DE69517367T2

DE69517367T2 - Herstellungsverfahren für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE69517367T2
Application number: DE1995617367
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Ogata
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 2000-10-12
Anticipated expiration: 2015-07-06
Also published as: DE69517367D1; EP0693379A2; EP0693379A3; JPH0820109A; EP0693379B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes eines Druckers mit einem laminierten piezoelektrischen Element.
Bekanntlich nutzt ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf eines Druckers mit laminierten piezoelektrischen Elementen einen piezoelektrischen Effekt zum Ausstoßen von Tintentröpfchen durch mehrere Tintenstrahldüsen aus Druckkammern, die jeweils einen Tintenhohlraum bilden.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung eines herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfes darstellt, während Fig. 2 eine Teilschnittansicht des herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfes in aufeinanderfolgenden, nach dem Verfahren von Fig. 1 ausgeführten Schritten zeigt. Eine Anzahl von Hohlraumstrukturelementen 5, die aus einem lichtempfindlichen Harz bestehen, wie in Fig. 2A dargestellt, und die jeweils die Form eines rechtwinkligen Prismas aufweisen, werden im Schritt S10 hergestellt. Im Schritt S11 werden die Hohlraumstrukturelemente 5 in einer in der Zeichnung sich horizontal erstreckenden Zeile angeordnet und durch Thermokompression an eine Oberfläche einer langgestreckten Tafel bzw. Platte aus einem piezoelektrischen Material (erste piezoelektrische Tafel) gebunden, und anschließend wird ein Harz aus dem piezoelektrischen Material auf die Oberflächen der Hohlraumstrukturelemente 5 und die piezoelektrische Tafel aufgebracht, um dadurch einen Körper auszubilden, in dem eine Reihe der Hohlraumstrukturelemente 5 durch das piezoelektrische Material 6a eingeschlossen ist, wie in Fig. 2B dargestellt.
Im Schritt S12 werden mehrere zweite piezoelektrische Tafeln bzw. Platten 6b, die jeweils eine Reihe von aufgedruckten Elektrodenschichten 7 und eine ähnliche Form wie die der ersten piezoelektrischen Tafel aufweisen, schichtweise auf die beiden Oberflächen des Körpers aufgebracht, wie in Fig. 2C dargestellt, und durch Kompression daran gebunden, um eine Unterbaugruppe zu bilden. In S13 wird an der Unterbaugruppe eine Wärmebehandlung zum Entfernen eines Bindemittels und der Hohlraumstrukturelemente 5 ausgeführt, wobei das Bindemittel in den piezoelektrischen Tafeln enthalten ist, um die piezoelektrischen Tafeln mit der jeweiligen Elektrodenschicht zu verbinden bzw. zu verkleben. Dann werden die Hohlraumstrukturelemente 5 entfernt, um Tintenhohlräume 8 innerhalb der Unterbaugruppe auszubilden. Anschließend wird im Schritt S14 die Unterbaugruppe gesintert, um das in Fig. 2D dargestellte Produkt zu erhalten. Ferner werden mehrere der entstehenden Produkte aufeinandergeschichtet, um eine Baugruppe eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes zu bilden.
Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes von dem oben beschriebenen Typ ist jedoch die Anzahl der Verfahrensschritte groß, so daß eine Senkung der Herstellungskosten schwierig ist. Nach dem Verbinden der piezoelektrischen Tafeln mit den aus dem lichtempfindlichen Harz bestehenden Hohlraumstrukturelementen mittels Kompression entsteht außerdem oft ein Zwischenraum zwischen dem piezoelektrischen Material und den Hohlraumstrukturelementen, und infolgedessen tritt das Problem auf, daß die entstehenden Tintenhohlräume jeweils keine Maßgenauigkeit aufweisen.
Die US-A-4 766 671 und die DE-A-37 33 109 offenbaren Verfahren zur Herstellung von keramischen elektronischen Bauelementen für einen Tintenstrahlkopf.
Angesichts der vorstehenden Tatsachen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines leicht herstellbaren Tintenstrahlaufzeichnungskopfes bereitzustellen, das eine höhere Maßgenauigkeit aufweist und die Kosten senken kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopf weist jeder der Tintenhohlräume Maßgenauigkeit auf und ist leicht herstellbar, so daß die Kosten des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gesenkt werden können.
