DE60107917T2 - Tintenstrahlaufzeichnungskopf und Tintenstrahlaufzeichnungsapparat - Google Patents

Tintenstrahlaufzeichnungskopf und Tintenstrahlaufzeichnungsapparat Download PDF

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Yoshinao Suwa-shi Miyata
Hiroyuki Suwa-shi Kamei
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf zum Ausgeben von Tintentröpfchen durch Versatz eines piezoelektrischen Elements, wobei eine Vibrationsplatte einen Teil einer druckerzeugenden Kammer bildet, die mit einer Düsenöffnung in Verbindung steht, welche Tintentröpfchen ausstößt und das piezoelektrische Element durch die Vibrationsplatte vorgesehen ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Tintenstrahldrucker.
  • Als Tintenstrahldruckkopf zum Ausstoßen von Tintentröpfchen aus einer Düsenöffnung, wobei eine Vibrationsplatte einen Teil einer druckerzeugenden Kammer bildet, die mit einer Düsenöffnung in Verbindung steht, die Tintentröpfchen ausstößt und die Vibrationsplatte durch das piezoelektrische Element deformiert wird, um Tinte in der druckerzeugenden Kammer unter Druck zu setzen, wurden die folgenden zwei Typen in die Praxis umgesetzt; einer davon ist ein Tintenstrahldruckkopf, der einen piezoelektrischen Aktuator des Längsvibrationsmodus verwendet, der sich in einer Axialrichtung des piezoelektrischen Elements ausdehnt und zusammenzieht und der andere verwendet einen piezoelektrischen Aktuator des Biegevibrationsmodus.
  • Der Tintenstrahldruckkopf des erstgenannten Typs weist einen Vorteil darin auf, dass er ein Volumen der druckerzeugenden Kammer dadurch ändern kann, dass einer Endstirnfläche des piezoelektrischen Elements gestattet wird, an der Vibrationsplatte anzuliegen, so dass ermöglicht wird, einen Kopf herzustellen, der zum Drucken mit hoher Dichte geeignet ist. Dieser Typ Tintenstrahlkopf weist jedoch das Problem komplizierter Herstellungsschritte auf und zwar: aufgrund der Notwendigkeit eines mit Problemen behafteten Schrittes des Schneidens und Teilens des piezoelektrischen Element in eine Kammzahnform, so dass es mit einer Anordnungsteilung der Düsenöffnungen zusammenfällt; und aufgrund der Notwendigkeit eines Vorgangs des Positionierens und Fixierens des zugeschnittenen und geteilten piezoelektrischen Elements auf den druckerzeugenden Kammern.
  • Dagegen weist der Tintenstrahldruckkopf des letzteren Typs einen Vorteil darin auf, dass das piezoelektrische Element mittels relativ leichter Schritte des Anklebens einer grünen Schicht eines piezoelektrischen Materials an der Vibrationsplatte, so dass es mit der druckerzeugenden Kammer in seiner Form übereinstimmt und des Sinterns desselben an der Vibrationsplatte angebracht werden kann. Diese Art Tintenstrahldruckkopf weist jedoch ein Problem darin auf, dass es schwierig ist, die druckerzeugende Kammer in hoher Dichte anzuordnen, weil aufgrund der Verwendung der Biegevibration eine gewisse Fläche notwendig ist.
  • Um einen Nachteil des Tintenstrahldruckkopfes des letzteren Typs zu lösen, wurde, wie es in der japanischen Patentoffenlegung Nr. Hei 5(1993)-286131 offenbart ist, ein Tintenstrahldruckkopf vorgeschlagen, bei dem eine piezoelektrische Materialschicht mit einer gleichmäßigen Stärke durch eine Schichtaufbau (Engl.: film growth technology) über der gesamten Oberfläche einer Vibrationsplatte ausgebildet ist und diese piezoelektrische Materialschicht dann mittels eines Lithographie-Verfahrens beschnitten und unterteilt wird, so dass die Form jedes Stücks der Schicht einer Form jeder druckerzeugenden Kammer entsprechen kann und somit jedes piezoelektrische Element für jede druckerzeugende Kammer unabhängig ausgebildet wird.
  • Gemäß dem Tintenstrahldruckkopf, wie er oben beschrieben wurde, wird nicht nur der Vorgang des Anklebens des piezoelektrischen Elements an der Vibrationsplatte unnötig, sondern es werden auch die folgenden Vorteile erreicht, nämlich dass das piezoelektrische Element durch ein präzises und einfaches Verfahren, nämlich das Lithographie-Verfahren, fest an der Vibrationsplatte angebracht werden kann und auch dass das piezoelektrische Element dünn gestaltet werden kann, um einen Hochgeschwindigkeitsantrieb davon zu gestatten.
  • Darüber hinaus gestattet das Vorsehen wenigstens einer oberen Elektrode für jede druckerzeugende Kammer, während die piezoelektrische Materialschicht, die auf der gesamten Oberfläche der Vibrationsplatte vorgesehen ist, frei bleibt, in diesem Fall das piezoelektrische Element entsprechend jeder druckerzeugenden Kammer anzutreiben. Es ist jedoch wünschenswert, dass ein piezoelektrisch aktiver Abschnitt mit einer piezoelektrischen Schicht und die obere Elektrode derart ausgebildet werden, dass sie nicht außerhalb der druckerzeugenden Kammer angeordnet sind, da dort Probleme einer Versatzmenge pro Einheit Antriebsspannung auftreten und Spannungen auf die piezoelektrische Schicht in einem Bereich aufgebracht werden, der einen Abschnitt überspannt, der in Richtung der druckerzeugenden Kammer und davon nach außen weist.
  • In diesem Zusammenhang war ein Aufbau bekannt, bei dem eine Isolationsschicht das piezoelektrische Element entsprechend jeder druckerzeugenden Kammer bedeckt und ein Fenster (im folgenden als Kontaktloch bezeichnet) zum Verbinden eines Verbindungsabschnitts zwischen jedem piezoelektrischen Element und einer Leitungselektrode, die eine Spannung zum Antreiben jedes piezoelektrischen Elements liefert, in der Isolationsschicht vorgesehen ist, so dass es jeder druckerzeugenden Kammer entspricht und somit der Verbindungsabschnitt zwischen jedem piezoelektrischen Element und der Leitungselektrode in dem Kontaktloch gebildet wird.
  • Bei dem oben beschriebenen Aufbau, bei dem das Kontaktloch vorgesehen ist, um die obere Elektrode und die Leitungselektrode zu verbinden, bestand ein Problem, dass die gesamte Folienstärke des Abschnitts, der mit dem Kontaktloch versehen ist, dick wird und somit eine Versatz-Charakteristik vermindert.
  • Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wurde ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem ein piezoelektrisch inaktiver Abschnitt mit einer piezoelektrischen Schicht, der jedoch im wesentlichen nicht angetrieben ist, zusammen mit dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt als einen im wesentlichen Antriebsabschnitt des piezoelektrischen Elements in einem Bereich, der der druckerzeugenden Kammer zugewandt ist, vorgesehen ist, wodurch die Leitungselektrode ohne Vorsehen des Kontaktloches ausgebildet wird.
