DE69716157T3

DE69716157T3 - Piezolelektrischer Vibrator, diesen piezoelektrischen Vibrator verwendender Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69716157T3
Application number: DE69716157T
Authority: DE
Inventors: Munehide Suwa-shi Kanaya; Minoru Suwa-shi Usui
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2017-04-12
Also published as: DE69716157D1; US6217158B1; DE69716157T2; EP0803918A1; EP0803918B1; EP0803918B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Vibratoreinheit, einen die piezoelektrische Vibratoreinheit verwendenden Tintenstrahlschreibkopf, ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vibratoreinheit und ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlschreibkopfes. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine piezoelektrische Vibratoreinheit, die sich für einen Tintenstrahlschreibkopf eignet und gekrümmte Abschnitte aufweist, welche verformbaren Bereichen der Vibratoreinheit entsprechen.
Eine Betätigungsgliedeinheit, in welcher kleinste (in festen Abständen angeordnete) Bereiche durchgebogen werden, wird in der Japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. Sho. 58-7364 offenbart. Die Betätigungsgliedeinheit umfasst eine untere Elektrode, die auf der Oberfläche einer dünnen Platte ausgebildet ist, welche elastisch verformbar ist. Eine Grünschicht, welche wie ein rechteckiger Streifen geformt und aus piezoelektrischem Material hergestellt ist, wird auf die Oberfläche der dünnen Platte mit der unteren Elektrode durch Binden oder Beschichten aufgeschichtet. Die sich daraus ergebende Konstruktion wird gesintert, um eine piezoelektrische Schicht zu bilden. Darüber hinaus werden obere Elektroden auf der Oberfläche der gesinterten Konstruktion ausgebildet.
Allerdings stellt der Binde- oder Beschichtungsvorgang, durch welchen die rechteckige Grünschicht aus piezoelektrischem Material auf die Oberfläche der dünnen Platte aufgeschichtet wird, einen wesentlichen Schritt bei der Herstellung der oben genannten Betätigungsgliedeinheit dar. Daher ist die Herstellung der Betätigungsgliedeinheit ineffizient. Ferner kann die untere Elektrode im Sintervorgang leicht von der piezoelektrischen Schicht abgezogen werden. In dieser Hinsicht weist die Betätigungsgliedeinheit eine schlechte Dauerhaftigkeit auf.
Um dem zu begegnen, wird in der Japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. Sho. 62-101455 eine einzigartige Betätigungsgliedeinheit vorgeschlagen. Die Betätigungsgliedeinheit umfasst eine dünne elastische Platte aus Keramik, welche eine elektromechanische Verlagerungseigenschaft aufweist. Ein Keramikstück wird in einem Bereich der elastischen Platte, die durchgebogen werden soll, eingefügt. Darüber hinaus werden Elektroden an beiden Seiten des Bereichs, welcher das Keramikstück enthält, befestigt.
Die oben beschriebene Betätigungsgliedeinheit beseitigt die Notwendigkeit des Binde- oder Beschichtungsvorgangs im Zusammenhang mit der Grünschicht aus piezoelektrischem Material. Darüber hinaus weist das piezoelektrische Glied eine Einschicht-Struktur auf. Daher kommt es nur selten vor, dass die Elektrode abgezogen wird. Allerdings weist die Betätigungsgliedeinheit den folgenden Nachteil auf. Eine Elastizität und eine Steifigkeit eines vibrierenden Bereichs der elastischen Platte sind im Wesentlichen gleich jenen in einem nicht vibrierenden Bereich. Daher ist eine Verlagerung des in Vibration versetzten Bereichs durch seine Durchbiegung gering. Demzufolge ist, wenn die Betätigungsgliedeinheit auf einen Tintenstrahlschreibkopf angewandt wird, bei welchem das Volumen der Druckerzeugungskammer variiert wird, um ein Tintentröpfchen abzugeben, eine hohe Spannung erforderlich, um den Schreibkopf anzusteuern.
US 4,588,988 offenbart eine piezoelektrische Vibratoreinheit, welche eine elastisch verformbare Platte aufweist, die aus einem piezoelektrischen Material mit einem gekrümmten Abschnitt hergestellt ist. Das piezoelektrische Material ist ein einzelner dünner Film aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder zwei dünne PVDF-Filme, die in einer bimorphen Struktur aneinander gebunden sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Vibrator bereitzustellen, der in einem vereinfachten Herstellungsverfahren hergestellt werden kann, und es ist ebenfalls eine Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen piezoelektrischen Vibratoreinheit vorzusehen. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tintenstrahlkopf vorzusehen, der anhand eines vereinfachten Herstellungsverfahrens hergestellt werden kann, und es ist ebenfalls eine Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Tintenstrahlkopfes vorzusehen.
Diese Aufgabe wird durch Vorsehen einer piezoelektrischen Vibratoreinheit, eines Verfahrens zur Herstellung einer piezoelektrischen Vibratoreinheit, eines Tintenstrahlschreibkopfes vom geschichteten Typ und eines Verfahrens zum Herstellen eines Tintenstrahlschreibkopfes vom geschichteten Typ gemäß beiliegenden unabhängigen Ansprüchen realisiert. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in beiliegenden abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann die piezoelektrische Vibratoreinheit ohne jedwedes Binde- oder Beschichtungsverfahren zum Bilden eines piezoelektrischen Gliedes hergestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen der piezoelektrischen Vibratoreinheit bereitzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Tintenstrahlschreibkopf, der sich der piezoelektrischen Vibratoreinheit bedient, bereitzustellen.
Um die oben genannte Aufgabe der Erfindung zu realisieren, wird eine piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Die piezoelektrische Vibratoreinheit umfasst eine elastisch verformbare Platte aus piezoelektrischem Material, welche gekrümmte Abschnitte aufweist, die in Längsrichtung in festen Abständen angeordnet sind. Vorzugsweise ist auf einer Seite der elastischen Platte eine gemeinsame Elektrode ausgebildet, während getrennte Elektroden auf den gekrümmten Abschnitten der elastischen Platte ausgebildet sind.
Eine Ausdehnung und eine Kontraktion der elastischen Platte werden in Durchbiegungsverlagerungen umgewandelt, welche entsprechend einer Gestalt jedes gekrümmten Abschnittes erfolgen. Vorteilhafterweise kann die piezoelektrische Vibratoreinheit in einem Tintenstrahlschreibkopf enthalten sein, der eine Druckerzeugungskammer umfasst. Ein Ausmaß der Änderung des Volumens der Druckerzeugungskammer je Einheitsansteuerspannung wird durch Verwendung der oben genannten elastisch verformbaren Platte, welche die gekrümmten Abschnitte aufweist, an Stelle einer Vibratoreinheit mit einer flachen Platte erhöht.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, die beiliegenden Ansprüche und die begleitenden Zeichnungen einfacher zu verstehen. Es zeigen:
1(a) und 1(b) sind Querschnittsansichten, die eine piezoelektrische Vibratoreinheit zeigen. 1(a) ist eine Querschnittsansicht, welche die piezoelektrische Vibratoreinheit darstellt, wenn ein Ansteuersignal nicht daran angelegt wird.
1(b) ist eine Querschnittsansicht, welche die piezoelektrische Vibratoreinheit darstellt, wenn ein Ansteuersignal zwischen einer getrennten Elektrode und einer gemeinsamen Elektrode in der Vibratoreinheit angelegt wird.
2(a) bis 2(d) sind Schnittansichten, die eine Abfolge von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer piezoelektrischen Vibratoreinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
3(a) bis 3(e) sind Schnittansichten, die eine Abfolge von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer piezoelektrischen Vibratoreinheit gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
4(a) bis 4(d) sind Schnittansichten, die eine Abfolge von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer piezoelektrischen Vibratoreinheit gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
5(a) und 5(b) sind Querschnittsansichten, die einen Abschnitt eines Tintenstrahlschreibkopfes zeigen, welcher sich einer piezoelektrischen Vibratoreinheit bedient.
6(a) und 6(b) sind Querschnittsansichten, die einen anderen Tintenstrahlschreibkopf zeigen, welcher sich einer piezoelektrischen Vibratoreinheit bedient.
7(a) und 7(b) sind Querschnittsansichten, die noch einen anderen Tintenstrahlschreibkopf zeigen, welcher sich einer piezoelektrischen Vibratoreinheit bedient, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
8(a) und 8(b) sind Querschnittsansichten, die noch einen anderen Tintenstrahlschreibkopf zeigen, welcher sich einer piezoelektrischen Vibratoreinheit bedient, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
9 ist eine Querschnittsansicht, die noch eine andere Ausführungsform einer piezoelektrischen Vibratoreinheit zeigt.
