DE19758552C2

DE19758552C2 - Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes, der ein piezoelektrisches Element verwendet

Info

Publication number: DE19758552C2
Application number: DE19758552A
Authority: DE
Inventors: Koichi Oikawa; Jun Kodama; Akira Iwaishi; Masayuki Kato; Tomohisa Shingai; Yuji Yoshida; Kazuki Ogawa; Ryosuke Yabu; Isao Mizobuchi; Masahiro Nagai
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2017-09-26

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Her stellung eines Tintenstrahlkopfes, der ein piezoelektri sches Element verwendet.

Aus der DE 36 88 356 T2 ist ein Verfahren zur Herstel lung einer elektronischen, keramischen Vorrichtung bekannt, die Mikro-Hohlräume und Elektroden darin enthält.

Aus der JP 08-309979 A sind ein Tintenstrahldrucker, der aus einer piezoelektrischen Platte, die ein Laminat aus zwei piezoelektrischen Schichten ist, aus einer Deckplatte und aus einer Düsenplatte besteht, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonde res Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes zu schaffen, der starke Druckkammern hat, von denen jede Wand mit einer Elektrodenschicht, die verschiedene Dicken haben können, plattiert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Her stellung eines Tintenstrahlkörpers mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 bzw. mit den Merkmalen nach Patentanspruch 3.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Verfahren sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen primä ren Abschnitt (Druckkammer) des Tintenstrahlskopfes der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Draufsicht des Verbindungsteiles des Tintenstrahlkopfes;

Fig. 3(a) ist eine Ansicht, welche einen piezoelektri schen Elementblock zeigt;

Fig. 3(b) ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem die Druckkammer durch Ausbilden einer Nut ausgebil det wird;

Fig. 4 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen dem Verhältnis der Dicke der Zweielement-Schicht (bimorph layer) und dem Krümmungsradius zeigt;

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung, die einen Zustand der Kontraktion der Druckkammer zeigt, verursacht durch eine Biegeverformung des piezoelektrischen Elements im Falle der Kontraktion, wenn die Elektrode auf einer Sei te der Wand dick ausgebildet ist;

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem ein Paar von plattenförmig gestalteten Ver bundteilen daran gehindert werden, nach außen vorzudringen, wenn ein Rahmen an dem Öffnungsabschnitt der plattenförmig gestalteten Verbundteile vorgesehen ist;

Fig. 7(a) und 7(b) sind Ansichten, die einen Prozeß der Plattierung zeigen, durch die die gesamte Innenfläche der Druckkammer mit einer Plattierungsschicht bedeckt wird;

Fig. 8(a) zeigt eine Ansicht, die einen Zustand des Würfelschneidens veranschaulicht, welches auf einem Teil aus einem Material des piezoelektrischen Elements durchgeführt wird, in welchem Nuten in der Querrichtung ausgebil det sind;

Fig. 8(b) ist eine Ansicht, die einen Prozeß zur Her stellung einer Elektrode mit Hilfe eines Plattierungsvor ganges veranschaulicht;

Fig. 9(a) zeigt eine Ansicht, die einen Prozeß wieder gibt, bei dem ein Öffnungsende der Druckkammer mit einem Film bedeckt wird und bei dem eine Plattierung innerhalb der Druckkammer eingeleitet wird;

Fig. 9(b) ist eine Ansicht, die einen Prozeß wieder gibt, bei dem die Druckkammer mit einem Füllmaterial ge füllt wird;

Fig. 9(c) zeigt eine Ansicht, die einen Prozeß veran schaulicht, bei welchem die Druckkammer mit einem Resistma terial bedeckt wird, und zwar mit Hilfe eines Plattierungs vorganges;

Fig. 9(d) ist eine Ansicht, die einen Prozeß einer Dicken-Plattierung veranschaulicht, der mit Hilfe eines elektrofreien Plattierungsvorganges an der Innenseite der Druckkammer durchgeführt wird, aus der das Füllmaterial entfernt worden ist;

Fig. 10(a) zeigt eine Ansicht, die einen Prozeß veran schaulicht, bei dem ein Öffnungsende der Druckkammer mit einem Film bedeckt wird und eine Plattierung innerhalb der Druckkammer eingeleitet wird;

Fig. 10(b) zeigt eine Ansicht, die einen Prozeß wie dergibt, bei dem die Druckkammer mit einem Füllmaterial ge füllt wird;

Fig. 10(c) zeigt eine Ansicht, die einen Prozeß veran schaulicht, bei dem die Druckkammer mit dem Resistmaterial mit Hilfe eines Plattierungsvorganges bedeckt wird;

Fig. 10(d) ist eine Ansicht, die einen Prozeß der Dic ken-Plattierung zeigt, der mit Hilfe einer Elektroplattierung auf der Innenseite der Druckkammer eingeleitet wird, aus der das Füllmaterial entfernt worden ist, und

