DE69721682T2

DE69721682T2 - Betätigungselement für einen Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE69721682T2
Application number: DE69721682T
Authority: DE
Inventors: Minoru Suwa-shi Nagano-pref. Usui; Takahiro Suwa-shi Nagano-pref. Katakura; Munehide Suwa-shi Nagano-pref. Kanaya; Motonori Suwa-shi Nagano-pref. Okumura; Tomohiro Komaki-city Aichi-pref. Yamada; Shinsuke Midori-ku Aichi-pref. Yano
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Seiko Epson Corp
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: EP0835756A2; EP0835756B1; US6070971A; EP0835756A3; DE69721682D1; JPH1095112A

Description

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator für einen Tintenstrahldrucker sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Aktuators.
Ein Aktuator für einen Tintenstrahldrucker ist eine Tintenpumpe eines Druckkopfs, der für einen Tintenstrahldrucker verwendet wird. Bisher ist ein Aktuator mit einer in 3 gezeigten Struktur verwendet worden. In 3 besteht ein Aktuator 1 für einen Tintenstrahldrucker aus einem Tintenbehälter 28 und einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Arbeitsabschnitt 26. Der Tintenbehälter 28 wird erhalten, indem ein dickes Substrat 21 mit einem Hohlraum 20 und einer den Hohlraum 20 bedeckenden Schwingplatte 22 einstückig ausgebildet wird. Der piezoelektrische/elektrostriktive Arbeitsabschnitt 26 besteht aus einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 24, der oberen Elektrodenschicht 25, die auf der Deckfläche der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 24 ausgebildet ist, und der unteren Elektrodenschicht 23, die auf der Unterfläche der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 24 ausgebildet ist. Der piezoelektrische/elektrostriktive Arbeitsabschnitt 26 ist so auf dem Tintenbehälter 28 angeordnet, dass die untere Elektrodenschicht 23 die Schwingplatte 22 des Tintenbehälters 28 berührt.
Wenn ein elektrisches Feld zwischen der oberen Elektrodenschicht 25 und der unteren Elektrodenschicht 23 erzeugt wird, wird eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 aus einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Funktionselement transformiert, und die Kapazität des Hohlraums 20 wird verringert. Demgemäß wird Tinte, mit der der Tintenbehälter 28 gefüllt ist, aus einem (nicht gezeigten) Düsenloch ausgestoßen, das mit dem Hohlraum 20 verbunden ist, um zu drucken. Ein Tintenstrahldrucker wird gebildet, indem eine vorbestimmte Anzahl an Aktuatoren 1 mit einer solchen Struktur auf angemessene Weise angeordnet wird.
Bei einem solchen Aktuator für einen Tintenstrahldrucker bewirkt eine Veränderung des Tintenstrahlvolumens eine Veränderung der Größe eines Punktes beim Drucken, und es kann kein qualitativ hochwertiges Bild erhalten werden. Demgemäß ist es notwendig, das Tintenstrahlvolumen eines jeden Düsenlochs gleich zu machen. Beispielsweise offenbart das offengelegte japanische Patent Nr. 61-118261 einen Mehrfach-Düsenkopf für einen Tintenstrahldrucker, bei dem eine Elektrodenoberfläche eines piezoelektrischen Elements zur Förderung von Schwingungen eines Kopfs so abgeglichen bzw. getrimmt ist, dass die Impedanz des piezoelektrischen Elements verändert wird, wodurch das Tintenstrahlvolumen gleich gemacht wird.
Nebenbei bemerkt ist beim oben genannten Aktuator für einen Tintenstrahldrucker die Schwingplatte 22, die den Hohlraum 20 bedeckt, dünn und zerbrechlich. Demgemäß bricht die Schwingplatte 22, wenn sie direkt mit einem Laser bestrahlt wird, der allgemein zum Trimmen zu verwenden ist, und ihre Haltbarkeit wird beeinträchtigt. Daher ist es notwendig, die Schwingplatte 22 nicht direkt mit dem Laser zu bestrahlen. Außerdem sind der Hohlraum 20, der Tintenbehälter 28 und der piezoelektrische/elektrostriktive Arbeitsabschnitt 26 sehr winzig, und es ist in der Praxis schwierig, einen Aktuator so anzuordnen und auszubilden, dass die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 die gesamte Oberfläche der Schwingplatte 22 präzise bedeckt.
