DE69117971T2 - Laminat zur verwendung bei der herstellung von tintenstrahldruckköpfen - Google Patents

Laminat zur verwendung bei der herstellung von tintenstrahldruckköpfen

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Laminat zur Verwendung bei der Herstellung von Druckköpfen für das Drucken mit bei Bedarf tropfenabgebenden Tintenstrahldruckern bzw. für "Drop-on-Demand"-Tintenstrahldruckern.
  • Im europäischen Patent Nr. 0278590 ist unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) und 2(b) ein Druckkopfaufbau bzw. -struktur des sog. "Chevron"-Typs beschrieben. Dies ist eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Aufbaus bzw. einer Struktur, da sie eine relativ niedrige Betriebsspannung benötigt. Weiter offenbart das US-Patent Nr. 5,016,028 einen Feld- Druckkopf des sog. "Cantilever"-Typs, der eine relativ hohe Betriebsspannung benötigt, bei dem die Herstellung ausgehend von einer Seite des Druckkopfes stattfindet.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Laminat zur Verwendung bei der Herstellung eines Feld-Druck kopfes des Chevron-Typs bereitzustellen, so daß dessen Herstellung von einer Seite des Feldes aus stattfinden kann.
  • Die vorliegende Erfindung besteht aus folgendem: Ein zusammen-eingebranntes Laminat zur Verwendung bei der Herstellung von Druckköpfen für Drucker mit bei Bedarf tropfenabgebenden Tintenstrahl mit ersten und zweiten Schichten aus piezoelektrischem Keramikmaterial, das bezüglich der Dicke in entgegengesetzte Richtungen gepolt ist und mit einer Zwischenschicht aus Keramikmaterial, das in Reaktion auf Betätigungspulse bei der Betriebstemperatur des Druckkopfes im wesentlichen isolierend ist und bei der Temperatur des Polens der ersten und zweiten Schichten während der polenden Periode leitend ist.
  • Das Laminat kann weiter folgendes aufweisen: eine zusammen-eingebrannte Substrat-Schicht aus inaktivem Keramikmaterial unterhalb der ersten Schicht aus Keramikmaterial und mag darüber hinaus noch aufweisen:
  • eine zusammen-eingebrannte, entfernbare obere Schicht aus inaktivem Keramikmaterial oberhalb der zweiten Schicht aus piezoelektrischem Keramikmaterial.
  • Geeigneterweise liegt der Widerstand pro Feld der Zwischenschicht in einem Bereich von ungefähr 1,5 Größenordnungen. Vorzugsweise liegt der Widerstand der Zwischenschicht zwischen 75 und 2500 MOhm pro Feld bei 60ºC liegt.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung stellt die Zwischenschicht ein Keramikmaterial mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) dar, das eine kritische Temperatur zwischen der Betriebstemperatur und der Temperatur des Polens aufweist, bei der sich der Widerstand des genannten Materials schnell ändert.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Substratschicht und die oberste Schicht aus einem isolieren den Material gebildet.
  • Die Keramik ist geeigneterweise eine Glas-Keramik und kann mit einem Dotierstoff ausgebildet sein, um ihre Leitfähigkeit bei der Temperatur des Polens zu erhöhen.
  • Die Erfindung besteht weiter aus folgendem:
  • Verfahren zur Ausbildung eines Druckkopfes mit bei Bedarf tropfenabgebendem Tintenstrahlfeld das folgendes aufweist:
  • (a) ein zusammen-eingebranntes Laminat wird ausgebildet, das zwei innere Schichten aus piezoelektrischem Material, zwei äußere Schichten aus inaktivem Keramikmaterial und eine fünfte Schicht aus Keramikmaterial zwischen den genannten inneren Schichten aufweist, die in Reaktion auf Betätigungspulse bei der Betriebstemperatur isolierend ist und bei der polenden Temperatur während der polenden Periode leitend ist;
  • (b) Elektroden werden jeweils an die äußeren Flächen der zwei äußeren Schichten angelegt;
  • (c) ein polender Puls wird zwischen der fünften Schicht und den Elektroden angelegt, um dadurch ein Polen bezüglich der Dicke der inneren Schichten in jeweilige unterschiedliche Richtungen zu bewirken.