Fig. 11 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die einen End zustand der Druckkammer veranschaulicht, aus der das Re sistmaterial entfernt worden ist, und zwar bei dem Prozeß, der in Fig. 10 veranschaulicht ist.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen pri mären Abschnitt (Druckkammer) des Tintenstrahlkopfes der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Bei der Anordnung ist nicht nur die Wand auf einer Seite der Druckkammer, sondern es sind die Wände auf beiden Seiten derselben durch das plattenförmig gestaltete Ver bundteil 1 zusammengesetzt. Das piezoelektrische Element 2, welches einen aktivierten Abschnitt des plattenförmig ge stalteten Verbundkörpers 1 darstellt, ist mit der stationä ren Wand 4 integriert, das heißt die stationäre Wand 4 be steht aus dem piezoelektrischen Element. Jedes plattenför mig gestaltete Verbundteil 1 ist in solch einer Weise zu sammengesetzt, daß die Leiter (nicht-aktivierte Schichten) 5, 6, die als Elektroden zu verwenden sind, an beiden Sei ten des piezoelektrischen Elements (aktiviertem Abschnitt) 2 angefügt sind. Die Elektrode 5, die innerhalb der Druck kammer 10 angeordnet ist, ist dick ausgebildet, und die Elektrode 6, die außerhalb der Druckkammer 10 vorgesehen ist, ist dünn ausgebildet.

Demzufolge ist, wie aus Fig. 1 ersehen werden kann, die Druckkammer 10 als ein Raum definiert, der durch die stationäre Wand 4 begrenzt ist (das piezoelektrische Ele ment 2 und der nicht-aktivierte Abschnitt), die sich in der Richtung x erstreckt, ein Paar der plattenförmig gestalte ten Verbundteile 1 erstreckt sich in der Richtung z senkrecht zu der Richtung x, und ein Verbindungsteil 9 verschließt den oberen Öffnungsabschnitt des Paares der plattenförmig gestalteten Verbundteile 1.

Es ist ein Raum 7 zwischen dem plattenförmig gestalte ten Verbundteil, welches die Seitenwand der Druckkammer 10 bildet, und dem plattenförmig gestalteten Verbundteil 1 der benachbarten Druckkammer 10 ausgebildet.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des Verbindungsteiles 9, wobei die Ansicht in der Richtung z gewählt ist. Dieses Verbindungsteil 9 besitzt Nuten (Öffnungen) 9a, die an Po sitionen gelegen sind entsprechend den Räumen 7, die zwi schen benachbarten Druckkammern 10 ausgebildet sind. Das heißt, die Düsenseite des Verbindungsteiles 9 ist mit der Zuführöffnungsseite des Verbindungsteiles 9 verbunden, und das Verbindungsteil 9 ist durch diese Nuten 9a ledig lich in Abschnitten getrennt, die den Räumen 7 entsprechen, welche zwischen den Druckkammern 10 ausgebildet sind. Das Verbindungsteil 9 besitzt ein gitterförmig gestaltetes Pro fil.

Aufgrund der oben erläuterten Anordnung kann das Aus maß der Kombination, welche durch das Verbindungsteil 9 zwischen den benachbarten Druckkammern 10 erzielt wird, auf einen niedrigen Wert unterdrückt werden. Es kann daher der Treiberzustand der Druckkammer schwierig durch den Treiber zustand der benachbarten Druckkammer beeinflußt werden. Das Verbindungsteil 9 ist mit Hilfe eines Klebeteiles 12 an das plattenförmig gestaltete Verbundteil 1 angefügt. Die Abmaße und physikalischen Eigenschaften jedes Teiles dieses Beispiels sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Wenn die in den Tabellen 1 und 2 aufgeführten Bedin gungen befriedigt werden, lassen sich die folgenden Aus drücke aufstellen:

Aufgrund des vorhergehend gesagten, beträgt dann, wenn eine Spannung von 40 V dem piezoelektrischen Element 2 bei dieser Anordnung aufgedrückt wird, die Volumenverschie bung in der Druckkammer 10 angenähert 60 (pl). Es ist daher möglich, ein vorbestimmtes Verschiebungsvolumen durch eine niedrige Spannung zu erhalten.

Als nächstes soll unter Hinweis auf die Fig. 3(a) und 3(b) das Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahlkopfes der vorliegenden Erfindung speziell erläutert werden.

Wenn die Nutausbildung an einer Fläche eingeleitet wird (z. B. der oberen Fläche, die in der Zeichnung gezeigt ist), und zwar von dem piezoelektrischen Elementblock 20, der in Fig. 3(b) gezeigt ist, und zwar mit Hilfe einer Schleifmaschine wie einer Würfel-Herstellungssäge, ist es möglich, eine Wand (aktivierter Abschnitt) auszubilden, de ren Höhe bei 450 µm liegt und deren Dicke bei 60 µm liegt, wie dies in Fig. 3(a) gezeigt ist. Es ist in dieser Weise möglich, einen Raum zum Festlegen der Druckkammer 10 zwi schen den Wänden auszubilden.