10 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Tintenstrahlschreibkopf zeigt, welcher die piezoelektrische Vibratoreinheit aus 9 umfasst.
11 ist eine Querschnittsansicht, die eine piezoelektrische Vibratoreinheit zeigt.
12 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Tintenstrahlschreibkopf, welcher die piezoelektrische Vibratoreinheit aus 11 umfasst, zeigt.
13 ist eine Querschnittsansicht, die eine piezoelektrische Vibratoreinheit zeigt.
14 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Tintenstrahlschreibkopf, welcher die piezoelektrische Vibratoreinheit aus 13 umfasst, zeigt.
15 ist eine Querschnittsansicht, die eine piezoelektrische Vibratoreinheit zeigt.
16 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Tintenstrahlschreibkopf, welcher die piezoelektrische Vibratoreinheit aus 15 umfasst, zeigt.
17 ist eine Querschnittsansicht, die eine piezoelektrische Vibratoreinheit zeigt.
18 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Tintenstrahlschreibkopf, welcher die piezoelektrische Vibratoreinheit aus 17 umfasst, zeigt.
19 ist ein Schaubild, das Schwankungen des Durchbiegungsgrades der gekrümmten Abschnitte der piezoelektrischen Vibratoreinheiten von 9, 11 und 13 bezogen auf Ausgangsdurchbiegungsgrade davon darstellt.
20(a) bis 20(d) sind Schnittansichten, die eine Abfolge von Verfahrensschritten einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer piezoelektrischen Vibratoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
21 ist ein Diagramm, das eine Konstruktion für das Herausführen einer Elektrode darstellt, die auf einer piezoelektrischen Vibratoreinheit in einem Tintenstrahlschreibkopf ausgebildet ist, der sich der piezoelektrischen Vibratoreinheit als Betätigungsglied bedient.
22 ist ein Diagramm, welches die hinteren Seiten der getrennten piezoelektrischen Vibratoreinheiten in der Elektroden-Herausführkonstruktion aus 21 zeigt.
23 ist ein Diagramm, welches eine leitfähige Schicht, die auf dem Abstandhalter ausgebildet ist, und gemeinsame Elektroden, die auf den hinteren Seiten der piezoelektrischen Vibratoreinheiten in der Elektroden-Herausführkonstruktion aus 21 ausbildet sind, zeigt.
24 ist ein Diagramm, welches eine andere Elektroden-Herausführkonstruktion in einem Tintenstrahlschreibkopf, der sich der piezoelektrischen Vibratoreinheit als Betätigungsglied bedient, zeigt.
25(a) bis 25(c) sind Schnittansichten, die eine Abfolge von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer piezoelektrischen Vibratoreinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
26 ist eine perspektivische Ansicht, die eine piezoelektrische Vibratoreinheit zeigt.
27(a) ist eine Längsquerschnittsansicht des Schreibkopfes aus 26. 27(b) ist eine Breitenquerschnittsansicht des Schreibkopfes aus 26.
28 ist eine Querschnittsansicht einer piezoelektrischen Vibratoreinheit.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche in den beiliegenden Zeichnungen im Detail abgebildet werden, werden in der Folge beschrieben.
1 ist eine Querschnittsansicht, welche eine piezoelektrische Vibratoreinheit 5 darstellt. Die Vibratoreinheit 5 umfasst eine elastisch verformbare Platte 1, die aus piezoelektrischem Material, beispielsweise aus PZT, hergestellt ist. Beispielsweise kann die Platte 1 ungefähr 7 μm dick sein. Die elastische Platte 1 weist eine Oberfläche auf, welche Mulden oder gekrümmte Abschnitte 2 aufweist, die in festen Abständen seitlich voneinander beabstandet sind. Eine gemeinsame Elektrode 3 ist über eine Seite der elastischen Platte 1 aufgeschichtet.
Um die gemeinsame Elektrode 3 zu bilden, wird Platin über eine Seite der elastischen Platte 1 aufgedampft. Alternativ dazu kann eine Seite der elastischen Platte mit einem leitfähigen Material beschichtet werden, welches die gemeinsame Elektrode 3 bildet. Getrennte Elektroden 4 werden auf der anderen Seite der elastischen Platte 1 über den gekrümmten Abschnitten 2, welche als verformbare Bereiche dienen, aufgeschichtet.
Die getrennten Elektroden 4 können durch Aufdampfen von Platin oder dergleichen über die Oberflächen der gekrümmten Abschnitte 1 ausgebildet werden. Alternativ dazu kann die Oberfläche der gekrümmten Abschnitte 2 der elastischen Platte 1 mit leitfähigem Material beschichtet werden, welches die getrennten Elektroden 4 bildet.
Bei der oben genannten Ausführungsform wird eine Ansteuerspannung zwischen den gemeinsamen Elektroden 3 und wenigstens einer der getrennten Elektroden 4 angelegt. Somit zieht sich nur der verformbare Bereich der elastischen Platte 1, welcher zwischen diesen Elektroden 3 und 4 eingeklemmt ist, zusammen, so dass der entsprechende gekrümmte Abschnitt 2 nach außen verlagert wird (in der Zeichnung nach oben), wie aus 1(b) hervorgeht. Insbesondere wird die Länge L des verformbaren Bereichs der elastischen Platte 1 auf die Länge L' erhöht, wenn die Seitenkanten des verformbaren Bereichs durch die entsprechenden Seitenkanten von einer der getrennten Elektroden 4 gehalten werden. Infolgedessen wird im verformbaren Bereich eine Spannung erzeugt. Um die Spannung auszugleichen, verändert der verformbare Bereich seine Krümmung. Folglich bewegt sich der gekrümmte Abschnitt 2 nach oben und vermindert seine Tiefe um ΔH.
In diesem Zustand wird eine elektrische Ladung des verformbaren Bereichs, der durch die Elektroden 3 und 4 begrenzt wird, entladen, so dass der verformbare Bereich wieder in seine ursprüngliche Gestalt (d. h. die ursprüngliche Gestalt des gekrümmten Abschnittes 2) gebracht wird, welche in 1(a) zu ersehen ist. Somit können die verformbaren Bereiche der elastischen Platte 1 der Einschicht-Konstruktion, welche durch die getrennten Elektroden begrenzt werden, selektiv verformt werden, wenn ein Ansteuersignal zwischen der gemeinsamen Elektrode 3 und wenigstens einer der getrennten Elektroden 4, welche diesen Bereich begrenzt, angelegt wird.
Bei der oben genannten piezoelektrischen Vibratoreinheit wird ein Durchbiegungsgrad der elastischen Platte 1 maximiert, wenn ein Durchbiegungsgrad ΔH des verformbaren Bereichs der elastischen Platte 1 derart ausgewählt wird, dass er ein bis zwei Mal so groß wie die Dicke der elastischen Platte 1 ist.
2(a)–2(d) zeigen eine Abfolge von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen der piezoelektrischen Vibratoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine gemeinsame Elektrode 11 ist auf einer Seite einer Grünschicht 10 ausgebildet, und getrennte Elektroden 12 sind auf der anderen Seite davon ausgebildet. Die Grünschicht 10 ist aus piezoelektrischem Material, beispielsweise aus PZT, hergestellt. Die gemeinsame Elektrode 11 besteht aus einer verformbaren Schicht aus einem leitfähigen Material, welche durch Beschichten ausgebildet wird, wie aus 2a hervorgeht.
Die Grünschicht 10 wird daraufhin zwischen einer unteren Form 13 und einer oberen Form 14 angeordnet, wie in 2(b) zu ersehen ist. In diesem Fall werden die getrennten Elektroden 12 auf der Grünschicht 10 mit einwärts gekrümmten Abschnitten 13a der unteren Form 13 konfrontiert, welche entsprechend den oben genannten gekrümmten Abschnitten konfiguriert sind. Die obere Form 14, welche nach außen gekrümmte Abschnitte 14a aufweist, ist derart angeordnet, dass die nach außen gekrümmten Abschnitte 14a davon mit den getrennten Elektroden 12 der Grünschicht 10 konfrontiert werden. Die Grünschicht 10 wird daraufhin zwischen der oberen und der unteren Form 13 und 14 durch Aufbringen eines festen Drucks auf die obere Form 14 gepresst. Infolgedessen werden die Grünschicht 10 und die Elektroden 11 und 12 wie durch die Gestalt der oberen und der unteren Form 13 und 14 definiert konfiguriert, wie in 2(c) zu ersehen ist.