  • (d) eine der äußeren Schichten wird entfernt;
  • (e) ein Feld aus parallen Kanälen von einer Tiefe, die sich senkrecht zu dem Laminat durch die innere Schicht hindurch erstreckt, von der die eine der äußeren Schichten entfernt wurde, die mittlere Schicht und wenigstens ein wesentlicher Teil der anderen der inneren Schichten wird ausgebildet; und
  • (f) Elektroden-Schichten werden an gegenüberliegenden Seiten der Kanäle angebracht.
  • Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Laminats gemäß der Erfindung ist;
  • Fig. 2(a) und 2(b) Querschnittsansichten des Laminats der Fig. 1 im Verlauf seiner Umwandlung in ein Tintenstrahlfeld-Druckkopf-Bauelement sind;
  • Fig. 3 ein Diagramm des elektrischen Widerstands pro Feld ("square") bzw. Quadrat der zentralen Schicht des Laminats der vorhergehenden Figuren gegenüber der Temperatur darstellt. Es zeigt den Trend des minimalen Widerstands, der zur Schermodus-Wandbetätigung einer Kanalwand-Betätigungseinrichtung vom "Chevron"-Typ bei Zimmertemperatur geeignet ist, und den Trend des maximalen Widerstands, der zum Polen des Laminats bei der Temperatur des Polen ("poling temperature") geeignet ist;
  • Fig. 4 ein Diagramm ähnlich zu jenem der Fig. 3 darstellt, das die Veränderung eines elektrischen Widerstan des pro Feld bzw. Quadrat gegenüber der Temperatur der zentralen Schicht des Laminats zeigt, wenn die zentrale Schicht ein Material mit negativen Temperaturkoeffzienten aufweist.
  • Zuerst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Ein Laminat 10 weist fünf Schichten 11 bis 15 auf, von denen jede eine ferroelektrische Keramik darstellt. Geeigneterwei se ist jede der Schichten in der Gestalt länglicher Streifen bandförmig gegossen, die aufeinandergedrückt bzw. -gepreßt sind und gemeinsam gebrannt bzw. zusammen eingebrannt ("cofired") sind.
  • Äußere Schichten 11 und 15 des Laminats sind aus inaktiven Materialien, die fur ein gemeinsames Brennen bzw. Zusammen-Einbrennen mit den inneren Schichten 12 und 14 der piezoelektrischen Keramik aus Bleizirkoniumtitanat (PZT) geeignet sind. Die bevorzugten Materialien für die inneren Schichten sind ein polykristallines PZT, das eine überragen de piezoelektrische Aktivität aufweist, die durch die Eigenschaft (d&sub1;&sub5;/ sD55) festgelegt ist, wie sie z.B. von Motorola D3203 oder Tokin N-8, N-10 oder N-20 erhalten wird. Dies sind kommerziell erhältliche Materialien, die eine hohe Schermodusaktivität aufweisen.
  • Die äußeren Schichten 11 und 15 können ebenso aus piezoelektrischer Keramik mit thermischen Ausdehnungseigenschaften sein, die an jene der inneren Schichten angepaßt sind, und sie weisen eine ähnliche oder dieselbe Grundmischung auf, wie sie für die inneren Schichten verwendet wird, aber sie beinhalten einen Dotierstoff, um die Keramik inaktiv zu machen oder zu depolarisieren, wenn sie einem elektrischen Feld unterworfen wird. Ein Beispiel für einen geeigneten Dotierstoff ist Lanthan (La) oder Strontium (Sr) Die Zugabe oder Substitution von Lanthan ist z.B. bekannt, um die Curie-Temperatur des Materials abzusenken. Durch die Zugabe von 5-10% derartiger Dotierstoffe wird das Material der äußeren Schichten leicht depolarisiert, indem die Tempe ratur des Laminats auf ihre Curie-Temperatur erhöht wird, während das Material der inneren Schichten polarisiert verbleibt. Mit der Zugabe von ausreichend Dotierstoff kann die Curie-Temperatur unterhalb der Temperatur des Polens abgesenkt werden und in diesem Fall werden die äußeren Schichten niemals gepolt werden. Das Laminat ist symmetrisch, so daß es nicht dazu neigt, sich unter den Beanspruchungen des Polarisierens oder Depolarisierens zu verspannen bzw. zu verwinden, und derartige Beanspruchungen bzw. Spannungen nehmen schnell durch Kriechen bzw. Kaltfließen ab. Eine zufriedenstellende Wirkung, was das Inaktivmachen oder Depo larisieren der äußeren Schicht angeht, wenn sie einem elektrischen Feld unterworfen sind, kann mit Konzentrationen des Dotierstoffes in dem Bereich von 2 bis 25% erreicht werden.
