DE4429904A1

DE4429904A1 - Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4429904A1
Application number: DE4429904A
Authority: DE
Inventors: Kohei Kitahara; Toshiki Usui; Tomoaki Abe; Keiichi Mukaiyama
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-08-23
Filing date: 1994-08-23
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2014-08-24
Also published as: HK1004601A1; GB9417126D0; GB2282992A; DE4447817C2; DE4429904C2; ITTO940672A0; US5856837A; FR2709266A1; ITTO940672A1; US6334673B1; GB2282992B; IT1268870B1; US5956829A; FR2709266B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf, der Zeichen und Grafiken aus Punkten durch Ausstoßen von Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium gemäß Eingabeinformation formt. Insbesondere betrifft die Erfindung sowohl eine Struktur mit Elektroden und piezoelektrischen Vibrationselementen die auf der Oberfläche einer Vibrationsplatte ausgebildet sind, als auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur. Die Vibrationsplatte bildet einen Teil von druckerzeugenden Kammern. Die Elektroden und die piezoelektrischen Vibrationselemente sind mit den druckerzeugenden Kammern durch Backen einstückig ausgebildet.

Präzise Bearbeitungs- und Herstellungstechniken, die die Kosten erhöhen, sind zur Herstellung erforderlich, da ein Tintenstrahldruckkopf eine derartige Struktur hat, daß ein Tintentropfen dadurch ausgestoßen wird, daß ein piezoelektrisches Element dazu gebracht wird, an eine kleine druckerzeugende Kammer zu stoßen und der Druck der Tinte innerhalb der druckerzeugenden Kammer durch Auslenkung einer Vibrationsplatte erhöht wird.

Um das Problem der erhöhten Herstellungskosten zu überwinden wurde eine Struktur wie in Fig. 19 dargestellt vorgeschlagen, bei der dem Umstand Bedeutung beigemessen wird, daß das piezoelektrische Vibrationselement, die Vibrationsplatte, die die druckerzeugende Kammer bildet, und ein die druckerzeugende Kammer bildendes Element aus Keramik gefertigt werden können. D.h. eine Vibrationsplatte 90, die durch Walzen einer unbehandelten Platte (green sheet) aus keramischem Material auf eine vorbestimmte Dicke geformt wird, und ein druckerzeugende Kammer bildendes Element 94 mit einer druckerzeugenden Kammer 91, welche vorher durch Stanzen einer unbehandelten Platte, die auch aus keramischem Material ist, oder durch Behandlung derselben mit einem Laserstrahl geformt wurde, werden gepreßt und gebacken. Dann wird durch Backen auf der Vibrationsplatte 90 eine Elektrode 93 und auf dieser ein piezoelektrisches Vibrationselement 92 ausbildet.

Ein derartiger einstückig gebackener Tintenstrahldruckkopf hat den Vorteil einer einfachen Herstellung, die nur die Schritte der Beschichtung und des Backens mit einem pasteähnlichen piezoelektrischen Element mittels einer Drucktechnik beinhaltet. Da weiterhin das die druckerzeugende Kammer bildende Element mit der Vibrationsplatte durch Backen integriert wird, können fehlerhafte Verbindungen, wie sie bei mit Klebemitteln hergestellten Verbindungen beobachtet werden, eliminiert werden, was in vorteilhafter Weise die zuverlässige Vermeidung von Tintenlecks ermöglicht.

Das piezoelektrische Vibrationselement ist ein derart kleines Teil, daß es jedoch schwierig ist, dieses gleichmäßig auf die entsprechende Treiberelektrode zu schichten. Insbesondere Inkonsistenzen in der Verbindung eines jeden piezoelektrischen Vibrationselementes 92 mit einem Rand 95 der Elektrode 93 führen zu Inkonsistenzen in dem effektiven Betriebsbereich zwischen den piezoelektrischen Vibrationselementen, die wiederum Inkonsistenzen in der Tintenaustoßcharakteristik jeder Düsenöffnung bedingen.

Führt man die Schritte des Aufbringens der Elektrode 93 auf die Oberfläche der Vibrationsplatte 90, die aus Keramik gefertigt ist, und Aufbringen des piezoelektrischen Vibrationselementes 92 auf die Oberfläche der Elektrode 93 mittels Backen durch, dann biegt sich im allgemeinen die Vibrationsplatte 90, wie es in Fig. 20 gezeigt ist. D.h., die Vibrationsplatte 90 biegt sich in Richtung der druckerzeugenden Kammer 91 in einem zentralen Abschnitt der druckerzeugenden Kammer 91, aufgrund einer Differenz der Kontraktionsrate zwischen dem piezoelektrischen Vibrationselement 92 und der Elektrode 93 zur Zeit des Backens. Im Resultat kann leicht eine derartige permanente Deformation auftreten, daß ein Abschnitt 92a (der kreuzschraffierte Bereich in Fig. 20) des unteren Bereichs des piezoelektrischen Vibrationselementes 92 in Richtung der druckerzeugenden Kammer 91 hervorsteht.

Wenn das deformierte piezoelektrische Vibrationselement 92 durch Anlegen eines Ansteuersignals dazu gebracht wird, zum Ausstoßen von Tinte zu kontrahieren, werden Kontraktionskräfte in solchen horizontalen Richtungen, wie durch die Pfeile A1, A1 angezeigt, bis zum Abschnitt 92a des unteren Bereichs erzeugt, wodurch die bereits gebogene Vibrationsplatte 90 in die horizontalen Richtungen gezogen wird. Im Resultat zieht ein Teil der Kontraktionskraft durch die Vibrationsplatte 90 Wände 94a, 94b des druckerzeugende Kammer bildenden Elements 94 in Richtungen, die durch Pfeile C1, C2 angezeigt sind. Da die Wände 94a, 94b des druckerzeugende Kammer bildenden Elements 94 gemeinsam mit den benachbarten druckerzeugenden Kammern 91 geteilt werden, wird die Kontraktion einer einzigen druckerzeugenden Kammer 91 auf andere druckerzeugende Kammern 91 übertragen, was Übersprechen oder Auslöschung einer Kraft B1, die zum Ausstoß von Tinte beiträgt, bewirkt, wenn benachbarte piezoelektrische Vibrationselemente 92, 92 gleichzeitig angesteuert werden, was die Effizienz des Tintenausstoßes beeinträchtigt.

D. h. die Auslenkung der Vibrationsplatte 90 in dem Falle, in dem ein einziges piezoelektrisches Element angesteuert wird, ist anders als in dem Falle, in dem mehrere benachbarte piezoelektrische Vibrationselemente 92 gleichzeitig angesteuert werden. Die Differenz ist nahezu das Doppelte. Dies bewirkt Unterschiede in der Ausstoßgeschwindigkeit der Tintentropfen und der Menge der ausgestoßenen Tinte. Die Differenz ist nahezu das 1,5fache.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Tintenstrahldruckkopf und ein Verfahren zu seiner Herstellung zur Verfügung zu stellen, bei dem die vorstehend genannten Nachteile überwunden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Tintenstrahldruckkopf gemäß der unabhängigen Ansprüche 1 und 9, und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß dem unabhängigen Anspruch 21 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

In vorteilhafter Weise wird gemäß der Erfindung ein Tintenstrahldruckkopf zur Verfügung gestellt, der mittels Backen herstellbar ist, mit der Fähigkeit, eine konsistente Durchführung des Tintenausstoßes über die Düsenöffnungen zu liefern. Dies wird durch zuverlässige Verbindung der piezoelektrischen Vibrationselemente an die Elektroden, die auf der Vibrationsplatte angeordnet sind, erreicht, wobei hierdurch gleichmäßig effektive Arbeitsbereiche der piezoelektrischen Vibrationselemente erzielt werden.

In weiterer vorteilhafter Weise wird ein durch Backen herstellbarer Tintenstrahldruckkopf zur Verfügung gestellt, der in der Lage ist, mittels Steuerung der Erzeugung von geteilten Kräften, die die Wände einer druckerzeugenden Kammer verbiegen, Übersprechen zu verhindern. Weiterhin wird die Effizienz des Tintenausstoßes unabhängig von der Deformation der Vibrationsplatte zum Zeitpunkt des Backens, verbessert.

Ein erfindungsgemäßer Tintenstrahldruckkopf umfaßt: Eine Vibrationsplatte aus Keramik; ein druckerzeugende Kammer bildendes Element aus Keramik, zur Ausformung einer Vielzahl von druckerzeugenden Kammern in Reihen; eine Elektrode auf einem Pol, die auf einer Oberfläche der Vibrationsplatte ausgebildet ist, so daß sie der druckerzeugenden Kammer entspricht; und ein piezoelektrisches Vibrationselement, wobei ein Ende davon die Elektrode und das andere Ende davon eine Elektrode auf dem anderen Pol kontaktiert; und er stößt ein Tintentröpfchen von einer Düsenöffnung durch Verbiegen des piezoelektrischen Vibrationselementes aus. In solch einem Tintenstrahldruckkopf sind wenigstens die Vibrationsplatte und das druckerzeugende Kammer bildende Element einstückig mittels Backen der Keramik gebildet; das piezoelektrische Vibrationselement ist auf der Oberfläche der Elektrode auf dem einen Pol, die auf der Oberfläche der Vibrationsplatte angeordnet ist, durch Backen aufgebracht. In besonders vorteilhafter Weise ist eine Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol kleiner als eine Breite W1 der druckerzeugenden Kammer; und eine Breite W3 des piezoelektrischen Vibrationselements ist größer als die Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol und kleiner als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer.

Da die Breite W3 des auf der Vibrationsplatte angeordneten piezoelektrischen Vibrationselements größer ist als die Breite der Elektrode, kann das piezoelektrische Vibrationselement zuverlässig an die Ränder der Elektrode gebunden werden. Weiterhin, da die Breite W3 kleiner als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer ist, ist das piezoelektrische Vibrationselement frei von Interferenzen von den nichtkontrahierenden Bereichen.

Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Tintenstrahldruckkopfes gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht der Form der oberen Oberfläche einer druckerzeugenden Kammer und einen longitudinalen Schnitt derselben in dem Tintenstrahldruckkopf;

Fig. 4 eine perspektivische Teilschnittansicht der Struktur der druckerzeugenden Kammer;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Struktur einer Steuerelektrode und eines piezoelektrischen Vibrationselementes, welches ein Kennzeichen der Erfindung ist, in einem Schnitt entlang der Linie L-L in Fig. 4 zeigt;

Fig. 6(a) bis (f) Diagramme eines Verfahrens zur Herstellung einer druckerzeugenden Einheit, wie sie in dem erfindungsgemäßen Tintenstrahldruckkopf verwendet wird;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der Struktur der Oberfläche der Vibrationsplatte;

Fig. 8 bis 11 Schnittansichten, die jeweils andere Ausführungsformen der druckerzeugenden Einheiten zeigen, wie sie im erfindungsgemäßen Tintenstrahldruckkopf verwendet werden;

Fig. 12 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der druckerzeugenden Einheit, wie sie im erfindungsgemäßen Tintenstrahldruckkopf verwendet wird;

Fig. 13 ein Diagramm der Kräfte, die zu dem Zeitpunkt erzeugt werden, in dem das piezoelektrische Vibrationselement in der druckerzeugenden Einheit aus Fig. 12 kontrahiert;

Fig. 14(a) bis (f) Diagramme eines Verfahrens zur Herstellung einer druckerzeugenden Einheit wie in Fig. 12 dargestellt;

Fig. 15 bis 17 Schnittansichten, die jeweils andere Ausführungsformen der druckerzeugenden Einheiten zeigen, wie sie im erfindungsgemäßen Tintenstrahldruckkopf verwendet werden;

Fig. 18(a) bis (h) Diagramme eines Verfahrens zur Herstellung der druckerzeugenden Einheit aus Fig. 17; und

Fig. 19 und 20 Schnittansichten, die jeweils die Beziehung zwischen der Steuerelektrode und dem piezoelektrischen Vibrationselement in einer konventionellen druckerzeugenden Einheit darstellen, in welcher die Steuerelektrode und das piezoelektrische Vibrationselement einstückig mittels Backen hergestellt sind.

Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind, im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Tintenstrahldruckkopfes, bei welcher die erfindungsgemäße Elektrodenstruktur angewendet ist. Bezugszeichen 3 in Fig. 1 bezeichnet eine Vibrationsplatte, die aus einem Material gefertigt ist, bei dem wenigstens die Oberfläche elektrisch isoliert ist, wobei dieses Material in besonders bevorzugter Weise Keramik ist. Auf der Oberfläche der Vibrationsplatte 3 sind Steuerelektroden 20 angeordnet, die später beschrieben werden. Die Steuerelektroden sind derart angeordnet, daß sie einer Vielzahl von Reihen druckerzeugender Kammern 5, 5, 5, . . . (zwei (2) Reihen in diesem Ausführungsbeispiel) entsprechen. Bezugszeichen 1 bezeichnet ein piezoelektrisches Vibrationselement aus Keramik mit piezoelektrischen Eigenschaften. Die piezoelektrischen Vibrationselemente 1 biegen sich in Richtung Vibrationsplatte 3 durch die Steuerelektroden 20, 20, 20, . . . , so daß die hinteren Oberflächen davon in Kontakt mit den Steuerelektroden 20, 20, 20, . . . kommen.

Bezugszeichen 4 bezeichnet ein druckerzeugende Kammer bildendes Element, welches eine derart dicke Platte ist, daß sie die druckerzeugenden Kammern 5, 5, 5, . . . bildet, und in besonders bevorzugter Weise aus einer Keramikplatte mittels Bohren von Durchgangslöchern gefertigt wird. Bezugszeichen 6 bezeichnet ein druckerzeugende Kammer bildendes Abdeckelement, welches dazu dient, die andere Oberfläche der druckerzeugenden Kammer 5 des druckerzeugende Kammer bildenden Elements 4 abzudichten. An entsprechenden Positionen bezüglich der Umgebung beider Enden der druckerzeugenden Kammern 5 befinden sich Zuführöffnungen 6a, 6a, 6a, . . . und Zuführöffnungen 6b, 6b, 6b, . . . Die Zuführöffnungen 6a, 6a, 6a, . . . stehen in Kontakt mit einer gemeinsamen Tintenkammer 12a, die später beschrieben wird, und die Zuführöffnungen 6b, 6b, 6b, . . . stehen in Kontakt mit Düsenöffnungen 13a, 13a, 13a, . . .

Die Vibrationsplatte 3 mit sowohl den piezoelektrischen Vibrationselementen 1 als auch den Steuerelektroden 20, das druckerzeugende Kammer bildende Element 4, und das druckerzeugende Kammer bildende Abdeckelement 6 sind in einer kleinen Gruppe mit zwei (2) Reihen von Düsenöffnungen zusammengefaßt, wobei alle diese Elemente vorzugsweise aus Keramik gefertigt und mittels Backen in eine druckerzeugende Einheit 50 integriert sind.

Bezugszeichen 11 bezeichnet ein einen Tintenzuführungsabschnitt bildendes Element. Das den Tintenzuführungsabschnitt bildende Element 11 umfaßt: einen Tintenzuführungseinlaß 14, der Tinte in die Tintenkammer 12a liefert, welcher gemeinsam geteilt wird, während er mit einem Flußkanal eines nicht dargestellten Tintentanks verbunden ist; Zuführungsdurchgangsöffnungen 11a, die die druckerzeugenden Kammern 5 mit der gemeinsamen Tintenkammer 12a verbinden; und Zuführungsdurchgangsöffnungen 11b, die die druckerzeugenden Kammern 5 mit den Düsenöffnungen 13a verbinden.

Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Reservoir bildendes Element, das die gemeinsame Tintenkammer 12a ausbildet. In dieser Ausführungsform ist die gemeinsame Tintenkammer 12a durch eine Durchgangsöffnung, die im wesentlichen V-förmig ist, ausgebildet, wobei die Tintenkammer 12a mit den jeweiligen druckerzeugenden Kammern 5 über die Zuführungsdurchgangsöffnungen 6a des oben erwähnten, druckerzeugende Kammer bildenden Abdeckelement 6, und über die Zuführungsdurchgangsöffnungen 11a des den Tintenzuführungsabschnitt bildenden Elements 11, verbunden ist. Zuführungsdurchgangsöffnungen 12b, die die druckerzeugenden Kammern 5 mit den Düsenöffnungen 13a verbinden, sind in einem zentralen Abschnitt des Reservoir bildenden Elements 12 angeordnet.

Bezugszeichen 13 bezeichnet ein düsenformendes Element. Das düsenformende Element 13 ist mit den druckerzeugenden Kammern 5 über Zuführungsdurchgangsöffnungen 6b, 11b, 12b verbunden und hat ebenfalls die Funktion, die andere Seite der gemeinsamen Tintenkammer 12a des Reservoir bildenden Elements 12 abzudichten.

Das Tintenzuführungsabschnitt bildende Element 11 und das düsenformende Element 13 sind durch Preßbearbeitung (press working) oder Ätzen eines rostfreien Stahlbleches hergestellt. Diese Elemente können wenigstens aus einem Material gefertigt sein, das aus folgender Gruppe gewählt ist: andere Metallen, Keramiken, Glas, Silizium (Silicon) und Plastik (plastics). Das Verfahren zur Herstellung der jeweiligen Elemente umfaßt: Preßbearbeitung (press working), Ätzen, Galvanoplastik (electroforming) und Laserstrahlbearbeitung. Besonders bevorzugt wird ein Material für das Tintenzuführungsabschnitt bildende Element 11 und das düsenformende Element 13 ausgewählt, welches ein relativ hohes Elastizitätsmodul (Young′s module) aufweist.

Andererseits kann das Reservoir bildende Element 12 nicht nur aus den oben genannten Metallen, Keramiken, Glas und Silizium gefertigt werden sondern es kann ebenso ein plastik- oder filmartiges Klebemittel oder pastenartiges Klebemittel verwendet werden, wie beispielsweise Polyimid, Polyamid, Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid, da keine so hohe Starrheit für das Reservoir formende Element 12 benötigt wird. Wenn das plastik- oder filmartige Klebemittel verwendet wird, dann wird das Reservoir bildende Element 12 mittels Spritzgießen oder Preßbearbeitung (press working) ausgeformt. Wenn das pasteartige Klebemittel verwendet wird, dann wird das Reservoir bildende Element 12 mittels Siebdruck oder Transferdruck (transfer printing) ausgeformt.

Das den Tintenzuführungsabschnitt bildende Element 11, das Reservoir bildende Element 12 und das düsenformende Element 13 sind in einer Flußkanaleinheit 70 ausgebildet, die die Funktion der Fixierung einer Vielzahl von druckerzeugenden Einheiten 50 hat.

Ein Verfahren zur Verbindung dieser Elemente in eine Flußkanaleinheit stellt sich wie folgt dar. Wenn das Reservoir bildende Element 12 selbst keine Haftfähigkeit aufweist, dann wird das filmartige Klebemittel oder das pasteartige Klebemittel verwendet, und das einen Tintenzuführungsabschnitt bildende Element 11, das Klebemittel, das Reservoir bildende Element 12, das Klebemittel und das düsenformende Element 13 werden in dieser Reihenfolge eines auf dem anderen unter Verwendung einer nicht dargestellten Positionierungseinspannvorrichtung übereinandergeschichtet und thermogepreßt oder zusammengepreßt. Wenn andererseits das Reservoir bildende Element 12 selbst Haftfähigkeit aufweist, dann werden das einen Tintenzuführungsabschnitt bildende Element 11, das Reservoir bildende Element 12 und das düsenformende Element 13 in dieser Reihenfolge übereinandergeschichtet und gleichfalls thermogepreßt oder zusammengepreßt.

Im Resultat hat in dieser speziellen Ausführungsform eine einzelne Platte der Flußkanaleinheit 70, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Vielzahl von druckerzeugenden Einheiten 50, namlich drei (3) druckerzeugende Einheiten 50, 50, 50, die durch das Klebemittel, eine Thermoablagerungsschicht (thermodeposition film) oder ähnliches kollektiv mit der Platte verbunden sind um einen Tintenstrahldruckkopf zu bilden.