Nachdem die Grünschicht 10 aus der unteren und der oberen Form 13 bzw. 14 genommen wird, oder während die Grünschicht 10 gehalten wird, um unter einem festen Druck zwischen den Formen 13 und 14 angeordnet zu werden, wird die Grünschicht 10 bei einer Temperatur, beispielsweise 1200°C, welche ausreicht, um sie dem Wesen nach in eine Keramik zu verwandeln, gesintert. Auf diese Weise wird eine piezoelektrische Vibratoreinheit hergestellt.
Die daraus entstehende piezoelektrische Vibratoreinheit besteht aus einer elastischen Platte 18, die gekrümmte Abschnitte 17 aufweist, welche wie von den einwärts und nach außen gekrümmten Abschnitten 13a bzw. 14a der Formen 13 und 14 definiert konfiguriert sind, einer gemeinsamen Elektrode 19, welche auf einer Seite der elastischen Platte 18 aufgeschichtet ist, und Ansteuerelektroden 20 (d. h. getrennte Elektroden), welche auf der anderen Seite davon ausgebildet und getrennt angeordnet sind, wie in 2(d) zu sehen ist.
Beim oben genannten Herstellungsverfahren werden die gemeinsame Elektrode 19 und die getrennten Elektroden 20 an der Grünschicht 18 befestigt, ehe die Grünschicht 18 dem oben genannten Verfahren unterzogen wird.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer piezoelektrischen Vibratoreinheit wird auch gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, wie aus 3(a)–3(e) hervorgeht. Gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird die Grünschicht 10, welche aus piezoelektrischem Material hergestellt ist, auf die in 3(a)–3(c) dargestellte Weise geformt und gesintert. Eine elastische Platte 18 wird daraufhin ausgebildet, welche gekrümmte Abschnitte 17 aufweist, welche durch die einwärts und nach außen gekrümmten Abschnitte 13a bzw. 14a der Formen 13 und 14 definiert werden, wie aus 3(d) hervorgeht.
Nachfolgend wird eine gemeinsame Elektrode 19 auf einer Seite der elastischen Platte 18 ausgebildet, und Ansteuerelektroden 20 (d. h. getrennte Elektroden) werden auf den gekrümmten Abschnitten 17 der anderen Seite der elastischen Platte 18 ausgebildet, wie aus 3(e) hervorgeht. Ein Aufdampf- oder Zerstäubungsverfahren kann verwendet werden, um die gemeinsame und die getrennten Elektroden 19 und 20 auf den Oberflächen der elastischen Platte 18 auszubilden.
4(a)–4(d) zeigen ein Verfahren zum Herstellen einer piezoelektrischen Vibratoreinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine gemeinsame Elektrode 11 auf einer Seite einer Grünschicht 10 ausgebildet, und getrennte Elektroden 12 sind auf der anderen Seite davon ausgebildet. Die Grünschicht 10 ist aus piezoelektrischem Material, beispielsweise aus PZT, hergestellt. Die gemeinsame Elektrode 11 besteht aus einer verformbaren Schicht aus leitfähigem Material, welche als Beschichtung ausgebildet sein kann, wie aus 4(a) hervorgeht. Klumpen 15 werden daraufhin auf den Oberflächen der getrennten Elektroden 12 in denselben Abständen wie die auszubildenden gekrümmten Abschnitte 17 (d. h. die verformbaren Regionen) angeordnet, wie aus 4(a) hervorgeht. Jeder der Klumpen 15 weist eine geeignete Gestalt zum Ausbilden der gekrümmten Abschnitte 17 einer elastischen Platte auf, wenn die Klumpen durch eine obere Form 14 gepresst werden.
Die Grünschicht 10 wird zwischen einer unteren Form 13 und einer oberen Form 14 eingeklemmt, wie aus 4(b) hervorgeht. Die untere Form 13 weist einwärts gekrümmte Abschnitte 13a auf, welche entsprechend der Gestalt der gekrümmten Abschnitte 17 konfiguriert sind. Die obere Form 14 weist Vertiefungen 14b auf, die tief genug sind, um zu ermöglichen, dass die obere Form die Klumpen 15 presst, wie aus 4(b) hervorgeht. Die Grünschicht 10 wird durch die Formen 13 und 14, die mit einer festen Kraft beaufschlagt werden, zusammengedrückt. Die Oberflächen der Grünschicht 10, auf welchen die getrennten Elektroden 12 ausgebildet sind (welche den verformbaren Bereichen der Grünschicht 10 entsprechen) werden auf Grund des Vorhandenseins der Klumpen 15 einwärts verformt. Darüber hinaus werden Abschnitte der anderen Oberfläche der Grünschicht 10, auf welcher die gemeinsame Elektrode 11 ausgebildet ist (welche ebenfalls den verformbaren Bereichen der Grünschicht 10 entsprechen), nach außen verformt, wie durch die Konfiguration der einwärts gekrümmten Abschnitte 13a der unteren Form 13 definiert wird.
Nachdem die Grünschicht 10 aus den Formen 13 und 14 genommen wird, oder während die Grünschicht 10 gehalten wird, um zwischen den Formen 13 und 14 angeordnet zu werden, welche mit einem festen Druck beaufschlagt werden, wird die Grünschicht 10 bei einer Temperatur, beispielsweise bei 1200°C, die ausreicht, um die Grünschicht 10 in eine Keramik umzuwandeln, gesintert. Durch den Sintervorgang werden die Klumpen 15 weggeschmolzen, wie aus 4(c) hervorgeht. Auf diese Weise wird die erfindungsgemäße piezoelektrische Vibratoreinheit hergestellt.
Die piezoelektrische Vibratoreinheit besteht aus einer elastischen Platte 18, welche gekrümmte Abschnitte 17 aufweist, die durch die einwärts gekrümmten Abschnitte 13a der unteren Form 13 und die Kontur der Klumpen 15 definiert werden, einer gemeinsamen Elektrode 19, die auf einer Seite der elastischen Platte 18 aufgeschichtet ist, und aus getrennten Elektroden 20 (d. h. Ansteuerelektroden), die auf den gekrümmten Abschnitten 17 der anderen Seite der elastischen Platte ausgebildet sind, wie aus 4(d) hervorgeht.
Das oben beschriebene Herstellungsverfahren kann auf dieselbe Weise modifiziert werden, auf welche die erste Ausführungsform modifiziert wurde. Gemäß dem modifizierten Verfahren wird eine Grünschicht 10 zuerst dem Formungs- und Sintervorgang unter Zuhilfenahme der Klumpen 15 und der Formen 13 und 14 unterzogen. Daraufhin werden eine gemeinsame Elektrode 11 und getrennte Elektroden 12 auf der geformten und gesinterten Grünschicht 10 angeordnet.
5(a) und 5(b) zeigen einen Komponenten-Tintenstrahlschreibkopf, welcher sich einer piezoelektrischen Vibratoreinheit 5 bedient. Der Tintenstrahlschreibkopf umfasst einen Abstandhalter 22, der aus einer Keramikplatte gebildet wird, welche beispielsweise aus Zirconiumdioxid hergestellt ist. Der Abstandhalter 22 weist eine geeignete Dicke zum Ausbilden von Druckerzeugungskammern 23 auf (z. B. 150 μm). Durchgangslöcher 27 und 28, die derart konfiguriert sind, dass sie den Druckerzeugungskammern 23 anpassen, sind in festen Abständen im Abstandhalter 22 angeordnet. Beispielsweise kann die Druckerzeugungskammer 23 einen Abgabeöffnungsabstand, welcher 90 dpi beträgt, eine Breite von 190 bis 210 μm und eine Länge von ungefähr 2 mm aufweisen.
Die piezoelektrische Vibratoreinheit 5 dient als erstes Abdeckglied, welches eine der Seiten des Abstandhalters 22 abdeckt und verschließt. Zu diesem Zweck wird eine ursprüngliche Durchbiegung jeder der gekrümmten Abschnitte 17 der piezoelektrischen Vibratoreinheit derart ausgewählt, dass sie 5 μ oder größer, vorzugsweise ungefähr 30 μm oder größer am tiefsten Teil davon, und im Allgemeinen ein bis zwei Mal so groß wie die Dicke der elastischen Platte 18, ist.
