DE69320766T2

DE69320766T2 - Tintenstrahl-Druckkopf und sein Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69320766T2
Application number: DE69320766T
Authority: DE
Inventors: Mitsuru C/O Brother Kogyo K.K. Nagoya-Shi Aichi-Ken Muto
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2013-12-04
Also published as: EP0600748B1; EP0600748A3; EP0600748A2; DE69320766D1; US5650810A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahldruckkopf zum Ausstoßen von Tinte durch die Deformation eines piezoelektrischen Keramikelementes durch Anlegen einer Spannung und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Zuvor wurde ein Tintenstrahldruckkopf vorgeschlagen, der ein piezoelektrisches Keramikelement benutzt. Ein Beispiel ist ein Tintenstrahldruckkopf des Types vom Tropfen-Auf-verlangen mit Kanälen, die mit Tinte gefüllt sind (Tintenkanäle), bei denen sich das Volumen der Tintenkanäle mit der Deformation des piezoelektrischen Keramikelementes ändert. Wenn sich das Volumen verringert, spritzt die Vorrichtung Tinte in einem Tintenkanal aus einer Düse als ein flüssiges Tröpfchen aus. Wenn sich das Volumen vergrößert, wird Tinte von einer Tinteneinführungsöffnung in den Kanal eingeführt. In dem bewirkt wird, daß ein Tintentröpfchen aus einem Tintenkanal auszuspritzen ist, wie es von hereinkommenden Druckdaten verlangt wird, kann ein gewünschtes Zeichen oder Bild auf zum Beispiel einem Papier gegenüber dem Tintenstrahldruckkopf gebildet werden.
Diese Art von Tintenstrahldruckkopf ist in den Japanischen Patentoffenlegungsschriften SHO63-247051, SHO63-252750 und HEI2- 150355 beschrieben.
Diese Art von Tintenstrahldruckkopf wird zum Beispiel bei Tintenstrahldruckern benutzt. Ein erstes Beispiel eines Tintenstrahldruckkopfes, bei dem ein piezoelektrisches Keramikelement 76 auf einer Seitenwand 74 eines Gehäuses 72, das eine Tintenkammer 70 bildet, vorgesehen ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 der begleitenden Zeichnungen erläutert.
Damit das piezoelektrische Keramikelement 76 hergestellt wird, wird zuerst eine piezoelektrische Keramikplatte aus piezoelektrischem Keramikpulver unter Benutzung solcher Techniken wie Bandgießvorgänge oder Strangpreßvorgänge gebildet. Die piezoelektrische Keramikplatte wird in eine vorbestimmte Größe geschnitten und bei einer vorbestimmten Temperatur zum Erhalten eines piezoelektrischen Keramiksinters gesintert. Schleifvorgänge werden zum Glätten der Oberfläche des piezoelektrischen Keramiksinters in eine gleichförmige Flachheit ausgeführt. Der piezoelektrische Keramiksinter wird dann polarisiert. Somit wird das piezoelektrische Keramikelement 76 erhalten. Elektroden 77 werden auf beiden Oberflächen 90 des piezoelektrischen Keramikelementes 76 gebildet. Eine Treiberschaltung 79 ist mit den Elektroden 77 verbunden.
Das so erzeugte piezoelektrische Keramikelement 76 deformiert sich, wenn die Treiberschaltung 79 eine Treiberspannung an die Elektrode 77 anlegt. Wie durch die einfach gestrichelte Linie gezeigt ist, deformiert sich die Seitenwand 74 mit der Deformation des piezoelektrischen Keramikelement, wodurch das Volumen der Tintenkammer 70 verringert wird und dadurch die Ausspritzflüssigkeit, Tinte in diesem Fall, die die Tintenkammer 70 füllt, aus der Düse 82 als ein Tintentröpfchen 80 ausgespritzt wird. Danach kehrt, wenn das Anlegen der Treiberspannung aufhört, das piezoelektrische Keramikelement 76 in seine Form vor der Deformation zurück, wodurch das Volumen der Tintenkammer 70 so erhöht wird, daß Tinte von dem Tintenlieferkanal 84 in die Tintenkammer 70 fließt. Eine Mehrzahl dieser Tintenkammern 70 ist in einem Feld vorgesehen, wenn die Vorrichtung in einem Tintenstrahldrucker benutzt wird.
Ein zweites Beispiel eines Tintenstrahldruckkopfes 1, wie in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift HEI2-150355 beschrieben ist, enthält eine piezoelektrische Keramikplatte 2, eine Abdeckplatte 3, eine Düsenplatte 31 und ein Substrat 41, wie in Fig. 2 der begleitenden Zeichnungen gezeigt ist. Zum Herstellen dieses Tintenstrahldruckkopfes 1 wird zuerst ein piezoelektrisches Keramikelement auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Beispiel beschrieben gebildet. Eine Mehrzahl von Rillen 8 wird in das piezoelektrische Keramikelement unter Benutzung zum Beispiel einer dünnen scheibenförmigen Diamantklinge zum Bilden der piezoelektrischen Keramikplatte 2 geschnitten. Die Rillen 8 werden parallel zueinander und mit gleichen Tiefen so geschnitten, daß sie allmählich im Voranschreiten zu dem Ende 15 der piezoelektrische Keramikplatte 2 flacher werden. Die Tiefe einer jeden Rille 8 nimmt ab, so daß sie eine flache Rille 16 nahe dem Ende 15 wird. Die Seitenwände 11, die die Seitenoberflächen der Rillen 8 bilden, sind in der Richtung polarisiert, die durch den Pfeil 5 in Fig. 3a und 3b der begleitenden Zeichnungen bezeichnet ist. Eine Metallelektrode 13 wird durch Sputtern entlang der oberen Hälfte der beiden Seitenoberflächen einer jeden Rille 8 gebildet. Eine Metallelektrode 9 wird durch Sputtern auf den Seitenoberflächen und der Bodenoberfläche der inneren Oberfläche der flachen Rille 16 gebildet. Somit verbindet die in der flachen Rille 16 gebildete Metallelektrode 9 die auf den Seitenoberflächen der Rille 8 gebildeten zwei Metallelektroden 13.
Die Abdeckplatte 3 ist aus zum Beispiel einem Keramikmaterial oder einem Harzmaterial gebildet. Eine Tinteneinführungsöffnung 21 und eine Verteilerleitung 22 sind in die Abdeckplatte 3 geschnitten oder geschliffen. Ein Klebstoff vom Harztyp wird zum Beispiel zum Verbinden der Oberfläche der Abdeckplatte 3, die die Verteilerleitung 22 enthält, mit der Oberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 2, die die Rillen 8 enthält, benutzt. Als Resultat deckt die Abdeckplatte 3 die Rillen 8 ab, wodurch in dem Tintenstrahldruckkopf 1 eine Mehrzahl von Tintenkanälen 12 gebildet wird, die gegenseitige Abstände in der Horizontalrichtung aufweisen. Wie in Fig. 3a gezeigt ist, sind die Tintenkanäle 12 lang und schmal in rechteckigem Querschnitt. Alle Tintenkanäle sind mit Tinte gefüllt.
Die mit Düsen 32 versehene Düsenplatte 31 ist an dem Ende der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und der Abdeckplatte 3 angeklebt. Die Düsen 32 sind so positioniert, daß die Positionen einer jeden Düse 32 der Position ihres entsprechenden Tintenkanales 12 entspricht. Die Düsenplatte 31 ist aus einem Kunststoff wie Polyalkylenterephthalat (zum Beispiel Polyethylenterephthalat), Polyimid, Polyetherimid, Polyetherketon, Polyethersulfon, Polykarbonat oder Zelluloseazetat gebildet.
Das Substrat ist zum Beispiel durch einen Epoxyklebstoff auf der nicht gerillten Seite der piezoelektrischen Keramikplatte 2 angebracht. Eine Leitungsschicht 42 ist auf dem Substrat 41 in einem Muster gebildet, das den Positionen der Tintenkanäle 12 entspricht. Ein einzelner Leiterdraht 43 ist durch Drahtbonding zwischen jeder Metallelektrode 9 in jeder flachen Rille 16 und seinem entsprechenden Leiterschichtmuster 42 verbunden.