  • Darüber hinaus offenbart die EP-A-0963846 einen Tintenstrahldruckkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bei dem oben beschriebenen Aufbau wird der piezoelektrische aktive Abschnitt deformiert, wenn das piezoelektrische Element durch Anlegen einer Spannung angetrieben wird. Und es besteht das Problem, dass eine Beschädigung, beispielsweise ein Riss, in dem Grenzabschnitt zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt auftritt, weil eine drastische Spannungsänderung dazwischen erzeugt wird.
  • Darüber hinaus neigt das obige Problem dazu, insbesondere in dem Falle aufzutreten, indem die piezoelektrische Materialschicht durch die Schichtwachstums- bzw. Schichtaufbau-Technologie (Engl.: film growth technology) ausgebildet wird. Dies liegt daran, dass die Festigkeit der piezoelektrischen Materialschicht im Vergleich zu der einer piezoelektrischen Materialschicht, an der ein voluminöses piezoelektrisches Element angeklebt ist, niedrig ist, da die durch die Folienaufbautechnologie ausgebildete piezoelektrische Materialschicht sehr dünn ist.
  • Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Umstände liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Tintenstrahldruckkopf und einen Tintenstrahldrucker bereitzustellen, bei denen eine Beschädigung der piezoelektrischen Schicht aufgrund des Antriebs des piezoelektrischen Elements verhindert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Tintenstrahldruckkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Tintenstrahldrucker gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
  • Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt ein erster Aspekt zum Lösen der oben beschriebenen Probleme in einem Tintenstrahldruckkopf, umfassend: eine druckerzeugende Kammer, die mit einer Düsenöffnung in Verbindung steht; und ein piezoelektrisches Element mit einer unteren Elektrode, einer piezoelektrischen Schicht und einer oberen Elektrode, wobei das piezoelektrische Element in einem Bereich entsprechend der druckerzeugenden Kammer mit einer dazwischen angeordneten Vibrationsplatte vorgesehen ist;
    wobei das piezoelektrische Element einen piezoelektrischen aktiven Abschnitt als einen wesentlichen Antriebsabschnitt und einen piezoelektrischen inaktiven Abschnitt, der die piezoelektrische Schicht kontinuierlich von dem piezoelektrische aktiven Abschnitt aufweist, aber im wesentlichen in einem Bereich, der der druckerzeugenden Kammer zugewandt ist, beinhaltet, und eine Spannungsunterdrückungsschicht zum Unterdrücken von Spannungen aufgrund des Antriebs des piezoelektrischen Elements eine Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt überspannend vorgesehen ist. Darüber hinaus ist die Spannungsunterdrückungsschicht derart ausgebildet, dass sie eine Breite aufweist, die in einem Bereich außerhalb der Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt breiter als eine Breite der druckerzeugenden Kammer ist und die Vibrationsplatte in einem Bereich entgegengesetzt einem Kantenabschnitt einer Längsrichtung der druckerzeugenden Kammer mit der Spannungsunterdrückungsschicht bedeckt ist.
  • Bei dem ersten Aspekt wird die Festigkeit der Vibrationsplatte in dem Kantenabschnitt der Längsrichtung der druckerzeugenden Kammer erhöht und somit eine Beschädigung der Vibrationsplatte aufgrund des Antriebs des piezoelektrischen Elements verhindert. Wenn das piezoelektrische Element angetrieben wird, wird ferner die Spannung/Beanspruchung an der Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt des piezoelektrischen Elements unterdrückt und eine Beschädigung der piezoelektrischen Schicht verhindert.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß dem ersten Aspekt, wobei die piezoelektrische Schicht Kristalle aufweist, die einer vorherigen Ausrichtung unterzogen wurden.
  • Bei dem zweiten Aspekt werden die Kristalle als folge des Ablagerns der piezoelektrischen Schicht in einem Dünnfolienvorgang der vorherigen Ausrichtung unterzogen.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß dem zweiten Aspekt, wobei die piezoelektrische Schicht Kristalle aufweist, die eine säulenartige Form aufweisen.
  • Bei dem dritten Aspekt weisen die Kristalle als Folge des Ablagerns der piezoelektrischen Schicht in dem Dünnfolienvorgang die säulenartige Form auf.
  • Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß dem ersten, zweiten oder dritten Aspekt, wobei der piezoelektrische inaktive Abschnitt durch Entfernen der unteren Elektrode ausgebildet ist.
  • Bei dem vierten Aspekt kann der piezoelektrische inaktive Abschnitt durch Entfernen der unteren Elektrode leicht ausgebildet werden.
  • Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß dem ersten bis vierten Aspekt, wobei eine Folienstärke der piezoelektrischen Schicht zwischen 0,5 bis 3 μm liegt.
  • Bei dem fünften Aspekt ist die Folienstärke bzw. Schichtstärke der piezoelektrischen Schicht relativ dünn ausgestaltet und somit kann der Kopf miniaturisiert werden.
  • Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß einem des ersten bis fünften Aspekts, wobei wenigstens die piezoelektrische Schicht, die das piezoelektrische Element bildet, in dem Bereich entgegengesetzt der druckerzeugenden Kammer unabhängig ausgebildet ist.
  • Bei dem sechsten Aspekt wird eine Versatzmenge der Vibrationsplatte aufgrund des Antriebs des piezoelektrischen Elements erhöht.
  • Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß dem sechsten Aspekt, wobei sich eine Verdrahtungselektrode von der oberen Elektrode in Richtung eines Bereichs einer Umfangswand der druckerzeugenden Kammer erstreckt.
  • Bei dem siebten Aspekt können die obere Elektrode des piezoelektrischen Elements und die externe Verdrahtung über die Verdrahtungselektrode, die dazwischen angeordnet ist, relativ leicht verbunden werden.
  • Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß dem siebten Aspekt, wobei der Verdrahtungselektrode auch als die Spannungsunterdrückungsschicht dient.
  • Bei dem achten Aspekt kann ein Aufbau des Tintenstrahldruckkopfs vereinfacht werden und die Herstellungskosten davon können reduziert werden, weil die Verdrahtungselektrode auch als die Spannungsunterdrückungsschicht dient.
  • Ein neunter Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß eines des ersten bis achten Aspekts, wobei die Spannungsunterdrückungsschicht eine Isolationsschicht umfasst, die aus einem Isolationsmaterial gebildet ist.
  • Bei dem neunten Aspekt wird die Spannung/Beanspruchung, die auf das piezoelektrische Element ausgeübt wird, unterdrückt, ohne die Verdrahtung des piezoelektrischen Elements kurzzuschließen und somit wird eine Beschädigung des piezoelektrischen Element sicher verhindert.
  • Ein zehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß einem des ersten bis neunten Aspekts, wobei eine Breite eines Endabschnittes der Spannungsunterdrückungsschicht auf der Seite des piezoelektrischen aktiven Abschnitts in Richtung eines vorderen Endes davon allmählich abnimmt.
  • Bei dem zehnten Aspekt wird eine Beschädigung der piezoelektrischen Schicht aufgrund der radikalen Spannungsänderung an der Grenze verhindert, weil sich die Spannung, die auf das piezoelektrische Element aufgebracht wird, in der Umgebung der Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt allmählich ändert.