  • Die zentrale Schicht 13 ist eine dünne Schicht dotierter Keramik, die wahlweise in einer bandförmig gegossenen Gestalt oder als ein Schlamm bzw. Schlicker angewendet werden kann, mit der eine der gegenüberliegenden Oberflächen der Schichten 12 und 14 überzogen wird.
  • Das Laminat wird nachfolgend eingebrannt und, wie im folgenden beschrieben, gepolt bzw. polarisiert. Kanäle werden dann durch die Schichten 12, 13 und 14 geschnitten und Betriebselektroden werden auf Kanälen angebracht bzw. abgeschieden, die Seitenwände trennen, wie sie in der Fig. 2 gezeigt sind und im folgenden in der detaillierten Diskussion der Herstellung des Druckkopfes beschrieben werden.
  • Die Schicht 13 isoliert wirksam in Reaktion auf die Betriebswellenform, typischerweise Pulse von 10 µ-Sekun den Dauer, bei der Betriebstemperatur (0-60ºC) des Tintenstrahldruckkopfes, aber sie ist im wesentlichen leitend bei der Anwendung des polenden Spannungspulses, typischerweise 10 Sekunden Dauer, bei der Temperatur des Polens. Es ist ein bevorzugter Aspekt dieser Schicht, daß sie durch einen Temperaturkoeffizienten des Widerstands von negativer Steigung gekennzeichnet ist, so daß ihre Leitfähigkeit zunimmt, wenn die Temperatur zunimmt. Dies ist charakteristisch für Keramikmaterialien und Thermistoren, aber der Eigenschaft von metallischen Leitern entgegengesetzt, deren Widerstand mit der Temperatur zunimmt.
  • Die Bedingung, daß die Schicht 13 wirksam in Reak tion auf die Betriebswellenform bei der Betriebstemperatur isoliert, die an die Elektroden einer Betätigungseinrichtung angelegt wird, wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 quantifiziert und in Fig. 3 erläutert. Falls die Zeitdauer der Wellenform 10 µ-Sekunden beträgt und der Ladungs-Kriechverlust durch die Schicht 13 in die Betätigungseinrichtung auf 1% beschränkt ist, ist:
  • wobei h&sub1; die Dicke jeder Schicht 12 oder 14 ist,
  • h&sub3; die Dicke der Schicht 13 ist,
  • ε&sub1; bzw. ε&sub0; die relative Dielektrizitätskonstante jeder Schicht 12 und 14 bzw. die elektrische Feldkonstante sind, und
  • &sub3; der spezifische Widerstand der Schicht 13 ist,
  • und, falls h&sub1; = 250x10&supmin;&sup6;m ε&sub1; = 3000 ε&sub0; = 8,85x10&supmin;¹² F.m&supmin;¹ ist der Widerstand pro Feld bzw. Quadrat der Schicht
  • Die Bedingung, daß die Schicht 13 im wesentlichen bei der Anwendung des polenden Spannungspulses leitfähig ist, kann ebenso quanitifiziert werden. Die polende Spannung wird, wie in der Fig. 1 gezeigt, an die Elektroden 18 und 19 auf jeder Seite des Streifens bei der Temperatur des Polens, typischerweise 120ºC angelegt. Die Ladung fließt dann nach innen durch die Schicht 13, so daß die (elektrische) Differenzspannung zwischen der Schicht 13 und den Elektroden 16 und 17 zunehmend gleichmäßig wird. Typischerweise ist es notwendig, eine Gleichförmigkeit bzw. Gleichmäßigkeit von 99% zwischen der (elektrischen) Spannung an den äußeren Kanten und jener an der Mitte des Streifens innerhalb einer polenden Pulsdauer von 10 Sekunden zu erreichen.