Eine Erläuterung des Aufbaues eines Steuerabschnittes zum Treiben des Tintenstrahldruckkopfes von Fig. 2 wird vorgesehen, während auf das Blockschaltbild des Steuerabschnittes in Fig. 4 der begleitenden Zeichnungen hingewiesen wird. Das Leiterschichtmuster 42, das in dem Substrat 41 gebildet ist, ist individuell mit einem LSI-Chip 51 verbunden. Eine Taktleitung 52, eine Datenleitung 53, eine Spannungsleitung 54 und eine Masseleitung 55 sind ebenfalls mit dem LSI-Chip 51 verbunden. Auf der Grundlage des kontinuierlich von der Taktleitung 52 gelieferten Taktpulses bestimmt der LSI-Chip 51 auf der Grundlage der Daten von der Datenleitung 53, wann Tinte aus den Düsen 32 auszuspritzen ist. Eine Spannung V von der Spannungsleitung 54 wird an das Leiterschichtmuster 42 in Fortsetzung der Metallelektrode 13 innerhalb des angetriebenen Tintenkanales 12 angelegt. Eine 0V Spannung von der Masseleitung 45 wird an die Leiterschichtmuster 42 angelegt, die nicht in Fortsetzung mit den angetriebenen Tintenkanälen sind.
Eine Erläuterung wird über den Betrieb des Tintenstrahldruckkopfes 1 gegeben, während auf Fig. 3a und 3b Bezug genommen wird. Es sei jetzt angenommen, daß der LSI-Chip 51 bestimmt, daß Tinte aus dem Tintenkanal 12b in dem Tintenstrahldruckkopf 1 gemäß den eingehenden Daten zu spritzen ist. Der LSI-Chip legt daher eine positive Treiberspannung V an die Metallelektroden 13e und 13f an und legt die Metallelektroden 13d und 13g auf Masse. Wie in Fig. 3b gezeigt ist, werden elektrische Treiberfelder in den Seitenwänden 11b und 11c in Richtungen erzeugt, die durch Pfeile 14b beziehungsweise 14c bezeichnet sind. Da die elektrischen Treiberfeldrichtungen 14b und 14c orthoganal der Polarisation 5 sind, bewirkt ein photoelektrischer Dickenschereffekt, daß sich die Seitenwände 11b und 11c schnell deformieren, in diesem Fall in die nach innen gerichtete Richtung des Tintenkanales 12b. Diese Deformation verringert das Volumen des Tintenkanales 12b, erhöht schnell den Druck in der Tinte, erzeugt eine Druckwelle und spritzt ein Tintentröpfchen aus der Düse 32 (siehe Fig. 2) aus, die mit dem Tintenkanal 12b in Verbindung steht.
Wenn das Anlegen der Treiberspannung V aufhört, sinkt der Tintendruck innerhalb des Tintenkanales 12b allmählich ab, da die Seitenwände 11b und 11c allmählich ihre Form vor der Deformation wiedergewinnen (siehe Fig. 3a). Wenn dieses passiert wird Tinte zu dem Tintenkanal 12b von der Tintenlieferöffnung 21 (siehe Fig. 2) durch die Verteilerleitung 22 (siehe Fig. 2) geliefert.
Eine Erläuterung des Aufbaus eines Tintenstrahldruckers, in dem der Tintenstrahldruckkopf 1 von Fig. 2 verwendet wird, wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 der begleitenden Zeichnungen gegeben. Der oben beschriebene Tintenstrahldruckkopf 1 und ein Tintenbehälter 61 sind beide an einem Schlitten 62 angebracht. Der Druckkopf 1 und der Tintenbehälter 61 sind so verbunden, daß der innere Abschnitt des Tintenbehälters 61 mit der Tinteneinführungsöffnung 21 (siehe Fig. 2) des Tintenstrahldruckkopfes 1 verbunden ist. Wenn Tinte in dem Tintenbehälter 61 verbraucht ist, wird der Tintenbehälter 61 von dem Schlitten 62 abgenommen und durch einen neuen ersetzt. Der Schlitten 62 bewegt sich rückkehrend entlang der Schiene 63. Der Tintenstrahldruckkopf 1 druckt Zeichen auf ein Aufzeichnungspapier 66, das von einer Druckwalze 64 getragen wird. Papiervorschubrollen 65a und 65b bewegen das Aufzeichnungspapier 66 in eine Richtung senkrecht zu der Richtung, in der sich der Schlitten 62 bewegt. Daher kann der Tintenstrahldruckkopf 1 Zeichen überall auf die Oberfläche des Aufzeichnungspapieres 66 drucken.
Diese Art von Tintenstrahldruckkopf 1 erzeugt einen Sprühnebel von kleinen Tintentröpfchen jedesmal, wenn ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird. Ein Teil dieses Sprühnebels haftet an der Düsenplatte 31 an. Wenn sie allein gelassen wird, sammelt sich Tinte allmählich auf der Oberfläche der Düsenplatte 31 an, was das Ausstoßen von Tintentröpfchen verhindert. Eine gemäßigte Zeitdauer, nachdem das Drucken von Zeichen beendet ist oder das Drucken beendet ist, wird der Schlitten 62 zu der linken Seite des Druckers in ein Nichtdruckgebiet bewegt. Ein Wischer 68, der zum Beispiel aus Harz- oder Baumwollfasern gebildet ist, ist auf einem Tragteil 69 vorgesehen, das in dem Nichtdruckgebiet befestigt ist. Der Wischer 68 greift die Oberfläche der Düsenplatte 31 an oder berührt sie, während sich der Druckkopf nach links bewegt. Diese Wischbewegung bewirkt, daß der Wischer 68 an der Düsenplatte 31 anhaftenden Tintensprühnebel entfernt. Der Wischer 68 wird ersetzt, wenn ein großer Tintenbetrag darauf angesammelt ist.
Der Wischer kann ebenfalls an einem bewegbaren Teil vorgesehen sein und bewirken, daß die Oberfläche der Düsenplatte 21 des Tintenstrahldruckkopfes 1 mehrere Male gewischt wird, nachdem der Druckkopf 1 in das Nichtdruckgebiet bewegt ist.
Ein drittes Beispiel eines Tintenstrahldruckkopfes 1 ist ebenfalls in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift HEI2-150355 beschrieben, wie im Querschnitt in Fig. 6 der begleitenden Zeichnungen gezeigt ist. Komponenten ähnlich zu den in dem zweiten Beispiel beschriebenen werden von den gleichen Bezugszeichen begleitet, so daß überflüssige Erläuterung weggelassen wird. Der Tintenstrahldruckkopf 1 dieses Beispiels ist im wesentlichen der gleiche wie der des oben beschriebenen zweiten Beispieles mit der Ausnahme, daß die Verteilerleitung 22 nicht in der Abdeckplatte 3 gebildet ist. Bei diesem Beispiel ist die piezoelektrische Keramikplatte 2 mit Durchgangslöchern 22 gebildet, und eine mit einer Verteilerleitung 22 gebildete Basisplatte 60 ist zwischen der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und dem Substrat 41 vorgesehen. Zum Herstellen dieses Tintenstrahldruckkopfes werden Rillen 8, die die Tintenkanäle 12 bilden, und flache Kanäle 16 in der piezoelektrischen Keramikplatte 2 gebildet. Ein Durchgangsloch 23 wird in dem Boden einer jeden Rille 8 dann gebildet. Eine Verteilerleitung 22 wird in der Basisplatte 60 senkrecht zu den Rillen 8 verlaufend gebildet. Eine Tinteneinführungsöffnung 21 wird in der Abdeckplatte 3 gebildet. Die Abdeckplatte 3 wird an die gerillte Seite der piezoelektrischen Keramikplatte 2 angeklebt. Dann wird die Seite der mit der Verteilerleitung 22 darin gebildete Basisplatte 60 an die Seite der piezoelektrischen Keramikplatte 2 mit den darin gebildeten Durchgangslöchern 23 angeklebt. Da zu dieser Zeit die Durchgangslöcher 23 der Verteilerleitung 22 gegenüberstehen, wird die Verteilerleitung 22 in Verbindung mit der Mehrzahl von Rillen 8 gebracht. Weiter wird die Düsenplatte 31 an die piezoelektrische Keramikplatte 2, die Abdeckplatte 3 und die Basisplatte 60 geklebt. Das Substrat 41 wird an die Seite der Basisplatte 60 gegenüber der darin gebildeten Verteilerleitung 22 angeklebt.