Die Elektrode ist in einem spezifischen Abschnitt an jeder Wand ausgebildet. In Verbindung mit dem Verfahren zur Herstellung der Elektrode werden Abschnitte, die einem Plattierungsprozeß nicht unterworfen werden, an früherer Stelle mit einem Resistmaterial bedeckt, und es werden an dere Abschnitte dem Plattierungsprozeß (Au, Ni, Cr und Pt) dem Plattierungsprozeß unterworfen, während die Dicke der Plattierungsschicht in Einklang mit der Plattierungsge schwindigkeit gesteuert wird. Die Ausbildung der Elektrode ist nicht auf das zuvor erläuterte, spezifische Verfahren beschränkt, sondern es ist auch möglich, Verfahren gemäß einem Dampfniederschlagen oder Kathodenzerstäubungsprozeß (sputtering) zu verwenden.

Die Druckkammer 10 wird ausgebildet, wenn die oberen Endabschnitte der Wände, die einander benachbart sind, mit dem Verbindungsteil (Dach) 9 verbunden werden, wie dies in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht ist. Dieses Verbindungs teil 9 ist aus SUS (rostfreier Stahl) oder Glas herge stellt. Wenn das Verbindungsteil 9 an den oberen Endab schnitt der Wand angeklebt wird, ist es möglich, ein Klebe teil 12 zu verwenden, mit einer hohen antiorganischen Lö sungsmitteleigenschaft, wie beispielsweise einem Klebe- und Thermalschmelzfilm.

Wenn das Verbindungsteil 9 mit jeder Druckkammer 10 verbunden ist, wird es möglich, ein Verfahren anzuwenden, durch welches das Verbindungsteil 9 individuell zum Fest kleben an jeder Druckkammer 10 gebracht wird. Wie jedoch bei dem ersten und dem zweiten Beispiel gezeigt ist, kann ein Stück des Verbindungsteiles 9 dazu gebracht werden, an einer Oberfläche des piezoelektrischen Elements 2 anzukle ben, in welchem die Wände bereits ausgebildet worden sind, und es kann dann das Verbindungsteil 9 in eine vorbestimmte Gestalt geschnitten werden.

Eine Düsenplatte mit Düsenöffnungen, die den einzelnen Druckkammern 10 entsprechen, wird an ein Teil (piezoelek trisches Element) angefügt, in welchem die Druckkammern ausgebildet sind. Die Düsenplatte ist in solcher Weise aus gebildet, daß eine Platte aus SUS (rostfreiem Stahl) einer Preßformung, Ni-Elektroschmelzformung oder Harzgußformung unterworfen wird oder alternativ ein Film aus PET, PES oder PEN mit einer hohen antiorganischen Lösungseigenschaft ei ner Laserstrahlbearbeitung unterworfen wird. Wenn die Dü senplatte an das piezoelektrische Element 2 angefügt wird, wird ein Klebemittel-Agens mit einer hohen antiorganischen Lösungseigenschaft, ein Hitzeschmelzfilm oder DFR verwen det.

Es ist möglich, die Druckkammerseite, in die Tinte eingeführt wird, in der gleichen Weise herzustellen, wie diejenige der Düsenplatte. Alternativ kann das folgende Verfahren zur Herstellung eines Tintenzuführkanals (nicht gezeigt) realisiert werden. Es werden Nuten auf der Seite des piezoelektrischen Elements 2, an welcher Tinte zuge führt wird, ausgebildet, und es wird ein Teil zum dichten Verschließen der Druckkammer 10 angefügt, so daß die Nuten nicht verschlossen werden können.

Wenn ein gemeinsames Tintenzuführkanalteil, welches jeden Tintenzuführkanal begrenzt, zum Ankleben gebracht wird, wird es möglich, Tinte von einem Tintentank (nicht gezeigt) zu jeder Druckkammer zuzuführen.

Die Elektrode von jedem piezoelektrischen Element wird in der folgenden Weise herausgeführt. Es wird eine Nut an der Fläche ausgebildet, auf der die Düsenplatte zum Ankle ben gebracht wird, und zwar entsprechend jeder Nut (Druck kammer 10, Raum 7). Danach wird der Plattierungsvorgang eingeleitet. In diesem Fall kann ein Kathodenzerstäubungs verfahren (sputtering) oder ein Dampfniederschlagsverfahren angewandt werden. Jedoch werden bei den oben erläuterten Umständen die Elektrode, die in der Druckkammer 10 ausge bildet ist, und die Elektrode, die in dem Raum 7 ausgebil det ist, miteinander kurzgeschlossen. Daher wird eine red undante, plattierte Schicht mit Hilfe eines Läpp-Vorganges entfernt. Aufgrund des vorhergehend gesagten, können die oben erwähnten Elektroden elektrisch voneinander isoliert werden.