  • Ein elfter Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß einem des ersten bis zehnten Aspekts, wobei die druckerzeugende Kammer dadurch ausgebildet ist, dass ein Einkristall-Siliziumträger einem anisotropen Ätzen ausgesetzt wird und jede Schicht des piezoelektrischen Elements aus einer dünnen Schicht mittels eines Lithographie-Verfahrens ausgebildet ist.
  • Bei dem elften Aspekt kann die druckerzeugende Kammer mit hoher Genauigkeit und hoher Dichte leicht ausgebildet werden.
  • Ein zwölfter Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Tintenstrahldrucker, umfassend einen Tintenstrahldruckkopf gemäß eines des ersten bis zwölften Aspekts.
  • Bei dem zwölften Aspekt kann ein Tintenstrahldruckkopf realisiert werden, bei dem die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Kopfes verbessert sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Tintenstrahldruckkopf des Beispiels 1 zeigt, der dazu dient, die vorliegende Erfindung zu erläutern, aber nicht sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
  • 2A und 2B sind Ansichten des Tintenstrahldruckkopfes gemäß dem Beispiel 1: 2A ist eine Draufsicht und 2B ist ein Querschnitt.
  • 3A bis 3D sind Querschnittsansichten, die einen Herstellungsprozess des Tintenstrahldruckkopfs gemäß dem Beispiel 1 zeigen.
  • 4A bis 4C sind Querschnittsansichten, die den Herstellungsprozess des Tintenstrahldruckkopfs gemäß dem Beispiel 1 zeigen.
  • 5A und 5B sind Ansichten des Tintenstrahldruckkopfes gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung: 5A ist eine Draufsicht und 5B ist ein Querschnitt.
  • 6 ist eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel des Tintenstrahldruckkopfes gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7A und 7B sind Ansichten eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung: 7A ist eine Draufsicht und 7B ist ein Querschnitt.
  • 8 ist eine schematische Ansicht eines Tintenstrahldruckers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im folgenden wird eine genaue Beschreibung der vorliegenden Erfindung auf Grundlage von Ausführungsformen bereitgestellt.
  • (Beispiel 1)
  • 1 ist eine Explosionsansicht, die einen Tintenstrahldruckkopf gemäß dem Beispiel 1 zeigt, 2A ist eine Draufsicht von 1 und 2B ist eine Querschnittsansicht davon, wobei alle dazu dienen, die vorliegende Erfindung zu erläutern, aber nicht sämtlich Merkmale davon zeigen.
  • Wie es in den Zeichnungen dargestellt ist, besteht ein durchgangsbildender Träger 10 in diesem Beispiel aus einem Einkristall-Silikonträger mit ebener Ausrichtung (110). Eine Oberfläche des durchgangsbildenden Trägers 10 wird eine Öffnungsfläche und auf der anderen Fläche davon wird eine elastische Schicht 50 mit einer Stärke zwischen 1 bis 2 Pm ausgebildet, die aus Siliziumdioxid, das zuvor durch thermische Oxidation gebildet wurde, gestaltet ist.
  • In dem durchgangsbildenden Träger 10 werden druckerzeugende Kammern 12, die durch mehrere Trennwände 11 unterteilt sind, durch anisotropes Ätzen Unterziehen des Einkristall-Silikonträgers in einer Breitenrichtung der druckerzeugenden Kammern 12 parallel vorgesehen und auf der Außenseite einer Längsrichtung davon ist ein Verbindungsabschnitt 13 ausgebildet und wird in Verbindung mit einem Endabschnitt einer Längsrichtung jeder druckerzeugenden Kammer 12 über einen Tintenzufuhrpfad 14 gebracht. Hier bildet der Verbindungsabschnitt 13 einen Teil eines Behälters 110, der mit einem Behälterabschnitt eines Behälter bildenden Trägers in Verbindung steht, der später beschrieben wird und bildet eine gemeinsame Tintenkammer der entsprechenden druckerzeugenden Kammern 12.
  • Hier wird das anisotrope Ätzen durchgeführt, während ein Unterschied zwischen Ätzgeschwindigkeiten des Einkristall-Silikonträgers verwendet wird. Zum Beispiel wird bei dieser Ausführungsform das anisotrope Ätzen unter Verwendung der folgenden Eigenschaft des Einkristall-Silikonträgers in bezug auf die Ätzgeschwindigkeit durchgeführt. Insbesondere wenn der einzelne Silikonquarzträger in einer alkalischen Lösung, wie beispielsweise KOH, eingetaucht wird, wird er allmählich erodiert und es entsteht eine erste Ebene 111 senkrecht zu der 110 Ebene. Zur gleichen Zeit entsteht auch eine zweite Ebene 111, die einen Winkel von ungefähr 70° in bezug auf die erste Ebene 111 und einen Winkel von ungefähr 35° in bezug auf die Ebene 110 bildet. In diesem Fall beträgt eine Ätzgeschwindigkeit der Ebene 111 ungefähr 1/180, verglichen mit einer Ätzgeschwindigkeit der Ebene 110. Durch das anisotrope Ätzen, wie es oben beschrieben wurde, kann eine hochpräzise Bearbeitung auf Grundlage der Tiefenbearbeitung einer Form eines Parallelogramms, das aus zwei ersten Ebenen 111 und zwei zweiten geneigten Ebenen 111 gebildet ist, durchgeführt werden. Somit können die druckerzeugenden Kammern 12 mit hoher Dichte angeordnet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform sind lange Seiten jeder druckerzeugenden Kammer 12 aus den ersten Ebenen 111 gebildet und kurze Seiten davon sind aus den zweiten Ebenen 111 gebildet. Die druckerzeugende Kammer 12 ist durch Ätzen des durchgangsbildenden Trägers 10 derart ausgebildet, dass das Ätzen den gleichen Träger praktisch durchdringt und die elastische Schicht 50 erreicht. Hier ist die Menge der elastischen Schicht 50, die durch die alkalische Lösung zum Ätzen des Einkristall-Silikonträgers erodiert wird, sehr klein. Darüber hinaus wird jeder Tintenzufuhrpfad 14, der mit dem einen Ende jeder druckerzeugenden Kammer 12 in Verbindung steht, derart ausgebildet, dass er flacher als die druckerzeugende Kammer 12 ist und den Durchflusswiderstand der Tinte, die in die druckerzeugende Kammer 12 strömt, konstant hält. Insbesondere ist der Tintenzufuhrpfad 14 durch Ätzen des Einkristall-Silikonträgers auf halben Weg in einer Stärkerichtung (Halbätzen) ausgebildet. Es ist anzumerken, dass Halbätzen durch Einstellen der Ätzzeit durchgeführt wird.
  • Es ist anzumerken, dass in Bezug auf die Stärke des durchgangsbildenden Trägers 10, wie er oben beschrieben wurde, eine optimale Stärke gemäß einer Dichte, in der die druckerzeugenden Kammern 12 angeordnet sind, ausgewählt wird. Werden z.B. die druckerzeugenden Kammern 12 angeordnet, um eine Auflösung von 180 dpi zu erzielen, ist es bevorzugt, dass die Stärke des durchgangsbildenden Trägers 10 auf einen Bereich von ungefähr 180 bis 280 μm, mehr bevorzugt ungefähr 220 μm, festgelegt wird. Werden darüber hinaus die druckerzeugenden Kammern 12 z. B. angeordnet, um eine Auflösung von 360 dpi zu erzielen, ist es bevorzugt, dass die Stärke des durchgangsbildenden Trägers 10 auf 100 μm oder weniger festgelegt wird. Dies erfolgt, damit die Anordnungsdichte erhöht werden kann, während die Festigkeit der Trennwand zwischen den zueinander benachbarten druckerzeugenden Kammern aufrechterhalten bleibt.