Ein viertes Beispiel eines Tintenstrahldruckkopfes 1, wie er in der Europäischen Patentanmeldung 0 516 284 A beschrieben ist und auf der der Oberbegriff des beigefügten Anspruches 1 und 15 basiert, wird unten unter Bezugnahme auf Fig. 7 der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Komponenten ähnlich zu jenen in dem zweiten Beispiel beschriebenen werden von den gleichen Bezugszeichen zum Weglassen überflüssiger Erläuterung begleitet. Der Tintenstrahldruckkopf 1 dieses Beispieles ist im wesentliche der gleiche wie der des zweiten Beispieles mit der Ausnahme, daß die Düsenplatte 31 von dem Tintenstrahldruckkopf 1 weggelassen ist. Das heißt, der Tintenstrahldruckkopf 1 dieses Beispieles ist aus einer piezoelektrischen Keramikplatte 2, der Abdeckplatte 3 und dem Substrat 4 aufgebaut. Die piezoelektrische Keramikplatte 2 dieses Beispieles ist nicht nur mit den Rillen 8 und den flachen Rillen 16 sondern auch mit kleinen Rillen 7 gebildet. Die kleinen Rillen 7 weisen eine Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche der Rillen 8 auf. Die kleinen Rillen 7 sind die piezoelektrische Keramikplatte 2 in Fluidverbindung mit den Rillen 8 geschnitten.
Ein Epoxyklebstoff wird zum Beispiel zum Verbinden der Oberfläche der Abdeckplatte 3 mit der Oberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 2 benutzt, die die Rillen 8 enthält. Als Resultat bedeckt die Abdeckplatte 3 die Rillen 8, wodurch in dem Tintenstrahldruckkopf 1 eine Mehrzahl von Tintenkanälen gebildet wird, die in der horizontalen Richtung einen gegenseitigen Abstand aufweisen. Ebenfalls werden die kleinen Rillen 7 bedeckt, wodurch eine Mehrzahl von Düsen gebildet wird mit Positionen entsprechend genau den Positionen der Kanäle.
Es wird angemerkt, daß ähnlich wie bei dem zweiten Beispiel das Substrat 41 an die piezoelektrische Keramikplatte 2 in der gleichen Weise wie in Fig. 2 angeklebt wird.
Diese Tintenstrahlköpfe weisen jedoch verschiedene Probleme auf. Zum Beispiel hat es ein Problem mit dem piezoelektrischen Keramikelement 76 des ersten Beispieles in Fig. 1 derart gegeben, daß, wie in Fig. 8 der begleitenden Zeichnungen gezeigt ist, die Schneide- und Schleifvorgänge zum Bilden des piezoelektrischen Keramikelementes Mikrorisse 91 in den geschnittenen und geschliffenen Oberflächen 90 des piezoelektrischen Keramikelementes 76 erzeugen. Da sich das piezoelektrische Keramikelement 76 auf das Anlegen einer Spannung hin deformiert, können die Mikrorisse in einen Bruch voranschreiten.
Ebenfalls können piezoelektrische Keramikteilchen 94 aus der geschnittenen und geschliffenen Oberfläche 90 in das piezoelektrische Keramikelement 76 fallen, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 8 gezeigt ist, wodurch die Rauheit der Oberfläche 90 erhöht wird. Dieses verhindert das Bilden einer kontinuierlichen Metallelektrode 77 oder das Bilden der Metallelektrode mit einer gleichförmigen Dicke. Wenn die Metallelektrode 77 auf diese Weise gebildet wird, variiert der Betrag, um den sich das piezoelektrische Keramikelement 76 durch das Anlegen einer Spannung deformiert, mit dem piezoelektrischen Keramikelement 76 derart, daß sich das Volumen der aus jeder Düse 82 ausgestoßen Tintentröpfchen ebenfalls ändert. Dieses verschlechtert die Qualität der gedruckten Zeichen.
Da bei dem zweiten bis vierten Beispiel die Seitenwand 11, die sich zum Ausstoßen von Tinte deformiert, auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Beispiel gebildet ist, das heißt durch Schneiden und ähnliches des piezoelektrischen Keramikelementes, wie in Fig. 8 gezeigt ist, werden Mikrorisse 91 in der Seitenoberfläche der Seitenwand 11 (der geschnittenen Oberfläche 90) erzeugt. Da das Anlegen einer Spannung die Seitenwandoberfläche 11 durch den piezoelektrischen Dickenschereffekt deformiert, gibt es, wenn Mikrorisse erzeugt sind, eine große Möglichkeit, daß diese Deformation die Risse in einen Bruch fördern.
Aus dem gleichen Grund wie oben in dem ersten Beispiel beschrieben wurde, verhindert eine rauhe Seitenwandoberfläche (die die geschnittene Oberfläche 90 ist) das Bilden einer kontinuierlichen oder gleichförmig dicken Metallelektrode 13. Solche Variationen bewirken, daß sich jede Seitenwand 11 in einem unterschiedlichen Ausmaß so deformiert, daß die aus jeder Düse 32 ausgestoßenen Tintentröpfchen unterschiedliche Volumen enthalten. Somit leidet die Qualität der gedruckten Zeichen.
Insbesondere bei dem Tintenstrahldruckkopf des vierten Beispieles, wie in Fig. 7 gezeigt ist, sind die kleinen Rillen 7, die die Düsen in der piezoelektrischen Keramikplatte 2' bilden, ebenfalls durch Schneidvorgänge gebildet. Aus diesem Grund werden, wie in Fig. 8 gezeigt ist, Mikrorisse in der Bodenoberfläche und den Seitenoberflächen (die geschnittenen Oberflächen der kleinen Rillen 7 gebildet. Piezoelektrische Keramikteilchen 94 können von der Bodenwand und den Seitenwänden 90 der kleinen Rillen fallen, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 8 gezeigt ist. Dieses verschlechtert die Rauheit der Oberflächen. Als Resultat wird, wenn Tintentröpfchen ausgestoßen werden, der Tintenfluß, der durch die Düse geht, unterbrochen, was die Richtung der Tintentröpfchen beeinflußt. Tintensprühnebel wird leicht in dieser Situation erzeugt, was die Qualität der gedruckten Zeichen verschlechtert.
Es hat ein anderes Problem bei den Tintenstrahldruckköpfen gegeben, die gemäß dem zweiten und dritten Beispiel von Fig. 2 und 6 aufgebaut sind. Da die mit den Düsen 32 gebildete Düsenplatte 31 an die Abdeckplatte 3 und die piezoelektrische Keramikplatte 2 angeklebt wird, sind die Relativpositionen der Düsen zu den Kanälen 8 dadurch bestimmt, wo die Düsen 32 in der Düsenplatte 31 gebildet sind und wo die Düsenplatte an die Spitze der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und der Abdeckplatte 3 angeklebt wird. Daher sind die Düsen 32 manchmal ungenau mit den Tintenkanälen 8 ausgerichtet. Wenn die Düsenplatte 31 angeklebt wird, läuft überschüssiger Klebstoff in die innere Oberfläche der Düse 32, wodurch das lineare Ausstoßen der Tinte unterbrochen wird oder die Düsen verstopft werden.
Es hat weiter ein Problem bei dem Tintenstrahldruckkopf des in Fig. 2 gezeigten zweiten Beispieles gegeben, daß nämlich, da sowohl die Tinteneinführungsöffnung 21 zum Einführen von Tinte von einer Tintenlieferquelle (Tintenbehälter 61) als auch die Verteilerleitung 22, die die eingeführte Tinte zu der Mehrzahl von Tintenkanälen liefert, in der Abdeckplatte 3 gebildet sind, die Form und das Steuern der Schneidevorgänge zum Bilden der Abdeckplatte 3 kompliziert wird. Da die Richtung der Schneidetätigkeit zum Bilden der Rillen 8 und der flachen Rillen 16 der piezoelektrischen Keramikplatte 2 geändert wird, wird die Vorgangssteuerung kompliziert. Daher ist die Herstellung der Abdeckplatte 3 und der piezoelektrischen Keramikplatte 2 zeitaufwendig und nicht für Massenproduktion gut geeignet.