  • Eine Untersuchung zeigt, daß die Spannungsverteilung durch eine einfache Diffusionsgleichung von folgender Gestalt ausgedrückt wird:
  • und daß 99% Gleichförmigkeit erreicht wird, wenn:
  • und falls
  • wobei h&sub1; = h&sub2; die Dicke jeder Schicht 11 und 15 ist,
  • V die Spannung beim Polen ist,
  • l der Abstand zwischen den Elektroden 18 und 19 ist,
  • t die Zeit für die Spannung in der Schicht 13 ist, um eine 99%ige Gleichförmigkeit zu erhalten und &le; der Zeit zum Polen ist. &sub3;/h&sub3; < 220 M&Omega; pro Feld bzw. Quadrat
  • Die Bedingungen, daß &sub3;/h&sub3;, was den Widerstand pro Feld der Schicht 13 darstellt, größer ist als 76 M&Omega; bei der Betriebstemperatur von 60ºC und daß &sub3;/h&sub3; < 220 M&Omega; bei der Temperatur des Polens von 120ºC und 180ºC ist, sind als Linien gezeigt, die durch C und D in der Fig. 3 markiert sind. Gemessen bei 60ºC liegt dieser Bereich zwischen 76 und 2500 M&Omega; pro Feld bzw. Quadrat.
  • In Fig. 3 ist der Widerstand &sub3;/h&sub3; pro Feld über fünf Dekaden von &sub3;/h&sub3; = 1-10&sup5; M&Omega; über einen Temperaturbereich von 0-180ºC aufgetragen.
  • Der Widerstand der Keramiken wird durch einen Temperaturkoeffizienten von negativer Steigung und einer Höhe gekennzeichnet, so daß der Widerstand typischerweise um eine Größenordnung bei jeder Zunahme der Temperatur von 60ºC fällt.
  • Die Linie A zeigt den Verlauf des Widerstandes pro Feld &sub3;/h&sub3; der Schicht 13, so daß bei 60ºC der Widerstand pro Feld 76 M&Omega; beträgt. In jenem Fall wird 1% der Ladung, die bei 60ºC gespeichert wurde, während des Betriebszyklusses abgegeben. Die Linie B zeigt einen niedrigeren Widerstand pro Feld, wenn 10% der Ladung, die bei 60ºC gespeichert wurde, während des Betriebszyklusses abgegeben wird. Für den praktischen Betrieb sollte der Widerstand pro Feld der Schicht 13 rechts von der Linie A sein.
  • Ähnlich liegt die Linie C so, daß der Widerstand pro Feld bzw. Quadrat 220 M&Omega; bei 120ºC beträgt. In jenem Fall ist das polende Feld nach einer Anwendung von 10 Sekun den zu 99% gleichförmig. Die Linie D zeigt den Widerstand pro Feld bzw. Quadrat für ein Material an, das mit einer ähnlichen Gleichförmigkeit bei 180ºC gepolt bzw. polarisiert ist. In der Praxis sollte das gewählte Material links von der Linie C liegen.
  • Das Material der Schicht 13 sollte somit so gewählt werden, daß es einen Widerstand pro Feld bzw. Quadrat aufweist, der in dem Bereich zwischen den Linien A und C liegt, d.h. innerhalb eines Widerstandsbereichs von ungefähr 1,5 Größenordnungen, wobei dieser Bereich erzielt wird, indem der Abstand der Linien A und C bei derselben Temperatur gelesen wird.
