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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Darüber hinaus
offenbart die EP-A-0963846 einen Tintenstrahldruckkopf gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Tintenstrahldruckkopf mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 und einen Tintenstrahldrucker gemäß Patentanspruch
12 gelöst.
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Weitere
Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Patentansprüchen
definiert.
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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.
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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.
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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.
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Bei
dem zweiten Aspekt werden die Kristalle als folge des Ablagerns
der piezoelektrischen Schicht in einem Dünnfolienvorgang der vorherigen Ausrichtung
unterzogen.
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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.
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Bei
dem dritten Aspekt weisen die Kristalle als Folge des Ablagerns
der piezoelektrischen Schicht in dem Dünnfolienvorgang die säulenartige Form
auf.
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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.
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Bei
dem vierten Aspekt kann der piezoelektrische inaktive Abschnitt
durch Entfernen der unteren Elektrode leicht ausgebildet werden.
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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.
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Bei
dem fünften
Aspekt ist die Folienstärke bzw.
Schichtstärke
der piezoelektrischen Schicht relativ dünn ausgestaltet und somit kann
der Kopf miniaturisiert werden.
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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.
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Bei
dem sechsten Aspekt wird eine Versatzmenge der Vibrationsplatte
aufgrund des Antriebs des piezoelektrischen Elements erhöht.
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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.
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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.
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Ein
achter Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht in dem Tintenstrahldruckkopf
gemäß dem siebten
Aspekt, wobei der Verdrahtungselektrode auch als die Spannungsunterdrückungsschicht dient.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei
dem elften Aspekt kann die druckerzeugende Kammer mit hoher Genauigkeit
und hoher Dichte leicht ausgebildet werden.
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Ein
zwölfter
Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Tintenstrahldrucker,
umfassend einen Tintenstrahldruckkopf gemäß eines des ersten bis zwölften Aspekts.
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Bei
dem zwölften
Aspekt kann ein Tintenstrahldruckkopf realisiert werden, bei dem
die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
des Kopfes verbessert sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun auf die folgende
Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug
genommen.
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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.
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2A und 2B sind
Ansichten des Tintenstrahldruckkopfes gemäß dem Beispiel 1: 2A ist
eine Draufsicht und 2B ist ein Querschnitt.
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3A bis 3D sind
Querschnittsansichten, die einen Herstellungsprozess des Tintenstrahldruckkopfs
gemäß dem Beispiel
1 zeigen.
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4A bis 4C sind
Querschnittsansichten, die den Herstellungsprozess des Tintenstrahldruckkopfs
gemäß dem Beispiel
1 zeigen.
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5A und 5B sind
Ansichten des Tintenstrahldruckkopfes gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung: 5A ist eine Draufsicht und 5B ist
ein Querschnitt.
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6 ist
eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel des Tintenstrahldruckkopfes
gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7A und 7B sind
Ansichten eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung: 7A ist eine Draufsicht und 7B ist
ein Querschnitt.
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8 ist
eine schematische Ansicht eines Tintenstrahldruckers gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
folgenden wird eine genaue Beschreibung der vorliegenden Erfindung
auf Grundlage von Ausführungsformen
bereitgestellt.
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(Beispiel 1)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Hier
wird eine genaue Beschreibung des Aufbaus des piezoelektrischen
Elements 300, wie es oben beschrieben wurde, bereitgestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Ausführungsform 1)
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Die 5A und 5B sind
Ansichten, die wesentliche Abschnitte eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß der Ausführungsform
1 zeigen: 5A ist eine Draufsicht, 5B ist
eine Querschnittsansicht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Ausführungsform 2)
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Die 7A und 7B sind
Ansichten, die Hauptabschnitte eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß der Ausführungsform
2 zeigen.
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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.
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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.
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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.
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Es
ist selbstverständlich,
dass ein ähnlicher Effekt
zu dem der oben beschriebenen Ausführungsformen durch eine solche
Gestaltung erzielt werden kann.
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(Andere Ausführungsform)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.