Bei einem Tintenstrahldruckkopf des in Fig. 6 gezeigten dritten Beispieles ist die Tinteneinführungsöffnung 21 in der flachen Abdeckplatte 3 gebildet. Die Rillen 8, die flachen Rillen 16 und die Durchgangslöcher 23 sind in der piezoelektrischen Keramikplatte 2 gebildet. Die Verteilerleitung 22 ist in der Basisplatte 60 gebildet. Aus diesem Grund wird die Form der Abdeckplatte 3 einfacher, und die Geschwindigkeit, mit der die Abdeckplatte 3 gebildet werden kann, steigt an. Da jedoch das Durchgangsloch 23 in dem Boden der Rille 8 der piezoelektrischen Keramikplatte 2 gebildet ist, wird die Form der piezoelektrischen Keramikplatte 2 komplizierter als die des zweiten herkömmlichen Beispieles, und die Schneidevorgänge werden zeitaufwendig. Da ebenfalls die Basisplatte 60 zum Bilden der Verteilerleitung 22 benötigt wird, steigt die Zahl der Komponenten an und die Produktionskosten steigen. Daher ist diese Vorrichtung schlecht geeignet für Massenproduktion
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Tintenausstoßvorrichtung zum Ausstoßen von Tinte vorgesehen, mit:
einem piezoelektrischen Keramikelement zum Definieren eines Tintenkanales zum Aufnehmen von Tinte, wobei das piezoelektrische Keramikelement ausgelegt ist zum Deformieren auf Anlegen einer elektrischen Spannung hin daran so, daß sich das Volumen in dem Tintenkanal ändert und Tinte aus dem Tintenkanal ausgestoßen wird;
dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Keramikelement ein Spritzguß ist und eine Oberfläche mit einer in der Japanischen Industrienorm JIS B 0601 definierten Oberflächenrauheit Rz von 1 um oder weniger aufweist.
Bevorzugt weist die Vorrichtung weiter eine auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Keramikelementes vorgesehene Metallelektrode zum Anlegen der elektrischen Spannung an das piezoelektrische Keramikelement auf.
Gemäß einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Tintenausstoßvorrichtung zum Ausstoßen von Tinte vor, wobei die Tintenausstoßvorrichtung eine Treiberwand zum Definieren eines Tintenkanales zum Aufnehmen von Tinte und zum Deformieren auf Anlegen einer elektrischen Spannung daran hin so, daß sich das Volumen in dem Tintenkanal ändert und Tinte aus dem Tintenkanal ausgestoßen wird, und eine auf einer Oberfläche der Treiberwand vorgesehene Metallelektrode zum Anlegen der elektrischen Spannung an die Treiberwand aufweist, wobei das Verfahren aufweist:
Vorsehen einer Metallelektrode auf der Oberfläche des piezoelektrischen Keramikmateriales, wobei die Metallelektrode zum Anle gen der elektrischen Spannung an das piezoelektrische Keramikelement vorgesehen ist;
gekennzeichnet durch
Spritzgießen der Treiberwand aus piezoelektrischem Keramikmaterial, wobei die Treiberwand einen Tintenkanal zum Aufnehmen von Tinte definiert, zum Deformieren auf Anlegen einer elektrischen Spannung daran hin so dient, daß das Volumen in dem Tintenkanal geändert wird und Tinte aus dem Tintenkanal ausgestoßen wird, und eine Oberfläche mit einer in der Japanischen Industrienorm JIS B 0601 definierten Oberflächenrauheit Rz von 1 um oder weniger aufweist.
Somit können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Tintenstrahldruckkopf und ein Verfahren zum Herstellen desselben vorsehen, bei denen Mikrorisse nicht in dem piezoelektrischen Keramikelement erzeugt werden.
Dieses kann ebenfalls einen Tintenstrahldruckkopf und ein Verfahren zum Herstellen desselben vorsehen, bei denen eine Metallelektrode gleichförmig gebildet ist.
Sie können ebenfalls einen Tintenstrahldruckkopf und ein Verfahren zum Herstellen desselben vorsehen, bei denen die Vorrichtung mit guter Qualität drucken kann, da die Düsen gut mit glatten inneren Oberflächen geformt sind und an genauen Positionen gebildet sind.
Es kann ebenfalls ein Tintenstrahldruckkopf vorgesehen werden, der gut für Massenproduktion geeignet ist.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden ersichtlicher aus dem Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die nur als Beispiel gegeben wird, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 eine Seitenschnittansicht eines ersten Beispieles eines Tintenstrahldruckkopfes ist;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Beispieles eines Tintenstrahldruckkopfes ist;
Fig. 3a eine Schnittansicht des Tintenstrahldruckkopfes von Fig. 2;
Fig. 3b eine Schnittansicht ist, die den Betrieb des Tintenstrahldruckkopfes von Fig. 2 darstellt;
Fig. 4 einen Steuerabschnitt zum Betreiben des Tintenstrahldruckkopfes von Fig. 2 darstellt;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahldruckers ist, der mit dem Tintenstrahldruckkopf von Fig. 2 versehen ist;
Fig. 6 eine Seitenschnittansicht eines dritten Beispieles eines Tintenstrahldruckkopfes ist;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines vierten Beispieles eines Tintenstrahldruckkopfes ist;
Fig. 8 eine Oberfläche einer Seitenwand darstellt, die bei einer piezoelektrischen Keramikplatte des ersten bis vierten Beispieles des Tintenstrahldruckkopfes gebildet ist;
Fig. 9 eine Oberfläche einer Seitenwand darstellt, die bei einer piezoelektrischen Keramikplatte für einen Tintenstrahldruckkopf gebildet ist, der gemäß einem Spritzgießverfahren einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer piezoelektrischen Keramikplatte für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 11 ein Beispiel einer Seitenschnittansicht darstellt, die entlang einer Linie XI-XI der piezoelektrischen Keramikplatte von Fig. 10 genommen ist;
Fig. 12 ein anderes Beispiel einer Seitenschnittansicht darstellt, die entlang einer Linie XI-XI der piezoelektrischen Keramikplatte von Fig. 10 genommen ist;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht einer piezoelektrischen Keramikplatte für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht einer piezoelektrischen Keramikplatte für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 15 eine Seitenschnittansicht einer piezoelektrischen Keramikplatte für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 16 eine perspektivische Ansicht einer piezoelektrischen Keramikplatte für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 17 eine perspektivische Ansicht einer piezoelektrischen Keramikplatte für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Ein Tintenstrahldruckkopf und ein Verfahren zum Herstellen desselben gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beschrieben, während Bezug genommen wird auf die begleitenden Zeichnungen, in denen ähnliche Teile und Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen zum Vermeiden doppelter Beschreibung bezeichnet sind.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird hier im folgenden beschrieben. Die erste Ausführungsform sieht ein neues Verfahren zum Herstellen einer piezoelektrischen Keramikplatte 2 mit dem gleichen Aufbau wie der der herkömmlichen in Fig. 2 gezeigten piezoelektrischen Keramikplatte 2 vor.