  • Darüber hinaus ist auf der anderen Seite des durchgangsbildenden Trägers 10 eine Düsenplatte 20 mit gebohrten Düsenöffnungen 21 mit einem Klebemittel fest angebracht, wobei eine Thermoschweißfolie oder ähnliches dazwischen angeordnet ist. Die Düsenöffnung 21 steht mit der druckerzeugenden Kammer 12 auf der anderen Seite in Verbindung, von wo der Tintenzufuhrpfad 14 mit der druckerzeugenden Kammer 12 in Verbindung steht. Es ist anzumerken, dass die Düsenplatte 20 aus Glaskeramiken oder Edelstahl mit einer Stärke von z.B. 0,1 bis 1 mm ausgebildet ist und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von z.B. 2,5 × 10–6/°C bis 4,5 × 10–6/°C bei einer Temperatur von 300°C oder weniger aufweist. Eine Oberfläche der Düsenplatte 20 bedeckt vollständig eine Oberfläche des durchgangsbildenden Trägers 10 und spielt auch die Rolle einer Verstärkungsplatte, die den Einkristall-Silikonträger gegenüber einem Stoß oder einer externen Kraft schützt. Darüber hinaus kann die Düsenplatte 20 aus einem Material gebildet werden, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ungefähr gleich dem des durchgangsbildenden Trägers 10 aufweist. Da der durchgangsbildende Träger 10 und die Düsenplatte 20 in diesem Fall in ungefähr der gleichen Art und Weise durch Wärme deformiert werden, können der durchgangsbildende Träger 10 und die Düsenplatte 20 leicht durch Verwendung eines aushärtenden Klebestoffs oder ähnlichem miteinander verbunden werden.
  • Hier werden eine Größe der druckerzeugenden Kammer 12, die der Tinte einen Tintentröpfchen-Ausstoßdruck mitgibt und eine Größe der Düsenöffnung 21, die Tintentröpfchen ausstößt, gemäß einer Ausstoßmenge, einer Ausstoßgeschwindigkeit und einer Ausstoßfrequenz der Tintentröpfchen optimiert. Wird z.B. mit 360 Tintentröpfchen/Inch gedruckt, müssen die Düsenöffnungen 21 präzise mit einem Durchmesser von einigen 10 μm ausgebildet sein.
  • Ferner sind auf der elastischen Schicht 50, die auf dem durchgangsbildenden Träger 10 vorgesehen ist, eine untere Elektrodenschicht 60 mit einer Stärke von zum Beispiel 0,2 μm, eine piezoelektrische Schicht 70 mit einer Stärke von zum Beispiel ungefähr 1 μm und eine obere Elektrodenschicht 80 mit einer Stärke von z.B. ungefähr 0,1 mm in einer laminierten Art und Weise durch einen später beschriebenen Vorgang ausgebildet und bilden somit ein piezoelektrisches Element 300. Hier versteht man unter dem piezoelektrischen Element 300 im Prinzip einen Abschnitt, umfassend die untere elektrische Schicht 60, die piezoelektrische Schicht 70 und die obere Elektrodenschicht 80. Im allgemeinen wird eine der Elektroden des piezoelektrischen Elements 30 als eine gemeinsame Elektrode verwendet und die andere Elektrode und die piezoelektrische Schicht 70 sind für jede druckerzeugende Kammer 12 mit einem Muster (Engl.: patterned) versehen und bilden somit das piezoelektrische Element 300. Hier wird ein Abschnitt, der aus dem piezoelektrischen Schicht 70 und einer der mit dem Muster versehenen Elektroden gebildet ist und eine piezoelektrische Verformung aufweist, die durch das Anlegen einer Spannung an die Elektrode verursacht ist, als ein piezoelektrischer aktiver Abschnitt 320 bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform wird die Schicht 60 als die gemeinsame Elektrode des piezoelektrischen Elements 300 verwendet und die obere Elektrode 80 wird als individuelle Elektrode des piezoelektrischen Elements 300 verwendet. Jedoch würde die Verwendung der unteren Elektrode 60 als die individuelle Elektrode und die Verwendung der oberen Elektrode 80 als die gemeinsame Elektrode aus Gründen der geschickten Anordnung eines Antriebskreises und der Verdrahtung keine Probleme verursachen. In jedem Fall ist der piezoelektrische aktive Abschnitt für jede druckerzeugende Kammer ausgebildet. Ferner werden hier das piezoelektrische Element 300 und eine Vibrationsplatte, die aufgrund des Antriebs des piezoelektrischen Elements 300 versetzt wird, zusammen als ein piezoelektrischer Aktuator bezeichnet.
  • Hier wird eine genaue Beschreibung des Aufbaus des piezoelektrischen Elements 300, wie es oben beschrieben wurde, bereitgestellt.
  • Wie es in den 2A und 2B dargestellt ist, ist die untere Elektrodenschicht 60, die einen Teil des piezoelektrischen Elements 300 bildet, auf einem entgegengesetzten Bereich kontinuierlich vorgesehen, indem die mehreren druckerzeugenden Kammern 12 parallel zu einander vorgesehen sind und in der Umgebung eines Endabschnitts der Längsrichtung jeder druckerzeugenden Kammer 12 mit einem Muster versehen (patterned). Genauer gesagt beinhaltet das piezoelektrische Element 300 den piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 als einen wesentlichen Antriebsabschnitt und den piezoelektrischen inaktiven Abschnitt 330, der die kontinuierliche piezoelektrische Schicht 70 aufweist, aber nicht angetrieben ist. Auch bildet ein Endabschnitt 60a der mit dem Muster versehenen unteren Elektrodenschicht 60 einen Endabschnitt des piezoelektrischen aktiven Abschnitts 320.
  • Darüber hinaus sind bei dieser Ausführungsform der piezoelektrische aktive Abschnitt 320 und der piezoelektrische inaktive Abschnitt 330, die das piezoelektrische Element 300 bilden, in dem Bereich gegenüber der druckerzeugenden Kammer 12 unabhängig voneinander ausgebildet. Genauer gesagt sind die piezoelektrische Schicht 70 und die obere Elektrodenschicht 80 in dem Bereich gegenüber der druckerzeugenden Kammer 12 mit einem Muster versehen und die obere Elektrodenschicht 80 über eine Leitungselektrode 90, die sich von der Umgebung eines Endabschnitts der Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 300 zu der elastischen Schicht 50 erstreckt, mit der externen Verdrahtung (nicht dargestellt) verbunden.
  • Hier dient die Leitungselektrode 90 auch als eine Spannungsunterdrückungsschicht 100 zum Unterdrücken von Spannungen/Beanspruchungen, wenn das piezoelektrische Element 300 angetrieben ist und sich von dem Bereich, der dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 zugewandt ist, über eine obere Fläche des piezoelektrischen inaktiven Abschnitts 330 zu der elastischen Schicht 50 erstreckt. Genauer gesagt ist die Leitungselektrode 90 derart vorgesehen, dass sie eine Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt 330 überspannt.