Die derart geformten druckerzeugenden Kammern 5 des Tintenstrahldruckkopfes sind im wesentlichen rechteckige schmale Kammern, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Düsenöffnungen 13a stehen in Kontakt mit einem Ende einer jeden druckerzeugenden Kammer 5 und die gemeinsame Tintenkammer 12a steht in Kontakt mit dem anderen Ende einer jeden druckerzeugenden Kammer. Wie in Fig. 4 dargestellt wird die Vibrationsplatte 3 mit dem piezoelektrischen Vibrationselement 1, das mittels Biegen vibriert, deformiert, so daß die Vibrationsplatte 3 in Richtung der druckerzeugenden Kammer hervorragt, wie durch die Kurve 3′ angedeutet. Im Resultat steigt der Druck der druckerzeugenden Kammer 5, um ein Tintentröpfchen "d" von der Düsenöffnung 13a auszustoßen und dadurch einen Punkt auf einem Aufzeichnungsblatt zu bilden. Bei der Rückkehr des piezoelektrischen Vibrationselementes 1 in den Ausgangszustand fließt die Tinte von der gemeinsamen Tintenkammer 12a über die Zuführungsdurchgangsöffnung 11a. Im Resultat wird in der druckerzeugenden Kammer 5 ein Tintenstrom in einer derartigen longitudinalen Richtung erzeugt, wie durch die Pfeile in Fig. 4 angezeigt.

Fig. 5 zeigt im Schnitt eine Struktur eines derart konstruierten Tintenstrahldruckkopfes in der Umgebung der druckerzeugenden Kammer in orthogonaler Richtung zum Tintenstrom innerhalb der druckerzeugenden Kammer 5 gesehen bzw. einen Schnitt entlang der Linie L-L in Fig. 4. In Fig. 5 bezeichnet Bezugszeichen 20 die Steuerelektrode, die auf der Oberfläche der Vibrationsplatte 3 ausgebildet ist. Die Breite W2 der Steuerelektrode 20 ist etwas kleiner als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer 5, und die Steuerelektrode 20 ist mit einer derartigen Länge ausgebildet, daß ein Ende davon einen Endabschnitt der Vibrationsplatte 3 der Umgebung der Düsenöffnung 13a der druckerzeugenden Kammer 5 erreicht und das andere Ende davon ebenfalls als Verbindungsanschluß mit einer äußeren Elektrode dient.

Bezugszeichen 1 bezeichnet das piezoelektrische Vibrationselement, dessen Breite W3 größer ist als die Breite W2 der Steuerelektrode 20 und kleiner als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer 5. Mit einer derartigen Länge, daß das vordere Ende auf der Seite der Düsenöffnungen die Steuerelektrode 20 bedeckt und das hintere Ende die Umgebung von dem hinteren Ende der druckerzeugenden Kammer 5 erreicht, ist das piezoelektrische Vibrationselement 1 auch derart ausgebildet, daß es den Bereich der Steuerelektrode 20, der der druckerzeugenden Kammer 5 gegenübersteht, vollständig bedeckt.

Durch eine derartige Ausformung des piezoelektrischen Vibrationselementes 1, daß es den Bereich der Steuerelektrode 20, der der druckerzeugenden Kammer 5 gegenübersteht, bedeckt, kann der Bereich der Steuerelektrode 20, der der druckerzeugenden Kammer gegenübersteht, vollständig durch das piezoelektrische Vibrationselement 1 bedeckt werden, selbst wenn das piezoelektrische Vibrationselement 1 bei seiner Ausbildung einer leichten Verschiebung ausgesetzt oder mit inkonsistenter Größe ausgebildet wird. Dies verhindert einen Kurzschluß mit einer gemeinsamen Elektrode 80 (Fig. 7) auf dem anderen Pol, welche auf der Oberfläche des piezoelektrischen Elements 1 ausgebildet ist.

Falls das piezoelektrische Element 1 mittels Beschichten oder Verbinden mit der unbehandelten Platte (green sheet), welche vorzugsweise ein piezoelektrisches Material ist, an der Steuerelektrode 20 ausgebildet wird, und die unbehandelte Platte (green sheet) zusammen mit der Vibrationsplatte 3 und der Steuerelektrode 20 gebacken wird, dann bedeckt das piezoelektrische Element 1 vollständig die Steuerelektrode 20 und der Randbereich 1b ist zuverlässig an die Steuerelektrode 20 gegen Kontraktion des piezoelektrischen Vibrationselementes 1 und Verbiegung der Vibrationsplatte 3 während des Backprozesses gebunden. Damit kann nicht nur die Verschiebung aufgrund Biegung des piezoelektrischen Vibrationselementes 1 auf die Vibrationsplatte 3 zuverlässig übertragen werden, sondern auch fatale Schäden wie partielles Absplittern bzw. Abbröckeln oder ähnliches können infolge der zuverlässigen Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Vibrationselement 1 und der Vibrationsplatte 3 verhindert werden.

Der Bereich der Steuerelektrode 20 selbst wird als der effektive Arbeitsbereich des piezoelektrischen Vibrationselementes 1 verwendet, da gemäß der Erfindung das piezoelektrische Vibrationselement 1 derart abgelagert wird, daß es die Steuerelektrode 20 bedeckt. Im Resultat kann, mittels Anpassung der Größe der dünnen Steuerelektrode 20 ein piezoelektrisches Vibrationselement 1, welches einen optimalen effektiven Arbeitsbereich bezüglich der druckerzeugenden Kammer 5 aufweist, einfach ausgebildet und mit hoher Genauigkeit einfach geformt werden. Solch eine Anpassung ist einfacher zu machen als eine Anpassung der Größe des piezoelektrischen Vibrationselementes 1, das vergleichsweise dick ist.

Zusätzlich ist es besonders vorteilhaft, zur Verbesserung der Verformungseffizienz der Vibrationsplatte 3, d. h. des Verhältnisses der angelegten elektrischen Energie zum transportierten Tintenvolumen, das Verhältnis der Breite W2 der Steuerelektrode 20, zur Breite W1 der druckerzeugenden Kammer 5, W2/W1, auf 0,9 einzustellen. Unter Berücksichtigung von Fehlern und Variationen im Herstellungsprozeß kann dieses Verhältnis jedoch auf einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 gesetzt werden.

Insbesondere wird eine Steuerelektrode 20 mit einer Breite W2 von 340 µm und mit einer Dicke von 5 µm, die es erlaubt, elektrische Leitfähigkeit bezüglich einer druckerzeugenden Kammer mit einer Breite W1 von 420 µm sicherzustellen, ausgeformt und dann wird ein piezoelektrisches Vibrationselement 1 mit einer Breite W3 von 380 µm und mit einer Dicke von 30 µm auf der Oberfläche der Steuerelektrode 20 ausgeformt.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines derart konstruierten Tintenstrahldruckkopfes beschrieben.

Fig. 6(a) bis (f) sind Diagramme die eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung der oben erwähnten Druckerzeugungseinheit 50 zeigen. Die Vibrationsplatte 3, das druckerzeugende Kammer bildende Element 4 und das druckerzeugende Kammer bildende Abdeckelement 6 sind aus unbehandelten Platten (green sheet) geformt, wobei jede unbehandelte Platte (green sheet) vorzugsweise ein keramisches Material, d. h. eine tonartige Platte ist, und am druckerzeugende Kammer bildenden Element 4 sind Fenster mittels Stanzen in Bereichen ausgebildet, die so ausgestaltet sind, daß sie als druckerzeugende Kammern 5 dienen; und an die unbehandelten Platten (green sheet) mit diesen halb verfestigten Elementen wird Druck angelegt, so daß diese Elemente miteinander integriert werden, wie in Fig. 6(a) gezeigt. Der so behandelte Körper wird bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1500°C gebacken (Fig. 6(b)). Das keramische Material ist im allgemeinen im wesentlichen aus einer oder mehrerer Arten einer Zusammensetzung gefertigt, die aus folgender Gruppe gewählt ist: Aluminiumoxid (aluminum oxide), Zirkoniumoxid (zirconium oxide), Magnesiumoxid (magnesium oxide), Aluminiumnitrid (aluminum nitride), und Siliziumnitrid (silicon nitride).

Wenn die Vibrationsplatte 3, das eine druckerzeugende Kammer bildende Element 4 und das eine druckerzeugende Kammer bildendes Abdeckelement 6 integriert wurden, dann wird ein Muster der Steuerelektrode 20 mit einer optimalen Breite bezüglich der entsprechenden druckerzeugenden Kammer 5 mittels Beschichten oder Drucken mit einem elektrisch leitenden Material in einen Bereich entsprechend der druckerzeugenden Kammer 5 von der Vibrationsplatte 3 derart ausgeformt, daß das Verhältnis der Breite W2 der Steuerelektrode 20 zur Breite W1 der druckerzeugenden Kammer 5, W2/W1, auf einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 gesetzt ist (Fig. 6(c)). Das elektrisch leitende Material ist im wesentlichen aus einer oder mehreren Arten von Legierungen aus folgender Gruppe gefertigt: Platin (platinum), Palladium, Silber-Palladium, Silber-Platin und Platin-Palladium.

Wenn das Muster der Steuerelektrode 20 sich auf der Vibrationsplatte 3 halb verfestigt hat, wird der gesamte Körper bei Temperaturen gebacken, die geeignet sind das elektrisch leitende Material zu backen (Fig. 6(d)).

Dann wird das piezoelektrische Vibrationselement 1 auf der Oberfläche der Steuerelektrode 20 mittels Beschichtung oder Drucken mit einer unbehandelten Platte (green sheet) aus piezoelektrischem Material ausgebildet, so daß die Breite W3 des piezoelektrischen Vibrationselementes 1 größer als die Breite W2 der auf der Vibrationsplatte 3 ausgebildeten Steuerelektrode 20, und kleiner als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer 5 ist (Fig. 6(e)). Das piezoelektrische Material ist im wesentlichen aus Bleititanatzirconat (lead zirconate titanate), Blei Magnesium-Niobat (lead magnesium-niobate), Blei Nickel-Niobat (lead nickel-niobate), Blei Zink-Niobat (lead zinc-niobate), Blei Mangan-Niobat (lead manganese-niobate), Blei Antimon- Stannat (lead antimony-stannate) oder Blei Titanat (lead titanate) gefertigt.

Wenn die unbehandelte Platte (green sheet), welche ein piezoelektrisches Material und derart geformt ist, daß sie leicht über die Steuerelektrode 20 überhängt, sich in dieser Weise halb verfestigt hat, wird der gesamte Körper bei Temperaturen gebacken, die geeignet sind das piezoelektrische Material zu backen (Fig. 6(f)). In diesem Backprozeß kann sich in einigen Fällen ein zentraler Abschnitt 1a des piezoelektrischen Vibrationselementes 1 verbiegen, so daß er in Richtung der druckerzeugenden Kammer 5 ragt, wie in Fig. 5 gezeigt, aufgrund der größeren Kontraktionsrate des piezoelektrischen Elements 1 zur Zeit des Backens im Verhältnis zu der Kontraktionsrate der Steuerelektrode 20, und aufgrund der größeren Kontraktion der Abschnitte des piezoelektrischen Vibrationselementes 1, die über die Steuerelektrode 20 überhängen, im Verhältnis zur Kontraktion des piezoelektrischen Elements 1 auf der Steuerelektrode 20.