Demgemäß löst die vorliegende Erfindung die oben genannten Probleme und zielt darauf ab, einen Aktuator für einen Tintenstrahldrucker bereitzustellen, bei dem ein Laser präzise gesteuert wird und nur ein Abschnitt abgelichen bzw. getrimmt wird, wo eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht die Schwingplatte bedeckt. Weiters zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, einen Aktuator für einen Tintenstrahldrucker bereitzustellen, bei dem das Abgleichen bzw. Trimmen mit einem Laser ohne Bruch der Schwingplatte durchgeführt werden kann.
Die JP-A-57-181873 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfs, bei dem Laserlicht auf einen Teil eines piezoelektrischen Vibrators einwirkt, der an einer Schwingplatte befestigt ist, um Polarisationszusammenbruch zu bewirken, wodurch die Charakteristik des Vibrators eingestellt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Aktuator für einen Tintenstrahldrucker bereitgestellt, wie in Anspruch 1 dargelegt.
Gemäß vorliegender Erfindung wird weiters ein Verfahren zur Herstellung eines Aktuators für einen Tintenstrahldrucker bereitgestellt, wie in Anspruch 8 dargelegt.
Im Übrigen weist die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht gemäß vorliegender Erfindung vorzugsweise eine größere planare Fläche auf als die obere Elektrodenschicht.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann eine durch Schneiden entfernte oder isolierte Fläche im Voraus aus der Fläche berechnet werden, wo ein Öffnungsabschnitt des Hohlraums, der Schwingplatte und der oberen Elektrodenschicht übereinander angeordnet sind, um ein Tintenstrahlvolumen einzustellen, und zu dieser Fläche eine Fläche eines Abschnitts der oberen Elektrodenschicht addiert wird, wobei der Abschnitt in einer Richtung einer Kante des dicken Substrats freiliegt, um die Gesamtfläche tatsächlich zu entfernen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1(a) und 1(b) sind Strukturansichten, die eine Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigen. 1(a) ist eine Draufsicht, und 1(b) ist eine Querschnittansicht.
2 ist eine erklärende Ansicht, die einen Zustand eines transformierte Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
3 ist eine Querschnittansicht, die eine Ausführungsform eines herkömmlichen Aktuators zeigt.
4 ist eine Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
5 ist eine Draufsicht, die eine weitere andere Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
6 ist eine Draufsicht, die eine weitere andere Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
7 ist eine Draufsicht, die eine weitere andere Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
8 ist eine Draufsicht, die eine weitere andere Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
9 ist eine Draufsicht, die eine weitere andere Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
10 ist eine Draufsicht, die eine weitere andere Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Ein Aktuator für einen Tintenstrahldrucker gemäß vorliegender Erfindung wird nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
Die 1(a) und 1(b) sind Strukturansichten, die eine Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Endung zeigen. 1(a) ist eine Draufsicht, und 1(b) ist eine Querschnittansicht. In den 1(a) und 1(b) weist ein dickes Substrat 21 einen Hohlraum 20 auf. Eine Schwingplatte 22 ist einstückig mit dem dicken Substrat 21 ausgebildet, so dass die Schwingplatte 22 den Hohlraum 20 bedeckt. Auf der Deckfläche der Schwingplatte 22 wurden eine untere Elektrode 23, eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 und eine obere Elektrodenschicht 25 in dieser Reihenfolge übereinander gelegt, so dass ein piezoelektrischer/elektrostriktiver Arbeitsabschnitt 26 gebildet wurde.
Die obere Elektrodenschicht 25 wird durch Trimmen an einer Linie 30 geschnitten, die einen Punkt auf einer längeren Seite mit einem Punkt auf der anderen längeren Seite verbindet. Als Ergebnis wird die tatsächliche Elektrodenfläche verringert, und die tatsächliche Elektrodenfläche kann beeinflusst werden. In diesem Fall kann ein durch die Linie 30 abgetrennter Abschnitt durch Trimmen entfernt werden.