Gemäß des Verfahrens dieser Ausführungsform werden zuerst ein geglühtes piezoelektrisches Keramikpulver und ein Binder wie ein thermoplastisches Harz, ein Wachs oder ein Kunststoff zusammengeknetet. Polyethylen, Polypropylen, Polystyren, Ethylenvinylacetatcopolymer, Polyacrylsäure, Polyacrylester, Polymethacrylsäure, Polymethacrylester und ähnliches können für das thermoplastische Harz verwendet werden. Ein natürliches Wachs wie Bienenwachs, Karnaubawachs, Japanwachs, Paraffinwachs oder mikrokristallines Wachs oder ein synthetisches Wachs wie Polyethlenglycol, ein Montanwachsderivat, ein Parafinwachsderivat oder ein mikrokristallines Wachsderivat können für das Wachs verwendet werden. Diethylphthalat, Dibuthylphthalat, Dioctylphthalat und Fettsäureester können als der Kunststoffbinder benutzt werden.
Ein Schmiermittel wie Stearinsäure kann ebenfalls zu dem Binder hinzugefügt werden. Das Volumenverhältnis des piezoelektrischen Keramikpulvers zu dem Volumen des Binders des gewöhnlich zwischen 50 : 50 und 60 : 40.
Bei einem illustrativen Beispiel werden 90 Gew.-% des piezoelektrischen Keramikpulvers aus Bleizirkoniumtitanat, das bei einer Temperatur von 850ºC ausgeglüht worden ist, 5 Gew.-% des thermoplastischen Harzes aus Polymethacrylester, 2 Gew.-% jeweils der Wachse aus Paraffinwachs und mikrokristallinem Wachs und 1 Gew.-% des Kunststoffes auf Dioctylphthalat gewogen und dann während zwei Stunden in einem Druckkneter geknetet.
Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich des Knetverfahrens. Kneten kann durchgeführt werden unter Benutzung einer anderen Vorrichtung wie ein Gummikneter.
Nach dem Kneten wird das geknetete Material durch eine Körnungsmaschine pelletisiert. Die Pellets werden das Material für Spritzgießen.
Das geknetete Material muß nicht notwendigerweise in einem Pelletisierer pelletisiert werden. Granulieren des gekneteten Materiales in einer Mühle ist ebenfalls akzeptabel.
Das Spritzgießmaterial wird eine Spritzgießmaschine gegeben und in ein gespritztes Keramikprodukt unter 7 kgf/cm² Einspritzdruck geformt. Eine bei der Spritzgießmaschine benutzte Metallform weist eine derartige Form auf, die auf das Spritzgießmaterial überschrieben werden kann und das piezoelektrische gespritzte Keramikprodukt vorsehen kann, das darin die Rillen 8, die flachen Rillen 16 und die Seitenwände 11 gebildet aufweist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Zum Beispiel sind die Rillen 8 100 um breit und 600 um tief.
Die Spritzgießmaschine kann eine Standardspritzmaschine für Spritzgießharze oder eine Spritzmaschine mit verbessertem Ab riebwiderstand sein, die zum Spritzen von Formharzen oder Metallen benötigt wird.
Das gespritzte piezoelektrische Keramikprodukt wird dann in einen Entfettungsofen gesetzt, indem Entfettungsvorgänge zum Entfernen organischer Materialien wie thermoplastischer Harze von dem gespritzten piezoelektrischen Keramikprodukt durchgeführt werden. Zu dieser Zeit werden Argon, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Luft oder eine Mischung von zwei oder mehr dieser Gase in den Entfettungsofen eingeführt. Der Entfettungsofen kann unter Druck stehen, evakuiert sein oder bei normalen Druck gehalten werden.
Bei diesem vorliegenden Beispiel wird die Temperatur in dem Entfettungsofen von Zimmertemperatur auf 120ºC mit einer Rate von 50ºC/Stunde, von 120 auf 160ºC mit einer Rate von 10ºC/Stunde, von 160 auf 200ºC mit einer Rate von 4ºC/Stunde, von 200 auf 350ºC mit einer Rate von 5ºC/Stunde, von 350 auf 450ºC mit einer Rate von 10ºC/Stunde und von 450 auf 500ºC mit einer Rate von 50ºC/Stunde erhöht.
Die Temperatur muß nicht notwendigerweise mit den oben beschriebenen Raten erhöht werden. Das Erhöhen der Temperatur von Zimmertemperatur auf den Bereich von 500 bis 600ºC mit einer Rate irgendwo zwischen 2 bis 100ºC/Stunde ist ausreichend.
Nachdem die piezoelektrische Keramik entfettet ist, wird der Ofen gekühlt. An diesem Punkt wird Druckluft von einem Druckluftkompressor in den Entfettungsofen durch eine Gaseinlaßöffnung eingegeben. Die Druckluft wird dann zusammen mit dem thermoplastischem Harz und den anderen organischen Materialien, die von dem gespritzten piezoelektrischen Keramikprodukt entfernt worden sind, aus einer Gasausgabeöffnung in dem Entfettungsofen evakuiert.
Die entfettete piezoelektrische Keramik, von der thermoplastische Harze und andere organische Materialien entfernt worden sind, wird in einen atmosphärischen Sinterofen gesetzt und gesintert.
Bei dem gegenwärtigen Beispiel wird die Temperatur in dem atmosphärischen Sinterofen von Zimmertemperatur auf 1200ºC mit einer Rate von 150ºC/Stunde erhöht. Nachdem die Temperatur bei 1200ºC während zwei Stunden gehalten ist, wird die Temperatur auf 700ºC mit einer Rate von 300ºC/Stunde gesenkt. Danach wird dem Ofen ermöglicht abzukühlen, womit die Bildung der piezoelektrischen Keramikplatte 2 mit dem gleichen Aufbau wie in Fig. 2 gezeigt beendet ist. Der Sintervorgang zieht die Rillen 8 in dem piezoelektrischen Keramiksinter auf 85 um Breite und 500 um Tiefe zusammen.
Die Temperatur in dem atmosphärischen Sinterofen muß nicht notwendigerweise auf die oben beschriebene Weise erhöht werden. Das Erhöhen der Temperatur von Zimmertemperatur auf den Bereich von 900 bis 1400ºC und Halten der maximalen Temperatur von irgendwo zwischen null bis zwei Stunden ist ausreichend.
Zum Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfes 1 mit dem gleichen Aufbau wie in Fig. 2 gezeigt wird die auf die oben beschriebene Weise gebildete piezoelektrische Keramikplatte 2 dann in die Richtung polarisiert, die durch den Pfeil 5 bezeichnet ist. Eine Metallelektrode 13 wird dann zum Beispiel durch Sputtern entlang der oberen Hälfte der beiden Seitenoberflächen einer jeden Rille 8 gebildet. Eine Metallelektrode 9 wird durch zum Beispiel Sputtern auf den Seitenoberflächen und der Bodenoberfläche der inneren Oberfläche einer jeden flachen Rille 16 gebildet. Somit verbindet die in jeder flachen Rille 16 gebildete Metallelektrode 9 die auf den Seitenoberflächen einer jeden Rille 8 gebildeten zwei Metallelektroden 13 miteinander.
Ein Epoxyklebstoff 4 zum Beispiel wird zum Verbinden der Oberfläche der Abdeckplatte 3, die bei diesem Beispiel aus Bleizirkoniumtitanat hergestellt ist, mit der Oberfläche der die Rillen 8 enthaltenen piezoelektrischen Keramikplatte 2 benutzt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, bedeckt die Abdeckplatte 3 die Rillen 8, wodurch in dem Tintenstrahldruckkopf 1 eine Mehrzahl von Tintenkanälen 12 gebildet wird, die in der Horizontalrichtung einen gegenseitigen Abstand aufweisen.
Ein Substrat 41 wird dann an die piezoelektrische Keramikplatte 2 geklebt. Ein Leiterschichtmuster 42 wird für das Substrat 41 gebildet. Leiterdrähte 43 werden durch Drahtbonden zwischen dem Leiterschichtmuster 42 und den Metallelektroden 9 in den flachen Rillen 16 verbunden. Somit wird ein Tintenstrahldruckkopf mit dem gleichen Aufbau wie in Fig. 2 erhalten.
Der Steuerabschnitt zum Treiben des so erhaltenen Tintenstrahldruckkopfes 1 kann den gleichen Aufbau wie in Fig. 4 aufweisen. Der Tintenstrahldruckkopf kann auf die gleiche Weise wie in Fig. 3a und 3b tätig sein. Der Tintenstrahldruckkopf kann auf den Tintenstrahldrucker angewendet werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

