuster für die Elektroden auf einen Teil der derart gebildeten dünnen, unbearbeiteten Lagen aufgedruckt. Die Elektroden werden auf die dünnen, unbearbeiteten Lagen beispielsweise durch ein Siebdruckverfahren unter Einsatz einer Ag-Pd-Paste gebildet.

Anschließend werden die derart gebildeten dünnen, unbearbeiteten Lagen der zwei Arten jeweils aufeinandergeschichtet, zum Bilden eines Laminatkörpers 68 mit aufgeformten Elektroden 62 (Fig. 17A) und zum Bilden eines ebenen Laminatkörpers 70 ohne aufgeformte Elektroden (Fig. 17B).

Anschließend werden die Laminatkörper 68, 70 getrennt gesintert. Das Sintern wird beispielsweise bei 1100°C während drei Stunden in der Atmosphäre durchgeführt.

Anschließend wird metallische Lötpaste 72 (beispielsweise eine Ag-Cu-Ti-Paste) auf die Oberfläche des gesinterten Laminatkörpers 70 aufgebracht und bei 700°C vorgesintert.

Anschließend werden Aussparungen 74 durch Würfelsägen in der Oberfläche des Laminatkörpers 70 mit aufgebrachter metallischer Lötpaste 72 gebildet (Fig. 17C).

Hierdurch wird eine piezoelektrische Einrichtung 60 des Laminatkörpers 68 und eine Druckkammerplatte 64 des Laminatkörpers 70 gebildet.

Anschließend wird der piezoelektrische Körper 60 und die Druckkammerplatte 64 aufeinandergeschichtet und unter Druck gesintert. Das Sintern wird beispielsweise bei 1000°C während fünf Stunden durchgeführt, und zwar zum Bonden der piezoelektrischen Einrichtung 60 und der Druckkammerplatte 64 aneinander.

Hierdurch wird der Tintenstrahl-Druckerkopf mit der piezoelektrischen Einrichtung 60 und der Druckkammerplatte 64, die aneinandergebondet sind, hergestellt (Fig. 17D).

Wie oben beschrieben, werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform die piezoelektrische Einrichtung 60 an die Druckkammerplatte 64 aus derselben Keramik eines piezoelektrischen Materials hergestellt, wodurch der Bondabschnitt fest ausgebildet sein kann. Entsprechend läßt sich ein Tintenstrahl-Druckerkopf ohne Sickern der Tinte in dem Zwischenbereich herstellen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine metallische Lötpaste 72 an dem Bondabschnitt zum Bonden der piezoelektrischen Einrichtung 60 und der Druckkammerplatte 64 aneinander angewandt, jedoch ist die metallische Lötpaste 72 nicht wesentlich. Dies bedeutet, daß aufgrund der Tatsache, daß die piezoelektrische Einrichtung 60 und die Druckkammerplatte 64 aus demselben Material gebildet sind, sie lediglich aufeinandergeschichtet zum Aneinanderbonden gesintert werden. Durch das Sintern, beispielsweise bei 1100°C während einer Stunde, lassen sich die piezoelektrische Einrichtung 60 und die Druckkammerplatte 64 aneinanderbonden.

Anstelle der metallischen Lötpaste kann ein Dickfilmleiter aus Au, Ag-Pd oder anderen Stoffen eingesetzt werden, und zwar mit Hilfe einer Diffusionsreaktion des Metalls zum Bonden der piezoelektrischen Einrichtung 60 und der Druckkammerplatte 64 aneinander.

Bei der vorliegenden Ausführungsform werden der Laminatkörper 68 und der Laminatkörper 70 zum Vorbereiten der piezoelektrischen Einrichtung 60 und der Druckkammerplatte 64 gesintert, und anschließend werden beide aneinandergebondet. Es ist auch möglich, den Laminatkörper 68 und den Laminatkörper 70 gleichzeitig zu sintern und aneinanderzubonden.

Dies bedeutet, daß es möglich ist, daß die Aussparungen 74 in dem Laminatkörper 70 vor dem Sintern gebildet werden, und der Laminatkörper 70 mit eingeformten Aussparungen 74 und der Laminatkörper 78 werden aufeinandergeschichtet gesintert. Demnach kann durch einmaliges Sintern der Tintenstrahl-Drucker kopf hergestellt werden, wodurch der Herstellungsprozeß einfach wird.

Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die piezoelektrische Einrichtung 60 und die Druckkammerplatte 64 durch Aufeinanderschichten von dünnen, unbearbeiteten Lagen gebildet, jedoch läßt sich der oben beschriebene Effekt erzielen, indem die piezoelektrische Einrichtung 60 und die Druckkammerplatte 64 aus demselben Material zumindest bei den gebondeten Schichten gebildet werden. Demnach ist es nicht wesentlich, daß die piezoelektrische Einrichtung 60 und die Druckkammerplatte 64 aus geschichteten, dünnen, unbearbeiteten Lagen aus Keramik gebildet sind.