  • Diese Berechnungen zeigen an, daß ein Widerstand pro Feld bzw. Quadrat &sub3;/h&sub3; der Schicht 13 derartig erzielt werden kann, daß er wirksam in Reaktion auf die Betriebswellenform (10 µs) bei der Betriebstemperatur (0-60ºC) des Tintenstrahldruckkopfes isoliert, aber im wesentlichen bei der Anwendung der polenden Wellenform bei der Temperatur des Polens bzw. polenden Temperatur (von 120-180ºC) für eine Dauer von 10 Sekunden leitfähig ist.
  • Das Material der Schicht 13 kann jedoch ein Material sein, das eine NTC-Keramik (Keramik mit negativen Temperaturkoeffizienten) aufweist. NTC-Keramiken sind Materialien, die eine nichtlineare Veränderung des spezifischen Widerstandes aufweisen, so daß ihr Widerstand innerhalb eines engen Temperaturbereichs einer gestuften Abnahme unterworfen ist. Normalerweise ist diese stufenförmige Änderung des spezifischen Widerstandes auf 1-2 Größenordnungen beschränkt, die auf einen Bereich von 5-10ºC konzentriert sind. Falls diese kritische Temperatur so gewählt wird, daß sie oberhalb der Betriebstemperatur und unterhalb der polen den Temperatur liegt, wird der Bereich des Widerstands pro Feld bzw. Quadrat weiter oberhalb dessen, das in der Fig. 3 für einen keramischen Isolator gezeigt ist, erweitert.
  • Dies ist in der Fig. 4 erläutert, in der die Strichpunktlinien A' und C' die entsprechenden begrenzenden Werte des Widerstands pro Quadrat bzw. Feld in Abhängigkeit von der Temperatur unter Betriebsbedingungen bzw. Bedingungen beim Polen für eine NTC-Keramik zeigen. Die wirksamen Temperaturen sind die Betriebstemperaturen und die polenden Temperaturen, typischerweise 60ºC und 120ºC, und der Bereich des Widerstandes beträgt nun um 2,5 Größenordnungen, wobei dieser Bereich jener zwischen den Orten ist, an denen die Linien A' und C' die genannte typische Betriebstemperatur oder die Temperatur des Polens schneidet. Dieser Bereich gewährt einen erweiterten Rahmen bei der Wahl des Widerstands pro Feld bzw. Quadrat der Schicht 13.
  • Die äußeren Schichten 11 und 15 können in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung aus isolierender Keramik sein, wie z.B. eine Glaskeramik, die so gewählt ist, daß sie einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der an jede der Schichten 12, 13 und 14 angepaßt ist. Beispiele für derartige Materialien sind Cordierite und Oxide aus Lithium-Aluminium und Silizium, diese sind Glaskeramiken, deren Ausdehnungskoeffizient gemäß den Bestandteilen bzw. Zutaten gewählt werden kann und deren thermische Gesetzmäßigkeiten bzw. Historien in einem Bereich von 1-4 x 10&supmin;&sup6; pro ºC liegen. Ein derartiges Material kann gemeinsam bzw. zusammen mit den piezoelektrischen Schichten 12-14 eingebrannt werden und weist den Vorteil auf, daß seine Elastizitätsmodule größer sind als die Materialien, die oben beschrieben wurden, welche La- oder Si-dotiertes PZT waren.
  • Die dielektrische Konstante einer Glaskeramik, wie z.B. Cordierite ist üblicherweise 8-12 und ist somit wesentlich geringer als jene der Schichten 12 und 14, wo &epsi;&sub1; typischerweise 3000 beträgt. Wie später klar werden wird, ist die polende Spannung, um die Schichten 12 bzw. 14 durch die Schichten 11 bzw. 15 zu polen, wesentlich schwieriger aufgrund ihrer niedrigen Dielektrizitätskonstante. Infolgedessen wird der spezifische Widerstand der äußeren Schichten 11 und 15, falls sie aus Glaskeramik bestehen, durch die Zugabe der Dotierstoffe verringert.