Dieser Typ eines piezoelektrischen Vibrationselementes ist jedoch darin vorteilhaft sich selbst vor partiellem Abblättern bzw. Absplittern oder vollständigem Abblättern bzw. Absplittern von der Steuerelektrode zu bewahren, da das piezoelektrische Vibrationselement 1 mit seinen Randbereichen 1b über die Vibrationsplatte 3 überhängend an die Steuerelektrode gebunden ist, während es sich über die Steuerelektrode 20 erstreckt.

Nachdem alle Backprozesse in dieser Weise beendet sind, werden die piezoelektrischen Vibrationselemente 1, 1, 1 und die gemeinsame Elektrode 80, die über den piezoelektrischen Vibrationselementen angeordnet sind, über einen ganzen Bereich abgelagert, der den druckerzeugenden Kammern 5 gegenüberliegt, wobei eine elektrisch leitende Schicht mittels einer Schichtbildungsmethode wie selektives Aufdampfen (vapour deposition) oder Sputtern mit einer Maske, wie in Fig. 7 gezeigt, aufgebracht wird, wobei ein elektrisch leitendes Material wie beispielsweise Nickel oder Kupfer verwendet wird. Die gemeinsame Elektrode 80 ist zusammen mit den Steuerelektroden 20, 20, 20, . . . über eine Bleielektrode 82 mittels einem Kabel 85 mit einer externen Vorrichtung verbunden.

Im Resultat kann ein Tintentröpfchen von einer Düsenöffnung 13a durch Verbiegen des piezoelektrischen Vibrationselementes 1 ausgestoßen werden, während ein Steuersignal über die gemeinsame Elektrode 80 und die auf der druckerzeugenden Kammer 5, von welcher das Tröpfchen ausgestoßen werden soll, angeordnete Steuerelektrode 20, angelegt ist.

Die Randbereiche 1b, 1b des piezoelektrischen Vibrationselementes 1, d. h. die über die Randbereiche der Steuerelektrode 20 überhängenden Abschnitte, sind in dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel an die Vibrationsplatte 3 gebunden. Wie in Fig. 8 dargestellt, werden die Ränder A, A des piezoelektrischen Vibrationselementes 1 derart gebacken, daß sie über die Steuerelektrode 20 überhängen, mittels beispielsweise Präparieren einer etwas festeren, unbehandelten Platte (green sheet), so daß der effektive Arbeitsbereich des piezoelektrischen Vibrationselementes 1 auf die Breite der Steuerelektrode 20 selbst limitiert werden kann, mit der weiterhin aufrechterhaltenen zuverlässigen Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Vibrationselement 1 und der Steuerelektrode 20.

Im Resultat können alle druckerzeugenden Kammern 5 unter konsistenten Bedingungen angesteuert werden, frei von Inkonsistenzen in der Vibrationscharakteristik, die durch Inkonsistenzen in der Größe der piezoelektrischen Vibrationselemente 1 hervorgerufen werden, wobei besagte Größe die Tendenz zu Inkonsistenzen in Richtung der Breite aufweist.

Falls erforderlich, wird eine elektrisch isolierende Schicht 8, welche dünner ist als das piezoelektrische Vibrationselement 1, in einem Bereich der Vibrationsplatte 3, in dem kein piezoelektrisches Vibrationselement angeordnet ist, ausgebildet, wie in Fig. 9 dargestellt, und die gemeinsame Elektrode 80 wird darauf aufgebracht, so daß nicht nur die Bildung von Kreuzkopplungen aufgrund Signallecks durch die Sicherstellung einer elektrischen Isolation zwischen den benachbarten Steuerelektroden 20 verhindert werden kann, sondern auch Brüche der gemeinsamen Elektrode 80 an den Enden des piezoelektrischen Vibrationselementes 1 verhindert werden können, indem die Stufe zwischen dem piezoelektrischen Vibrationselement 1 und der Vibrationsplatte 3 klein gemacht wird.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die isolierende Materialschicht 8 und die Steuerelektrode 20 auf einer einzigen Platte ausgebildet sind, so daß das isolierende Material 8 die Steuerelektrode 20 umgibt, und die Oberseiten von beiden, der isolierenden Materialschicht 8 und der Steuerelektrode 20, miteinander fluchten. Entsprechend dieser Ausführungsform kann elektrisch bedingtes Übersprechen durch elektrische Isolierung der Steuerelektrode 20 zuverlässig verhindert und die gemeinsame Elektrode 80 kann zuverlässiger ausgebildet werden.

Fig. 11 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein die Vibrationsplatte ergebendes, etwas dickeres Keramikmaterial wird präpariert. Zusätzlich wird eine Aussparung 84 mit einer Stufe 84a zur Aufnahme der Steuerelektrode 20 und des piezoelektrischen Vibrationselements 1 an einem zentralen Abschnitt jeder druckerzeugenden Kammer 5 ausgeformt, so daß die Steuerelektrode 20 und das piezoelektrische Vibrationselement 1, das etwas breiter als die Steuerelektrode 20 ist, im unteren bzw. oberen Bereich der Aussparung 84 aufgenommen wird, wobei die Oberfläche des piezoelektrischen Vibrationselementes 1 ebenso hoch ist wie andere Bereiche der Vibrationsplatte 3 welche an der Verschiebung nicht teilnehmen. Entsprechend dieses Ausführungsbeispiels kann nicht nur mechanisch bedingtes Übersprechen und elektrisch bedingtes Übersprechen aufgrund Signallecks mittels ausreichender Verstärkung derjenigen Bereiche, die nicht an der Verformung der druckerzeugenden Kammer 5 teilnehmen, verhindert werden, sondern auch die Zuverlässigkeit kann mittels Ausbildung einer stufenlosen gemeinsamen Elektrode 80 erhöht werden.

Fig. 12 zeigt einen Tintenstrahldruckkopf entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Diese Ausführungsform wurde gestaltet, um in besonders bevorzugter Weise das zweite Problem, d. h. die Reduktion der Effizienz des Tintenausstoßes, bedingt durch Deformation des piezoelektrischen Vibrationselementes und der Vibrationsplatte zum Zeitpunkt des Backens, sowie bedingt durch Übersprechen zu überwinden. Fig. 12 zeigt das Ausführungsbeispiel als Schnitt einer Struktur in orthogonaler Richtung zum Tintenstrom innerhalb der druckerzeugenden Kammer 5, d. h. entlang der Linie L-L in Fig. 4.

Bezugszeichen 21 in Fig. 12 bezeichnet eine Steuerelektrode, die auf einer Oberfläche der Vibrationsplatte 3 ausgebildet ist. Diese Steuerelektrode 21 ist derart ausgebildet, daß ihre Breite W2 etwas kleiner ist als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer 5. Diese Steuerelektrode 21 ist im Querschnitt bogenförmig, so daß ihr zentraler Abschnitt in longitudinaler Richtung der druckerzeugenden Kammer 5, d. h. auf einer Linie die die Düsenöffnung mit der gemeinsamen Tintenkammer verbindet, in Richtung der druckerzeugenden Kammer 5 hervorragt und das Oberteil, das mit dem piezoelektrischen Vibrationselement 23 in Kontakt steht, im wesentlichen horizontal ist.

Während die Steuerelektrode 20 in der oben erwähnten Ausführungsform eine einheitliche Dicke von ungefähr 5 µm aufweist, wobei nur den elektrischen Eigenschaften Bedeutung beigemessen wird, ist die Dicke der Steuerelektrode 21 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel im zentralen Bereich bei Werten im Bereich von 15 bis 30 µm, wobei das Verbiegen zum Zeitpunkt des Backens berücksichtigt wird, obwohl die Dicke der Randbereiche etwa 5 µm beträgt, so daß die elektrischen Eigenschaften aufrecht erhalten werden können.

Bezugszeichen 23 bezeichnet das piezoelektrische Vibrationselement. Die Breite W3 dieses piezoelektrischen Vibrationselementes 23 ist größer als die Breite W2 der Steuerelektrode 21 und kleiner als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer 5. Mit einer derartigen Länge, daß das vordere Ende davon auf der Seite der Düsenöffnungen die Steuerelektrode 21 bedeckt und das hintere Ende davon die Umgebung des hinteren Endes der druckerzeugenden Kammer 5 erreicht, ist das piezoelektrische Vibrationselement 23 derart ausgeformt, daß es den Bereich der Steuerelektrode 21, der der druckerzeugenden Kammer 5 entspricht, vollständig überdeckt. Randbereiche 23a, 23a des piezoelektrischen Vibrationselementes 23 sind derart geformt, daß sie über die Steuerelektrode 21 in ähnlicher Weise wie in dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel überhängen.

Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsstruktur der Steuerelektrode 21 derart gewählt, daß sie den Raum ausfüllt, der durch die oben erwähnte Verbiegung der Vibrationsplatte 3 gebildet wird, wobei die Verbiegung durch die unterschiedliche Kontraktionsrate zwischen dem piezoelektrischen Vibrationselement 23 und der Steuerelektrode 21 zum Zeitpunkt des Backens verursacht wird. Daher wird die Oberseite der Steuerelektrode 21 nach dem Backen im wesentlichen horizontal gehalten, wodurch das auf der Steuerelektrode 21 ausgeformte piezoelektrische Vibrationselement 23 ebenfalls flach ist.

Im Resultat werden horizontale Zugkräfte A2, A2 auf der Oberfläche, die oberhalb der Vibrationsplatte 3 ist, erzeugt, wenn das piezoelektrische Vibrationselement 23 durch Anlegen einer Steuerspannung kontrahiert wird, wie in Fig. 13 gezeigt. Obwohl solche Kräfte in eine Kraft B2 umgesetzt werden, die die Vibrationsplatte 3 in Richtung der druckerzeugenden Kammer 5 verbiegt, ziehen diese Kräfte nicht an den Wänden 4a, 4b, die die druckerzeugende Kammer 5 begrenzen, in Richtung der druckerzeugenden Kammer 5. Daher wird nicht nur mit hoher Effizienz ein Tintentröpfchen ausgestoßen, sondern es wird auch die Erzeugung von Übersprechen auf einem extrem niedrigen Grad gehalten.