EXPERIMENT

Die Oberflächenrauheit Rz (JIS B 0601) der Seitenwand 11 der piezoelektrischen Keramikplatte 2, die der piezoelektrischen Keramiksinter ist, der durch das oben beschriebene Verfahren der vorliegenden Ausführungsform gebildet ist, wurde gemessen unter Benutzung eines Oberflächenrauheitstester. Die Oberflächenrauheit Rz ist in der Japanischen Industrienorm "JIS B 0601" als die maximale Differenz der Höhe zwischen Vertiefungen und Vorsprüngen auf einer unebenen Oberfläche definiert. Zerstörendes Testen, bei dem eine Last senkrecht zu der Wandoberfläche an dem oberen Abschnitt der Seitenwand 11 nahe der Klebeschicht 4 aufgebracht wurde, wurde unter Benutzung eines speziellen Gerätes durchgeführt. Die nahe der Grenze des Bodenabschnittes der Rille 8 und der Seitenwand 11 erzeugte Bruchspannung wurde gemessen. Der gemessene Wert wird als die Stärke der Seitenwand 11 betrachtet.
Zu Vergleichszwecken wurde auch die Oberflächenrauheit Rz (JIS B 0601) und die Stärke der Seitenwand 11 einer piezoelektrischen Keramikplatte 2 gemessen, die mit herkömmlichen Verfahren hergestellt wurde.
In der Tabelle 1 werden die Oberflächenrauheit Rz (JIS B 0601) und die Stärke der Seitenwand 11 in einer piezoelektrischen Keramikplatte 2, die gemäß dem Verfahren der ersten bevorzugten Ausführungsform gebildet ist, verglichen mit der Oberflächenrauheit (JIS B 0601) und Stärke der Seitenwände 11 in einer piezoelektrischen Keramikplatte 2, die gemäß der herkömmlichen Verfahren gebildet ist, verglichen. Tabelle 1
Wie klar in Tabelle 1 zu sehen ist, sind die Oberflächenrauheit Rz und die Stärke der Seitenwand 11 der gemäß der Verfahrens der ersten bevorzugten Ausführungsform gebildeten piezoelektrischen Keramikplatte 2 jenen der Seitenwände 11 in der herkömmlichen piezoelektrischen Keramikplatte 2 überlegen.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, fehlen keine piezoelektrischen Teilchen 94 von der Oberfläche 90 der Seitenwand 11. Da alle Teilchen 94 auf der Oberfläche vorhanden sind, war die Oberflächenrauheit Rz gleich 1 um oder weniger. Da keine Mikrorisse 91 (siehe Fig. 8) in der Seitenwand 11 erzeugt waren, hatte die Seitenwand 11 eine Stärke von 35 kgf/mm² oder mehr. Weiterhin waren solche Abmessungen wie Breite, Höhe und Abstand einer jeden Seitenwand 11 hoch genau.
Selbst wenn andere Materialien als das piezoelektrische Keramikpulver, das thermoplastische Harz, Wachs oder Kunststoffmaterial. die oben in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden sind, benutzt werden, wird die Oberflächenrauheit Rz der Seitenwand 11 der piezoelektrischen Keramikplatte 2 gleich 1 um oder niedriger, und ihre Festigkeit wird 35 kgf/mm² oder größer.
Eine Metallelektrode 13 wurde auf der Seitenwand 11 der gemäß des Verfahrens der ersten bevorzugten Ausführungsform gebildeten piezoelektrischen Keramikplatte 2 gebildet. Da die Oberflächenrauheit Rz der Seitenwand 11 gleich 1 um oder weniger beträgt, wurde die Metallelektrode 13 gleichförmig gebildet.
Wie oben beschrieben wurde, gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da Mikrorisse 91 (siehe Fig. 8) nicht in der durch Spritzgießen gebildeten piezoelektrischen Keramikplatte 2 erzeugt werden, brechen Deformationen, die durch den piezoelektrischen dicken Effekt verursacht werden, nicht die Seitenwand 11. Da keine Räume in der Oberfläche 90 der Seitenwand 11 aus fehlenden Teilchen bestehen, ist die Oberflächenrauheit Rz gleich 1um oder weniger, so daß die Metallelektrode 13 gleichförmig gebildet werden kann. Aus diesem Grund der Betrag der Positionsänderung einer jeden Seitenwand 11 im wesentlichen der gleiche, so daß das Volumen der aus jeder Düse 32 ausgestoßen Tintentröpfchen im wesentlichen das gleiche ist. Dies verbessert die Qualität der gedruckten Zeichen.
Da die Metallelektrode 13 gleichförmig ist und da weiterhin die Seitenwand 11 stark ist, kann ein hoher Treiberstrom angelegt werden und die Position der Seitenwand 11 stark geändert werden. Aus diesem Grund wird das Ausstoßen der Tintentröpfchen gut.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben.
Wie in dieser Figur zu sehen ist, ist ein piezoelektrische Keramikplatte 2 der zweiten bevorzugten Ausführungsform im wesentli chen die gleiche wie der ersten bevorzugten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die Düsen 32 einstückig während des Spritzgießvorganges gebildet werden. Das heißt, daß durch den Spritzgießvorgang erzeugte gespritzte piezoelektrische Keramikprodukt weist einstückig darin gebildet die Rillen 8, die flachen Rillen 16, die Seitenwände 11 und die Düsen 32 auf. Das Verfahren zum Herstellen der piezoelektrischen Keramikplatte 2 dieser Ausführungsform ist daher im wesentlichen das gleiche wie das der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die Metallform, die bei dieser Ausführungsform benutzt wird, eine Form hat, die auf das Spritzgießverfahren übertragen werden kann und die das gespritzte piezoelektrische Keramikprodukt herstellen kann, das die Rillen 8, die flachen Rillen 16, die Seitenwände 11 und die Düsen 32 aufweist. Das so hergestellte gespritzte piezoelektrische Keramikprodukt weist die Düsen mit einem Durchmesser von 50 um auf. Der Sintervorgang zieht den Durchmesser der Düsen auf 32 bis 43 um zusammen.
Zum Erzeugen eines Tintenstrahldruckkopfes 1 wird die piezoelektrische Keramikplatte 2 der Fig. 10 mit den Elektroden 13 und 9 gebildet und wird an die Abdeckplatte 3 und das Substrat 41 auf die gleiche Weise, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde und in Fig. 2 gezeigt ist, angeklebt.
Auch bei dieser zweiten Ausführungsform werden, da die piezoelektrische Keramikplatte 2 durch Spritzgießen gebildet wird, Mikrorisse 91 (siehe Fig. 8) nicht in den Oberflächen 90 der Seitenwände 11 erzeugt. Da keine Räume in der Oberfläche 90 von fehlenden Teilchen auftreten, wird die Oberflächenrauheit Rz gleich 1 um oder weniger, so daß die Metallelektroden 13 gleichförmig gebildet werden können.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Rillen 8 und die Düsen 32 einstückig durch Spritzgießen gebildet werden, fließt kein Klebstoff in die Düsen 32 und Verstopfen der Düsen wird verhindert. Weiterhin sind die Relativpositionen der Rillen 8 und der Düsen 32 bereits so genau, daß sie nicht ausgerichtet werden müssen. Weiter werden keine Mikrorisse 91 (siehe Fig. 8) an der inneren Oberfläche der Rillen 8 oder der Düsen 32 gebildet, und die Oberflächenrauheit der inneren Oberfläche ist verbessert. Die Düsen 32 weisen eine gute Form auf. Aus diesem Grund fließt, wenn Tintentröpfchen ausgestoßen werden, die Tinte glatt durch die Düsen. Ausstoßen der Tintentröpfchen wird gut, und das Erzeugen von Tintensprühnebel wird verhindert. Daher wird die Qualität der gedruckten Zeichen gut.
Weiter ist, wie in Fig. 11 gezeigt ist, da das Gebiet nahe der Rillen 8 und der Düsen 32 in Verbindung über eine gekrümmte Oberfläche steht, der Fluß von Tinte, der verursacht wird, wenn Tinte ausgestoßen wird, gleichförmig und glatt. Aus diesem Grund wird Luft, die über die Düse 32 eintritt, mit dem Ausstoßen eines Tintentröpfchens ausgegeben. Daher tritt Luft in den Tintenkanal ein und verhindert das Ausstoßen von Tintentröpfchen, und das Ausstoßen von Tintentröpfchen wird gut.
Da die Düsen 32 durch Spritzgießen gebildet werden, können die Düsen 32 leicht an jeder Position in Bezug auf die Rillen 8 gebildet werden.
Obwohl diese zweite bevorzugte Ausführungsform das Gebiet nahe der Rillen 8 und der Düsen 32 als durch eine gekrümmte Oberfläche verbunden beschreibt, wie in Fig. 11 gezeigt ist, können die gleichen Effekte erhalten werden, indem das Gebiet nahe der Rillen 8 und der Düsen 32 mit einer geneigten Oberfläche verbunden wird, wie in Fig. 12 gezeigt ist.
Eine piezoelektrische Keramikplatte 2 für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform enthält, wie in Fig. 13 gezeigt ist, Rillen 8, flache Rillen 16, Seitenwände 11, eine Tinteneinführungsöffnung 21 und eine Verteilerleitung 22, die einstückig unter Benutzung derselben Verfahren gebildet sind, wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist. Genauer, bei dieser Ausführungsform weist das durch den Spritzgießvorgang erzeugte gespritzte piezoelektrische Keramikprodukt einstückig darin die Rillen 8, die flachen Rillen 16, die Seitenwände 11, die Tinteneinführungsöff nung 21 und die Verteilerleitung 22 auf. Das Verfahren zum Herstellen der piezoelektrischen Keramikplatte 2 dieser Ausführungsform ist daher im wesentlichen das gleiche wie bei der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die Metallform, die bei dieser Ausführungsform benutzt wird, eine solche Form hat, die auf das Spritzgießmaterial übertragen werden kann und das gespritzte piezoelektrische Keramikprodukt herstellen kann, das die Rillen 8, die flachen Rillen 16, die Seitenwände 11, die Tinteneinführungsöffnung 21 und die Verteilerleitung 22 aufweist. Die Tinteneinführungsöffnung 21 ist auf der Seitenoberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 2 gebildet. Die Verteilerleitung 22 steht in Verbindung mit der Tinteneinführungsöffnung 21. Die Tiefe der Verteilerleitung 22 ist ungefähr ein Drittel der Höhe der Seitenwand 11, wie sie von der Endoberfläche der Seitenwand 11 gemessen ist.