  • Typischerweise wird der Widerstand &sub2; der Schichten 11 und 15 verringert, so daß
  • und falls &epsi;&sub1; = 3000 &epsi;&sub0; = 8,85 x 10&supmin;¹² F.m&supmin;¹
  • und t = 10 s h&sub1; = h&sub2;
  • &sub2; < 3,8 x 10&sup8; &Omega;m,
  • dann dringt die Spannung, die an die äußeren Elektroden 16 bzw. 17 angelegt ist, durch die Schichten 11 bzw. 15 während der 10 Sekunden Dauer des polenden Pulses hindurch und ein hohen Anteil der Spannung wirkt über die piezoelektrischen Schichten 12 bzw. 14 weil Ladung die Schichten 11 bzw. 15 mittels Leitung durchdringt, so daß die Spannungen bei den Verbindungsbereichen der Schichten 14 und 15 bzw. der Schichten 11 und 12 dazu neigen, gleich der Spannung der Elektroden 16 bzw. 17 zu werden.
  • Somit können die Schichten 11 bzw. 15 wahlweise aus isolierender Keramik hergestellt werden, vorausgesetzt, ihr spezifischer Widerstand ist bei der Temperatur des Polens geeignet verringert. Dieser Aspekt wurde in dem US-Patent Nr. 5,036,241 offenbart.
  • Das Laminat 10 kann, wie zuvor dargelegt, aus fünf Schichten von Keramik aus geeigneten Materialien hergestellt werden, die bandförmig gegossen sind, zusammengepreßt sind und gemeinsam bzw. zusammen eingebrannt sind, wobei die fünfte wahlweise als ein Schlamm bzw. Schlicker an eine der gegenüberliegenden Schichten der Zwischenschichten 12 und 14 angewendet werden kann. Das Laminat beinhaltet äußere Elektroden 16 und 17 und zentrale Elektroden 18 und 19, die auf beiden Seiten der Schicht 13 ausgebildet sind. Während des Einbrennens, aufgrund der Symmetrie des Laminats, bleibt die Keramik im wesentlichen flach.
  • Das Laminat wird durch die Anwendung eines polenden Feldes, wie gezeigt, zwischen den Elektroden 16, 17 und 18, 19 gepolt bzw. polarisiert. Dies erfordert ein polendes Feld, das das piezoelektrische Material der Schichten 12 und 14 in einer Konfiguration polarisiert, die durch Pfeile bezeichnet ist, die in der Fig. 2 gezeigt sind. Falls die Schichten 11 und 15 ein piezoelektrisches Material aufweisen und sie während des polenden Schritts polarisiert werden, werden sie leicht depolarisiert, indem sie oberhalb ihrer Curie-Temperatur während und nach dem Polen erhitzt werden: falls jene Schichten eine isolierende Keramik aufweisen, die nicht piezoelektrisch ist, hilft eine erhöhte Leitfähigkeit in jenen Schichten, die Höhe des polenden Feldes zu begrenzen. Nach dem Polen werden die Materialien gealtert bzw. getempert, um zu erlauben, daß verbliebene Spannungen durch Kriechverhalten bzw. Kaltfließen sich wieder zurückbilden bzw. entspannen können. Normale Aktivitäts- bzw. Wirksamkeitstests der piezoelektrischen Struktur können durchgeführt werden, um die Materialeigenschaften zu überwachen.
  • Der Aufbau eines Tintenstrahldruckkopfbauelements aus dem Laminat ist unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) und (b) gezeigt, in denen die fünf Schichten schematisch links gezeigt sind. Anfänglich werden die Schicht 11 und ihre
  • Elektrode 16 entfernt, indem sie verkleinert bzw. zerrieben oder geläppt werden, und die untere Elektrode 17 wird durch Läppen oder Ätzen entfernt, wobei die Fläche der Schicht 12 und der Schicht 15 mit hoher Genauigkeit parallel freigelegt sind und die Oberfläche der Schicht 12 mit einer hohen Genauigkeit flach ist.