  • Auf die oben beschriebene Art und Weise wird die Festigkeit der Umgebung des Endabschnitts der Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 300 erhöht und somit kann die Spannung, die auf das piezoelektrische Element 300, während es angetrieben wird, aufgebracht wird, unterdrückt werden. Da eine Versatzmenge am Endabschnitt der Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 300 reduziert ist, wenn das piezoelektrische Element 300 angetrieben wird, kann eine Beschädigung der piezoelektrischen Schicht 70, wie beispielsweise das Auftreten eines Risses aufgrund des wiederholten Versatzes und ähnlichem verhindert werden. Da die Leitungselektrode 90 darüber hinaus derart ausgebildet ist, dass sie die Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt 330 überspannt, kann eine radikale Spannungsänderung an der Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt 330 verhindert werden und die Beschädigung der piezoelektrischen Schicht 70, die mit dieser Spannungsänderung einhergeht, kann somit effektiv verhindert werden.
  • Im folgenden wird eine Beschreibung eines Prozesses zum Bilden des piezoelektrischen Elements 300, wie sie oben beschrieben wurde, und ähnlichem auf dem durchgangsbildenden Träger 10 mit dem Einkristall-Silikonträger in bezug auf die 3A bis 4D bereitgestellt. Es ist anzumerken, dass die 3A bis 4D Querschnittsansichten einer Längsrichtung der druckerzeugenden Kammer 12 sind.
  • Wie es in 3A dargestellt wird, wird zunächst ein Wafer des Einkristall-Silikonträgers, der zu dem durchgangsbildenden Träger 10 werden wird, in einem Diffusionsofen bei ungefähr 1100°C einer thermischen Oxidation ausgesetzt, um so die elastische Schicht 50, die aus Siliziumdioxid gebildet ist, auszubilden.
  • Wie es in 3B dargestellt ist, wird als nächstes die untere Elektrodenschicht 60 auf der gesamten Oberfläche der elastischen Schicht 50 durch Sputtern ausgebildet, und dann die untere Elektrodenschicht 60 gemustert (patterned), um das gesamte Muster zu bilden. Platin wird als Material der unteren Elektrodenschicht 60 bevorzugt. Dies liegt daran, dass die piezoelektrische Schicht 70, wie sie später beschrieben werden wird, die durch ein Sputterverfahren oder ein Sol-Gel-Verfahren abgelagert wird, bei einer Temperatur im Bereich von 600 bis 1000 °C in einer Atmosphäre oder einer Sauerstoff-Atmosphäre nach der Ablagerung gesintert und dann kristallisiert werden muss. Genauer gesagt muss das Material der unteren Elektrodenschicht 60 in der Lage sein, eine Leitfähigkeit bei einer derart hohen Temperatur und in einer solchen Oxidations-Atmosphäre aufrecht zu erhalten. Insbesondere wenn Blei-Zirkonium-Titanat (PZT) als piezoelektrische Schicht 70 verwendet wird, ist die Änderung der Leitfähigkeit aufgrund der Diffusion von Bleioxid wünschenswerter Weise klein. Platin wird aus diesen Gründen bevorzugt.
  • Als nächstes wird, wie in 3C dargestellt, die piezoelektrische Schicht 70 abgelagert. Es ist bevorzugt, dass Kristalle der piezoelektrischen Schicht 70 ausgerichtet sind. Zum Beispiel ist bei dieser Ausführungsform die piezoelektrische Schicht 70 mit den ausgerichteten Kristallen unter Verwendung eines sogenannten Sol-Gel-Verfahrens ausgebildet. Bei diesem Verfahren wird ein sogenanntes SOL, das durch Lösen/Dispergieren von metallisch-organischen Stoffen in einem Katalysator erzielt wird, beschichtet und getrocknet, um es selbst in ein Gel zu verwandeln und das erzielte Gel wird weiter bei einer hohen Temperatur gesintert, um die piezoelektrische Schicht 70, gebildet aus einem Metalloxid, zu erzielen. Ein Material der Blei-Zirkonium-Titanat-Reihe wird als ein Material der piezoelektrischen Schicht 70 bevorzugt, wenn sie für den Tintenstrahldruckkopf verwendet wird. Es ist anzumerken, dass das Schichtabscheidungsverfahren der piezoelektrischen Schicht 70 nicht besonders begrenzt ist; z.B. kann die piezoelektrische Schicht 70 auch durch Sputtern ausgebildet werden.
  • Ferner kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem eine Vorläuferschicht aus Blei-Zirkonium-Titanat durch das Sol-Gel-Verfahren oder Sputtern ausgebildet wird, gefolgt durch Kristallwachstum bei niedriger Temperatur in einer alkalischen Lösung unter Verwendung eines Hochdruckbehandlungsverfahrens.
  • In jedem Fall weist die derart abgelagerte piezoelektrische Schicht 70 ungleich voluminösen piezoelektrischen Gegenständen Kristalle auf, die einer vorherigen Ausrichtung unterzogen wurden, und bei dieser Ausführungsform weist die piezoelektrische Schicht 70 Kristalle auf, die in einer säulenartigen Form ausgebildet sind. Es ist anzumerken, dass die vorherige Ausrichtung Bezug nimmt auf einen Zustand, in dem die Ausrichtungsrichtung der Kristalle nicht ungeordnet ist, aber eine spezielle Kristallfläche in eine ungefähr festgelegte Richtung weist. Zusätzlich nimmt die dünne Schicht mit Kristallen in einer säulenartigen Form Bezug auf einen Zustand, in dem sich die ungefähr säulenförmigen Kristalle über die Ebenenrichtung sammeln, während Mittelachsen davon ungefähr mit der Stärkerichtung zusammenfallend ausgestaltet sind.
  • Es ist selbstverständlich, dass die piezoelektrische Schicht 70 eine dünne Schicht sein kann, die aus partikelförmigen Kristallen gebildet ist, die der vorherigen Ausrichtung unterzogen wurden. Es ist anzumerken, dass eine Stärke der piezoelektrischen Schicht, die in dem Dünnschichtschritt hergestellt wurde, üblicherweise 0,2 bis 5 μm beträgt.
  • Als nächstes wird, wie es in 3D dargestellt ist, die obere Elektrodenschicht 80 abgeschieden. Es ist befriedigend, wenn die obere Elektrodenschicht 80 aus einem Material gebildet ist, das eine hohe Leitfähigkeit aufweist und verschiedenartige Metallarten, wie beispielsweise Aluminium, Gold, Nickel und Platin oder leitende Oxide oder ähnliches können verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform wird Platin durch Sputtern abgeschieden.
  • Nachfolgend wird, wie es in 4A dargestellt ist, nur die piezoelektrische Schicht 70 und die obere Elektrodenschicht 80 geätzt und das piezoelektrische Element 300 mit dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt 30 wird gemustert. Genauer gesagt wird in dem Bereich gegenüber der druckerzeugenden Kammer 12 ein Bereich, in dem die untere Elektrodenschicht 60 ausgebildet ist, zu dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 und ein Bereich in dem die untere Elektrodenschicht 60 entfernt ist, wird zu dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt 330.