Es muß nicht extra erwähnt werden, daß mittels Ausformung der piezoelektrischen Vibrationsplatte 23 derart, daß sie den Bereich der Steuerelektrode 21, der der druckerzeugenden Kammer 5 gegenüberliegt, überdeckt, sie diesen auch dann vollständig überdecken kann, wenn leichte Verschiebung oder Inkonsistenzen in der Größe der Steuerelektrode 21 und des piezoelektrischen Vibrationselementes 23 vorhanden sind. Dies verhindert Kurzschluß mit einer gemeinsamen Elektrode 80 auf dem anderen Pol, welche auf der Oberfläche des piezoelektrischen Elements 23 ausgeformt ist.

In dem Fall, in dem das piezoelektrische Vibrationselement 23 mittels Beschichten oder Bonden mit einer unbehandelten Platte (green sheet), die ein piezoelektrisches Material ist, an die Steuerelektrode 21 und Backen der unbehandelten Platte (green sheet) zusammen mit der Vibrationsplatte 3 und der Steuerelektrode 21 ausgebildet wird, überdeckt das piezoelektrische Vibrationselement 23 die Steuerelektrode 21 vollständig und hat Randbereiche 23a, 23a an die Steuerelektrode 21 gegen die oben erwähnte Verbiegung der Vibrationsplatte 3, bedingt durch die Differenz in der Kontraktionsrate zwischen dem piezoelektrischen Vibrationselement 23 und der Steuerelektrode 21 zum Zeitpunkt des Backens, zuverlässig gebunden. Damit kann nicht nur die Verschiebung durch Verbiegen des piezoelektrischen Vibrationselementes 23 zuverlässig auf die Vibrationsplatte 3 übertragen werden, sondern es können auch fatale Schäden wie beispielsweise partielles Absplittern bzw. Abbröckeln oder ähnliches verhindert werden, infolge der zuverlässigen Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Vibrationselement 23 und der Vibrationsplatte 3.

Insbesondere wird eine Steuerelektrode 21 ausgeformt, deren Breite W2 340 µm und deren Dicke 15 µm am zentralen Abschnitt und 5 µm an den Randbereichen bezüglich einer druckerzeugenden Kammer mit einer Breite W1 von 420 µm beträgt, und dann wird auf der Oberfläche der Steuerelektrode 21 ein piezoelektrisches Vibrationselement 23 ausgeformt, dessen Breite W3 380 µm und dessen Dicke 30 µm beträgt.

Der so konstruierte Tintenstrahldruckkopf wurde mit einem Tintenstrahldruckkopf verglichen, dessen Steuerelektroden eine einheitliche Dicke von 5 µm aufweisen. Die Größe der Verschiebung des piezoelektrischen Vibrationselementes in Richtung der druckerzeugenden Kammer ist 0,2 µm im ersten und 0,1 µm um letzteren Fall. Daher wurde eine Verbesserung festgestellt, die die herkömmliche Größe der Verschiebung verdoppelt. Das Übersprechen im ersten Fall ist 10% oder weniger, während es im letzteren Fall 30 bis 60% beträgt. Daher wurde eine Reduktion des Übersprechens von 1/3 oder mehr erreicht.

In einer Weise ähnlich zu der im oben erwähnten Ausführungsbeispiel ist es zur Verbesserung der Effizienz der Auslenkung der Vibrationsplatte 3, d. h. des Verhältnisses von angelegter elektrischer Energie zu transportiertem Tintenvolumen, vorteilhaft, das Verhältnis der Breite W2 der Steuerelektrode 21, zur Breite W1 der druckerzeugenden Kammer 5, W2/W1, das in besonders vorteilhafter Weise 0,9 beträgt, auf einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 anzupassen, wobei Fehler und Variationen im Herstellungsprozeß berücksichtigt werden. Weiterhin wird die Dicke der Steuerelektrode 21 im zentralen Abschnitt auf einen Wert gesetzt, der das 1,2fache ihrer Dicke im peripheren Abschnitt beträgt. Es wurde herausgefunden, daß eine derartige Einstellung dazu beiträgt, die Verschlechterung des Ergebnisses, aufgrund von Fehlern und ähnlichem im Herstellungsprozeß, mit Sicherheit zu verhindern.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 14(a) bis (f) ein Verfahren zur Herstellung eines derartig konstruierten Tintenstrahldruckkopfes näher beschrieben.

Die Vibrationsplatte 3, das druckerzeugende Kammer bildende Element 4 und das druckerzeugende Kammer bildende Abdeckelement 6 sind aus unbehandelten Platten (green sheet) geformt, wobei jede unbehandelte Platte (green sheet) vorzugsweise ein keramisches Material, d. h. eine tonartige Platte ist, und am druckerzeugende Kammer bildenden Element 4 sind Fenster mittels Stanzen in Bereichen ausgebildet, die so gestaltet sind, daß sie als druckerzeugende Kammern 5 dienen; und an die unbehandelten Platten (green sheet) mit diesen halb verfestigten Elementen wird Druck angelegt, Fig. 14(a), so daß diese Elemente miteinander integriert werden. Der so behandelte Körper wird bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1500°C gebacken (Fig. 14(b)). Das keramische Material ist im allgemeinen im wesentlichen aus einer oder mehrerer Arten einer Zusammensetzung gefertigt, die aus folgender Gruppe gewählt ist: Aluminiumoxid (aluminum oxide), Zirkonoxid (zirconium oxide), Magnesiumoxid (magnesium oxide), Aluminiumnitrid (aluminum nitride) und Siliziumnitrid (silicon nitride).

Wenn die Vibrationsplatte 3, das druckerzeugende Kammer bildende Element 4 und das druckerzeugende Kammer bildendes Abdeckelement 6 auf diese Weise integriert wurden, dann wird ein Muster der Steuerelektrode 21 mit einer optimalen Breite bezüglich der entsprechenden druckerzeugenden Kammer 5 gebildet, indem ein Bereich mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet oder bedruckt wird, der der druckerzeugenden Kammer 5 der Vibrationsplatte 3 entspricht, so daß das Verhältnis der Breite W2 der Steuerelektrode 21 zur Breite W1 der druckerzeugenden Kammer 5, W2/W1, auf einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 gesetzt ist. Das elektrisch leitende Material ist im wesentlichen aus einer Art oder mehreren Arten von Legierungen aus folgender Gruppe gefertigt: Platin (platinum), Palladium, Silber-Palladium, Silber-Platin und Platin-Palladium. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Steuerelektrode 21 in ihrem Schnitt bogenförmig gemacht werden muß, wird eine erste Schicht 21-1 in einer vorbestimmten Dicke und danach eine zweite Schicht 21-2 nur in der Umgebung des Zentrums, aufgebracht. Diese Beschichtungstechnik erlaubt es dem elektrisch leitenden Material, aus dem die zweite Schicht 21-2 gefertigt ist, sich glatt bzw. eben mit der zentralen Abschnitt als Scheitel auszubreiten, während es durch die Fluidität des Materials, aus dem die Elektrode gefertigt ist, unterstützt wird, so daß die zweite Schicht 21-2 mit der ersten Schicht 21-1 verschmolzen ist, um damit integriert zu sein, um einen bogenförmigen Schnitt aufzuweisen (Fig. 14(c)).

Wenn das Muster der Steuerelektrode 21 sich auf der Vibrationsplatte 3 halb verfestigt hat, wird der gesamte Körper bei Temperaturen gebacken, die geeignet sind das elektrisch leitende Material zu backen (Fig. 14(d)).

Dann wird das piezoelektrische Vibrationselement 23 auf der Oberfläche der Steuerelektrode 21 mittels Beschichtung oder Bedrucken mit einer unbehandelten Platte (green sheet) aus piezoelektrischem Material ausgebildet, so daß die Breite des piezoelektrischen Vibrationselementes 23 größer als die Breite der auf der Oberfläche der Vibrationsplatte 3 ausgebildeten Steuerelektrode 21, und kleiner als die Breite der druckerzeugenden Kammer 5 ist (Fig. 14(e)). Das piezoelektrische Material ist im wesentlichen aus Bleititanatzirconat (lead zirconate titanate), Blei Magnesium-Niobat (lead magnesium-niobate), Blei Nickel-Niobat (lead nickel-niobate), Blei Zink-Niobat (lead zinc-niobate), Blei Mangan-Niobat (lead manganese-niobate), Blei Antimon- Stannat (lead antimony-stannate) oder Blei Titanat (lead titanate) gefertigt.

Wenn die unbehandelte Platte (green sheet), welche ein piezoelektrisches Material und derart geformt ist, daß sie leicht über die Steuerelektrode 21 übersteht, sich in dieser Weise halb verfestigt hat, wird der gesamte Körper bei Temperaturen gebacken, die geeignet sind, das piezoelektrische Material zu backen (Fig. 14(f)).

In diesem Backprozeß biegt sich der zentrale Abschnitt der Vibrationsplatte 3 in Richtung der druckerzeugenden Kammer 5, aufgrund der größeren Kontraktionsrate des piezoelektrischen Vibrationselementes 23 bezüglich derjenigen der Steuerelektrode 21, zum Zeitpunkt des Backens und aufgrund der größeren Kontraktion auf der äußeren Seite des piezoelektrischen Vibrationselementes 23 in Bezug zur Kontraktion auf der Seite der Steuerelektrode 21 des piezoelektrischen Vibrationselementes 23. Da jedoch der zentrale Abschnitt der Steuerelektrode 21, die zuvor dicker ausgeformt wurde, den Raum, der durch die Verbiegung gebildet wird, ausfüllt, kann die Oberfläche der Steuerelektrode 21 horizontal gemacht werden.

Wenn die Elektrodenschicht durch Beschichtung ausgebildet wird, beinhaltet die Dicke der Schicht üblicherweise eine Inkonsistenz von etwa 20%. Daher ist es besonders bevorzugt, unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors den zentralen Abschnitt um das 1,2fache dicker zu machen als den Randbereich. Diese Technik ist sehr hilfreich bei der Verbesserung des Ergebnisses.