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervorgehen.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung eines herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfes;
Fig. 2A, 2B, 2C und 2D zeigen Schnittansichten, die den herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopf in den aufeinanderfolgenden Schritten des herkömmlichen Verfahrens von Fig. 1 darstellen;
Fig. 3A zeigt eine perspektivische Ansicht der Hohlraumstrukturelemente, die zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
Fig. 3B zeigt eine schematische Schnittansicht von Behältern, die für das Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß der Ausführungsform verwendet werden;
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes unter Verwendung der Hohlraumstrukturelemente von Fig. 3A darstellt; und
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines Abschnitts rund um einen Tintenstrahlhohlraum des nach dem Verfahren von Fig. 4 hergestellten Tintenstrahlaufzeichnungskopfes.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform näher erläutert.
In Fig. 3A sind schematisch Hohlraumstrukturelemente 1 dargestellt, wie sie für die Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Hohlraumstrukturelemente 1 bestehen zum Beispiel aus einem lichtempfindlichen Harz. Jedes der Hohlraumstrukturelemente 1 besteht aus einem Druckkammerformabschnitt 1a, der an seiner Außenfläche eine zylinderförmige Druckkammer definiert, und aus zylinderförmigen Kanal formabschnitten 1b, die an beiden Enden des Druckkammerformabschnitts 1a ausgebildet sind und einen kleineren Durchmesser aufweisen, um an ihrer Oberfläche einen Tintendurchflußkanal zu definieren. Eine Anzahl von Hohlraumstrukturelementen 1 sind durch Befestigungselemente 1c mit den daran befestigten Kanalformabschnitten 1b in vorgegebenem Abstand angeordnet.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zunächst werden in Schritt S1 Hohlraumstrukturelemente 1 gemäß der Darstellung in Fig. 3A aus einem lichtempfindlichen Harz geformt und an Befestigungselementen 1c befestigt. Anschließend werden die Hohlraumstrukturelemente 1 während einer vorgegebenen Zeitspanne in eine Lösung 12 getaucht, die ein Elektrodenmaterial enthält, wie z. B. Platin (Pt), und in einem ersten Behälter 2a enthalten ist, wie in Fig. 3B dargestellt. Die Lösung enthält ferner ein Lösungsmittel für ein Bindemittel zum Verbinden bzw. Verkleben des Elektrodenmaterials mit den Hohlraumstrukturelementen 1. Die entstandenen Elemente werden aus dem ersten Behälter 2a entnommen, um sie im Schritt S3 zu trocknen. Auf diese Weise wird das Hohlraumstrukturelement mit einer Elektrodenschicht beschichtet.
Danach werden im Schritt S4 die entstandenen Elemente ferner während einer vorgegebenen Zeitspanne in eine Lösung 13 eines piezoelektrischen Materials getaucht, die eine Kombination von beispielsweise PbO&sub3;, PbTiO&sub3; und PbZrO&sub3; enthält und in einem zweiten Behälter 3a enthalten ist, und dann zum anschließenden Trocknen im Schritt S5 aus dem zweiten Behälter 3a entnommen. So wird auf der Elektrodenschicht eine piezoelektrische Schicht ausgebildet. Die Schritte S2 bis S5 werden mehrmals wiederholt, zum Beispiel dreimal. Auf diese Weise erhält man Einheitskörper aus dem Hohlraumstrukturelement und einem Laminat der Elektrodenschichten und der piezoelektrischen Schichten. Eine Gruppe von Einheitskörpern wird in einer Matrix angeordnet, um eine Baugruppe für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf zu bilden. Jeder von den Einheitskörpern der entstandenen Matrix weist im wesentlichen keinen Zwischenraum zwischen dem Hohlraumstrukturelement und dem Laminat auf. Anschließend wird im Schritt S6 eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 500ºC über einen relativ langen Zeitraum ausgeführt, um das lichtempfindliche Harz und das Lösungsmittel des Bindemittels zu schmelzen. Auf diese Weise werden die Hohlraumstrukturelemente 1 aus der Baugruppe entfernt, um eine Anordnung von Tintenhohlräumen 4 zu bilden, die jeweils eine Druckkammer und Kanäle aufweisen. In einem abschließenden Schritt S7 wird die entstandene Baugruppe bei einer Temperatur von 1200ºC gesintert, um einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu erhalten.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines der Tintenhohlräume in dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf, den man nach dem oben beschriebenen Verfahren erhält. In diesem Beispiel ist ein zentraler, kreisförmiger Tintenhohlraum 4 von einem konzentrischen Laminat aus drei Elektrodenschichten 2 und drei piezoelektrischen Schichten 3 umgeben, die abwechselnd mit den Elektrodenschichten 2 ausgebildet sind. Der Radius der Hohlräume liegt zum Beispiel zwischen 0,02 und 0,1 mm.