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen dem Verhältnis aus der Dicke einer nicht-aktivierten Schicht (piezoelektrischem Element) zu der Dicke einer aktivierten Schicht (Leiter) und den Krüm mungsradius veranschaulichen. Das heißt, bei der graphi schen Darstellung sind ein Wert von 1/(Krümmungsradius) und ein Verhältnis aus der Dicke einer nicht-aktivierten Schicht zu der Dicke einer aktivierten Schicht berechnet. In diesem Fall ist der longitudinale Elastizitätsmodul der aktivierten Schicht eingestellt auf 60 × 10¹⁰ (N/m²), und der longitudinale Elastizitätsmodul der nicht-aktivierten Schicht ist eingestellt auf 200 × 10¹⁰ (N/m²). Wie oben be schrieben wurde, wird dann, wenn die Druckkammer durch Aus bilden der Nut in dem piezoelektrischen Element hergestellt wird, eine dicke Elektrode an der Wand an der Druckkammer seite vorgesehen, und zwar mit Hilfe eines Plattierungspro zesses, und es wird eine dünne Elektrode auf der Wand an der gegenüberliegenden Seite hergestellt. Aufgrund der oben erläuterten Anordnung wird eine Differenz der Kontraktion zwischen beiden Seiten des piezoelektrischen Elements ver ursacht. Es wird daher der Zweielement-Effekt (bimorph ef fect) bewirkt, und es wird die Wand des piezoelektrischen Elements nach innen gekrümmt, so daß ein Ausmaß der Kon traktion der Druckkammer erhöht werden kann.

Unter der Bedingung, daß die elektrische Feldstärke konstant ist, steht der Krümmungsradius in einem umgekehr ten Verhältnis zu der piezoelektrischen Konstanten d₃₁ und ist proportional zu der Dicke. Unter der Bedingung, daß die Spannung konstant ist, ist der Krümmungsradius umgekehrt proportional zu der piezoelektrischen Konstanten d₃₁ und ist proportional zum Quadrat der Dicke. Es ist daher möglich, die Konstruktion in solcher Weise auszuführen, daß das Aus maß der Kontraktion um mehrere Male multipliziert wird. Das Ergebnis der Berechnung, die angestellt wurde, um eine Be ziehung zwischen dem reziproken Wert eines Krümmungsradius und dem Verhältnis der Dicke zu finden (Elektro de/piezoelektrisches Element = nicht-aktivierte Schicht/ak tivierte Schicht), ist in der graphischen Darstellung von Fig. 8 gezeigt, wobei die Elektrode, das heißt die nicht- aktivierte Schicht, aus Nickel besteht, der longitudinale Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements bei 60 × 10¹⁰ (N/m²) liegt und der longitudinale Elastizitätsmodul von Nickel gleich 20 × 10¹⁰ (N/m²) beträgt. Wenn das Ver hältnis der Dicke 0,05 überschreitet, wird die Kurve bemer kenswert gekrümmt. Daher liegt das geeignetste Verhältnis bei 0,4 bis 0,55, bei dem die Kurve in der günstigsten Wei se gekrümmt ist.

Im Falle der Vorformung, die in Fig. 5 gezeigt ist, ist das Ausmaß der Kontraktion proportional zur dritten Po tenz der Höhe L und der Tiefe b. Demzufolge ist es möglich, wenn die Höhe L lediglich ein bißchen erweitert wird, die Länge zu verkürzen, während das Ausmaß der Kontraktion auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Wenn der Druck in der Druckkammer erhöht wird, wird die Wand nach rückwärts gestoßen. In diesem Fall ist die Steifigkeit der Wand pro portional zu der dritten Potenz der Dicke. Wenn daher die Wanddicke klein ist, wird der Druck abgesenkt. Die Kon struktion wird eingeleitet, während die oben geschilderte Betrachtung bzw. Überlegung angestellt wird. Da jedoch ein Ausmaß der Kontraktion durch den Zweielement-Effekt (bi morph effect) erhöht wird, ist der Freiheitsgrad der Kon struktion erhöht. Als Ergebnis wird es möglich, eine piezo elektrische Pumpe zu schaffen, deren Kontraktionsausmaß bei hohem Druck groß ist.

Es ist möglich, die Wände des piezoelektrischen Ele ments so auszubilden, daß sie auf beiden Seiten der Druck kammer 10 angeordnet sind, und zwar bei der Stufe der Form herstellung vor dem Anlassen des piezoelektrischen Elements; es ist jedoch, um feine Wände mit Genauigkeit herzu stellen, zu bevorzugen, die Wände durch Nutausbildung, wie beispielsweise durch Schleifen, herzustellen, welches mit Hilfe einer Würfelerzeugungssäge bewerkstelligt wird, und zwar nach der Vervollständigung des Anlassens des piezo elektrischen Elements.

Danach wird die Elektrode dazu gebracht, mit Hilfe ei nes Sprühverfahrens oder Spritzverfahrens anzuhaften. In diesem Fall ist das Verfahren des elektrofreien Plattierens effektiv. Durch eine Vorbehandlung, durch die die oberflä chenaktive Schicht erzeugt wird, ist es möglich, eine Elek trode mit einheitlicher Dicke auf einem nichtmetallenen, piezoelektrischen Element auszubilden. In dem Fall, bei dem die Elektrode auf diese Weise hergestellt wird, können die Dicken der Elektroden, die auf beiden Seiten der Wand des piezoelektrischen Elements erzeugt wurden, verschieden von einander ausgeführt werden, und zwar mit Hilfe der folgen den Verfahren.