  • Als nächstes wird, wie es in 4B dargestellt ist, die Leitungselektrode, die auch als die Spannungsunterdrückungsschicht 100 dient, ausgebildet. Genauer gesagt wird die Leitungselektrode 90, die z.B. aus Gold (Au) oder ähnlichem gebildet ist, über der gesamten Oberfläche des durchgangsbildenden Trägers 10 ausgebildet und für jedes piezoelektrische Element 300 gemustert. In diesem Fall ist die Leitungselektrode 90 derart ausgebildet, dass sie die Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt 330 überspannt. Es ist anzumerken, dass die Leitungselektrode 90 mit einer Klebemittelschicht zwischen der Leitungselektrode 90 und dem durchgangsbildenden Träger 10 versehen sein kann, die aus Nickel (Ni) oder ähnlichem gebildet ist.
  • Wie es aus dem Obigen ersichtlich ist, wurde eine Beschreibung für den Schichtbildungsprozess bereitgestellt. Nachdem die Schicht auf solche Art und Weise ausgebildet ist, wird das oben beschriebene anisotrope Ätzen auf dem Einkristall-Silikonträger unter Verwendung der alkalischen Lösung durchgeführt. Wie es in 4C dargestellt ist, werden so die druckerzeugenden Kammern 12, der Verbindungsabschnitt 13, der Tintenzufuhrpfad und ähnliches ausgebildet.
  • Es ist anzumerken, dass in der tatsächlichen Praxis gleichzeitig eine große Anzahl an Chips auf einem Wafer durch solche eine Folge der Schichtbildung und des anisotropen Ätzens ausgebildet werden. Nach dem Abschließen des Prozesses wird der Wafer in jede druckerzeugende Kammer 12 mit einer Chipgröße, wie sie in 1 dargestellt ist, unterteilt. Dann wird ein Behälter bildender Träger 30 und ein Steifigkeitsträger 40 (Engl.: compliance substrate) die später beschrieben werden, sequentiell auf den unterteilten durchgangsbildenden Träger 10 aufgeklebt und angebracht und bilden somit den Tintenstrahldruckkopf.
  • Genauer gesagt ist der Behälter bildende Träger 30 mit einem Behälterabschnitt 31, der wenigstens einen Teil des Behälters 110 bildet, wie es in den 1 und 2A und 2B dargestellt ist, mit der Oberfläche des durchgangsbildenden Trägers 10, in dem die druckerzeugende Kammer 12 und ähnliches ausgebildet sind, verbunden, wobei die Oberfläche das piezoelektrische Element 100 aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist der Behälterabschnitt 31 über die Breitenrichtung der druckerzeugenden Kammer 12 ausgebildet und durchdringt den behälterbildenden Träger 30 in der Stärkerichtung. Der Behälterabschnitt 31 ist derart ausgestaltet, dass er mit dem Verbindungsabschnitt 31 des durchgangsbildenden Trägers 10 über ein Durchgangsloch 51, das durch Durchdringen der elastischen Schicht 50 und der unteren Elektrodenschicht 60 ausgebildet ist, in Verbindung und bildet somit den Behälter 110 als gemeinsame Tintenkammer der entsprechenden druckerzeugenden Kammern 12.
  • Als behälterbildender Träger 30 wird bevorzugter Weise ein Material wie beispielsweise Glas oder z.B. Keramiken mit einem thermischen Expansionsverhältnis ungefähr gleich dem des durchgangsbildenden Trägers 10 verwendet. Bei dieser Ausführungsform ist der behälterbildende Träger 30 aus dem Einzel-Silikonquarzträger gebildet, der aus dem gleichen Material wie der des durchgangsbildenden Trägers 10 gebildet ist.
  • Somit können ähnlich dem Fall der oben beschriebenen Düsenplatte 20 der behälterbildende Träger 30 und der durchgangsbildende Träger 10 selbst bei Kleben bei hoher Temperatur unter Verwendung des aushärtenden Klebemittels sicher aneinandergeklebt werden. Folglich kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden.
  • Ferner wird die Festigkeitsplatte 40 mit einer Dichtschicht 41 und einer Befestigungsschicht 42 mit dem behälterbildenden Träger 30 verbunden. Hier ist die Dichtschicht 41 aus einem Material mit einer niedrigen Steifigkeit und Flexibilität (z.B. einer Polyphenylensulfid (PPS) Schicht mit einer Stärke von 6 μm) ausgebildet. Die Dichtschicht 41 dichtet eine Öffnung des Behälterabschnitts 31 ab. Darüber hinaus ist die Befestigungsplatte 42 aus einem harten Material wie beispielsweise Metall (z.B. Edelstahl (SUS) mit einer Stärke von 30 μm) ausgebildet. Ein Bereich der Befestigungsplatte 42, der dem Behälter 110 zugewandt ist, wird zu einem Öffnungsabschnitt 43, der durch vollständiges Entfernen der Befestigungsplatte 42 in der Stärkerichtung erzielt wird. Daher wird die eine Öffnung des Behälters 110 nur durch die Dichtschicht 41 abgedichtet, die eine Flexibilität aufweist und die abgedichtete Öffnung wird zu einem flexiblen Abschnitt 32, der in Einklang mit der Druckänderung in dem Behälter 110 deformierbar ist.
  • Darüber hinaus ist in einem ungefähr in der Mitte liegenden Abschnitt in der Längsrichtung des Behälters 110 auf einer Außenseite des Festigkeitsträgers 40 eine Tinteneinführöffnung 35 zum Zuführen von Tinte zu dem Behälter 110 ausgebildet. Ferner ist ein Tintenzufuhrpfad 36 in dem Behälter bildenden Träger 30 ausgebildet, um der Tinteneinführöffnung 35 und einer Seitenwand des Behälters 110 zu gestatten, miteinander zu kommunizieren.
  • Ferner ist in einem Bereich des Behälter bildenden Trägers 30, der dem piezoelektrischen Element 300 zugewandt ist, eine Piezoelementhalterabschnitt 33 vorgesehen, der einen Raum hermetisch abdichten kann, und den Raum in einem solchen Maße sichert, dass Bewegungen des piezoelektrischen Elements 300 nicht blockiert werden. Dann wird wenigstens der piezoelektrische aktive Abschnitt 320 des piezoelektrischen Elements 300 in diesem Piezoelement-Halteabschnitt 33 abgedichtet, um eine Beschädigung des piezoelektrischen Elements 300, die durch äußere Einflüsse, wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit verursacht werden, zu verhindern.
  • Es ist anzumerken, dass der Tintenstrahldruckkopf, der derart ausgebildet ist, Tinte von der Tintenzuführöffnung 35, die mit der externen Tintenzuführeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden ist, nimmt und das Innere davon von dem Behälter 110 zu der Düsenöffnung 21 mit Tinte füllt. Dann wird auf ein Drucksignal von einem Antriebskreis (nicht dargestellt) eine Spannung zwischen der oberen Elektrodenschicht 80 und der unteren Elektrodenschicht 60 angelegt, um eine flexible Deformation der elastischen Schicht 50, der unteren Elektrodenschicht 60 und der piezoelektrischen Schicht 70 zu verursachen. Dann wird der Druck in der druckerzeugenden Kammer 12 erhöht und Tintentröpfchen werden aus der Düsenöffnung 21 ausgestoßen.