Bei einer solchen Struktur wird, wenn mit einer elektrischen Quelle 27 eine Spannung zwischen der oberen Elektrodenschicht 25 und der unteren Elektrodenschicht 25 angelegt wird, wie in 2 gezeigt, eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 in Richtung des Hohlraums 20 transformiert. Ein Volumen der Transformation (ein aus dem Hohlraum 20 eliminiertes Volumen) kann eingestellt werden, und daher können Tintenstrahleigenschaften eines jeden der Düsenlöcher gleichförmig beibehalten werden.
Im Aktuator 1 von 1 kann, da die obere Elektrodenschicht 25 eine rechteckige Gestalt aufweist, eine durch Trimmen zu entfernende Fläche leicht berechnet werden, wenn eine wirksame Elektrodenfläche so beeinflusst wird, dass sie adäquat ist. Das heißt, wenn die obere Elektrodenschicht 25 rechteckig ist, kann sehr leicht eine Fläche berechnet werden, die durch Trimmen, beispielsweise durch Schneiden an der Linie 30 entfernt werden kann. Wenn die obere Elektrodenschicht 25 jedoch eine andere Gestalt aufweist, beispielsweise eine kreisförmige Gestalt, ist die Berechnung einer zu entfernenden Fläche im Fall des durch Schneiden an einer Linie vorgenommenen Trimmvorgangs ein wenig komplex. Im Übrigen umfasst eine rechteckige Gestalt nicht nur die Gestalt eines Rechtecks, sondern auch eine Gestalt mit abgerundeten Scheitelwinkeln.
Da der Aktuator 1 sehr winzig ist, wie oben beschrieben, ist es sehr schwierig, den Aktuator 1 so anzuordnen und auszubilden, dass die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 die gesamte Oberfläche der Schwingplatte 22 präzise bedeckt. Demgemäß passiert es, dass eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 nicht die gesamte Oberfläche der Schwingplatte 22 bedeckt, wie in 4 gezeigt, und nur eine Seite der Schwingplatte 22 (Hohlraum 20) bedeckt. Da eben eine Seite der Schwingplatte 22 (Hohlraum 20) bedeckt ist, passiert es nur selten, dass ein Laser die Schwingplatte 22 direkt bestrahlt, und die Schwingplatte 22 wird nicht durch Laser-Trimmen B über die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 hinaus nur in einem Abschnitt zerbrochen, der von der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 24 bedeckt ist, indem nur ein Abschnitt mit einem Laser mit präziser Steuerung getrimmt wird, wo die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 die Schwingplatte 22 bedeckt.
Weiters bedeckt die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 bei einem Aktuator 1 von 1 die Schwingplatte 22 vorzugsweise auf einer Verlängerungslinie der Linie 30 (siehe 5). Die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 bedeckt mehr bevorzugt die gesamte Oberfläche der Schwingplatte 22. So wird, indem die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 so ausgebildet wird, dass die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 die Schwingplatte 22 auf zumindest einer verlängerten Linie der Linie 30 bedeckt, die Schwingplatte 22 nicht zerbrochen, auch wenn Trimmen A nicht nur an einem Abschnitt der oberen Elektrodenschicht 25 vorgenommen wird, sondern auch an einem Abschnitt über die obere Elektrodenschicht 25 hinaus, weil ein Laserstrahl durch die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 abgefangen wird und die dünne Schwingplatte 22, wie in den 1(a) und 5 gezeigt, nicht bestrahlt.
Wie in 10 gezeigt, kann durch das alternative Ausbilden der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten 24 derart, dass sie in der Figur in vertikaler Richtung (das heißt in Breitenrichtung) in den Seiten E und F groß sind, die einem Laser-Trimmen als piezoelektrische/elektrostriktive Schichten 24 benachbarter Aktuatoren 1 zu unterziehen sind, ein Brechen der Schwingplatte 22 vermieden werden, und es können viele Aktuatoren 1 angeordnet werden, ohne die Dichte von Aktuatoren 1 für einen Tintenstrahldrucker zu verringern.