1. Es wird ein Plattierungsverfahren durchgeführt, während eine Oberfläche mit einer Maske bedeckt ist.
2. Es wird ein Filmherstellungsverfahren verwendet, welches eine Richtwirkung hat, wie beispielsweise ein Ver fahren gemäß dem Dampfniederschlagen, und eine der Oberflä chen wird dazu gebracht, mit dessen Richtung zu koinzidie ren.
3. Eine der Nutenflächen wird an früherer Stelle ausgebildet, und eine dicke, plattierte Schicht wird auf der Oberfläche mit Hilfe des Plattierungsverfahrens ausgebil det. Danach werden die anderen der Nutenflächen ausgebil det, so daß eine neue Fläche des piezoelektrischen Elements freigelegt wird, und es wird ein sukzessives Plattieren fortgesetzt. Es wird dann die plattierte Schicht auf der Oberfläche, auf welche das Plattieren bereits zuvor durchgeführt worden ist, verdoppelt. Es ist jedoch möglich, eine Differenz der Dicke zwischen den zwei plattierten Schichten herzustellen.

Wenn ein hartes Material für das piezoelektrische Ele ment verwendet wird, so wird eine Verformung in der folgen den Weise bewirkt. In diesem Fall sei das harte Material im folgenden beschrieben. Ein niedriges, elektrisches Feld wird in der Umkehrrichtung an das piezoelektrische Element ange legt, welches einmal der Polarisation unterworfen worden ist, und es wird eine dicke Elektrode auf der gegenüberlie genden Seite von der Druckkammer hergestellt, im Gegensatz zu den Beispiel, das in der Fig. 1 gezeigt ist. Aufgrund der zuvor erläuterten Anordnung wird dann, wenn ein elektri sches Feld angelegt wird, die Dicke des piezoelektrischen Elements reduziert, und das Abmaß in einer Richtung senk recht zu der Polarisation wird vergrößert. Es wird demzu folge eine Verformung verursacht, das heißt das piezoelek trische Element wölbt sich nach außen. Aufgrund des vorher gehend gesagten, wird das Volumen der Druckkammer vergrö ßert. Wenn die Elektroden kurzgeschlossen sind, um die elektrische Ladung zu beseitigen, wird die Druckkammer ela stisch kontrahiert. In diesem Fall ist die elastische Rück führungskraft bei der Anfangsstufe hoch, so daß dieser Typ vorteilhaft ist, wenn eine hohe Beschleunigung erforderlich ist. Dieser Typ ist gut bekannt als ein Freigabetyp (relea se type) auf dem Gebiet der elektromagnetischen Antriebsme chanismen.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, bei dem das plattenförmig gestal tete Verbundteil 1, welches beide Seitenwände der Druckkam mer 10 festlegt, durch den Zweielement-Effekt (bimorph ef fect) verformt wird, und zwar bei dem zweiten Beispiel, welches in Fig. 1 veranschaulicht ist.

Wenn das plattenförmig gestaltete Verbundteil 1 durch den Zweielement-Effekt verformt wird, wird die Gesamtober fläche zu einer kugelförmigen Fläche. Jedoch ist eine Flä che (die untere Fläche bei diesem Beispiel) an der statio nären Wand 4 befestigt (in Fig. 1 gezeigt). Daher wird, wie in Fig. 5 dargestellt ist, das Zentrum nach innen zu hinex pandiert, so daß die Druckkammer 10 kontrahiert wird. Je doch wird im Einklang mit einer Erhöhung des Innendruckes auf die Wand eine Kraft in der nach außen gerichteten Rich tung ausgeübt, so daß der Rand nach außen vorgedrückt wird. Daher wird der zuvor erwähnte Effekt der Kontraktion ver mindert. Zur Verhinderung dieses Verlustes ist es wirkungs voll, einen Rahmen 16 vorzusehen, wie dies in Fig. 6 veran schaulicht ist, so daß der Randabschnitt daran gehindert wird, nach außen vorzuspringen. Es ist zu bevorzugen, daß die Steifigkeit eines Klebemittel-Agens, um diesen Rahmen 16 mit dem plattenförmig gestalteten Verbundteil 1 zu ver binden, angenähert gleich ist der Steifigkeit des piezo elektrischen Elements. Jedoch ist im Falle eines organi schen Klebemittel-Agens die Steifigkeit niedrig, das heißt der longitudinale Elastizitätsmodul liegt im Bereich von 1 bis 4 × 10¹⁰ (N/m²). Andererseits ist die Steifigkeit von Metall höher als die Steifigkeit des piezoelektrischen Ele ments, wobei der longitudinale Elastizitätsmodul des piezo elektrischen Elements bei 60 × 10¹⁰ (N/m²) liegt. Beispiels weise beträgt der longitudinale Elastizitätsmodul von Nic kel gleich 20 × 10¹⁰ (N/m²), was dreimal so hoch ist wie der longitudinale Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements. Aus den oben erläuterten Gründen wird eine Nic kel-Plattierung weitläufig verwendet, und es gibt verschie dene Techniken, um die Nickelplattierung zu erzeugen. Es ist effektiv, die Technik der Nickel-Plattierung zu verwen den, so daß der gleiche Effekt wie derjenige des Rahmens 16 durch die Nickel-Plattierung erzeugt werden kann. Wenn die Nickel-Plattierung gewählt wird, ist es möglich, das Ver fahren der elektrofreien Plattierung zu verwenden als auch das Verfahren der elektrolytischen Plattierung anzuwenden. Wenn die gesamte Innenseitenfläche der Druckkammerseite der Plattierung unterworfen wird, ist es möglich, den Rand des Öffnungsabschnitts (Abschnitt C in Fig. 5) daran zu hin dern, nach außen vorzuragen. Es ist daher möglich, nahezu die gesamte Krümmung auszunutzen, die durch den Zweiele ment-Effekt geschaffen wird.