Wenn der Backprozeß der piezoelektrischen Vibrationselemente in dieser Weise beendet ist, wird die gemeinsame Elektrode 80 mittels Ablagerung eines elektrisch leitenden Materials, beispielsweise Kupfer oder Nickel ausgeformt, unter Verwendung einer Maske mit einem Fenster, die die Oberfläche aller piezoelektrischen Vibrationselemente 23 abdeckt, wie in Fig. 7 dargestellt.

Wenn nötig wird eine dünne elektrisch isolierende Schicht 8 verwendet, um die Bereiche der Vibrationsplatte 3 auszufüllen, in denen kein piezoelektrisches Vibrationselement 23 ausgeformt ist, so daß die Schicht 8 ebenso hoch wird, wie das piezoelektrische Vibrationselement 23, wie in Fig. 15 gezeigt, und die gemeinsame Elektrode 80 wird darauf abgelagert, so daß nicht nur die Erzeugung von Kreuzkopplung aufgrund Signallecks mittels Befestigung einer elektrisch isolierenden Schicht zwischen benachbarten Steuerelektroden 21 verhindert wird, sondern auch Brüche der gemeinsamen Elektrode 80 an den Enden des piezoelektrischen Vibrationselementes 23 verhindert werden, indem die Stufe zwischen dem piezoelektrischen Element 23 und der Vibrationsplatte 3 klein gemacht wird.

Fig. 16 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Eine Elektrode 24 ist derart ausgebildet, daß sie der druckerzeugenden Kammer 5 gegenübersteht und ist im Schnitt in einem Bereich gegenüber der druckerzeugenden Kammer 5 ähnlich bogenförmig ausgebildet. Andererseits ist in anderen Bereichen ein Abschnitt 24a ausgebildet, der sich gleichmäßig mit einer derartigen Dicke erstreckt, daß elektrische Leitung sichergestellt ist. Dieser Abschnitt 24a ist mit einer Elektrode 24′ verbunden, die auf einer benachbarten druckerzeugenden Kammer 5 ausgebildet ist. Das bedeutet, daß die Elektroden, die in den oben erwähnten Ausführungsformen zur Auswahl der anzusteuernden piezoelektrischen Elemente 23 dienen, als die gemeinsamen Elektroden verwendet werden und Steuerelektroden 83, 83′ die von den piezoelektrischen Vibrationselementen 23, 23′ elektrisch unabhängig sind, sind auf den Oberflächen der jeweiligen piezoelektrischen Vibrationselemente 23, 23′ ausgebildet.

Während die Oberfläche der Steuerelektrode mittels Füllen der Aussparung, die aufgrund der Biegung der Vibrationsplatte 3 ausgebildet ist, mit dem elektrisch leitenden Material flach gemacht wird, kann ein ähnlicher Effekt unter Verwendung anderer Materialien erzielt werden.

Fig. 17 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine dritte Schicht 30 ist ausgebildet und eine Steuerelektrode 31 ist darauf ausgeformt. Die dritte Schicht 30 ist aus einem anderen als dem piezoelektrischen Material gefertigt, das eine starke Haftung bezüglich zu sowohl der Vibrationsplatte 3 als auch der Elektrode hat. Die dritte Schicht 30 ist derart geformt, daß sie im Schnitt bogenförmig ist, so daß der zentrale Abschnitt der Vibrationsplatte 3, der gegenüber den druckerzeugenden Kammern liegt, dick ist mit einer sich sanft verjüngenden Abschrägung in Richtung der peripheren Abschnitte. Die Steuerelektrode 31 korrigiert die Biegung der Vibrationsplatte 3 und hat in ähnlicher Weise eine schmalere Breite als die druckerzeugende Kammer und eine einheitliche Dicke.

Das piezoelektrische Vibrationselement 32 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen horizontal ausgebildet mit einem höheren Grad als die Vibrationsplatte 3. Daher kann die Erzeugung von Übersprechen und die Verminderung der Effizienz des Tintenausstoßes verhindert werden.

Fig. 18(a) bis (h) zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten Tintenstrahldruckkopfes. Druck wird auf die Vibrationsplatte 3, das druckerzeugende Kammer bildende Element 4 und das druckerzeugende Kammer bildende Abdeckelement 6 ausgeübt, die in Form von unbehandelten Platten (green sheet) vorliegen und einstückig bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1500°C gebacken werden (Fig. 18(a) und (b)). Das druckerzeugende Kammer bildende Element 4 umfaßt Abschnitte, die so gestaltet sind, daß sie als druckerzeugende Kammern 5 dienen und mittels Stanzen ausgeformt sind. Jede unbehandelte Platte (green sheet) ist vorzugsweise eine Keramik wie beispielsweise Aluminiumoxid (alumina) oder Zirkoniumoxid (zirconia).

Die dritte Schicht 30, die am zentralen Abschnitt dicker ist als an den Randbereichen, wird mittels Drucken in einem Bereich entsprechend der druckerzeugenden Kammer 5 aus geformt (Fig. 18(c)) und gebacken (Fig. 18(d)). Die dritte Schicht 30 ist aus einem anderen als dem piezoelektrischen Material gefertigt, welches Haftung bezüglich sowohl der Vibrationsplatte 3 als auch der Elektrode 31 aufweist, beispielsweise Keramik oder Metall.

In diesen Prozessen ist es ebenso bevorzugt, unter Berücksichtigung von Fehlern im Herstellungsprozeß den zentralen Abschnitt um das 1,2fache dicker auszubilden als die peripheren Abschnitte.

Dann wird das Material, aus dem die Elektrode 31 gefertigt ist, mittels Drucken auf der Oberfläche der dritten Schicht 30 abgelagert, so daß es der druckerzeugenden Kammer 5 gegenübersteht (Fig. 18(e)), und gebacken (Fig. 18(f)).

Im letzten Prozeß wird das piezoelektrische Vibrationselement 32 in gleicher Weise mittels Drucken ausgebildet (Fig. 18(g)) und gebacken (Fig. 18(h)).

Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel besteht bezüglich der Auswahl des Materials zur Kompensation der Deformation der Vibrationsplatte 3 eine erhöhte Freiheit, so daß es möglich ist, die Vibrations-Charakteristik der Vibrationsplatte 3 auf einen optimalen Wert für den Tintenausstoß einzustellen.

In einem besonderen Aspekt umfaßt der Tintenstrahldruckkopf eine Vibrationsplatte, aus Keramik;
ein druckerzeugende Kammer bildendes Element zur Bildung einer Vielzahl von druckerzeugenden Kammern in Reihen, wobei das druckerzeugende Kammer bildende Element aus Keramik gefertigt ist;
eine Elektrode auf einem Pol, ausgebildet auf einer Oberfläche der Vibrationsplatte entsprechend zur druckerzeugenden Kammer;
ein piezoelektrisches Vibrationselement, deren eines Ende die Elektrode und deren anderes Ende eine Elektrode auf einem anderen Pol kontaktiert, wobei der Tintenstrahldruckkopf ein Tintentröpfchen aus einer Düsenöffnung ausstößt, wenn das piezoelektrische Element gebogen wird;
wobei wenigstens die Vibrationsplatte und das druckerzeugende Kammer bildende Element einstückig mittels Backen der Keramik ausgeformt sind, das piezoelektrische Vibrationselement mittels Backen auf der Oberfläche der Elektrode auf dem einen Pol ausgebildet ist, die auf der Oberfläche der Vibrationsplatte ausgeformt ist, eine Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol kleiner ist als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer, und eine Breite W3 des piezoelektrischen Vibrationselements größer ist als die Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol und kleiner ist als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Verhältnis der Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol zu der Breite W1 der druckerzeugenden Kammer, W2/W1, einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 auf.

Gemäß einem besonders bevorzugten Aspekt ist die Elektrode auf dem einen Pol eine Steuerelektrode und die Elektrode auf dem anderen Pol eine gemeinsame Elektrode.

In einem weiteren Aspekt ist ein peripherer Rand des piezoelektrischen Vibrationselements als Überhang bezüglich der Elektrode auf dem einen Pol ausgebildet und im wesentlichen an der Vibrationsplatte mittels der Elektrode auf dem einen Pol befestigt.

In einem weiteren bevorzugten Aspekt ist eine elektrisch isolierende Schicht zwischen den Elektroden auf dem einen Pol ausgebildet.

In einer weiteren Ausführung umfaßt der Tintenstrahldruckkopf:
eine Vibrationsplatte, aus Keramik;
ein druckerzeugende Kammer bildendes Element zur Bildung einer Vielzahl von druckerzeugenden Kammern in Reihen, wobei das druckerzeugende Kammer bildende Element aus Keramik gefertigt ist;
eine Elektrode auf einem Pol, ausgebildet auf einer Oberfläche der Vibrationsplatte entsprechend zur druckerzeugenden Kammer;
ein piezoelektrisches Vibrationselement, deren eines Ende die Elektrode und deren anderes Ende eine Elektrode auf einem anderen Pol kontaktiert, wobei der Tintenstrahldruckkopf ein Tintentröpfchen aus einer Düsenöffnung ausstößt, wenn das piezoelektrische Element gebogen wird; und
ein Element mit dem das piezoelektrische Vibrationselement an der Vibrationsplatte befestigt ist, wobei dieses Element im Schnitt eine bogenförmige Form aufweist, ein zentraler Abschnitt dieses Elementes, der der druckerzeugenden Kammer der Vibrationsplatte gegenüberliegt, eine größere Dicke aufweist als ein peripherer Rand dieses Elementes, dieses Element ragt in Richtung der druckerzeugenden Kammer hervor;
wobei wenigstens die Vibrationsplatte und das druckerzeugende Kammer bildende Element einstückig mittels Backen der Keramik ausgeformt sind, das piezoelektrische Vibrationselement mittels Backen auf der Oberfläche der Elektrode auf dem einen Pol ausgebildet wird, die auf der Oberfläche der Vibrationsplatte gebildet ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist das Element aus einem Material gefertigt, das eine adhäsive Kraft bezüglich dem piezoelektrischen Vibrationselement und der Vibrationsplatte aufweist, und nicht piezoelektrisch ist.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist das Element die Elektrode auf dem einen Pol.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt ist ein Verhältnis der Dicke des zentralen Abschnitts des Elements zu seinem peripheren Eckabschnitt 1,2 oder mehr.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol kleiner als eine Breite W1 der druckerzeugenden Kammer und eine Breite W3 des piezoelektrischen Vibrationselements ist größer als die Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol und kleiner als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Verhältnis der Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol zu der Breite W1 der druckerzeugenden Kammer, W2/W1, einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 auf.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist die Elektrode auf dem einen Pol eine Steuerelektrode und die Elektrode auf dem anderen Pol eine gemeinsame Elektrode.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist der periphere Rand des piezoelektrischen Vibrationselements als Überhang bezüglich der Elektrode auf dem einen Pol ausgebildet und im wesentlichen mittels der Elektrode auf dem einen Pol an der Vibrationsplatte befestigt.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist eine elektrisch isolierende Schicht zwischen den Elektroden auf dem einen Pol ausgebildet.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt umfaßt der Tintenstrahldruckkopfes die folgenden Schritte:
Ausbilden einer Vibrationsplatte, eines druckerzeugende Kammer bildenden Elements, eines druckerzeugende Kammer bildenden Abdeckelements aus jeweils unbehandelten Platten, wobei das druckerzeugende Kammer bildende Element Fenster in Bereichen aufweist, die als druckerzeugende Kammern dienen und mittels Stanzen ausgeformt sind, jede unbehandelte Platte ist ein keramisches Material, welches Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid enthält;
integrales Backen der Vibrationsplatte, des druckerzeugende Kammer bildenden Elementes und des druckerzeugende Kammer bildenden Abdeckelementes, mittels Anlegen eines Druckes, wobei die Vibrationsplatte, das druckerzeugende Kammer bildende Element und das druckerzeugende Kammer bildende Abdeckelement halb verfestigt sind;
Ausbilden eines Musters einer Elektrode auf einem Pol aus einem elektrisch leitenden Material in einem Bereich entsprechend einer druckerzeugenden Kammer der Vibrationsplatte, so daß ein Verhältnis einer Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol zu einer Breite W1 der druckerzeugenden Kammer, W2/W1, einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 aufweist;
Backen des so erhaltenen Ganzen bei einer Temperatur die geeignet ist, das elektrisch leitende Material zu backen, wenn das Muster der Elektrode auf dem einen Pol der Vibrationsplatte halb verfestigt ist; und
Ausbilden einer Schicht eines piezoelektrischen Materials derart, daß sie breiter ist als die Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol und enger als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer, und Backen dieser Schicht.