Eine durch Beschneiden zu entfernende Fläche, um ein angemessenes Tintenstrahlvolumen zu erreichen, wird im Voraus aus dem Abschnitt berechnet, wo eine Öffnung des Hohlraums 20, die Schwingplatte 22 und die obere Elektrodenschicht 25 übereinander liegen. Bei einem Aktuator 1 gemäß vorliegender Erfindung ragt die obere Elektrodenschicht 25 aus der Schwingplatte 22 in Richtung einer Kante 29 des dicken Substrats 21 vor. Demgemäß wird ein Tintenstrahlvolumen nicht beeinflusst, auch wenn dieser Abschnitt durch Trimmen entfernt wird. Demgemäß sollte eine tatsächlich zu entfernende Fläche unter Berücksichtigung der Fläche dieses Abschnitts bestimmt werden. Das heißt, wenn die obere Elektrodenschicht 25 an einer Linie geteilt wird, die einen Punkt auf einer längeren Seite mit einem Punkt auf der anderen längeren Seite verbinden, wird ein Wert, der durch Addieren einer Fläche des Abschnitts 31 erhalten wird, wo die obere Elektrodenschicht 25 aus der Schwingplatte 22 herausragt, vorzugsweise zum obigen berechneten Wert addiert, um eine tatsächlich zu entfernende Fläche zu erhalten.
6 ist eine Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigt. In 6 wird eine Nut 32 durch Trimmen bzw. Beschneiden entlang einer kürzeren Seite der oberen Elektrodenschicht 25 gebildet. Durch Ausbilden der Nut 32 wird die Fläche von einer tatsächlichen Elektrodenfläche entfernt, und ein Tintenstrahlvolumen kann so eingestellt werden, dass es angemessen ist. Vorzugsweise ist nur eine Nut mit rechteckiger Gestalt vorhanden. In diesem Fall wird ein Abschnitt, wo die obere Elektrodeneschicht 25 aus der Schwingplatte 22 vorragt, in Richtung einer Kante des dicken Substrats 21 getrimmt. Demgemäß sollte eine tatsächliche zu entfernende Fläche unter Berücksichtigung einer Fläche dieses Abschnitts bestimmt werden. Dieser Aktuator weist jedoch gegenüber dem in 1 gezeigten Aktuator insofern einen Vorteil auf, dass er einen kleineren Anteil eines Abschnitts aufweist, der ein Tintenstrahlvolumen in einem zu entfernenden Bereich nicht beeinflusst. Im Übrigen wird bei einem in 6 gezeigten Aktuator die Schwingplatte 22 nicht mit einem Laserstrahl bestrahlt, auch wenn ein Trimmen über die obere Elektrodenschicht 25 hinaus geht. Demgemäß muss eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 die Schwingplatte 22 nicht bedecken.
7 ist eine Draufsicht, die noch eine weitere Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigt. In 7 ist eine Nut 32 durch Trimmen bzw. Beschneiden entlang einer längeren Seite der oberen Elektrodenschicht 25 gebildet. Es ist zumindest eine Nut vorhanden, und die Gestalt ist vorzugsweise rechteckig. Jede längere Seite kann eine Nut aufweisen. Bei einem in 7 gezeigten Aktuator ist ein Abschnitt, wo die obere Elektrodenschicht 25 aus der Schwingplatte 22 in eine Richtung einer Kante des dicken Substrats 21 vorragt, nicht getrimmt. Eine tatsächliche zu entfernende Fläche kann durch einen Wert bestimmt werden, der aus der Beziehung zwischen einem Tintenstrahlvolumen und einer Fläche eines Abschnitts erhalten wird, wo eine Öffnung des Hohlraums 20, die Schwingplatte 22 und die obere Elektrodenschicht 25 übereinander angeordnet sind. Wenn andererseits das Trimmen über die obere Elektrodenschicht 25 hinaus erfolgt, kann die Schwingplatte 22 brechen, was von dem Zustand abhängt, ob die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 die Schwingplatte 22 (Hohlraum 20) bedeckt. Demgemäß bedeckt die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 vorzugsweise die Schwingplatte 22 zumindest nahe dem Schnittpunkt 33, der von einem Rand der Nut 32 und der längeren Seite gebildet wird, wie in 8 gezeigt.