Ein zweites Abdeckglied 26 deckt die andere Seite des Abstandhalters 22 ab und verschließt diese. Das zweite Abdeckglied 26 ist beispielsweise aus Zirconiumdioxid hergestellt. Die piezoelektrische Vibratoreinheit 5, der Abstandhalter 22 und das zweite Abdeckglied 26 begrenzen die Druckerzeugungskammer 23. Das zweite Abdeckglied umfasst ein erstes Durchgangsloch 27, welches mit einem Ende der Druckerzeugungskammer 23 kommuniziert, und ein zweites Durchgangsloch 28, welches, mit dem anderen Ende der Druckerzeugungskammer 23 kommuniziert.
Eine Seite einer einen Tintenzufuhranschluss bildenden Platte 29, welche aus Zirconiumdioxid hergestellt sein kann, ist am zweiten Abdeckglied 26 befestigt. Ein Tintenzufuhranschluss 30, der mit dem ersten Durchgangsloch 27 des zweiten Abdeckgliedes 26 kommuniziert, ist in der einen Tintenzufuhranschluss bildenden Platte 29 ausgebildet. Die einen Tintenzufuhranschluss bildende Platte 29 umfasst des Weiteren ein Durchgangsloch 31, welches an einem Ort ausgebildet ist, der dem zweiten Durchgangsloch 28 des zweiten Abdeckglieds 26 entspricht.
Eine eine Tintenkammer bildende Platte 32 ist aus einem Plattenglied gebildet, welches eine geeignete Dicke zum Ausbilden einer gemeinsamen Tintenkammer aufweist, beispielsweise kann das Plattenglied 150 μm dick und aus Zirconiumdioxid hergestellt sein. Der Tintenzufuhranschluss 30 weist an der Oberseite der gemeinsamen Tintenkammer 33 eine Öffnung auf. Ein Durchgangsloch 34, welches in der eine Tintenkammer bildenden Platte 32 ausgebildet ist, verbindet die Druckerzeugungskammer 23 kommunizierend mit einer Abgabeöffnung 36.
Eine Düsenplatte 35 ist ebenfalls im Tintenstrahlschreibkopf vorgesehen. Die Düsenplatte 35 ist ein Metallplattenglied, beispielsweise aus Edelstahl. Vorteilhafterweise ist das Metallplattenglied Tinte gegenüber korrosionsbeständig. Eine Abgabeöffnung 36 ist in der Düsenplatte an einem Ort ausgebildet, welcher der Druckerzeugungskammer 23 entspricht, so dass sie über die Durchgangslöcher 28, 31 und 34 kommunizierend mit der Druckerzeugungskammer 23 verbunden ist. Die Düsenplatte 35 ist mittels einer Bindeschicht 37, beispielsweise eines thermisch geschmolzenen Films, welche dazwischen eingefügt ist, an die eine Tintenkammer bildende Platte 32 gebunden. Darüber hinaus wird auch eine Bindeschicht 38 zum Binden der einen Tintenzufuhranschluss bildenden Platte 29 an die eine gemeinsame Tintenkammer bildende Platte 32 vorgesehen.
Bei dem oben beschriebenen Beispiel wird eine Ansteuerspannung zwischen der gemeinsamen Elektrode 3 und einer getrennten Elektrode (Ansteuerelektrode) 4, welche der Druckerzeugungskammer 23 zugeordnet sind, angelegt, so dass sich nur der Bereich, der zwischen den Elektroden 3 und 4 angeordnet ist (d. h. der verformbare Bereich), zusammenzieht. Infolgedessen bewegt sich der gekrümmte Abschnitt 2 nach oben, und sein Boden steigt um einen Betrag ΔH, wie aus 1(b) hervorgeht.
Wenn sich der gekrümmte Abschnitt 2 nach oben bewegt, erhöht sich das Volumen der Druckerzeugungskammer 23, und Tinte strömt über den Durchgang, welcher den Tintenzufuhranschluss 30 und das erste Durchgangsloch 27 umfasst, aus der gemeinsamen Tintenkammer 33 in die Druckerzeugungskammer 23.
In diesem Zustand wird eine elektrische Ladung der elastischen Platte 1 im verformbaren Bereich entladen und die elastische Platte 1 in ihre ursprüngliche Gestalt zurückgebracht. Insbesondere wird die ursprüngliche Gestalt des gekrümmten Abschnitts 2 wiederhergestellt, und das Volumen der Druckerzeugungskammer 23 nimmt ab. Folglich komprimiert die Druckerzeugungskammer 23 darin Tinte, so dass die Tinte über die Abgabeöffnung 36 in Form eines Tintentröpfchens nach außen abgegeben wird.
Es wird festgehalten, dass die elastische Platte 1 gekrümmte Abschnitte 2 umfasst, welche durch Krümmen der elastischen Platte an sich gebildet werden. Mit dieser einzigartigen elastischen Platte kann die Ausdehnung und/oder Kontraktion der elastischen Platte 1 verglichen mit dem Fall, bei dem eine Durchbiegungsverformung durch das Ausdehnen und Zusammenziehen einer ebenen Vibrationsplatte herbeigeführt wird, ohne weiteres das Volumen der Druckerzeugungskammer ändern. Daher vergrößert sich das Volumen der Druckerzeugungskammer 23, wenn sie Tinte in sich selbst ansaugt, und verringert sich, wenn sie das Tintentröpfchen abgibt, mit einer höheren Geschwindigkeit, wenn eine gekrümmte Vibrationsplatte an Stelle einer ebenen Vibrationsplatte im Tintenstrahlschreibkopf verwendet wird. Infolgedessen können Tintentröpfchen unter der Anlegung desselben Ansteuersignals effizienter aus dem Tintenstrahlschreibkopf abgegeben werden.
Bei dem oben genannten Beispiel wird die Elektrode 3 als gemeinsame Elektrode verwendet. Bei einem Tintenstrahlschreibkopf, der ein anderes Beispiel realisiert, wird wenigstens eine getrennte Elektrode 39 an Stelle der gemeinsamen Elektrode verwendet, wie aus 6(a) und 6(b) hervorgeht. Die Elektrode 39 wird auf der unteren Seite des verformbaren Bereichs ausgebildet, so dass sie der Druckerzeugungskammer 23 gegenüber freiliegt.
7(a) und 7(b) zeigen einen Tintenstrahlschreibkopf, der eine piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Wie aus 7(a) und 7(b) hervorgeht, ist eine vibrationsinduzierende Platte 40 an der gemeinsamen Elektrode 3 an der Innenseite jedes gekrümmten Abschnitts 2 der elastischen Platte 1 aufgeschichtet. Darüber hinaus erstreckt sich die vibrationsinduzierende Platte 40 in Längsrichtung der Druckerzeugungskammer 23 und auf einer Mittellinie auf der Innenseite des gekrümmten Abschnitts 2. Die vibrationsinduzierende Platte 40 ist aus einem Material hergestellt, welches eine größere Steifigkeit als das piezoelektrische Material der elastischen Platte 1 aufweist. Beispielsweise kann die vibrationsinduzierende Platte 40 aus Metall oder Keramik hergestellt sein. Darüber hinaus kann eine vibrationsinduzierende Platte nur auf der getrennten Elektrode alleine oder zusätzlich zur vibrationsinduzierenden Platte, welche auf der gemeinsamen Elektrode ausgebildet ist, ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise wirkt die vibrationsinduzierende Platte 40 mit der elastischen Platte 1 zusammen, um eine Bimetallwirkung vorzusehen. Daher ist der verformbare Bereich leichter biegbar, und seine Beständigkeit gegenüber einem Druck, der zum Zeitpunkt des Aufbringens von Druck auf die Tinte erzeugt wird, wird um ein Ausmaß verbessert, der dem Anstieg der Dicke der Struktur des verformbaren Bereichs entspricht. Demzufolge kann die Tinte effizient mit Druck beaufschlagt werden.
Bei den oben genannten Ausführungsformen sind die gekrümmten Abschnitte 2 der elastischen Platte 1 jeweils zur Druckerzeugungskammer 23 hin gekrümmt. Allerdings können jene gekrümmten Abschnitte 2 auch nach außen gekrümmt sein, wie in 8(a) und 8(b) zu sehen ist. In diesem Fall können, wenn die vibrationsinduzierenden Platten 40 erforderlich sind, diese auf der Seite der elastischen Platte 1 ausgebildet sein, welche den Druckerzeugungskammern 23 zugewandt ist.