In einem weiteren Aspekt ist die Keramik aus einer oder mehreren Arten von Zusammensetzungen aus der folgenden Gruppe: Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid; und das piezoelektrische Material ist im wesentlichen aus Bleititanatzirkonat, Blei Magnesium-Niobat, Blei Nickel-Niobat, Blei Mangan-Niobat, Blei Antimon-Stannat und Blei Titanat gebildet; und das elektrisch leitende Material ist im wesentlichen aus einer Art oder mehreren Legierungen aus folgender Gruppe gefertigt: Platin, Palladium, Silber-Palladium, Silber-Platin und Platin-Palladium.

In einem bevorzugten Aspekt umfaßt das Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes die folgenden Schritte:
Ausbilden einer Vibrationsplatte, eines druckerzeugende Kammer bildenden Elements, eines druckerzeugende Kammer bildenden Abdeckelements aus jeweils unbehandelten Platten, wobei das druckerzeugende Kammer bildende Element Fenster in Bereichen aufweist, die als druckerzeugende Kammern dienen und mittels Stanzen ausgeformt sind, wobei jede unbehandelte Platte ein keramisches Material ist, welches Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid enthält;
integrales Backen der Vibrationsplatte, des druckerzeugende Kammer bildenden Elementes und des druckerzeugende Kammer bildenden Abdeckelementes, mittels Anlegen eines Druckes, wobei die Vibrationsplatte, das druckerzeugende Kammer bildende Elementes und das druckerzeugende Kammer bildende Abdeckelement halb verfestigt sind;
Ausbilden eines Musters einer Elektrode auf einem Pol aus einem elektrisch leitenden Material in einem Bereich entsprechend einer druckerzeugenden Kammer der Vibrationsplatte, so daß ein Verhältnis einer Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol zu einer Breite W1 der druckerzeugenden Kammer, W2/W1, einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 aufweist und so, daß ein zentraler Abschnitt der Elektrode auf dem einen Pol mit einer an der druckerzeugenden Kammer hervorstehenden Seite einen bogenförmigen Schnitt aufweist;
Backen des so erhaltenen Ganzen bei einer Temperatur die geeignet ist, das elektrisch leitende Material zu backen, wenn das Muster der Elektrode auf dem einen Pol der Vibrationsplatte halb verfestigt ist; und
Ausbilden einer Schicht eines piezoelektrischen Materials derart, daß sie breiter ist als die Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol und enger als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer, und Backen dieser Schicht.

In einem weiteren Aspekt ist die Elektrode auf dem einen Pol mehrmals ausgebildet, so daß der zentrale Bereich davon hervorsteht.

In einem bevorzugten Aspekt umfaßt das Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes die folgenden Schritte:
Ausbilden einer Vibrationsplatte, eines druckerzeugende Kammer bildenden Elements, eines druckerzeugende Kammer bildenden Abdeckelements aus jeweils unbehandelten Platten, wobei das eine druckerzeugende Kammer bildende Element Fenster in Bereichen aufweist, die als druckerzeugende Kammern dienen und mittels Stanzen ausgebildet sind, wobei jede unbehandelte Platte ein keramisches Material, welches Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid enthält;
integrales Backen der Vibrationsplatte, des druckerzeugende Kammer bildenden Elementes und des druckerzeugende Kammer bildenden Abdeckelementes, mittels Anlegen eines Druckes, wobei die Vibrationsplatte, das druckerzeugende Kammer bildende Element und das druckerzeugende Kammer bildende Abdeckelement halb verfestigt sind;
Ausbilden einer dritten Schicht eines Materials mit einer adhäsiven Kraft bezüglich der Vibrationsplatte und einer Elektrode auf einem Pol in einem Bereich entsprechend der druckerzeugenden Kammer der Vibrationsplatte, so daß ein zentraler Abschnitt davon mit einer an der druckerzeugenden Kammer hervorstehenden Seite einen bogenförmigen Schnitt aufweist;
Ausbilden eines Musters einer Elektrode auf dem einen Pol aus einem elektrisch leitenden Material auf einer Oberfläche der dritten Schicht, so daß ein Verhältnis einer Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol zu einer Breite W1 der druckerzeugenden Kammer, W2/W1, einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 aufweist;
Backen des so erhaltenen Ganzen bei einer Temperatur die geeignet ist, das elektrisch leitende Material zu backen, wenn das Muster der Elektrode auf dem einen Pol der Vibrationsplatte halb verfestigt ist; und
Ausbilden einer Schicht eines piezoelektrischen Materials derart, daß sie breiter ist als die Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol und enger als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer, und Backen dieser Schicht.

In einem weiteren Aspekt besteht die Keramik aus einer oder mehreren Arten von Zusammensetzungen aus der folgenden Gruppe: Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid; und das piezoelektrische Material ist im wesentlichen gebildet aus Bleititanatzirkonat, Blei Magnesium-Niobat, Blei Nickel- Niobat, Blei Mangan-Niobat, Blei Antimon-Stannat und Blei Titanat; und das elektrisch leitende Material ist im wesentlichen aus einer oder mehreren Arten von Legierungen aus der folgenden Gruppe gefertigt: Platin, Palladium, Silber-Palladium, Silber-Platin und Platin-Palladium.

Bezugszeichenliste

1 piezoelektrisches Vibrationselement
1a zentraler Abschnitt von 1
1b Randbereich von 1
3 Vibrationsplatte
3′ Kurve in Fig. 4
4 druckerzeugende Kammer bildendes Element
5 druckerzeugende Kammer
6 druckerzeugende Kammer bildendes Abdeckelement
6a Zuführöffnungen in Kontakt mit Tintentank 12a
6b Zuführöffnungen in Kontakt mit Düsenöffnungen 13a
8 elektrisch isolierende Schicht
11 Tintenzuführungsabschnitt bildendes Element
11a Zuführungsdurchgangsöffnungen auf Tintenzuführungsabschnitt bildenden Element 11 (druckerzeugende Kammern 5/gemeinsame Tintenkammer 12a)
11b Zuführungsdurchgangsöffnungen auf Tintenzuführungsabschnitt bildenden Element 11 (druckerzeugende Kammern 5/Düsenöffnungen 13a)
12 Reservoir bildendes Element
12a Tintenkammer
12b Zuführungsdurchgangsöffnungen auf Reservoir formenden Element (druckerzeugende Kammern 5/Düsenöffnungen 13a)
13 düsenformendes Element
13a Düsenöffnungen
14 Tintenzuführungseinlaß
20 Steuerelektroden
21 Steuerelektrode
21-1 erste Schicht von 21
21-2 zweite Schicht von 21
23 piezoelektrisches Vibrationselement
23a Randbereiche von 23
24 Elektrode
24a Abschnitt von 24
30 dritte Schicht
31 Steuerelektrode
32 piezoelektrisches Vibrationselement
50 druckerzeugende Einheit
70 Flußkanaleinheit
80 gemeinsame Elektrode
82 Bleielektrode
84 Aussparung
83 Steuerelektrode (Fig. 16)
83′ Steuerelektrode (Fig. 16)
84a Stufe in 84
85 Kabel
90 Vibrationsplatte
91 druckerzeugende Kammer
92 piezoelektrisches Vibrationselement
92a Abschnitt der unteren Region des piezoelektr. Vibrationselementes 92 der in Richtung druckerzeugender Kammer 91 verläuft
93 Elektrode
94 druckerzeugende Kammer bildendes Element
94a Wand der druckerzeugenden Kammer 91
94b Wand der druckerzeugenden Kammer 91
95 Rand der Elektrode 93
d Tintentröpfchen
A Rand von 1
A1 Kräfte auf piezoelektrisches Vibrationselement 92
A2 Kräfte auf piezoelektrisches Vibrationselement 23
B1 Kraft auf Vibrationsplatte 90 zum Tintenausstoß
B2 Kraft auf Vibrationsplatte 3 zum Tintenausstoß
C1 Kraft auf Wand 94a
C2 Kraft auf Wand 94b
W1 Breite der druckerzeugenden Kammer
W2 Breite der Elektrode auf dem einen Pol
W3 Breite des piezoelektrischen Vibrationselements

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf, dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes umfaßt:
eine Vibrationsplatte (3), insbesondere aus Keramik;
ein druckerzeugende Kammer bildendes Element (4) zur Bildung einer Vielzahl von druckerzeugenden Kammern (5) in Reihen, wobei das druckerzeugende Kammer bildende Element (4) insbesondere aus Keramik gefertigt ist;
eine Elektrode (20; 21; 24; 31; 83, 83′) auf einem Pol, die entsprechend der druckerzeugenden Kammer (5), auf einer Oberfläche der Vibrationsplatte (3) ausgebildet ist;
ein piezoelektrisches Vibrationselement (1; 23; 32), dessen eines Ende die Elektrode (20; 21; 24; 31; 83, 83′) und dessen anderes Ende eine Elektrode auf einem anderen Pol kontaktiert;
wobei das piezoelektrische Vibrationselement (1; 23; 32) auf der Oberfläche der Elektrode (20; 21; 24; 31; 83; 83′) auf dem einen Pol ausgebildet ist, die auf der Oberfläche der Vibrationsplatte (3) ausgeformt ist; und
wobei eine Breite W2 der Elektrode (20; 21; 24; 31; 83; 83′) auf dem einen Pol kleiner ist als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer (5), und eine Breite W3 des piezoelektrischen Vibrationselements (1; 23; 32) größer ist als die Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol und kleiner ist als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer (5).

2. Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Vibrationselement (1; 23; 32) mittels Backen auf der Oberfläche der Elektrode (20; 21; 24; 31; 83, 83′) auf dem einen Pol ausgebildet ist.

3. Tintenstrahldruckkopf gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Vibrationsplatte (3) und das druckerzeugende Kammer bildende Element (4) mittels Backen der Keramik einstückig ausgeformt sind.

4. Tintenstrahldruckkopf gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenstrahldruckkopf ein Tintentröpfchen (d) aus einer Düsenöffnung (13a) ausstößt, wenn das piezoelektrische Element (1; 23; 32) gebogen wird.

5. Tintenstrahldruckkopf gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis der Breite W2 der Elektrode (20; 21; 24; 31; 83, 83′) auf dem einen Pol zu der Breite W1 von der druckerzeugenden Kammer (5), W2/W1, einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 aufweist.

6. Tintenstrahldruckkopf gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode auf dem einen Pol eine Steuerelektrode (20; 21; 31, 83, 83′) und die Elektrode auf dem anderen Pol eine gemeinsame Elektrode (24, 24′; 80) ist.

7. Tintenstrahldruckkopf gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Randbereich (1b; 23a) des piezoelektrischen Vibrationselements (1; 23) als Überhang bezüglich der Elektrode (20; 21) auf dem einen Pol ausgebildet und im wesentlichen mittels der Elektrode (20; 21) auf dem einen Pol an der Vibrationsplatte (3) befestigt ist.

8. Tintenstrahldruckkopf gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch isolierende Schicht (8) zwischen den Elektroden (20; 21) auf dem einen Pol ausgebildet ist.

9. Tintenstrahldruckkopf, insbesondere gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes umfaßt:
eine Vibrationsplatte (3), insbesondere aus Keramik;
ein druckerzeugende Kammer bildendes Element (4) zur Bildung einer Vielzahl von druckerzeugenden Kammern (5) in Reihen, wobei das eine druckerzeugende Kammer bildende Element (4) insbesondere aus Keramik gefertigt ist;
eine Elektrode (20; 21; 24; 31; 83, 83′) auf einem Pol, die, entsprechend zur druckerzeugenden Kammer (5), auf einer Oberfläche der Vibrationsplatte (3) ausgebildet ist;
ein piezoelektrisches Vibrationselement (1; 23; 32), dessen eines Ende die Elektrode (20; 21; 24; 31; 83, 83′) und dessen anderes Ende eine Elektrode auf einem anderen Pol kontaktiert;
ein Element (30) mit dem das piezoelektrische Vibrationselement (1; 23; 32) an der Vibrationsplatte (3) befestigt ist, wobei dieses Element (30) im Schnitt eine bogenförmige Form aufweist, wobei ein zentraler Abschnitt dieses Elementes, der der druckerzeugenden Kammer (5) der Vibrationsplatte (3) gegenüberliegt, eine größere Dicke aufweist als ein Randbereich dieses Elementes (30), und wobei dieses Element (30) in Richtung der druckerzeugenden Kammer (5) hervorsteht.

10. Tintenstrahldruckkopf gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Vibrationselement (1; 23; 32) mittels Backen auf der Oberfläche der Elektrode (20; 21; 24; 31; 83, 83′) auf dem einen Pol ausgebildet ist, die auf der Oberfläche der Vibrationsplatte (3) ausgeformt ist.

11. Tintenstrahldruckkopf gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Vibrationsplatte (3) und das druckerzeugende Kammer bildende Element (4) mittels Backen der Keramik einstückig ausgeformt sind.

12. Tintenstrahldruckkopf gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenstrahldruckkopf ein Tintentröpfchen (d) aus einer Düsenöffnung (13a) ausstößt, wenn das piezoelektrische Vibrationselement (1; 23; 32) gebogen wird.

13. Tintenstrahldrucker gemäß wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (30) aus einem Material gefertigt ist, das eine adhäsive Kraft bezüglich dem piezoelektrischen Vibrationselement (1; 23; 32) und der Vibrationsplatte (3) aufweist und keine piezoelektrische Eigenschaft hat.

14. Tintenstrahldrucker gemäß wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (30) die Elektrode (20; 21; 24; 31; 83, 83′) auf dem einen Pol ist.

15. Tintenstrahldrucker gemäß wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke des zentralen Abschnitts von dem Element (30) zu seinem Randbereich 1,2 oder mehr ist.

16. Tintenstrahldrucker gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Breite W2 der Elektrode (20; 21; 24; 31; 83, 83′) auf dem einen Pol kleiner ist als eine Breite W1 der druckerzeugenden Kammer (5) und eine Breite W3 des piezoelektrischen Vibrationselements (1; 23; 32) größer ist als die Breite W2 der Elektrode (20; 21; 24; 31; 83, 83′) auf dem einen Pol und kleiner ist als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer (5).

17. Tintenstrahldrucker gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite W2 der Elektrode (20; 21; 24; 31; 83, 83′) auf dem einen Pol zu der Breite W1 der druckerzeugenden Kammer (5), W2/W1, einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 aufweist.

18. Tintenstrahldrucker gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode auf dem einen Pol eine Steuerelektrode (20; 21; 31; 83, 83′) und die Elektrode auf dem anderen Pol eine gemeinsame Elektrode (24, 24′; 80) ist.

19. Tintenstrahldrucker gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (1b; 23a) des piezoelektrischen Vibrationselements (1; 23) als Überhang bezüglich der Elektrode (20; 21) auf dem einen Pol ausgebildet ist und im wesentlichen mittels der Elektrode (20; 21) auf dem einen Pol an der Vibrationsplatte (3) befestigt ist.

20. Tintenstrahldrucker gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch isolierende Schicht (8) zwischen den Elektroden (20; 21) auf dem einen Pol ausgebildet ist.

21. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:
Ausbilden einer Vibrationsplatte, eines druckerzeugende Kammer bildenden Elementes, ein druckerzeugende Kammer bildendes Abdeckelement aus jeweils unbehandelten Platten, wobei das druckerzeugende Kammer bildende Element Fenster in Bereichen aufweist, die als druckerzeugende Kammern dienen, und insbesondere mittels Stanzen ausgeformt sind, und wobei jede unbehandelte Platte insbesondere ein keramisches Material ist, welches insbesondere Aluminiumoxid (alumina) oder Zirconiumoxid (zirconia) enthält;
integrales Backen der Vibrationsplatte, des druckerzeugende Kammer bildenden Elementes und des druckerzeugende Kammer bildenden Abdeckelementes, mittels Anlegen eines Druckes, wobei die Vibrationsplatte, das druckerzeugende Kammer bildende Element und das druckerzeugende Kammer bildende Abdeckelement halb verfestigt sind;
Ausbilden eines Musters einer Elektrode auf einem Pol, aus einem elektrisch leitenden Material in einem Bereich entsprechend einer druckerzeugenden Kammer der Vibrationsplatte;
Backen des so erhaltenen Ganzen bei einer Temperatur die geeignet ist, das elektrisch leitende Material zu backen, wenn das Muster der Elektrode auf dem einen Pol der Vibrationsplatte halb verfestigt ist; und
Ausbilden einer Schicht eines piezoelektrischen Materials, und Backen dieser Schicht.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis einer Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol zu einer Breite W1 der druckerzeugenden Kammer, W2/W1, einen Wert zwischen 0,8 und 0,9 aufweist.

23. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des piezoelektrischen Materials breiter ist als die Breite W2 der Elektrode auf dem einen Pol und enger als die Breite W1 der druckerzeugenden Kammer.

24. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik eine oder mehrere Arten von Zusammensetzungen der folgenden Gruppe ist:
Aluminiumoxid (aluminum oxide), Zirkoniumoxid (zirconiumoxide), Magnesiumoxid (magnesium oxide), Aluminiumnitrid (aluminum nitride) und Siliziumnitrid (silicon nitride).

25. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material im wesentlichen aus Bleititanatzirkonat, Blei Magnesium- Niobat, Blei Nickel-Niobat, Blei Mangan-Niobat, Blei Antimon-Stannat und Blei Titanat gebildet ist.

26. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material im wesentlichen aus einer Art oder mehreren Legierungen aus folgender Gruppe gefertigt ist: Platin, Palladium, Silber-Palladium, Silber-Platin und Platin- Palladium.

27. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Abschnitt der Elektrode auf dem einen Pol einen bogenförmigen Schnitt aufweist, mit einer zur druckerzeugenden Kammer weisenden hervorstehenden Seite.

28. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode auf dem einen Pol mehrmals ausgebildet wird, so daß der zentrale Bereich davon hervorsteht.

29. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 28, gekennzeichnet durch den folgenden weiteren Schritt, insbesondere vor dem Ausbilden des Musters der Elektrode:
Ausbilden einer dritten Schicht eines Materials mit einer adhäsiven Kraft bezüglich der Vibrationsplatte und einer Elektrode auf einem Pol in einem Bereich entsprechend der druckerzeugenden Kammer der Vibrationsplatte, so daß ein zentraler Abschnitt davon einen bogenförmigen Schnitt aufweist, mit einer zur druckerzeugenden Kammer weisenden hervorstehenden Seite.