9 ist eine Draufsicht, die noch eine weitere Ausführungsform eines Aktuators gemäß vorliegender Erfindung zeigt. In 9 weist die obere Elektrodenschicht 25 perforierte Abschnitte 34 auf, die jeweils eine angemessene durch Trimmen gebildete Fläche aufweisen. Die perforierten Abschnitte 34 können abgeschnitten oder entfernt werden. Die obere Elektrodenschicht 25 weist zumindest einen perforierten Abschnitt auf. Obwohl die Gestalt eines perforierten Abschnitts 34 nicht beschränkt ist, ist sie vorzugsweise kreisförmig oder rechteckig, um das Berechnen einer zu entfernenden Fläche zweckmäßig zu gestalten.
Bei einem in 9 gezeigten Aktuator ist ein Abschnitt, wo die obere Elektrodenschicht 25 aus der Schwingplatte 22 in eine Richtung einer Kante des dicken Substrats 21 vorragt, nicht getrimmt. Demgemäß kann eine tatsächliche zu entfernende Fläche durch einen Wert bestimmt werden, der aus der Beziehung zwischen einem Tintenstrahlvolumen und einer Fläche des Abschnitts erhalten wird, wo die Öffnung des Hohlraums 20, die Schwingplatte 22 und die obere Elektrodenschicht 25 übereinander angeordnet sind. Da der Laserstrahl die Schwingplatte 22 beim Trimmen nicht bestrahlt, muss eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 die Schwingplatte 22 nicht bedecken.
Bei einem Aktuator gemäß vorliegender Endung ist das dicke Substrat 21 üblicherweise gemeinsam mit der Schwingplatte 22 als ein einstückig gebranntes Erzeugnis aus Keramik ausgebildet. Konkret wird eine Keramikaufschlämmung aus einem Keramikmaterial, Bindemittel, Lösungsmittel und dergleichen gebildet, und dann wird eine Vielzahl grüner Platten nach einem bekannten Verfahren wie Rakelstreichverfahren aus der Keramikaufschlämmung geformt. Darauf hin werden die grünen Platten spanabhebender Bearbeitung wie Schneiden, Perforieren oder dergleichen unterzogen, um einen Hohlraum auszubilden. Die grünen Platten werden übereinander gelegt, um ein Laminat zu erhalten. Dann wird das Laminat gebrannt, um ein einstückiges gebranntes Keramikerzeugnis zu erhalten.
Obwohl ein Material, das das dicke Substrat 21 und die Schwingplatte 22 bildet, keiner speziellen Einschränkung unterliegt, ist das Material in Hinblick auf die Isolationsfähigkeit vorzugsweise Keramik. Weiters eignen sich in Hinblick auf die Formungseigenschaft Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid besonders gut zur Verwendung. Im Übrigen hat die Schwingplatte 22 eine Dicke von vorzugsweise 50 μm oder weniger, mehr bevorzugt 20 μm oder weniger.
Ein piezoelektrischer/elektrostriktiver Arbeitsabschnitt 26 wird gebildet, indem die untere Elektrodenschicht 23, eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 und die obere Elektrodenschicht 25 in dieser Reihenfolge allgemein durch ein Filmausbildungsverfahren auf der Deckfläche der Schwingplatte 22 übereinander angeordnet werden.
Das heißt, die untere Elektrodenschicht 23, die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 und die obere Elektrodenschicht 25 werden durch eines von verschiedenen bekannten Verfahren auf der Außenfläche der Schwingplatte 22 ausgebildet, beispielsweise ein Dickfilm-Ausbildungsverfahren, wie Siebdrucken, Sprühen oder dergleichen, oder ein Dünnfilm-Ausbildungsverfahren, wie Ionenstrahl, Sputtern, CVD oder dergleichen.
Jeder der so gebildeten Filme (die untere Elektrodenschicht 23, die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 und die obere Elektrodenschicht 25) wird einer Wärmebehandlung (Brennen) unterzogen. Die Wärmebehandlung kann jedesmal vorgenommen werden, wenn jeder Film gebildet wird. Alternativ dazu kann die Wärmebehandlung an allen Filmen gleichzeitig vorgenommen werden, wenn alle Filme ausgebildet sind.