Die Fig. 7(a) und 7(b) sind Ansichten, die einen Her stellungsprozeß zeigen. Zu Beginn des Herstellungsprozesses werden die Nuten 10 an der Druckkammerseite in dem Block 20 des piezoelektrischen Elements 2 ausgebildet. Auf der obe ren Seite ist ein entfernbarer Film 18, beispielsweise ein Resistmaterialfilm aus einem Acrylmaterial, vorgesehen. Ei ne freigelegte Fläche wird aktiviert, indem ein Vorbehand lungs-Agens aus Palladium aufgebracht wird. Danach werden die Plattierungsschichten 22, 22a mit Hilfe des elektro freien Plattiervorgangs ausgebildet, wie dies in Fig. 7(a) gezeigt ist. Auf diese Weise wird die dicke, plattierte Schicht 22 hergestellt. Dann wird der Resistmaterialfilm 18 mit Hilfe eines Lösungsmittels entfernt, und die Plattie rungsschicht 22 auf der Nutseite des piezoelektrischen Ele ments 2 wird belassen, und es wird die plattierte Schicht 22a außerhalb des Resistfilms gebrochen und entfernt. Da nach wird eine Trennungsnut in dem Raum 7 ausgebildet, und der Plattierungsvorgang wird erneut durchgeführt. Ferner wird die Oberfläche auf der Betrachterseite und die Ober fläche auf der Seite entgegengesetzt zu der Betrachterseite in der Zeichnung poliert, so daß das piezoelektrische Ele ment 2 freigelegt ist und in der gleichen Weise poliert ist wie im Falle der oberen Fläche. Dann werden die Plattierungsschicht 22 innerhalb der Druckkammer und die Plattierungsschicht außerhalb der Druckkammer (Plattie rungsschicht in der Nut 7) voneinander getrennt und werden zu unabhängigen Elektroden gemacht. Dann wird die Nut 26 dadurch ausgebildet, daß in die Bodenfläche der Trennungs wand eingeschnitten wird; es wird die Außenelektrode in dem Raum 7 von der Außenelektrode auf der gegenüberliegenden Seite getrennt. Es wird demnach möglich, jede Druckkammer 10 unabhängig anzutreiben.

Die Elektrode der benachbarten Einheit kann durch ein anderes Verfahren getrennt werden, und der Herstellungspro zeß kann reduziert werden.

Die Fig. 8(a) und 8(b) sind Ansichten, die ein Bei spiel des Herstellungsprozesses zeigen, der oben beschrie ben wurde. In diesem Fall wird ein piezoelektrischer Block 20 verwendet, in welchem an früherer Stelle eine Nut 28 ausgebildet wurde, die sich in der Querrichtung erstreckt. Diese Nut 28 in der Querrichtung ist auf der unteren Seite der Nut 10 gelegen, die später zu einer Druckkammer wird. In der gleichen Weise, wie diejenige, die in den Fig. 7(a) und 7(b) gezeigt ist, umfassen die Prozesse die Herstellung einer Nut in einer Druckkammer, Beschichten mit einem Re sistmaterialfilm, elektrofreies Plattieren, Entfernen des Resistmaterialfilms, Ausbilden einer getrennten Nut in dem Raum 7 und Plattieren. Wenn in diesem Fall die Trennungs nut, die in dem Raum 7 auszubilden ist, hergestellt wird, wird die Tiefe der Trennungsnut derart bestimmt, daß die Tiefe an einer Position positioniert werden kann, die nied riger liegt als der strichlierte Abschnitt 30, der dazu verwendet wird, um jede Einheit in dem späteren Prozeß zu trennen. Nach der Vervollständigung des Plattierungsvorgan ges werden die innenseitige und die außenseitige Elektrode der Druckkammer 10 voneinander durch Läppen voneinander getrennt. Das Äußere der Druckkammer, das heißt beide Flächen dieser Trennungsnut 7, sind miteinander durch die Plattie rungsschicht verbunden. Nachdem die Düsenplatte 11 an das plattenförmig gestaltete Verbundteil angefügt worden ist, wird dieser piezoelektrische Block 20 an der strichlierten Linie 30 geschnitten. In diesem Fall kann dieser piezoelek trische Block 20 gebogen und an der strichlierten Linie 30 gebrochen werden. Dann wird der piezoelektrische Block 20 von jeder Einheit getrennt, und es wird die Elektrode für jede Einheit getrennt. Aufgrund des vorhergehend gesagten ist es möglich, die Probleme der Interferenz zu lösen, die durch die mechanische Oszillation zwischen den Einheiten verursacht wird, die einander benachbart sind. Das heißt, es können die Probleme, die in dieser Vielfacheinheit ver ursacht werden, gelöst werden.