Bei den oben genannten Ausführungsformen sind die gemeinsamen Elektroden 3 der Tinte in den Druckerzeugungskammern 23 gegenüber ausgesetzt. Daher sind die gemeinsamen Elektroden 3 vorzugsweise mit Schichten überzogen (jede mit einer Dicke von beispielsweise 1 μm), welche eine Vibration der Struktur des verformbaren Bereichs nicht unterbrechen. Diese Schichten können aus piezoelektrischem Material, beispielsweise aus Siliziumoxid, Zirconiumdioxid oder dergleichen, hergestellt sein. In Fällen, in denen die Elektroden 3 mit den Schichten bedeckt sind, sind die Elektroden von der Tinte getrennt, und deren Korrodieren wird verhindert.
Als eine weitere Verbesserung können der Abstandhalter 22 und das Abdeckglied 26 aus einem anderen Keramikmaterial als Zirconiumdioxid gebildet werden, beispielsweise aus Aluminiumoxid. Des Weiteren können, wenn der Abstandhalter 22, das Abdeckglied 26 und die elastische Platte 1 aus demselben Material hergestellt sind, diese Glieder als einstückige Konstruktion ausgebildet werden.
9 zeigt eine piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung. Die piezoelektrische Vibratoreinheit umfasst dünne Platten 43 und 44 aus piezoelektrischem Material, welche gekrümmt sind, um gekrümmte Abschnitte 45 zu bilden, welche in Längsrichtung in festen Abständen angeordnet sind. Einzelne Elektroden 46 sind in die gekrümmten Abschnitte 45 versenkt, wie aus 9 hervorgeht. Darüberhinaus sind die gemeinsamen Elektroden 47 und 48 auf den freiliegenden Oberflächen der dünnen Platten 43 und 44 aus piezoelektrischem Material aufgeschichtet.
Beim Betrieb wird ein Ansteuersignal an jene Elektroden 46, 47 und 48 angelegt, um elektrische Felder zu erzeugen, welche in dieselbe Richtung gerichtet sind, so dass ein verformbarer Bereich des gekrümmten Abschnitts 45 verformt wird. Da die Platten 43 und 44 aus piezoelektrischem Material dünn sind, kann eine niedrige Spannung des Ansteuersignals zum Erzeugen der erforderlichen elektrischen Felder verwendet werden.
10 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Tintenstrahlschreibkopf zeigt, welcher die piezoelektrische Vibratoreinheit aus 9 beinhaltet. Mit Ausnahme der piezoelektrischen Vibratoreinheit ähnelt der Tintenstrahlschreibkopf dem oben beschriebenen Beispiel.
Die piezoelektrische Vibratoreinheit ist derart am Abstandhalter 22 befestigt, dass der gekrümmte Abschnitt 45 in der entsprechenden Druckerzeugungskammer 23, die durch den Abstandhalter 22 begrenzt wird, angeordnet ist. Vorteilhaft ist, dass das Tintentröpfchen durch eine relativ niedrige Ansteuerspannung abgegeben werden kann.
11 ist eine Querschnittsansicht, die eine piezoelektrische Vibratoreinheit 51 gemäß noch einem anderen Beispiel. Die piezoelektrische Vibratoreinheit 51 umfasst Füller 50, die auf und entlang der Oberseite der gekrümmten Abschnitte 2 der piezoelektrischen Vibratoreinheit 51 angeordnet sind. Die piezoelektrische Vibratoreinheit 51 ist der in 1(a) dargestellten ähnlich.
12 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Tintenstrahlschreibkopf zeigt, welcher die piezoelektrische Vibratoreinheit 51 aus 11 beinhaltet. Mit Ausnahme der piezoelektrischen Vibratoreinheit 51 ähnelt der Tintenstrahlschreibkopf dem oben beschriebenen Beispiel. Im Tintenstrahlschreibkopf ist die piezoelektrische Vibratoreinheit 51 an einem Abstandhalter 22 derart befestigt, dass die Unterseite eines gekrümmten Abschnittes 2 davon in einer entsprechenden Druckerzeugungskammer 23, die durch den Abstandhalter 22 begrenzt wird, angeordnet ist.
13 ist eine Querschnittsansicht, die eine piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß noch einem anderen Beispiel darstellt. Bei der piezoelektrischen Vibratoreinheit 54 sind Füller 52 auf der Oberseite der gekrümmten Abschnitte 2 der elastischen Platte 1 angeordnet. Die Breite w2 jedes Füllers 52 ist geringfügig kürzer als die Breite w1 des Füllers 50 aus 11. Darüber hinaus sind zweite Füller 53 auf einer Unterseite der gekrümmten Abschnitte 2 der elastischen Platte 1 angeordnet. Jeder der zweiten Füller 53 erstreckt sich derart, dass sein linkes Ende eine Position erreicht, welche dem rechten Ende eines benachbarten Füllers 52, der zur Linken jenes Füllers 53 angeordnet ist, entspricht. Gleichermaßen erstreckt sich das rechte Ende jedes Füllers 53 bis zu einer Position, die dem linken Ende eines benachbarten Füllers 52, der auf der rechten Seite jenes Füller 53 angeordnet ist, entspricht.
14 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Tintenstrahlschreibkopf zeigt, welcher die piezoelektrische Vibratoreinheit aus 13 beinhaltet. Mit Ausnahme der piezoelektrischen Vibratoreinheit 54 ähnelt der Tintenstrahlschreibkopf dem oben beschriebenen Beispiel. Im Tintenstrahlschreibkopf ist die piezoelektrische Vibratoreinheit 54 an einem Abstandhalter 22 derart befestigt, dass die Unterseite eines gekrümmten Abschnittes 2 in einer entsprechenden Druckerzeugungskammer 23, die durch den Abstandhalter 22 begrenzt wird, angeordnet ist. Abschnitte der zweiten Füller 53 sind auf entsprechenden Oberflächen von Wänden der Druckerzeugungskammer 23 angeordnet, wobei die Wände durch den Abstandhalter 22 begrenzt werden.
15 ist eine Querschnittsansicht, die eine piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß noch einem anderen Beispiel zeigt. Die piezoelektrische Vibratoreinheit 56 umfasst einen Füller 55, der auf der Oberseite jedes gekrümmten Abschnittes 2 einer elastischen Platte 1 angeordnet ist. Der Füller 55 kann von der Gestalt des gekrümmten Abschnitts 2 unabhängig konfiguriert sein.
16 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Tintenstrahlschreibkopf zeigt, welcher die piezoelektrische Vibratoreinheit 56 aus 15 beinhaltet. Mit Ausnahme der piezoelektrischen Vibratoreinheit 56 ähnelt der Tintenstrahlschreibkopf dem oben beschriebenen Beispiel. Im Tintenstrahlschreibkopf ist die piezoelektrische Vibratoreinheit 56 am Abstandhalter 22 derart befestigt, dass die Unterseite eines gekrümmten Abschnittes 2 in einer entsprechenden Druckerzeugungskammer 23, die durch den Abstandhalter 22 begrenzt wird, angeordnet ist.
17 ist eine Querschnittsansicht, die eine piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß eines noch anderen Beispiels zeigt. Bei der piezoelektrischen Vibratoreinheit 63 dieses Beispiels ist eine elastische Platte aus einem Paar geschichteter dünner Platten 58 und 59 gebildet. Allerdings sind getrennte Elektroden 57 zwischen die dünnen Platten 58 und 59 an den Orten entsprechender gekrümmter Abschnitte 2 eingeklemmt. Gemeinsame Elektroden 60 und 61 sind auf der (aus der Sicht der Zeichnung) oberen und der unteren Seite der elastischen Platte aufgeschichtet. Darüber hinaus sind Füller 62, die nach oben gekrümmt sind, auf der oberen Seite der gekrümmten Abschnitte 2 angeordnet.
18 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Tintenstrahlschreibkopf zeigt, der die piezoelektrische Vibratoreinheit 63 aus 17 beinhaltet. Mit Ausnahme der piezoelektrischen Vibratoreinheit 63 ähnelt der Tintenstrahlschreibkopf dem oben beschriebenen Beispiel. Im Tintenstrahlschreibkopf ist die piezoelektrische Vibratoreinheit 63 an einem Abstandhalter 22 derart befestigt, dass die Unterseite eines gekrümmten Abschnittes 2 in einer entsprechenden Druckerzeugungskammer 23, die durch den Abstandhalter 22 begrenzt wird, angeordnet ist.