Damit ein Tintenstrahldruckkopf 1 hergestellt wird, werden die Metallelektroden 9 und 13 gebildet, und die Abdeckplatte 3 und das Substrat 41 werden angeklebt auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
Ebenfalls bei der dritten Ausführungsform werden, da die piezoelektrische Keramikplatte 2 durch Spritzgießen gebildet wird, Mikrorisse 91 (siehe Fig. 8) nicht in den Oberflächen 90 der Seitenwände 11 gebildet. Da keine Räume in den Oberflächen 90 von fehlenden Teilchen auftreten, wird die Oberflächenrauheit Rz gleich 1 um oder weniger, so daß die Metallelektroden 13 gleichförmig gebildet werden können.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Abdeckplatte 3 flach gebildet werden, wobei Schneiden oder andere formgebende Vorgänge unnötig sind, da die piezoelektrische Keramikplatte 2 einstückig mit den Rillen 8, den flachen Rillen 16, den Seitenwänden 11, dem Tinteneinführungsabschnitt 21 und der Verteilerleitung 22 durch Spritzgießen gebildet ist. Daher können die piezoelektrische Keramikplatte 2 und die Abdeckplatte 3 schnell hergestellt werden. Daher kann der Tintenstrahldruckkopf 1 schneller hergestellt werden und ist geeignet für Massenproduk tionstechniken. Da die piezoelektrische Platte 2, die mit der Tinteneinführungsöffnung 21 und der Verteilerleitung 22 gebildet ist, durch Spritzgießen gebildet wird, ist die Entwurfstätigkeit, die sich auf die Verteilerleitung 22 und die Tinteneinführungsöffnung 21 bezieht und auf ihre Positionen bezieht, relativ frei.
Wie in Fig. 14 gezeigt ist, ist eine piezoelektrische Keramikplatte 2 für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen die gleiche wie die bei der dritten bevorzugten Ausführungsform beschriebene mit der Ausnahme, daß die Tinteneinführungsöffnung 21 in der Abdeckplatte 3 anstelle in der piezoelektrischen Keramikplatte 2 gebildet ist. Genauer, bei dieser Ausführungsform weist das durch den Spritzgießvorgang erzeugte gespritzte piezoelektrische Keramikprodukt einstückig gebildet die Rillen 8, die flachen Rillen 16, die Seitenwände 11 und die Verteilerleitung 22 auf. Das Verfahren zum Herstellen der piezoelektrischen Keramikplatte 2 dieser Ausführungsform ist daher im wesentlichen das gleiche wie das der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die bei dieser Ausführungsform benutzte Metallform solch eine Form hat, die auf das Spritzgießmaterial übertragen werden kann und das gespritzte piezoelektrische Keramikprodukt herstellen kann, das die Rillen 8, die flachen Rillen 16, die Seitenwände 11 und die Verteilerleitung 22 aufweist.
Zum Erzeugen eines Tintenstrahldruckkopfes werden die Metallelektroden 9 und 13 auf die gleiche Weise gebildet, wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde. Die Abdeckplatte 3, die Düsenplatte 31 und das Substrat 41 werden an die piezoelektrische Keramikplatte 2 in der gleichen Weise angeklebt, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
Auch bei dieser dritten Ausführungsform werden, da die piezoelektrische Keramikplatte 2 durch Spritzgießen gebildet wird, Mikrorisse 91 (siehe Fig. 8) nicht in den Oberflächen 90 der Seitenwände 11 erzeugt. Da keine Räume in der Oberfläche 90 von fehlenden Teilchen auftreten, wird die Oberflächenrauheit Rz gleich 1 um oder weniger, so daß die Metallelektroden gleichförmig gebildet werden können.
Bei dieser Ausführungsform ist die Tinteneinführungsöffnung 21 in der Abdeckplatte 3 gebildet, aber da die Verteilerleitung 22 in der piezoelektrischen Keramikplatte 2 gebildet ist, ist die Form der Abdeckplatte 3 noch einfach und ihre Herstellung ist schneller als die Herstellung der herkömmlichen Abdeckungen. Daher kann der Tintenstrahldrucker 1 schnell hergestellt werden und ist gut für Massenproduktion geeignet.
Eine fünfte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird erläutert. Die in Fig. 15 gezeigte piezoelektrische Keramikplatte 2 ist auf die gleiche Weise wie bei der oben beschriebenen vierten Ausführungsform gebildet. Das heißt, Rillen 8, flache Rillen 16, Seitenwände 11 und eine Verteilerleitung 22 werden in dieser piezoelektrischen Keramikplatte 2 gebildet. Entgegengesetzt zu der vierten Ausführungsform ist die Verteilerleitung 22 unter der Seitenwand 11 in Verbindung mit der Mehrzahl von Rillen 8 vorgesehen. Zusätzlich öffnet sich ein Ende der Verteilerleitung 22 in die Seite der piezoelektrischen Keramikplatte 2. Tinte von dem offenen Ende (nicht gezeigt) in die Verteilerleitung 22 eingeführt. Folglich ist entgegengesetzt zu der vierten Ausführungsform es nicht notwendig, die Abdeckplatte 3 mit der Tinteneinführungsöffnung 21 zu bilden. Damit ein Tintenstrahldruckkopf hergestellt wird, werden die Elektroden 13 und 9 gebildet, und die Abdeckplatte 3, die Düsenplatte 31 und das Substrat 41 werden ähnlich bei den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben angeklebt.
Auch bei dieser fünften Ausführungsform werden, da die piezoelektrische Keramikplatte 2 durch Spritzgießen gebildet wird, Mikrorisse 91 (siehe Fig. 8) nicht in den Oberflächen 90 der Seitenwände 11 erzeugt. Da keine Räume in den Oberflächen 90 von fehlenden Teilchen auftreten, wird die Oberflächenrauheit Rz gleich 1 um oder weniger, so daß die Metallelektrode 13 gleichförmig gebildet werden können.
Bei der gegenwärtigen Ausführungsform kann die Abdeckplatte 3 flach gebildet werden, wobei Schneiden oder andere Umformungsprozesse unnötig sind, da die piezoelektrische Keramikplatte 2 einstückig mit den Rillen, den Seitenwänden und der Verteilerleitung 22 durch Spritzgießen gebildet wird. Daher können die piezoelektrische Keramikplatte 2 und die Abdeckplatte 3 schnell hergestellt werden. Daher kann der Tintenstrahldruckkopf 1 schneller hergestellt werden und ist für Massenproduktionstechniken geeignet.
Wie in Fig. 16 gezeigt ist, sind bei einem Druckkopf 1 gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform die Düsen 32, die Rillen 8, flache Rillen 16, Seitenwände 11, Verteilerleitung 22 und Tinteneinführungsöffnung 21 alle einstückig in der piezoelektrischen Keramikplatte 2 durch Spritzgießen gebildet. Diese piezoelektrische Keramikplatte kann erhalten werden durch die Benutzung einer Metallform solch einer Form, die auf das Spritzgießmaterial übertragen wird zum Erzeugen des gespritzten piezoelektrischen Keramikproduktes, das die Rillen 8, die flachen Rillen 16, die Seitenwände 11, die Düsen 32, die Tinteneinführungsöffnung 21 und die Verteilerleitung 22 aufweist. Ein Tintenstrahldruckkopf, der gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist, erzielt die Vorteile der Druckköpfe, die gemäß sowohl der zweiten als auch der dritten bevorzugten Ausführungsform hergestellt sind.
Wie in Fig. 17 gezeigt ist, sind bei einem Druckkopf 1 gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform die Düsen 30, Rillen 8, flache Rillen 16, Seitenwände 11 und Verteilerleitung 22 einstückig in der piezoelektrischen Keramikplatte 2 durch Spritzgießen gebildet. Diese piezoelektrische Keramikplatte 2 kann durch die Benutzung einer Metallform solch einer Form erhalten werden, die auf das Spritzgießmaterial übertragen wird zum Erzeugen des gespritzten piezoelektrischen Keramikproduktes, das die Rillen 8, die flachen Rillen 16, die Seitenwände 11, die Düsen 32 und die Verteilerleitung 22 aufweist. Die Tinteneinführungsöffnung 21 wird in der Abdeckplatte 2 gebildet. Ein Tintenstrahldruckkopf, der gemäß der siebten bevorzugten Ausführungs form hergestellt ist, erzielt die Vorteile der Druckköpfe, die gemäß sowohl der zweiten als auch vierten bevorzugten Ausführungsform hergestellt sind.
Obwohl Fig. 16 und 17 das Gebiet nahe der Düsen 30 als winkelmäßig geneigtes Gebiet zeigen, könnte das Gebiet nahe der Düsen gekrümmt gebildet werden, wie bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde. Während die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann ersichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen darin durchgeführt werden, ohne daß der Umfang der Erfindung verlassen wird, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Zum Beispiel kann, obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen alle auf den Tintenstrahldruckkopf des Types gerichtet sind, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, die vorliegende Erfindung auf verschiedene Arten von Tintenstrahldruckköpfe angewendet werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auf den Tintenstrahldruckkopf von der Art der Fig. 1 angewendet werden. Das piezoelektrische Keramikelement 76 kann durch Spritzgießen hergestellt werden.