Wie oben beschrieben, wird das Laminat aus den Elektrodenschichten 2 und den piezoelektrischen Schichten 3 um die Hohlraumstrukturelemente 1 herum ausgebildet, im wesentlichen ohne einen dazwischenliegenden Spalt bzw. Zwischenraum. Als Ergebnis weist jeder der entstandenen Tintenhohlräume 4 nach Entfernen der Hohlraumstrukturelemente 1 eine genaue Abmessung auf. Da außerdem die Elektrodenschichten 2 und die piezoelektrischen Schichten 3 lediglich durch Eintauchen in Lösungen und anschließendes Trocknen schichtweise aufgebracht werden, ist das Verfahren recht einfach, wodurch sich die Kosten des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes verringern.
Im Betrieb des oben beschriebenen Tintenstrahlaufzeichnungskopfes wird durch die Elektrodenschichten ein Steuersignal für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf zugeführt, um die piezoelektrische Funktion der piezoelektrischen Schichten zu betätigen. Die piezoelektrischen Schichten 3 sind konzentrisch um den Tintenhohlraum 4 herum ausgebildet, so daß ein gleichmäßiger Druck zum Ausstoßen von Tinte von der gesamten Um fangswand des Tintenhohlraums 4 ausgeübt werden kann. Dies ermöglicht ein gleichmäßiges Ausstoßen der Tinte.
Das Hohlraumstrukturelement kann irgendeine dreidimensionale Form aufweisen, wie z. B. die eines Zylinders oder eines rechtwinkligen Prismas. Die dreidimensionale Konfiguration des Tintenhohlraums ermöglicht darin einen gleichmäßigen Tintenfluß.
In der obigen Ausführungsform werden die Hohlraumstrukturelemente aus einem lichtempfindlichen Harz geformt. Das Material der Hohlraumstrukturelemente ist jedoch nicht auf ein lichtempfindliches Harz beschränkt, sondern kann aus einem beliebigen Material bestehen, wie z. B. aus Kohlenstoff, vorausgesetzt, daß das Material nach der Ausbildung des Laminats entfernt werden kann, Bei Verwendung von Kohlenstoff für das Material läßt sich das Hohlraumstrukturelement durch den Sinterschritt (S7 in Fig. 2) entfernen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: wiederholtes Ausführen der aufeinanderfolgenden Schritte Eintauchen eines Hohlraumstrukturelements (1) in eine erste Lösung (12) eines Elektrodenmaterials, Trocknen des entstandenen Elements, Eintauchen des entstandenen Elements in eine zweite Lösung (13) eines piezoelektrischen Materials und Trocknen des entstandenen Elements, um dadurch einen Einheitskörper aus dem Hohlraumstrukturelement (1) und einem Laminat von Elektrodenschichten (2) und piezoelektrischen Schichten (3) zu formen; Entfernen des Hohlraumstrukturelements (1) aus dem Einheitskörper, um innerhalb des Laminats (2, 3) einen Tintenhohlraum (4) auszubilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Hohlraumstrukturelement (1) aus einem lichtempfindlichen Harz besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Hohlraumstrukturelement (1) aus Kohlenstoff besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Elektrodenmaterial ein Metall und ein Bindemittel zum Verbinden bzw. Verkleben des Metalls mit dem piezoelektrischen Material einschließt.