19 ist ein Schaubild, das Schwankungen A, B und C des Durchbiegungsgrades der gekrümmten Abschnitte der piezoelektrischen Vibratoreinheiten, welche in 9, 11 bzw. 13 gezeigt werden, bezogen auf einen Ausgangsdurchbiegungsgrad davon abbildet. Um das Schaubild aufzutragen, wurde der Durchbiegungsgrad jedes der gekrümmten Abschnitte unter einer festen Spannung eines Ansteuersignals gemessen, welches an den gekrümmten Abschnitt der piezoelektrischen Vibratoreinheit angelegt wird. Die Dicke der verwendeten elastischen Platte betrug 10 μm. Die gekrümmten Abschnitte der elastischen Platte wurden in Abständen von 150 μm entlang der piezoelektrischen Vibratoreinheit angeordnet.
Wie aus dem Schaubild hervorgeht, wird in der piezoelektrischen Vibratoreinheit aus 11, wo Füller 50 jeweils auf und entlang (gemäß der Gestalt) der Oberseite der gekrümmten Abschnitte 2 angeordnet werden, eine große Verlagerung des gekrümmten Abschnittes herbeigeführt, wobei seine Ausgangsdurchbiegung klein ist.
20(a)–20(d) zeigen eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer piezoelektrischen Vibratoreinheit, die der in 2(d) gezeigten ähnelt. Zunächst werden getrennte Elektroden 12 auf einer Seite einer Grünschicht 10 in den Bereichen davon ausgebildet, welche die einwärts gekrümmte Seite der gekrümmten Abschnitte der piezoelektrischen Vibratoreinheit definieren werden, wie aus 20(a) hervorgeht. Die getrennten Elektroden 12 sind verformbar und aus leitfähigem Material hergestellt. Beispielsweise können die Elektroden 12 als leitfähige Beschichtung ausgebildet sein. Die Grünschicht 10 ist aus piezoelektrischem Material, beispielsweise aus PZT, hergestellt. Erforderlichenfalls kann eine gemeinsame Elektrode 11 vorgesehen werden, welche ebenfalls verformbar und aus leitfähigem Material hergestellt ist. Die gemeinsame Elektrode 11 wird auf der anderen Seite der Grünschicht 10 ausgebildet, wie in 20(b) zu sehen ist. Darüber hinaus werden Grünschichten 70, die als Füller verwendet werden, auf den getrennten Elektroden 12 ausgebildet. Die Grünschichten 70 werden aus hitzebeständigem Material, beispielsweise aus Keramik, hergestellt, welches unter Druck verformbar ist.
Die Grünschicht 10, welche die Elektroden 11 und 12 und die Grünschichten 70 aufweist, wird zwischen einer unteren Form 13 und einer oberen Form 14 eingelegt, wie aus 20(c) zu ersehen ist. Die untere Form 13 weist einwärts gekrümmte Abschnitte 13a auf, von denen jeder entsprechend einem gekrümmten Abschnitt der piezoelektrischen Vibratoreinheit konfiguriert ist. Die obere Form 14 weist nach außen gekrümmte Abschnitte 14a auf. In der Folge wird die Grünschicht 10 mit der oberen und der unteren Form 14 bzw. 13 zusammengedrückt, so dass die Grünschicht 10, welche die Elektroden und die Grünschichten 70 aufweist, zu einer Gestalt geformt wird, welche durch die kombinierten Formen 13 und 14 definiert wird, wie aus 20(d) hervorgeht.
Nachdem die Grünschicht 10 aus den Formen 13 und 14 entnommen wurde, oder während die Grünschicht 10 gehalten wird, um zwischen den Formen 13 und 14 unter einem festen Druck angeordnet zu werden, wird die Grünschicht 10 bei einer Temperatur, beispielsweise bei 1200°C, die ausreicht, um sie in eine Keramik umzuwandeln, gesintert. Infolgedessen wird die Grünschicht 10, die aus piezoelektrischem Material hergestellt wurde, und die Grünschichten 70, welche als Füller verwendet werden, in eine Keramik umgewandelt, so dass eine piezoelektrische Vibratoreinheit hergestellt wird.
Bei der eben beschriebenen Ausführungsform wird die Grünschicht 10 gesintert, nachdem die gemeinsame Elektrode 11 darauf ausgebildet wird. Allerdings kann die gemeinsame Elektrode auf der Grünschicht 10 durch Aufdampfen, Zerstäuben oder dergleichen ausgebildet werden, nachdem die Grünschicht gesintert wird.
Wenngleich die Füller durch einen Sintervorgang ausgebildet werden, können sie auch derart ausgebildet werden, dass die gekrümmten Abschnitte 2 der piezoelektrischen Vibratoreinheit 5 mit einem Hochpolymer beschichtet werden.
Bei der piezoelektrischen Vibratoreinheit 5 sind die Elektroden auf beiden Seiten der elastischen Platte vorgesehen. Wenn die piezoelektrische Vibratoreinheit in den Schreibkopf eingegliedert ist, wird die gemeinsame Elektrode, die auf der Rückseite der elastischen Platte ausgebildet ist, mit dem Abstandhalter des Schreibkopfes abgedeckt. Daher ist es schwierig, die Elektrode an einen externen Ansteuerkreis anzuschließen.
Ein Beispiel für einen Abstandhalter, welcher das oben genannte Problem lösen kann, wird in 21 dargestellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine leitfähige Schicht 72 an der Oberfläche des Abstandhalters 22 ausgebildet, an welcher piezoelektrische Vibratoreinheiten befestigt werden. Die leitfähige Schicht 72 erstreckt sich durch einen Bereich der Abstandhalteroberfläche, welcher mit den gemeinsamen Elektroden 75 der piezoelektrischen Vibratoreinheit 74 in Berührung kommt, und durch einen Bereich der Abstandhalteroberfläche, welcher keiner Vibration der piezoelektrischen Vibratoreinheiten 74 ausgesetzt wird (der mittlere Bereich der Abstandhalteroberfläche, wo bei dieser Ausführungsform zwei Reihen von Druckerzeugungskammern 23 einander gegenüberliegen).
Wenn die piezoelektrischen Vibratoreinheiten 74 derart auf den Abstandhalter 22 mit der leitfähigen Schicht 72 aufgesetzt werden, dass die gekrümmten Abschnitte 2 der piezoelektrischen Vibratoreinheiten 74 innerhalb der Druckerzeugungskammern 23 angeordnet sind, wie aus 23 hervorgeht, dann werden die piezoelektrischen Vibratoreinheiten 74 mit entsprechenden Breiten W3 und W3' ausgebildet. Diese Abmessungen gewährleisten, dass zwischen den Vibratoreinheiten 74 ein Zwischenraum 73 entsteht. Darüber hinaus wird die gemeinsame Elektrode 75 ausgebildet, um die leitfähige Schicht 72 des Abstandhalters 22 zu erreichen, so dass Letztere einen freiliegenden Abschnitt 72a aufweist, wie aus 23 hervorgeht. Um die gemeinsamen Elektroden der piezoelektrischen Vibratoreinheiten anzuschließen, wird der freiliegende Abschnitt 72a der leitfähigen Schicht 72 beispielsweise mittels eines flexiblen Kabels an einen externen Ansteuerkreis angeschlossen.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden, um die leitfähige Schicht des Abstandhalters freizulegen, zwei piezoelektrische Vibratoreinheiten getrennt angeordnet. Allerdings kann natürlich eine einzige piezoelektrische Vibratoreinheit an die beiden Reihen von Druckerzeugungskammern des Abstandhalters angelegt werden. In diesem Fall, der in 24 dargestellt wird, wird eine piezoelektrische Vibratoreinheit 76 ausgeschnitten, um einen Ausschnittsabschnitt 78 zu bilden, welcher einer leitfähigen Schicht 77 des Abstandhalters 22 zugewandt ist. Durch Einbinden des Ausschnittsabschnitts 78 kann die 5 leitfähige Schicht 77, welche auf dem Abstandhalter ausgebildet ist, durch den Ausschnittsabschnitt 78 freigelegt werden, selbst wenn die piezoelektrische Vibratoreinheit über den Abstandhalter aufgeschichtet ist.
Bei den oben genannten Ausführungsformen, die in 21–24 dargestellt werden, wird die piezoelektrische Vibratoreinheit gesintert und daraufhin am Abstandhalter 22 befestigt. Vorteilhafterweise kann der Abstandhalter 22 für ein Formglied verwendet werden, um das Durchbiegungsglied der piezoelektrischen Vibratoreinheit der vorliegenden Erfindung zu bilden. Die Verwendung des Abstandhalters auf diese Weise wird in 25(a)–(c) dargestellt.