Claims

1. Tintenausstoßvorrichtung zum Ausstoßen von Tinte, mit:

einem piezoelektrischen Keramikelement (2) zum Definieren eines Tintenkanales (12) zum Aufnehmen von Tinte, wobei das piezoelektrische Keramikelement (2) ausgelegt ist zum Deformieren auf Anlegen hin einer elektrischen Spannung daran so, daß sich das Volumen in dem Tintenkanal (12) ändert und Tinte aus dem Tintenkanal ausgestoßen wird;

dadurch gekennzeichnet,

daß das piezoelektrische Keramikelement (12) ein Spritzguß ist und eine Oberfläche mit einer in der japanischen Industrienorm JIS B 0601 definierten Oberflächenrauheit Rz von 1 um oder weniger aufweist.

2. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 1, weiter mit einer auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Keramikelementes (2) vorgesehenen Metallelektrode (13) zum Anlegen der elektrischen Spannung an das piezoelektrische Keramikelement (12).

3. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 2, bei der das piezoelektrische Keramikelement (2) einen Treiberwandabschnitt (11) zum Definieren des Tintenkanals (12) und zum Deformieren auf Anlegen hin der elektrischen Spannung daran und ändern des Volumens in dem Tintenkanal (12) aufweist, wobei die Metallelektrode (13) auf einer Oberfläche des Treiberwandabschnittes (11) zum Anlegen der elektrischen Spannung an den Treiberwandabschnitt (11) vorgesehen ist.

4. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Oberfläche des Treiberwandabschnittes (11) eine in der japanischen Industrienorm JIS B 0601 definierte Oberflächenrauheit Rz von 1 um oder weniger aufweist.

5. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der das piezoelektrische Keramikelement (2) weiter einen Düsenwandabschnitt (31) zum Definieren einer Düse (32) in Verbindung mit dem Tintenkanal (12) zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens von dem Tintenkanal (12) durch Deformieren des Treiberwandabschnittes (11) aufweist.

6. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Treiberwandabschnitt (11) und der Düsenwandabschnitt (31) einstückig durch Spritzgießen gebildet sind.

7. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der das piezoelektrische Keramikelement (2) weiter eine Verbindungsoberfläche zum Verbinden des Treiberwandabschnittes (11) und des Düsenwandabschnittes (31) aufweist.

8. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Verbindungsoberfläche geneigt und/oder gekrümmt ist.

9. Tintenausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei der das piezoelektrische Keramikelement (2) weiter einen Tinteneinführungsöffnungswandabschnitt (3) zum Definieren einer Tinteneinführungsöffnung (21) zum Einführen von Tinte in den Tintenkanal (12) aufweist.

10. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Treiberwandabschnitt (11) und der Tinteneinführungsöffnungswandabschnitt (3) einstückig durch Spritzgießen gebildet sind.

11. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der das piezoelektrische Keramikelement (2) eine Mehrzahl von Treiberwandabschnitten (11) zum Definieren einer Mehrzahl von Tintenkanälen (12) aufweist und bei der das piezoelektrische Keramikelement weiter einen Tintenverteilerleitungswandabschnitt (3) zum Definieren einer Tintenverteilerleitung in Verbindung mit der Tinteneinführungsöffnung (21) zum Liefern der eingeführten Tinte zu der Mehrzahl von Tintenkanälen (12) aufweist.

12. Tintenausstoßvorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Treiberwandabschnitt (11) und der Tintenverteilerleitungswandabschnitt (3) einstückig durch Spritzgießen gebildet sind.

13. Tintenausstoßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter mit einer Abdeckplatte (3) zum Definieren der oder einer Tinteneinführungsöffnung (21) zum Einführen von Tinte zu dem oder jedem Tintenkanal (12).

14. Verfahren zum Herstellen einer Tintenausstoßvorrichtung, wie sie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht ist, wobei das Verfahren den Schritt des Spritzgießens von mindestens dem piezoelektrischen Keramikelement (2) aufweist.

15. Verfahren zum Erzeugen einer Tintenausstoßvorrichtung zum Ausstoßen von Tinte, wobei die Tintenausstoßvorrichtung eine Treiberwand (11) zum Definieren eines Tintenkanals (12) zum Aufnehmen von Tinte und zum Deformieren auf Anlegen hin einer elektrischen Spannung darin so, daß sich das Volumen in dem Tintenkanal (12) ändert und Tinte aus dem Tintenkanal (12) ausgestoßen wird, und eine auf einer Oberfläche der Treiberwand (11) vorgesehene Metallelektrode (13) zum Anlegen der elektrischen Spannung an die Treiberwand (11) aufweist, wobei das Verfahren aufweist:

Vorsehen einer Metallelektrode auf der Oberfläche des piezoelektrischen Keramikmateriales, wobei die Metallelektrode zum Anlegen der elektrischen Spannung an das piezoelektrische Keramikmaterial vorgesehen ist;

gekennzeichnet durch

Spritzgießen der Treiberwand (11) aus piezoelektrischem Keramikmaterial, wobei die Treiberwand (11) einen Tintenkanal (12) zum Aufnehmen von Tinte definiert, zum Deformieren auf Anlegen hin einer elektrischen Spannung darin so vorgesehen ist, daß sich das Volumen in dem Tintenkanal (12) ändert und Tinte von dem Tintenkanal (12) ausgestoßen wird, und eine Oberfläche mit einer in dar japanischen Industrienorm JIS B 0601 definierte Oberflächenrauheit Rz von 1 um oder weniger aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Tintenausstoßvorrichtung weiter eine Düsenplatte (31) zum Definieren einer Düse (32) in Verbindung mit dem Tintenkanal (12) zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens von dem Tintenkanal (12) durch Deformieren der Treiberwand (11) aufweist und bei dem der Spritzgießschritt einstückig die Treiberwand (11) und die Düsenwand (31) aus piezoelektrischem Keramikmaterial bildet.

17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, bei dem die Tintenausstoßvorrichtung weiter eine Tinteneinführungsöffnungswand zum Definieren einer Tinteneinführungsöffnung (21) zum Einführen von Tinte zu dem Tintenkanal (12) aufweist und bei dem der Spritzgießschritt einstückig die Treiberwand (11) und die Tinteneinführungsöffnungswand aus piezoelektrischem Keramikmaterial bildet.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem die Tintenausstoßvorrichtung eine Mehrzahl von Treiberwänden (11) zum Definieren einer Mehrzahl von Tintenkanälen (12) aufweist und weiter eine Tintenverteilerleitungswand zum Definieren einer Tintenverteilerleitung (22) in Verbindung mit der Tinteneinführungsöffnung (21) zum Liefern der eingeführten Tinte zu der Mehrzahl von Tintenkanälen (12) aufweist und bei dem der Spritzgießschritt einstückig die Treiberwand (11) und die Tintenverteilerleitungswand aus piezoelektrischem Keramikmaterial bildet.