  • Die Tinten- bzw. Druckfarbenkanäle 20 werden dann in das Laminat geschnitten, wie in dem zentralen Abschnitt gezeigt. Dieses Verfahren der Ausbildung von Kanälen wurde ursprünglich in dem US-Patent Nr. 5,016,028 offenbart, das auf einen Tintenstrahlfeld-Druckkopf Bezug nimmt, der ausge hend von einer Seite des Kanalaufbaus hergestellt werden kann. Jedoch, weil die Schichten 12 und 14 gegensätzlich gepolt sind, sind die Wand-Betätigungseinrichtungen nun von dem sog. "Chevron"-Typ, wie sie Gegenstand der europäischen Patente Nr. 0277703 und Nr. 0278590 sind. Diese Betätigungs einrichtungen sind als vorteilhaft bekannt, weil sie eine geringere Betätigungsspannung benötigen, um denselben Druck in den Tinten- bzw. Druckfarbenkanälen während des Betriebs auszuüben. Falls die isolierende Glaskeramik in der Schicht 15 verwendet wird, dient dies dazu, die Wand-Betätigungsein richtungen bei ihrer Wurzel-Verbindungsfläche (root interfa ce) mit der Schicht 15 zu versteifen, was ebenso dazu dient, die Compliance der Wand-Betätigungseinrichtung zu beschränken.
  • Nachdem die Kanäle, wie in der Fig. 2(b) gezeigt, geformt sind, werden die Wand-Betätigungseinrichtungen mit Elektroden 30, wie im rechts gelegenen Bereich gezeigt, plattiert, an die ein passivierender überzug angebracht werden kann. Nachfolgende Betriebsvorgänge bzw. Operationen, um einen Tintenstrahlfeld-Druckkopf zu bauen, sind im Fachbereich bekannt.

Claims (23)

1. Zusammen-eingebranntes Laminat (10) zur Verwendung bei der Herstellung von Druckköpfen für Drucker mit bei Bedarf tropfenabgebenden Tintenstrahl mit ersten und zweiten Schichten (14,12) aus piezoelektrischem Keramikmaterial, das bezüglich der Dicke in entgegengesetzte Richtungen gepolt ist und mit einer Zwischenschicht (13) aus Keramikmaterial, das in Reaktion auf Betätigungspulse bei der Betriebstemperatur des Druckkopfes isolierend ist und bei der polenden Temperatur der ersten und zweiten Schichten während der polenden Periode leitend ist.
2. Laminat nach Anspruch 1, das weiter eine zusammen-eingebrannte Substrat-Schicht (15) aus inaktivem Keramikmaterial unterhalb der ersten Schicht (14) aus Keramikmaterial aufweist.
3. Laminat nach Anspruch 2, das weiter eine zusammen-eingebrannte, entfembare obere Schicht (11) aus inaktivem Keramikmaterial oberhalb der zweiten Schicht (12) aus piezoelektrischem Keramikmaterial aufweist.
4. Laminat, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand pro Feld der Zwischenschicht in einem Bereich von ungefähr 1,5 Größenordnungen, gemessen bei der Betriebstemperatur oder polenden Temperatur, liegt.
5. Laminat, wie im Anspruch 4 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Zwischenschicht zwischen 75 und 2500 MOhm pro Feld bei 60ºC liegt.
6. Laminat, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht ein Keramikmaterial mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) darstellt, das eine kritische Temperatur zwischen der Betriebstemperatur und der Temperatur des Polens aufweist, bei der sich der Widerstand des genannten Materials schnell ändert.
7. Laminat, wie im Anspruch 6 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht einen Widerstand und eine Dicke aufweist, die zwischen der Betriebstemperatur und der polenden Temperatur einen Bereich des Widerstandes pro Feld aufweist, der größer ist, als 2,5 Größenordnungen.
8. Laminat, wie in irgendeinem der Ansprüche 3 bis 7 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Schicht und die genannte obere Schicht aus einem isolierenden Material ausgebildet sind.
9. Laminiat, wie im Anspruch 8 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Schicht und die genannte obere Schicht aus einer Glas-Keramik gebildet sind.
10. Laminat, wie im Anspruch 9 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Schicht und die obere Schicht aus einer Glas-Keramik aus Oxiden des Lithiums, Aluminiums und Siliziums gebildet sind.
11. Laminat, wie im Anspruch 9 oder 10 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Schicht und die obere Schicht mit einem Dotierstoff ausgebildet sind, um sie bei der polenden Temperatur leitender zu machen.