  • (Ausführungsform 1)
  • Die 5A und 5B sind Ansichten, die wesentliche Abschnitte eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß der Ausführungsform 1 zeigen: 5A ist eine Draufsicht, 5B ist eine Querschnittsansicht.
  • Diese Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem die Vibrationsplatte in einem Kantenabschnitt der Längsrichtung der druckerzeugenden Kammer 12 mit der Leitungselektrode 90 bedeckt ist, die auch als Spannungsunterdrückungsschicht 100 dient. Wie es in 5A dargestellt ist, ist diese Ausführungsform ähnlich dem Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass eine Breite der Leitungselektrode 90 in der Umgebung des Endabschnitts des piezoelektrischen aktiven Abschnitts 320 in Richtung eines Vorderendes davon allmählich abnimmt und sich die Leitungselektrode 90 mit einer Breite, die breiter als die der druckerzeugenden Kammer 12 ist in einen Bereich außerhalb der Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt 330 erstreckt.
  • Durch einen solchen Aufbau kann ähnlich dem Beispiel 1 eine Beschädigung der piezoelektrischen Schicht 70 verhindert werden. Da der Kantenabschnitt der Längsrichtung der druckerzeugenden Kammer 12 mit der Leitungselektrode 90 bedeckt ist, die auch als die Spannungsunterdrückungsschicht 100 dient, kann darüber hinaus die Steifigkeit der Vibrationsplatte in dem Kantenbereich der druckerzeugenden Kammer 12 erhöht werden und ermöglicht es somit, gleichzeitig eine Beschädigung der Vibrationsplatte aufgrund des Antriebs des piezoelektrischen Elements 300 zu verhindern.
  • Wie es oben beschrieben wurde, ist die Vibrationsplatte dieser Ausführungsform im Grunde aus der elastischen Schicht 50 und der unteren Elektrodenschicht 60 gebildet. In dem Kantenabschnitt der Längsrichtung der druckerzeugenden Kammer 12 ist die Vibrationsplatte jedoch nur aus der elastischen Schicht 50 gebildet, wobei die untere Elektrodenschicht 60 entfernt ist. Daher ist die Schichtstärke der Vibrationsplatte in dem Kantenbereich der Längsrichtung der druckerzeugenden Kammer 12 dünn und bringt somit die Möglichkeit, einer Beschädigung der Vibrationsplatte aufgrund der wiederholten Deformationen durch den Antrieb des piezoelektrischen Elements 300 mit sich. Da die Steifigkeit der Vibrationsplatte durch Abdecken der gleichen mit der Leitungselektrode 90, die auch als die Spannungsunterdrückungsschicht 100 dient, hoch gehalten wird, ist es möglich, eine Beschädigung der Vibrationsplatte zu verhindern.
  • Darüber hinaus ist bei dieser Ausführungsform die Breite der Leitungselektrode 90 in der Umgebung des Seitenkantenabschnitts des piezoelektrischen aktiven Abschnitts 320 derart festgelegt, dass sie in Richtung des Vorderendes davon allmählich abnimmt. Wird das piezoelektrische Element 300 angetrieben, nehmen die Spannungen/Beanspruchungen, die auf die Umgebung der Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt 330 aufgebracht werden, in Richtung des piezoelektrischen inaktiven Abschnitts 330 allmählich ab. Speziell die radikalen Spannungsänderungen in der Umgebung der Grenze werden unterdrückt und somit kann eine Beschädigung der piezoelektrischen Schicht 70 sicher verhindert werden.
  • Es ist anzumerken, dass bei dieser Ausführungsform die Breite der Führungselektrode 90 in der Umgebung des Seitenkantenabschnitts des piezoelektrischen aktiven Abschnitts 320, wobei die Leitungselektrode 90 auch als die Spannungsunterdrückungsschicht 100 dient, derart festgelegt ist, dass sie in Richtung des Vorderendes davon allmählich abnimmt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist befriedigend, solange die Vibrationsplatte in dem Bereich der dem Kantenabschnitt der Längsrichtung der druckerzeugenden Kammer 12 zugewandt ist, bedeckt ist, ohne die Verdrahtung des piezoelektrischen Elements 300 kurzzuschließen. Wie es z.B. in 6 dargestellt ist, kann die Leitungselektrode 90 derart ausgebildet sein, dass sie eine Breite aufweist, die in einem Bereich der in Richtung des piezoelektrischen aktiven Abschnitts 320 weist, schmäler als das piezoelektrische Element 300 ist und eine Breite aufweist, die in dem Bereich außerhalb der Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt 330 breiter ist als der druckerzeugenden Kammer 12.
  • (Ausführungsform 2)
  • Die 7A und 7B sind Ansichten, die Hauptabschnitte eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß der Ausführungsform 2 zeigen.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform und dem Beispiel ist die Leitungselektrode 90 derart gestaltet, dass sie auch als die Spannungsunterdrückungsschicht 100 dient. Diese Ausführungsform ist jedoch ein Beispiel, bei der neben der Leitungselektrode 90 eine separate Spannungsunterdrückungsschicht 100a vorgesehen ist.
  • Wie es in den 7A und 7B dargestellt ist, erstreckt sich bei dieser Ausführungsform der piezoelektrische inaktive Abschnitt 330 des piezoelektrischen Elements 300 von dem Bereich gegenüber der druckerzeugenden Kammer 12 zu einem Bereich gegenüber einer Umfangswand der druckerzeugenden Kammer 12. Und in der Umgebung des Endabschnitts des piezoelektrischen inaktiven Abschnitts 330 ist eine externe Verdrahtung (nicht dargestellt) festgelegt, um direkt verbunden zu werden. Darüber hinaus ist in der Umgebung des Endabschnittes der Längsrichtung der druckerzeugenden Kammer 12 die Spannungsunterdrückungsschicht 100A derart ausgebildet, dass sie die Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 320 und dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt 330 überspannt. Mit Ausnahme des Obigen ist diese Ausführungsform ähnlich der Ausführungsform 1.
  • Hier ist die Spannungsunterdrückungsschicht 100A bei dieser Ausführungsform für jedes piezoelektrische Element 300 vorgesehen. Die Spannungsunterdrückungsschicht 100A kann jedoch z.B. kontinuierlich über die piezoelektrischen Elemente 300, die parallel vorgesehen sind, ausgebildet sein. Obwohl die Spannungsunterdrückungsschicht 100A vorzugsweise aus einer Isolationsschicht aus einem Isolationsmaterial gebildet ist, kann die Spannungsunterdrückungsschicht 100A darüber hinaus auch aus einem leitenden Material gebildet sein, wenn keine Möglichkeit eines Kurzschlusses bei der Verdrahtung jedes piezoelektrischen Elements besteht.
  • Es ist selbstverständlich, dass ein ähnlicher Effekt zu dem der oben beschriebenen Ausführungsformen durch eine solche Gestaltung erzielt werden kann.