Beispielsweise kann die Druckkammerplatte 64 aus einem Grünling gebildet sein, und lediglich die Verschiebungsschicht der piezoelektrischen Einrichtung 60 kann aus einem piezoelektrischen Material gebildet sein.

Der Tintenstrahl-Druckerkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält die Druckkammerplatte mit den Druckkammern 66, die auf der piezoelektrischen Einrichtung 60 vorgesehen sind, jedoch kann sie viele unterschiedliche Strukturen aufweisen.

Beispielsweise sind das Substrat 10 und der Abdeckkörper 14 des Tintenstrahl-Druckerkopfs gemäß der ersten Ausführungsform aus demselben Keramikmaterial gebildet, wodurch sich die durch die vorliegende Ausführungsform erreichte Wirkung erzielen läßt.

Claims

1. Tintenstrahl-Druckerkopf, enthalten:
eine piezoelektrische Einrichtung mit:
einem Isoliersubstrat mit einer Aussparung, gebildet in einer Oberfläche hiervon, derart, daß die Aussparung eine Druckkammer definiert; und
eine Verschiebungsschicht, gebildet unter der Aussparung in dem Isoliersubstrat, derart, daß die Verschiebungsschicht eine erste Elektrode enthält, sowie eine piezoelektrische Schicht und eine zweite Elektrode, die geschichtet sind; und
einen Abdeckkörper, der an der Oberfläche des Isoliersubstrats gebondet ist.

2. Tintenstrahl-Druckerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung eine U-Form mit abgerundeten Ecken aufweist.

3. Tintenstrahl-Druckerkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere piezoelektrische Einrichtungen auf dem Isoliersubstrat gebildet sind, und daß Gebiete, in denen die jeweiligen piezoelektrischen Einrichtungen gebildet sind, voneinander durch Schlitze isoliert sind, die in dem Isoliersubstrat gebildet sind.

4. Tintenstrahl-Druckerkopf, enthaltend:
eine piezoelektrische Einrichtung mit:
einem Isoliersubstrat mit einer Aussparung, gebildet in einer Oberfläche hiervon, derart, daß die Aussparung eine Druckkammer definiert; und
eine Verschiebungsschicht, gebildet an einer Seitenwand und an einer unteren Oberfläche der Aussparung, derart, daß die Verschiebungsschicht eine erste Elektrode enthält, sowie eine piezoelektrische Schicht und eine zweite Elektrode, die geschichtet sind; und
einen Abdeckkörper, der an der Oberfläche des Isoliersubstrats gebondet ist.

5. Tintenstrahl-Druckerkopf, enthaltend:
eine piezoelektrische Einrichtung mit:
einem Isoliersubstrat;
eine Verschiebungsschicht, gebildet in dem Isoliersubstrat, derart, daß die Verschiebungsschicht eine erste Elektrode enthält, sowie eine erste piezoelektrische Schicht und eine zweite Elektrode, die geschichtet sind; und
eine an einer Seite der Verschiebungsschicht in einer Oberfläche des Isoliersubstrats gebildete Aussparung;
eine in der piezoelektrischen Einrichtung gebildetes Substrat mit einer eingeformten Öffnung zum Definieren einer Druckkammer auf der zweiten Elektrode.

6. Tintenstrahl-Druckerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Einrichtung mehrere Verschiebungsschichten enthält.

7. Tintenstrahldrucker, enthaltend:
einen Tintenstrahl-Druckerkopf mit:
einer piezoelektrischen Einrichtung, mit einem Isoliersubstrat mit einer eingeformten Aussparung in einer Oberfläche hiervon, derart, daß die Aussparung eine Druckkammer definiert; und eine unterhalb der Aussparung in dem Isoliersubstrat gebildete Verschiebungsschicht, derart, daß die Verschiebungsschicht eine erste Elektrode enthält, sowie eine piezoelektrische Schicht und eine zweite Elektrode, die geschichtet sind; und
einen Abdeckkörper, der an der Oberfläche des Isoliersubstrats gebondet ist.

8. Tintenstrahldrucker, enthaltend:
einen Tintenstrahl-Druckerkopf mit:
einer piezoelektrischen Einrichtung mit einem Isoliersubstrat mit einem in einer Oberfläche hiervon eingeformten Aussparung, derart, daß die Aussparung eine Druckkammer definiert; und eine Verschiebungsschicht, die an einer Seitenwand und einer Grundfläche der Aussparung gebildet ist, derart, daß die Verschiebungsschicht eine erste Elektrode enthält, sowie eine piezoelektrische Schicht und eine zweite Elektrode, die geschichtet sind; und
einen an der Oberfläche des Isoliersubstrats gebondeten Abdeckkörper.

9. Tintenstrahldrucker, enthaltend:
einen Tintenstrahl-Druckerkopf mit:
einer piezoelektrischen Einrichtung mit einem Isoliersubstrat; einer in dem Isoliersubstrat gebildeten Verschiebungsschicht, derart, daß die Verschiebungsschicht eine erste Elektrode enthält, sowie eine erste piezoelektrische Schicht und eine zweite Elektrode, die geschichtet sind; und eine an einer Seite der Verschiebungsschicht in einer Oberfläche des Isoliersubstrats gebildete Aussparung;
ein an der piezoelektrischen Einrichtung gebildetes Substrat mit eingeformter Öffnung zum Definieren einer Druckkammer bei der zweiten Elektrode.

10. Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Drucker kopfes, enthaltend
einen Vorbereitungsschritt für dünne, unbearbeitete Lagen zum Vorbereiten mehrerer erster, dünner, unbearbeiteter Lagen jeweils mit an einer Oberfläche hiervon aufgeformten Elektrode sowie mehrerer zweiter dünner, unbearbeiteter Lagen jeweils ohne aufgeformte Elektrode;
einen Substratbildungsschritt zum schichtweisen Ausbilden in erforderlicher Anordnung der mehreren ersten dünnen, unbearbeiteten Lagen und der mehreren zweiten dünnen, unbearbeiteten Lagen sowie zum Sintern derselben unter Bildung eines Substrats mit hierin vergrabenen Elektroden;
einen Bildungsschritt für eine piezoelektrische Einrichtung zum Bilden einer Aussparung als Druckkammer bei einer Oberfläche des Substrats in einem Gebiet, in dem Elektroden vergraben sind; und
einen Abdeckkörper-Bondschritt zum Bonden eines Abdeckkörpers an einer Seite der piezoelektrischen Einrichtung, an der die Aussparung gebildet wird.

11. Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Drucker kopfes, enthaltend:
eine Trennmittel-Aufbringschicht zum Aufbringen eines Trennmittels auf einem Substrat;
einen Aussparungsbildungsschritt zum Bilden einer Aussparung als Druckkammer in einer Oberfläche des Substrats mit aufgebrachtem Trennmittel;
einen Druckschritt zum Pressen einer dünnen, unbearbeiteten Lage aus piezoelektrischem Material mit auf beiden Seiten hiervon aufgedruckten und einheitlich ausgebildeten Elektroden auf der Oberfläche des Substrats mit eingeformter Aussparung;
einen Freigabeschritt zum Entfernen der dünnen, unbearbeiteten Lage auf dem Substrat in einem Gebiet, in dem die Aussparung nicht gebildet ist, zusammen mit dem Trennmittel, zum Freigeben der dünnen, unbearbeiteten Lage lediglich an einer Innenwand und an einer Unterseite der Aussparung;
einen Bildungsschritt für eine piezoelektrische Einrichtung zum Sintern des Substrats in Einheit mit der dünnen, unbearbeiteten Lage zum Bilden einer piezoelektrischen Einrichtung mit einer Verschiebungsschicht, gebildet an der Innenwand und der Unterseite der Aussparung; und
einen Abdeckkörper-Bondschritt zum Bonden eines Abdeckkörpers an der piezoelektrischen Einrichtung.

12. Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Drucker kopfes mit einer piezoelektrischen Einrichtung einschließlich einer Verschiebungsschicht und mit einem Substrat gebildet an einer Seite der piezoelektrischen Einrichtung, an der die Verschiebungsschicht gebildet ist, und mit einer Öffnung zum Definieren einer Druckkammer an der eingeformten Verschiebungsschicht, derart, daß
die piezoelektrische Einrichtung bei zumindest einem Teil, bei dem die piezoelektrische Einrichtung und das Substrat aneinandergebondet werden, aus demselben Material wie das Substrat gebildet wird; und
die piezoelektrische Einrichtung und das Substrat als Einheit gesintert werden.

13. Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Drucker kopfes nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallschicht zwischen der piezoelektrischen Einrichtung und dem Substrat vorgesehen wird, zum Bonden des Substrats mit der piezoelektrischen Einrichtung durch eine Diffusionsreaktion eines Metalls zum Bilden der Metallschicht.

14. Herstellungsverfahren für einen Tintenstrahl-Druckerkopf nach Anspruch 12, enthaltend:
einen Vorbereitungsschritt für einen Grünling zum Vorbereiten mehrerer erster dünner, unbearbeiteter Lagen jeweils mit aufgeformter Elektrode an einer Oberfläche hiervon und mehrerer zweiter, unbearbeiteter Lagen jeweils ohne aufgeformte Elektrode;
einen ersten Bildungsschritt für einen Schichtkörper zum Laminieren entsprechend einer geforderten Anordnung der mehreren ersten dünnen, unbearbeiteten Lagen und der mehreren zweiten dünnen, unbearbeiteten Lagen;
und einen zweiten Bildungsschritt für einen Laminatkörper zum Laminieren der mehreren zweiten dünnen, unbearbeiteten Lagen zum Bilden eines zweiten Laminatkörpers und zum Bilden der Öffnung zum Definieren der Druckkammer in einer Oberfläche des zweiten Laminatkörpers; und
einen Sinterschritt zum Laminieren des ersten Laminatkörpers und des zweiten Laminatkörpers und zum Sintern derselben zum Integrieren der piezoelektrischen Einrichtung und des Substrats.