12. Laminat, wie in irgendeinem der Ansprüche 3 bis 7 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Schicht und die genannte obere Schicht, jeweils aus piezoelektrischem Keramikmaterial gebildet sind, das einen Dotierstoff beinhaltet, um die Schicht inaktiv zu machen oder zu depolarisieren, wenn sie einem elektrischen Feld ausgesetzt wird.
13. Laminat, wie im Anspruch 12 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff Lanthan ist.
14. Laminat, wie im Anspruch 12 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff Strontium ist.
15. Laminat, wie im Anspruch 13 oder 14 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff im Material der Substrat-Schicht und der oberen Schicht in einer Konzentration von 2 bis 25 Prozent enthalten ist.
16. Laminat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Feld aus parallelen Kanälen, die sich senkrecht zu der ersten und zweiten Schicht aus piezoelektrischem Keramikmaterial und zu der Zwischenschicht aus Keramikmaterial erstrecken und diese durchdringen.
17. Laminat, wie in irgendeinem der Ansprüche 3 bis 15 beansprucht, gekennzeichnet durch ein Feld aus parallelen Kanälen, die in dem Laminat ausgebildet sind, nachdem wenigstens ein Teil der oberen Schicht entfernt wurde, wobei sich die Kanäle senkrecht zu der ersten und zweiten Schicht und der Zwischenschicht erstrecken und diese durchdringen.
18. Laminat, wie im Anspruch 16 oder 17 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächen, die Kanälen gegenüberliegen, von Inter-Kanalwänden, die aus drei der Laminatschichten gebildet sind, mit leitenden Elektrodenschichten überzogen werden.
19. Laminat, wie im Anspruch 18 beansprucht, dadurch gekennnzeichnet, daß Elektrodenschichten mit einem Passivierungs-Überzug versehen werden.
20. Verfahren zur Ausbildung eines Druckkopfes mit bei Bedarf tropfenabgebendem Tintenstrahlfeld das folgendes aufweist:
(a) ein zusammen-eingebranntes Laminat (10) wird ausgebildet, das zwei innere Schichten (12,14) aus piezoelektrischem Material, zwei äußere Schichten (11,15) aus inaktivem Keramikmaterial und eine fünfte Schicht (13) aus Keramikmaterial zwischen den genannten inneren Schichten (12,14) aufweist, die in Reaktion auf Betätigungspulse bei der Betriebstemperatur im wesentlichen isolierend ist und bei der polenden Temperatur während der polenden Periode im wesentlichen leitend ist;
(b) Elektroden (16,17) werden jeweils an die äußeren Flächen der zwei äußeren Schichten (11,15) angelegt;
(c) ein polender Puls wird zwischen der fünften Schicht (13) und den Elektroden angelegt, um dadurch ein Polen bezüglich der Dicke der inneren Schichten (12,14) in jeweilige unterschiedliche Richtungen zu bewirken.
(d) eine der äußeren Schichten (11,15) wird entfernt;
(e) ein Feld aus parallen Kanälen (20) von einer Tiefe, die sich senkrecht zu dem Laminat durch die innere Schicht hindurch erstreckt, von der die eine der äußeren Schichten (11,15) entfernt wurde, die fünfte Schicht (13) und wenigstens ein wesentlicher Teil der anderen der inneren Schichten wird ausgebildet; und
(f) Elektroden-Schichten (30) werden an gegenüberliegenden Seiten der Kanäle (20) angebracht.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat ausgebildet wird, indem wenigstens die äußere und die innere Schicht aus bandförmig gegossenen Keramikmaterialien bereitgestellt werden, die Laminatschichten zusammengedrückt werden und sie zusammen-eingebrannt werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Schicht des Laminats aus bandförmig gegossenem, dotierten Keramikmaterial ausgebildet wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Schicht aus Schlamm bzw. Schlicken aus dotierter Keramik ausgebildet wird, die an eine der gegenüberliegenden Oberflächen der inneren Schichten piezoelektrischen Materials angebracht wird.
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