  • (Andere Ausführungsform)
  • Anhand des Obigen ist ersichtlich, dass eine Beschreibung für jede Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wurde, wobei jedoch der grundlegende Aufbau des Tintenstrahldruckkopfs nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
  • Zum Beispiel wird bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der piezoelektrische inaktiven Abschnitt 330 durch Entfernen der unteren Elektrodenschicht 60 ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der piezoelektrische inaktive Abschnitt 330 durch Bereitstellen einer niedrig dielektrischen Isolationsschicht zwischen der piezoelektrischen Schicht 70 und der oberen Elektrodenschicht 80 ausgebildet sein. Ferner kann die piezoelektrische Schicht 70 teilweise dotiert und inert gestaltet sein, um den piezoelektrischen inaktiven Abschnitt 330 zu bilden.
  • Darüber hinaus bildet der Tintenstrahldruckkopf jeder Ausführungsform einen Teil einer Druckkopfeinheit, umfassend einen Tintendurchgang, der mit einer Tintenkartusche und ähnlichem in Verbindung steht und an einem Tintenstrahldrucker angebracht ist. 8 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel des Tintenstrahldruckers zeigt.
  • Wie es in 8 dargestellt ist, sind in den Druckkopfeinheiten 1A und 1B mit den Tintenstrahldruckköpfen Kartuschen 2A und 2B, die die Tintenzufuhreinrichtung bilden, lösbar vorgesehen. Ein Schlitten 3 mit den Druckkopfeinheiten 1A und 1B, die darauf angebracht sind, ist auf einer Schlittenachse 5 vorgesehen, die an dem Vorrichtungskörper 4 angebracht ist, so dass er in einer Achsrichtung frei beweglich ist. Die Druckkopfeinheiten 1A und 1B sind angeordnet, um eine Zusammensetzung aus schwarzer Tinte bzw. eine Zusammensetzung aus farbiger Tinte auszustoßen.
  • Eine Antriebskraft eines Antriebsmotors 6 wird auf den Schlitten 3 über mehrere Zahnräder (nicht dargestellt) und einen Zahnriemen 7 übertragen und somit bewegt sich der Schlitten 3, an dem die Druckkopfeinheiten 1A und 1B angebracht sind, entlang der Schlittenachse. Ferner ist ein Tiegel 8 entlang der Schlittenachse 5 in dem Vorrichtungskörper 4 vorgesehen und ein Druckblatt S als ein Druckmedium, wie beispielsweise ein Blatt Papier, das durch eine Papierförderwalze (nicht dargestellt) zugeführt wird, ist vorgesehen, um auf dem Tiegel 8 gefördert zu werden.
  • Wie es oben beschrieben wurde, ist bei der vorliegenden Erfindung die Spannungsunterdrückungsschicht, die die Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt überspannt, auf dem Endabschnitt der Längsrichtung des piezoelektrischen Elements mit dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt vorgesehen. Daher wird die Festigkeit in der Umgebung des Endabschnitts der Längsrichtung der piezoelektrischen Elements erhöht und somit werden Spannungen, die während dem Antrieb des piezoelektrischen Elements auf dieses aufgebracht werden, unterdrückt. Somit wird die Verhinderung einer Beschädigung einer piezoelektrischen Schicht ermöglicht. Insbesondere da radikale Spannungsänderungen an der Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt und dem piezoelektrischen inaktiven Abschnitt verhindert werden können, kann eine Beschädigung der piezoelektrischen Schicht, die mit der Spannungsänderung in diesem Grenzabschnitt einhergeht, effektiv verhindert werden.

Claims (12)

  1. Tintenstrahldruckkopf, umfassend: eine druckerzeugende Kammer (12), die mit einer Düsenöffnung (21) in Verbindung steht; und ein piezo-elektrisches Element (300) mit einer unteren Elektrode (60), einer piezo-elektrischen Schicht (70) und einer oberen Elektrode (80), wobei das piezo-elektrische Element in einem Bereich entsprechend der druckerzeugenden Kammer mit einer dazwischen angeordneten Vibrationsplatte vorgesehen ist, einen piezo-elektrischen aktiven Abschnitt (320) als einen wesentlichen Antriebsabschnitt des piezo-elektrischen Elements und einen piezo-elektrischen inaktiven Abschnitt (330), der die piezo-elektrische Schicht kontinuierlich von dem piezo-elektrischen aktiven Abschnitt aufweist, aber im wesentlichen nicht angetrieben ist, wobei der piezo-elektrische aktive Abschnitt und der piezoelektrische inaktive Abschnitt in einem Bereich, der der druckerzeugenden Kammer zugewandt ist, vorgesehen sind, und eine Spannungs-Unterdrückungsschicht (100) zum Unterdrücken von Spannungen aufgrund des Antriebs des piezo-elektrischen Elements, wobei die Spannungs-Unterdrückungsschicht als eine Grenze zwischen dem piezoelektrischen aktiven Abschnitt und dem piezo-elektrischen inaktiven Abschnitt überspannend vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungs-Unterdrückungsschicht (100) derart ausgebildet ist, dass sie eine Breite aufweist, die in einem Bereich außerhalb der Grenze zwischen dem piezo-elektrischen aktiven Abschnitt (320) und dem piezo-elektrischen inaktiven Abschnitt (330) breiter als eine Breite der druckerzeugenden Kammer ist und die Vibrationsplatte in einem Bereich entgegengesetzt einem Kantenabschnitt einer Längsrichtung der druckerzeugenden Kammer mit der Spannungs-Unterdrückungsschicht (100) bedeckt ist.
  2. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die piezo-elektrische Schicht (70) Kristalle aufweist, die einer vorherigen Ausrichtung unterzogen wurden.
  3. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die piezo-elektrische Schicht (70) Kristalle aufweist, die in einer säulenartigen Form ausgeformt sind.
  4. Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der piezo-elektrische inaktive Abschnitt (330) durch Entfernen der unteren Elektrode (60) gebildet ist.
  5. Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtstärke der piezoelektrischen Schicht (70) zwischen 0,5 bis 3 μm liegt.
  6. Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die piezoelektrische Schicht (70), die das piezo-elektrische Element (300) bildet, in dem Bereich entgegengesetzt der druckerzeugenden Kammer (12) unabhängig ausgebildet ist.
  7. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Verdrahtungselektrode (90) von der oberen Elektrode (80) in Richtung eines Bereichs einer Umfangswand der druckerzeugenden Kammer erstreckt.
  8. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrahtungselektrode (90) auch als die besagte Spannungs-Unterdrückungsschicht (100) dient.
  9. Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungs-Unterdrückungsschicht (100) eine Isolationsschicht (12) aus einem Isolationsmaterial umfasst.
  10. Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite eines Endabschnitts der Spannungs-Unterdrückungsschicht (100) auf der Seite des piezo-elektrischen aktiven Abschnitts (320) in Richtung eines vorderen Endes davon allmählich abnimmt.
  11. Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die druckerzeugende Kammer (12) dadurch ausgebildet ist, dass ein Einkristall-Siliziumträger einem anisotropen Ätzen ausgesetzt wird und jede Schicht des piezo-elektrischen Elements (300) aus einer dünnen Schicht durch ein Lithographieverfahren ausgebildet ist.
  12. Tintenstrahldrucker, gekennzeichnet dadurch, dass er einen Tintenstrahldruckkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
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