Ein Material für die untere Elektrodenschicht 23 und die obere Elektrodenschicht 25, das einen piezoelektrischen/elektrostriktiven Arbeitsabschnitt 26 bildet, unterliegt keiner speziellen Einschränkung, so lange es sich um einen Leiter handelt, der eine Atmosphäre mit einer hohen Temperatur in etwa im Ausmaß einer Temperatur für eine Wärmebehandlung (Brennen) aushält. Beispielsweise kann das Material eine einfache Substanz aus einem Metall, einer Legierung oder einer leitenden Keramik sein. Spezifisch kann geeigneterweise ein Edelmetall mit einem hohen Schmelzpunkt, wie Platin, Gold, Palladium oder dergleichen verwendet werden.
Bei einem Material für eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24, das einen piezoelektrischen/elektrostriktiven Arbeitsabschnitt 26 bildet, kann es sich um jedes beliebige Material handeln, so lange es eine ein elektrisches Feld induzierende Verformung aufweist, wie Piezoelektrizität, einen elektrostriktiven Effekt oder dergleichen. Spezifisch wird vorzugsweise ein Material, das hauptsächlich Plumbumzirconattitanat (PZT-Typ) enthält, ein Material, das hauptsächlich Plumbummagnesiumniobat (PMN-Typ) enthält, ein Material, das hauptsächlich Plumbumnickelniobat (PNN-Typ) enthält, oder dergleichen verwendet.
Der piezoelektrische/elektrostriktive Arbeitsabschnitt 26 weist eine Dicke von allgemein 100 μm oder weniger auf. Jede aus der unteren Elektrodenschicht 23 und der oberen Elektrodenschicht 25 hat eine Dicke von allgemein 20 μm oder weniger und vorzugsweise 5 μm oder weniger. Die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 24 hat eine Dicke von vorzugsweise 50 μm oder weniger und liegt vorzugsweise im Bereich von 3 μm bis zu 40 μm, um eine große Verschiebung durch geringe Arbeitsspannung zu erzielen.
Oben sind einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und es versteht sich, dass verschiedene Modifikationen auf Basis der Kenntnisse von Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung vorgenommen werden, so lang die Modifikationen nicht vom Ziel der vorliegenden Erfindung abweichen.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf Beispiele detaillierter beschrieben.
(Beispiel 1)
Die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht wurde so ausgebildet, dass sie die gesamte Oberfläche der Schwingplatte bedeckt. Die obere Elektrodenschicht wurde Trimmen durch einen Laser über die obere Elektrodenschicht hinaus unterzogen. Die Schwingplatte wurde auf das Vorhandensein eines Risses in einem Abschnitt untersucht, wo die Schwingplatte und die obere Elektrodenschicht einander nicht überlappen.
Im Übrigen bestand die Schwingplatte aus Zirkoniumdioxid und hatte eine Dicke von 5 μm. Die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht bestand aus PZT und hatte eine Dicke von 20 μm. Die obere Elektrodenschicht bestand aus Au und hatte eine Dicke von 1 μm.
Als Laserbestrahlungsvorrichtung wurde YAG (hergestellt von ESI) verwendet. Die Bestrahlung erfolgte mit einer Wellenlänge von 266 nm, einer Lasergeschwindigkeit von 30 mm/s, einer Q-Rate von 5 kHz, einer Laserleistung von 5 mW/2 kHz. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt. Im Übrigen wurde die Existenz eines Risses durch O bei Abwesenheit und X bei Vorhandensein ausgedrückt. Die Zustände der Trimmung wurden mit O für hervorragend bewertet.
(Beispiel 2)
Trimmen mit einem Laser wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die Laserleistung 200 mW/2 kHz betrug. Das Vorhandensein eines Risses in der Schwingplatte wurde untersucht. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
(Vergleichsbeispiel 1)
Die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht wurde so ausgebildet, dass sie nur einen Abschnitt der Schwingplatte bedeckt. Die obere Elektrodenschicht wurde einem Trimmen mit einem Laser über die obere Elektrodenschicht und die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht hinaus unterzogen. Das Vorhandensein eines Risses in der Schwingplatte wurde in einem Abschnitt untersucht, wo die Schwingplatte und die obere Elektrodenschicht oder die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht einander nicht überlappen. Das Trimmen mit einem Laser wurde auf die gleiche Weise durchgeführt wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass die Dicke der Schwingplatte innerhalb des Bereichs von 5 bis 50 μm variiert wurde. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
(Vergleichsbeispiele 2 bis 8)
Trimmen mit einem Laser wurde auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die Laserleistung innerhalb des Bereichs von 10 bis 200 mW/2 kHz variiert wurde. Das Vorhandensein eines Risses in der Schwingplatte wurde untersucht. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Tabelle 1 zeigt, dass die Schwingplatte keinen Riss aufwies, auch wenn das Trimmen über die obere Elektrodenschicht hinaus durchgeführt wurde, wenn eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht eine Schwingplatte bedeckt.