Die Fig. 9(a) bis 9(d) sind Ansichten, die ein Her stellungsverfahren zeigen, bei welchem der Herstellungspro zeß rationalisiert wird. Gemäß diesem Herstellungsverfahren wird die Verarbeitung in der folgenden Weise durchgeführt. Zuerst wird die Nut 10 in einer Druckkammer ausgebildet, und die Nut 7, die in einem Raum auszubilden ist, wird in dem piezoelektrischen Block 20 hergestellt. Der Resistmaterial film 18 wird dazu gebracht, an einer oberen Fläche anzuhaf ten. Die gesamte Innenfläche der Nut wird einer Plattierung unterzogen, so daß ein dünnes Substrat 32 hergestellt wer den kann (in Fig. 9(a) gezeigt). Als nächstes wird die Nut, die in einer Druckkammer auszubilden ist, mit Wachs 34 ge füllt (in Fig. 9(b) gezeigt). Ferner wird die gesamte Flä che mit einem Plattierungsresistmaterial 36 bedeckt. Dies wird zu dem Zweck ausgeführt, um eine Plattierungsschicht daran zu hindern, auf dem Abschnitt niedergeschlagen zu werden, der mit dem Resistmaterial bedeckt ist (in Fig. 9(c) gezeigt). Als nächstes wird die Endfläche der Nut freigelegt, und es wird die Füllung 13, wie beispiels weise das Wachs, welches in die Nut gefüllt wurde, die in einer Druckkammer auszubilden ist, dadurch entfernt, indem diese mit Hilfe eines Lösungsmittels aufgelöst wird, so daß die Innenfläche der Nut freigelegt wird und dann der Plat tierungsvorgang an der Innenfläche der Nut ausgeführt wer den kann, um dadurch eine dicke Plattierungsschicht 38 aus zubilden (in Fig. 9(d) gezeigt). In diesem Zusammenhang wird, nachdem die dicke Plattierungsschicht 38 vorgesehen worden ist, das Resistmaterial 36 endgültig entfernt. Auf grund des vorhergehend gesagten, wird die Innenfläche der Druckkammer mit der dicken Plattierungsschicht bedeckt, und das Äußere wird mit der dünnen Plattierungsschicht bedeckt; das heißt, es wird möglich, eine Druckkammer herzustellen, die durch den Zweielement-Effekt verformt werden kann.

Die Fig. 10(a) bis 10(d) sind Ansichten, die einen Herstellungsprozeß zeigen, bei welchem die Elektroplattie rung angewendet wird. Der in den Fig. 10(a) bis 10(c) ge zeigte Prozeß ist der gleiche wie derjenige, der in den Fig. 9(a) bis 9(c) gezeigt ist. Nachdem bei diesem Beispiel die Füllung 34, wie beispielsweise Wachs, welches in die Nut gefüllt wurde, die in der Druckkammer auszubilden ist, mit Hilfe des Lösungsmittels aufgelöst und entfernt wurde, ist die Innenfläche der Nut freigelegt, und es wird das Elektroplattieren an der Innenfläche der Nut durchgeführt, um eine dicke Plattierungsschicht 40 zu erzeugen (in Fig. 10(d) gezeigt). Aufgrund des vorhergehend gesagten wird die Innenfläche der Druckkammer mit der dicken Plattie rungsschicht bedeckt, und das Äußere wird mit der dünnen Plattierungsschicht bedeckt, das heißt, es wird möglich, ei ne Druckkammer herzustellen, die durch den Zweielement- Effekt verformt werden kann. In diesem Beispiel wird die Elektroplattierung als Herstellungsprozeß verwendet. Daher ist die Dicke der Plattierungsschicht an der Ecke der Nut, die in einer Druckkammer auszubilden ist, klein, und die Dicke der Plattierungsschicht an dem Zentrum der Seite der Nut ist groß. Aufgrund des vorhergehend gesagten, kann der Verformungswiderstand der Plattierungsschicht, die an der Ecke ausgebildet ist, welche den durch den Zweielement- Effekt verursachten Biegevorgang blockiert, reduziert wer den.

Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht der Plattierungs schicht, die an der Innenfläche der Nut vorgesehen ist, welche in einer Druckkammer auszubilden ist und welche mit Hilfe des Verfahrens gemäß dem oben beschriebenen Beispiel hergestellt wurde. Das heißt, Fig. 15 ist eine vergrößerte Ansicht der Innenfläche der Nut, von der das Resistmaterial endgültig entfernt worden ist. Die Dicke der dicken, plat tierten Schicht 40, die an der Ecke (oberen Abschnitt) mit Hilfe des Elektroplattierungsvorganges ausgebildet wurde, ist geringer als diejenige am Zentrum, so daß der Verfor mungswiderstand an der Ecke reduziert werden kann, und die Dicke des Abschnitts, der in Kontakt mit dem piezoelektri schen Element kommt, um den Zweielement-Effekt zu erzeugen, wird erhöht.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkop fes, der ausgestattet ist mit:
einer Vielzahl von Druckkammern, die fortlaufend angeordnet sind, wobei die inneren Oberflächen der Druck kammern plattiert sind, um geschlossene, metallische Schich ten zu bilden;
einer Tintenzuführeinrichtung zum Zuführen von Tinte in diese Druckkammern, und
einer Tintenausstoßeinrichtung zum Ausstoßen der Tinte aus jeder Druckkammer über eine Düse, um auf Grund eines bimorphen Effekts Tinte durch Ändern des Volumens in jeder Druckkammer zuzuführen und auszustoßen,
wobei das Verfahren zur Herstellung eines Tinten strahlkopfes die folgenden Schritte umfaßt:
Ausbilden einer Vielzahl von parallelen, ersten Nuten (10), durch die die Druckkammer festgelegt wird, an dem Block (20) des piezoelektrischen Elements (2);
Vorsehen einer oberen Oberfläche auf dem Block (20) des piezoelektrischen Elements (2) mit einer entfernbaren Abdeckung (18) zum Verhindern, daß es bei einem späteren Plattierungsvorgang plattiert wird;
Ausführen eines ersten Plattierungsvorganges an der Innenseite der ersten Nuten (10);
Entfernen der entfernbaren Abdeckung (18) von der obe ren Oberfläche des Blockes (20) des piezoelektrischen Ele mentes (2);
Ausbilden einer Vielzahl von zweiten Nuten (7), durch die ein Raum festgelegt wird, und zwar zwischen den ersten Nuten (10), um die Druckkammer festzulegen, und
Ausführen eines zweiten Plattierungsvorganges auf der Innenseite der ersten Nuten (10) und zweiten Nuten (7), wodurch Metallfilme, deren Dicken voneinander verschieden sind, auf beiden Oberflächen der Wand der Druckkammer aus gebildet werden.

2. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkop fes nach Anspruch 1, bei dem ferner kleine Rillen (26) in den zweiten Nuten (7) ausgebildet werden, um nach der Ver vollständigung des zweiten Plattierungsvorganges den Kam merraum festzulegen, um die Einheit von der benachbarten Einheit elektrisch abzutrennen.

3. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkop fes, der ausgestattet ist mit:
einer Vielzahl von Druckkam mern, die fortlaufend angeordnet sind;
einer Tintenzuführ einrichtung zum Zuführen von Tinte in diese Druckkammern, und
einer Tintenausstoßeinrichtung zum Ausstoßen der Tinte aus jeder Druckkammer über eine Düse, um Tinte durch Ändern des Volumens in jeder Druckkammer zuzuführen und auszusto ßen,
wobei das Verfahren zur Herstellung eines Tinten strahlkopfes die folgenden Schritte umfaßt:
Ausbilden einer ersten Nut (10), um die Druckkam mer in dem piezoelektrischen Block (20) festzulegen, und
Ausbilden einer zweiten Nut (7), um einen Kammerraum in dem piezoelektrischen Block (20) festzulegen, wobei die ersten Nuten (10) und die zweiten Nuten (7) abwechselnd und paral lel zu einander ausgebildet werden;
Plattieren der ersten Nut (10) und der zweiten Nut (7), wobei die Dicke der Plattierungsschicht klein ist;
Füllen von einer der ersten Nuten (10) und der zweiten Nuten (7) mit einem entfernbaren Füllmittel (34);
Bedecken der gesamten Oberfläche des piezoelek trischen Blockes (20) mit einem Resistmaterial (36);
Entfernen des Füllmaterials (34), und
Plattieren entweder der ersten Nut (10) oder der zweiten Nut (7), welche nicht mit dem Resist (36) bedeckt ist, wobei die Dicke der Plattierungsschicht groß ist, so daß Metallfilme unterschiedlicher Dicke auf beiden Oberflä chen der Seitenwand der Druckkammer ausgebildet werden.

4. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes nach Anspruch 3, bei dem die erste Nut (10) eine Nut zur Bildung der Druckkammer ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkop fes nach Anspruch 4,
bei dem ein Elektroplattierungsvorgang an wenigstens einem Abschnitt des Plattierungsprozesses durchgeführt wird,
bei welchem eine dicke Metallschicht ausgebildet wird, so daß die Dicke der Plattierungsschicht an dem Eck- oder Randabschnitt der Seitenwand der Druckkam mer kleiner ist als die Dicke der Plattierungsschicht am Zentrum.

6. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes nach Anspruch 3, bei dem nach dem Plattierungsprozeß, bei dem die dicke Metallschicht gebildet wird, das Resistmate rial (36) entfernt wird.