Insbesondere kann eine gemeinsame Elektrode 11 auf einer Seite einer Grünschicht 10 und getrennte Elektroden 12 auf der anderen Seite davon ausgebildet werden, wie aus 25(a) hervorgeht. Die Grünschicht 10 ist aus piezoelektrischem Material, beispielsweise aus PZT, hergestellt. Die gemeinsame Elektrode 11 ist verformbar und aus leitfähigem Material, beispielsweise aus einer leitfähigen Beschichtung, hergestellt.
Die Grünschicht 10, welche die Elektroden 11 und 12 aufweist, ist derart angeordnet, dass die getrennten Elektroden 12 auf der Grünschicht 10 jeweils über den Druckerzeugungskammern 23 des Abstandhalters 22 liegen. Eine obere Form 14 ist vorgesehen, welche nach außen gekrümmte Abschnitte 14a aufweist, die in denselben Abständen wie die Druckerzeugungskammern 23 angeordnet sind, wie aus 25(b) zu ersehen ist. Der Abstandhalter 22 wird als untere Form verwendet.
Die obere Form 14 wird durch Aufbringen eines festen Drucks auf die obere Form 14 gegen die Grünschicht 10 und die untere Form 22 gedrückt, wie aus 25(C) hervorgeht. Infolgedessen werden die Grünschicht 10 und die Elektroden 11 und 12 konfiguriert, wie dies durch die Gestalt der nach außen gekrümmten Abschnitte 14a der oberen Form 14 definiert wird.
Nachdem die obere Form 14 von der Grünschicht 10 abgenommen wurde, oder während die obere Form 14 gehalten wird, um gepresst zu werden, wird die Grünschicht 10 dann bei einer Temperatur, beispielsweise bei 1200°C, welche ausreicht, um sie in eine Keramik umzuwandeln, gesintert. Vorteilhafterweise wird die piezoelektrische Vibratoreinheit durch den Vorgang des Sinterns ohne die Verwendung von Klebemittel an den Abstandhalter 22 gebunden.
Eine Verlagerung der Vibrationsplatte, welche sich aus der Ausdehnung und Kontraktion der Vibrationsplatte ergibt, wird ohne weiteres in eine Durchbiegungsverlagerung umgewandelt, welche im Einklang mit einer Gestalt des gekrümmten Abschnitts erfolgt. Daher kann, auch wenn die piezoelektrische Vibratoreinheit auf einen Tintenstrahlschreibkopf vom Typ mit hoher Dichte angewandt wird, bei dem es erforderlich ist, das Volumen jeder Druckerzeugungskammer zu reduzieren, die Vibrationsplatte durch Verwendung einer hohen Ansteuerspannung in einem derartigen Ausmaß durchgebogen werden, dass dadurch ein Tintentröpfchen abgegeben wird, dessen Tintenmenge für das Drucken erforderlich ist.
26, 27(a) und 27(b) zeigen einen Tintenstrahlschreibkopf, bei dem eine andere piezoelektrische Vibratoreinheit verwendet wird. Bei diesem Beispiel sind keine gekrümmten Abschnitte in der elastisch verformbaren Platte ausgebildet. Des Weiteren sind nicht nur eine vibrationsinduzierende Platte, wie in 7(a)–8(b) zu sehen ist, sondern auch erste und zweite vibrationsinduzierende Platten 40a und 40b auf der Elektrode 3 und 4 aufgeschichtet. Die ersten vibrationsinduzierenden Platten 40a sind auf der Oberfläche der getrennten Elektroden 4 ausgebildet, und die zweiten vibrationsinduzierenden Platten 40b sind auf der Oberfläche der gemeinsamen Elektrode 3 ausgebildet. Eine Herausführelektrode 40a, welche mit den ersten vibrationsinduzierenden Platten 40a kontinuierlich ist, erstreckt sich über die Druckerzeugungskammer 23 hinaus.
Beim auf diese Weise konstruierten Schreibkopf wird eine gemeinsame Elektrode 4 durch Zerstäuben oder Aufdampfen in einem Bereich einer der Hauptoberflächen einer Grünschicht aus piezoelektrischem Material, z. B. PZT, ausgebildet, welche durch Sintern zu einer Vibrationsplatte geformt wird, wobei der Bereich den Druckerzeugungskammern 23 zugewandt ist. Daraufhin werden zweite vibrationsinduzierende Platten 40b auf der Oberfläche der gemeinsamen Elektrode 4 ausgebildet, derart, dass ein Zwischenraum in einem Bereich, der zu den Druckerzeugungskammern 23 hinweist, geschaffen wird, und die zweiten vibrationsinduzierenden Platten 40b sind jeweils mittig an den Trennwänden 22a des Abstandhalters 22 ausgerichtet, welche die Druckerzeugungskammer 23 abteilen. In diesem Fall können Dickfilmplattieren, Zerstäuben, ein Dickfilmdruckverfahren oder dergleichen verwendet werden, um die zweiten vibrationsinduzierenden Platten 40b zu bilden.
Die im oben genannten Verfahren hergestellte Struktur wird an eine der Hauptoberflächen des Abstandhalters 22 gebunden, und das Abdeckglied 26 wird an die andere Hauptoberfläche des Abstandhalters 22 gebunden. In diesem Zustand sind die getrennten Elektroden 4 und die ersten vibrationsinduzierenden Platten 40a noch nicht auf der Oberfläche der elastischen Platte 1 ausgebildet. Daher kommt es nie vor, dass sich die elastische Platte 1 in die Druckerzeugungskammern 23 senkt und durchgebogen wird. Demzufolge wird die elastische Platte 1 über ihre gesamte Oberfläche gleichmäßig mit Druck beaufschlagt, und die jeweiligen Schichten werden zuverlässig aneinander gebunden.
Die Struktur wird gesintert, um ein Halberzeugnis einer piezoelektrischen Vibratoreinheit fertig zu stellen, welches nicht die getrennten Elektroden 4 und die ersten vibrationsinduzierenden Platten 40a aufweist, welche auf der oberen Oberfläche der elastischen Platte 1 ausgebildet werden. Daraufhin werden durch Zerstäuben oder Aufdampfen von leitfähigem Material getrennte Elektroden 4 derart auf der Oberfläche des Halberzeugnisses ausgebildet, dass sie den Druckerzeugungskammern 23 zugewandt sind. Metall wird über die Oberfläche der Struktur aufgedampft, und erste vibrationsinduzierende Platten 40a aus Keramik werden darauf anhand eines Dickfilmdruckverfahrens ausgebildet.
28 zeigt einen Tintenstrahlschreibkopf, bei dem eine piezoelektrische Vibratoreinheit, die der Ausführungsform aus 27(a) und 27(b) ähnelt, verwendet wird. Bei der Ausführungsform aus 27(a) und 27(b) wird die zweite vibrationsinduzierende Platte 40b aus einem kontinuierlichen Körper gebildet, welcher auf der zugeordneten Trennwand 22a des Abstandhalters 22 angeordnet wird. Allerdings weist in 28 die zweite vibrationsinduzierende Platte 40b zwei getrennte Körper 40b' und 40b' auf.

Claims

Piezoelektrische Vibratoreinheit, umfassend: eine elastisch verformbare Platte (1), die aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist, wobei das Piezoelektrische Material ein Keramikmaterial ist; eine erste gemeinsame Elektrode (3; 47), die auf einer Seite der elastischen Platte (1) ausgebildet ist; und getrennte Elektroden (4; 46), die auf der elastischen Platte (1) ausgebildet sind; dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbare Platte gekrümmte Abschnitte (2; 45) aufweist, wenn ein Ansteuerungssignal nicht zugeführt ist, dass die getrennten Elektroden (4; 46) auf den gekrümmten Abschnitten (2; 45) der elastischen Platte (1) ausgebildet sind, und durch eine vibrationsinduzierende Platte (40), die auf eine einwärts gekrümmte Seite von jedem der gekrümmten Abschnitte (2) aufgeschichtet ist.
Piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß Anspruch 1, wobei die gekrümmten Abschnitte (45) in Längsrichtung in festen Abständen angeordnet sind.
Piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Durchbiegungsgrad jeder der gekrümmten Abschnitte (45) der elastisch verformbaren Platte (42, 44) derart gewählt wird, dass er ein- bis zweimal so groß wie die Dicke der elastisch verformbaren Platte (1) ist.
Piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine zweite gemeinsame Elektrode (48), die auf einer anderen Seite der elastisch verformbaren Platte (1) ausgebildet ist, wobei die getrennten Elektroden (46) in die Bereiche der gekrümmten Abschnitte (45) der elastischen Platte versenkt sind.
Piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend erste Füller (50; 52), die auf den gekrümmten Abschnitten (2) der elastisch verformbaren Platte (1) angeordnet sind.
Piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß Anspruch 5, ferner umfassend zweite Füller (53), von denen jeder auf einer Seite jeder der gekrümmten Abschnitte (2), die der einwärts gekrümmten Seite der gekrümmten Abschnitte (2) entgegengesetzt ist, vorgesehen ist, wobei jeder der zweiten Füller (53) zwischen wenigstens zwei der ersten Füller (52) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer piezoelektrischen Vibratoreinheit, umfassend folgende Schritte: Bilden einer gemeinsamen Elektrode auf einer Seite einer Grünschicht, aus piezoelektrischem Material und getrennter Elektroden auf einer anderen Seite der Grünschicht; Bilden von gekrümmten Abschnitten in der Grünschicht durch Zusammendrücken der Grünschicht zwischen einem ersten Formglied und einem zweiten Formglied; und Sintern der Grünschicht, welche auf diese Weise gebildete gekrümmte Abschnitte aufweist.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 7, wobei das erste Formglied einwärts gekrümmte Abschnitte aufweist, von denen jeder konfiguriert ist, um eine Gestalt eines der gekrümmten Abschnitte der Grünschicht zu begrenzen, und wobei das zweite Formglied nach außen gekrümmte Abschnitte aufweist, von denen jeder konfiguriert ist, um eine Gestalt eines der gekrümmten Abschnitte der Grünschicht zu begrenzen, und wobei das zweite Formglied nach außen gekrümmte Abschnitte aufweist, von denen jeder konfiguriert ist, um in Verbindung mit den einwärts gekrümmten Abschnitten des ersten Formglieds die Form des gekrümmten Abschnittes zu begrenzen.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Formglieder aus einem Material hergestellt sind, welches weggeschmolzen wird, wenn die grüne Schicht gesintert wird.
Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, umfassend den Schritt des: Anordnens von Füllern, die kleine Stücke aus verformbarem Material umfassen, auf den getrennten Elektroden.
Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Sintervorgang durchgeführt wird, wenn die Grünschicht zwischen den ersten und den zweiten Formgliedern angeordnet ist.
Herstellungsverfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 11, wobei das erste Formglied ein Abstandhalter ist, der Hohlräume aufweist, die Druckerzeugungskammern begrenzen.
Tintenstrahlschreibkopf vom geschichteten Typ, umfassend wenigstens eine Betätigungsgliedeinheit und wenigstens eine Tintenzufuhreinheit, die aneinander gekoppelt sind, wobei die Betätigungsgliedeinheit eine piezoelektrische Vibratoreinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.
Tintenstrahlschreibkopf vom geschichteten Typ gemäß Anspruch 13, wobei eine einen Tintenzufuhranschluß bildende Platte (29) ein erstes Durchgangsloch, welches eine Druckerzeugungskammer (23) mit einem ersten Abschnitt der Tintenzufuhreinheit verbindet, und ein zweites Durchgangsloch, welches die Druckerzeugungskammer (23) mit einem zweiten Abschnitt der Tintenzufuhreinheit verbindet, umfasst.
Tintenstrahlschreibkopf vom geschichteten Typ gemäß Anspruch 14, wobei der erste Abschnitt der Tintenzufuhreinheit eine gemeinsame Tintenkammer (33) und eine erste Abgabeöffnung, welche das erste Durchgangsloch mit der gemeinsamen Tintenkammer (33) verbindet, umfasst; wobei der zweite Abschnitt der Tintenzufuhreinheit ein Tintenzufuhr-Durchgangsloch umfasst, welches das zweite Durchgangsloch mit einer zweiten Abgabeöffnung des zweiten Abschnitts verbindet, der Tinte aus der Druckerzeugungskammer (23) entgegennimmt, um ein Tintentröpfchen abzugeben, wobei die Tinte aus der gemeinsamen Tintenkammer (35) stammt.
Tintenstrahlschreibkopf vom geschichteten Typ gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei ein Durchbiegungsgrad des gekrümmten Abschnitts der elastischen Platte (1) derart gewählt ist, dass er ein bis zweimal so groß wie die Dicke der elastischen Platte (1) ist.
Tintenstrahlschreibkopf vom geschichteten Typ gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei ein erster Füller (50, 52) an den gekrümmten Abschnitten (2) der elastischen Platte (1) angebracht ist.
Tintenstrahlschreibkopf vom geschichteten Typ gemäß Anspruch 17, wobei zweite Füller (53) jeweils auf einer Seite des gekrümmten Abschnitts (2) vorgesehen sind, welche einer einwärts gekrümmten Seite des gekrümmten Abschnitts (2) entgegengesetzt ist, derart, dass jeder der zweiten Füller (53) auf beiden Seiten des ersten Füllers (52) angeordnet ist.
Tintenstrahlschreibkopf vom geschichteten Typ gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei der Abstandhalter (22) eine leitfähige Schicht auf seiner Oberfläche umfasst, an welcher die elastische Platte (1) zu befestigen ist, wobei die elastische Platte (1) eine offene Fläche umfasst, in einem Bereich, der frei von einer Vibration der elastischen Platte (1) ist, durch welche die leitfähige Schicht des Abstandhalters (22) freigelegt wird und durch welche ein Signal zu den gemeinsamen Elektroden (3) der elastischen Platte über die leitfähige Schicht übertragen wird.
Tintenstrahlschreibkopf vom geschichteten Typ gemäß Anspruch 15, wobei die Betätigungsgliedeinheit ferner erste und zweite vibrationsinduzierende Platten umfasst, von denen jede eine größere Steifigkeit als die Vibrationsplatte aufweist, wobei die erste vibrationsinduzierende Platte in einem ersten Bereich auf einer Oberfläche der Ansteuerelektroden ausgebildet ist, wobei die erste vibrationsinduzierende Platte der Druckerzeugungskammer zugewandt ist, wobei die zweite vibrationsinduzierende Platte in einem zweiten Bereich auf einer Oberfläche der gemeinsamen Elektrode ausgebildet ist.
Tintenstrahlschreibkopf vom geschichteten Typ gemäß Anspruch 20, wobei die erste vibrationsinduzierende Platte aus leitfähigem Material hergestellt ist und wobei sich ein erstes Ende der ersten vibrationsinduzierende Platte nach außen über die Druckerzeugungskammer hinaus erstreckt.
Tintenstrahlschreibkopf vom geschichteten Typ gemäß Anspruch 21, wobei die zweite vibrationsinduzierende Platte aus leitfähigem Material hergestellt ist.
Tintenstrahlschreibkopf vom geschichteten Typ gemäß Anspruch 22, wobei die zweite vibrationsinduzierende Platte aus Metall hergestellt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahlschreibkopfs vom geschichteten Typ, umfassend die Schritte aus Anspruch 7 und zusätzlich: Bilden einer ersten vibrationsinduzierenden Platte auf einer Oberfläche der gemeinsamen Elektrode; Binden eines Gliedes, welches die Vibrationsplatte und die vibrationsinduzierende Platte umfasst, an eine erste Seite einer eine Druckerzeugungskammer bildenden Platte sowie einer einen Tintenzufuhranschluß bildenden Platte an eine zweite Seite der eine Druckerzeugungskammer bildenden Platte und Sintern derselben, wobei die eine Druckerzeugungskammer bildende Platte einen hohlen Bereich umfasst, welcher gemeinsam mit der Vibrationsplatte und der einen Tintenzufuhranschluß bildenden Platte eine Druckerzeugungskammer begrenzt; Bilden einer Ansteuerelektrode im verformbaren Bereich auf einer zweiten Seite der Vibrationsplatte, welche der Druckerzeugungskammer zugewandt ist, zusammen mit der gemeinsamen Elektrode; und Bilden einer zweiten vibrationsinduzierenden Platte auf der Ansteuerelektrode; und Binden eines Glieds, das im Schritt des Bildens einer zweiten vibrationsinduzierenden Platte ausgebildet wird, durch thermisches Schmelzen an eine Tintendurchgangseinheit, umfassend eine gemeinsame Tintenkammer, und Abgabeöffnungen zum Zuführen von Tinte aus der gemeinsamen Tintenkammer zur Druckerzeugungskammer und zum Abgeben eines Tintentröpfchens, das von der Druckerzeugungskammer empfangen wurde.