Andererseits wies die Schwingplatte in jedem Beispiel einen Riss auf ihrer Oberfläche wenn, wenn eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht nur einen Abschnitt der Schwingplatte bedeckt und die obere Elektrodenschicht mit einem Laser über die obere Elektrodenschicht und die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht hinaus getrimmt wurde und die Schwingplatte direkt mit dem Laser bestrahlt wurde. Weiters wiesen einige Schwinglatten einen Riss auf, der durch die Schwingplatten hindurch ging, wenn die Schwingplatte eine bestimmte Dicke aufwies und die Laserleistung einen bestimmten Wert hatte.
Da ein Abschnitt der oberen Elektrodenschicht bei einem Aktuator gemäß vorliegender Erfindung durch Trimmen abgeschnitten oder entfernt wird, wird eine wirksame Elektrodenfläche so beeinflusst, dass sie einen angemessenen Wert hat, und ein erwünschtes Tintenstrahlvolumen erzielt werden kann.
Weiters kann das Brechen der Schwingplatte durch einen Laserstrahl vermieden werden, da eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht eine Schwingplatte nahe einem zu trimmenden Abschnitt aus einem Rand der oberen Elektrodenschicht bedeckt.

Claims

Aktuator für einen Tintenstrahldrucker, umfassend: (a) einen Tintenbehälter (28), der ein dickes Substrat (21) mit einem Hohlraum (20) und einer den Hohlraum bedeckenden Schwingplatte (22) umfasst, sowie (b) eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung, die eine obere Elektrode, eine untere Elektrodenschicht (23) und eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht (24) zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrodenschicht umfasst, wobei die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung auf dem Tintenbehälter so angeordnet ist, dass die untere Elektrodenschicht (23) die Schwingplatte (22) berührt; worin (i) die obere Elektrode ein erster Abschnitt einer elektrisch leitenden Schicht (25) ist, die über der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht (24) liegt und einen zweiten Abschnitt aufweist, der durch eine Schnittlinie (30), an der die obere elektrisch leitende Schicht (25) abgeschnitten worden ist, von ihrem ersten Abschnitt elektrisch isoliert ist, wobei die Schnittlinie (30) die Schwingplatte (22) überlappt, und (ii) in Draufsicht auf die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung gesehen, dort, wo die Schnittlinie (30) die Schwingplatte (22) überlagert, die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht (24) zwischen der oberen elektrisch leitenden Schicht (25) und der Schwingplatte (22) liegt, wodurch die Schwingplatte während des Vorgangs des Schneidens der Schnittlinie geschützt ist.
Aktuator nach Anspruch 1, worin, in Draufsicht auf die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung gesehen, die Grenze der oberen elektrisch leitenden Schicht (25) zumindest dort innerhalb der Grenze der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht (24) liegt, wo die Schnittlinie (30) die Grenze der oberen elektrisch leitenden Schicht (25) schneidet.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, worin die obere elektrisch leitende Schicht (25) in Draufsicht rechteckige Gestalt aufweist und die Schnittlinie (30) einen Punkt auf einer ihrer längeren Seite mit einem Punkt auf der anderen längeren Seite verbindet.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, worin die obere elektrisch leitende Schicht (25) in Draufsicht eine rechteckige Gestalt aufweist und sich die Schnittlinie (30) zwischen zwei Punkten erstreckt, die entlang einer ihrer längeren Seiten beabstandet sind.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, worin die obere elektrisch leitende Schicht in Draufsicht eine rechteckige Gestalt aufweist und sich die Schnittlinie (30) zwischen zwei Punkten entlang einer ihrer kürzeren Seiten erstreckt.
Aktuator nach Anspruch 4 oder 5, worin der durch die Schnittlinie (30) isolierte zweite Abschnitt eine rechteckige Gestalt aufweist.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, worin die obere elektrisch leitende Schicht (25) in Draufsicht eine rechteckige Gestalt aufweist und die Schnittlinie (30) eine kontinuierliche Linie ist, die den zweiten Abschnitt umschließt, der innerhalb der Fläche ihres ersten Abschnitts liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Aktuators für einen Tintenstrahldrucker, folgende Schritte umfassend: (i) das Zusammenbauen eines Aktuators, der Folgendes umfasst: (a) einen Tintenbehälter (28), der ein dickes Substrat (21) mit einem Hohlraum (20) und einer den Hohlraum bedeckenden Schwingplatte umfasst, und (b) eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung, die eine obere Elektrodenschicht (25), eine untere Elektrodenschicht (23) und eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht (24) zwischen den Elektrodenschichten umfasst, wobei die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung auf dem Tintenbehälter so angeordnet ist, dass die untere Elektrodenschicht (23) die Schwingplatte (22) berührt; und (ii) das Einstellen des tatsächlichen Elektrodenfläche der oberen Elektrodenschicht (25) indem ein Abschnitt davon entfernt wird, oder durch Schneiden der oberen Elektrodenschicht (25) entlang einer Schnittlinie, um einen Abschnitt davon vom Rest zu isolieren, worin, wenn der entfernte Abschnitt oder die Schnittlinie die Schwingplatte überlappt, die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht (24) zwischen der oberen Elektrodenschicht (25) und der Schwingplatte liegt, wodurch die Schwingplatte während des Vorgangs des Entfernens oder Schneidens geschützt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, worin, in Draufsicht gesehen, die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht (24) eine Grenze außerhalb der Grenze der oberen Elektrodenschicht (25) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, worin Schritt (ii) durch Schneiden der oberen Elektrodenschicht (25) entlang der Schnittlinie (30) mit einem Laser durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, worin die obere Elektrodenschicht (24) in Draufsicht gesehen eine rechteckige Gestalt aufweist und an einer Linie (30) geschnitten ist, die einen Punkt auf einer ihrer längeren Seiten mit einem Punkt auf der anderen längeren Seite verbindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, worin die obere Elektrodenschicht in Draufsicht gesehen eine rechteckige Gestalt aufweist und entlang der Schnittlinie (30) geschnitten wird, die sich zwischen zwei Punkten erstreckt, die entlang einer längeren Seite der oberen Elektrodenschicht beabstandet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, worin die obere Elektrodenschicht in Draufsicht gesehen eine rechteckige Gestalt aufweist und entlang der Schnittlinie (30) geschnitten wird, die sich zwischen zwei Punkten entlang einer kürzeren Seite der oberen Elektrodenschicht erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, worin der von der Schnittlinie (30) eingeschlossene Bereich eine rechteckige Gestalt aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, worin die obere Elektrodenschicht in Draufsicht gesehen eine rechteckige Gestalt aufweist und entlang der Schnittlinie (30) geschnitten wird, die eine kontinuierliche Linie ist, die einen Bereich innerhalb der Fläche der oberen Elektrodenschicht einschließt.
Verfahren nach Anspruch 11, worin die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht die Schwingplatte auf einer Verlängerungslinie der Schnittlinie bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, worin die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht die vibrierende Platte in einem Bereich bedeckt, der nicht von der oberen Elektrodenschicht bedeckt ist und an die Schnittpunkte der Schnittlinie (30) und der Seite der oberen Elektrodenschicht angrenzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, worin eine entfernte oder durch Schneiden isolierte Fläche im Voraus aus der Fläche berechnet wird, wo ein Öffnungsabschnitt des Hohlraums, der Schwingplatte und der oberen Elektrodenschicht übereinander angeordnet sind, um ein Tintenstrahlvolumen einzustellen, und zu dieser Fläche eine Fläche eines Abschnitts der oberen Elektrodenschicht addiert wird, wobei der Abschnitt in einer Richtung einer Kante des dicken Substrats freiliegt, um die Gesamtfläche tatsächlich zu entfernen.