DE69937032T2 - Ink jet printhead and method of manufacture - Google Patents
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Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahlkopf, der Tinte von einem Düsenloch ausstößt, indem eine elektrische Spannung an eine Elektrode angelegt wird, um die Form des eine Tintenkammer bildenden Raums zu verformen, auf ein Verfahren zum Herstellen des Tintenstrahlkopfs, auf einen Tintenstrahldrucker sowie auf ein Verfahren zum Herstellen des Tintenstrahldruckers.These The invention relates to an ink-jet head containing ink of a nozzle hole ejects by an electrical voltage is applied to an electrode around the Shape the ink chamber forming a space to deform on A method of manufacturing the inkjet head on an inkjet printer and a method for manufacturing the inkjet printer.
Es gibt eine Buchstaben-Druckvorrichtung nach dem Tintenstrahlverfahren, welche Tinte aus einem Düsenloch durch Anlegen einer elektrischen Spannung an eine Elektrode ausstößt, um die eine Tintenkammer bildende Trennwand zu verformen.It is a letter printing device by the ink jet method, which ink from a nozzle hole by applying an electrical voltage to an electrode ejects to the to deform an ink chamber forming partition wall.
Wenn man eine Bildaufzeichnung hoher Qualität mit hoher Geschwindigkeit mittels eines Tintenstrahlkopfs vom herkömmlichen Typ durchführen will, ist ein Tintenstrahlkopf mit einer großen Anzahl von in einer Reihe angeordneten Düsenlöchern erforderlich. Für diese Art von Tintenstrahlkopf mit einer großen Anzahl von in einer Reihe angeordneten Düsen ist unter dem Gesichtspunkt der praktischen Anwendung einer erwünscht, der eine hohe Antriebseffizienz, ein geringes Gewicht, ein niedrigen Preis, eine gute Bedienbarkeit und eine hohe Festigkeit aufweist.If to get a high quality image recording at high speed using a conventional type of ink jet head, is an inkjet head with a large number of in a row arranged nozzle holes required. For this Type of inkjet head with a large number of in a row arranged nozzles is desirable from the viewpoint of practical application of the a high drive efficiency, a low weight, a low Price, good usability and high strength.
Da
ferner eine polarisierte piezoelektrische Keramikplatte aus Herstellungsgründen ein
Limit in der Länge
aufweist, sind in der Praxis mehrere Tintenkammern durch Trennwände in einer
polarisierten piezoelektrischen Keramikplatte ausgebildet worden,
und mehrere solche polarisierte piezoelektrischen Keramikplatte mit
mehreren Tintenkammern werden Seite an Seite angeordnet und durch
ein Klebemittel verbunden. Beim Verbinden mehrerer polarisierter piezoelektrischer
Platten ist es aber schwierig, ihre Positionen so einzustellen,
dass die Zwischenräume
zwischen benachbarten Tintenkammern an den Verbindungsabschnitten
gleich gehalten werden, was es erschwert, einen hochpräzisen Tintenstrahlkopf
zu erhalten. Ein solcher Tintenstrahlkopf und ein Verfahren zu dessen
Herstellung ist in
Ferner war unter Tintenstrahlköpfen des Teilungsmodustyps, welche Tinte durch Verformen der Tintenkammer ausstoßen, ein abgewinkelter Tintenstrahlkopf bekannt (chevron type ink jet pad), der zum Durchführen einer Hochgeschwindigkeits- und Hochqualitäts-Bildaufzeichnung erwünscht ist; gemäß dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung des abgewinkelten Kopfs aber sind polarisierte piezoelektrische Keramikplatten mit mehreren Nuten bzw. Rillen Seite an Seite angeordnet, und weitere polarisierte piezoelektrische Keramikplatten mit Nuten bzw. Rillen sind diesen überlagert und auf ihnen angeordnet, um einen Tintenstrahlkopf mit mehreren durch Trennwände unterteilten Tintenkammern zu bilden; dies erfordert eine komplizierte Herstellungsarbeit zweier piezoelektrischer Platten mit miteinander koinzidierenden Positionen (von Nuten bzw. Rillen), was es schwierig macht, einen hochpräzisen Tintenstrahlkopf zu erhalten.Further was under inkjet heads of the split mode type, which ink by deforming the ink chamber eject an angled ink jet head known (chevron type ink jet pad) to perform a high-speed and high-quality image recording is desired; according to the conventional However, methods of making the angled head are polarized piezoelectric ceramic plates with multiple grooves or grooves side arranged side by side, and further polarized piezoelectric ceramic plates with grooves or grooves are superimposed on these and arranged on them, around an ink-jet head having a plurality of partition walls To form ink chambers; this requires complicated manufacturing work two piezoelectric plates coincident with each other Positions (of grooves), which makes it difficult to one high-precision To get an ink jet head.
Abriss der ErfindungOutline of the invention
Diese Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Punkte vorgenommen, und es ist ihre Aufgabe, einen Tintenstrahlkopf und einen Tintenstrahldrucker bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Hochgeschwindigkeits- und Hochqualitäts-Bildaufzeichnung durchzuführen und die kostengünstig und hochpräzise sind, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.These Invention was made in view of the points described above, and it is their object to provide an ink jet head and an ink jet printer able to provide a high-speed and high quality image recording perform and the cost-effective and are highly precise, and a process for their preparation.
Um die oben genannten Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, schlägt diese Erfindung das Verfahren nach Anspruch 1 vor.Around to solve the above problems and to fulfill the task beats this invention provides the method of claim 1.
Da gemäß diesem Aufbau sind mehrere piezoelektrische Basisplatten, denen eine Polarisierung gegeben wird, Seite an Seite auf einer nicht-piezoelektrischen Basisplatte angeordnet, mehrere Nuten bzw. Rillen in jeder der piezoelektrischen Basisplatten vorgesehen, und es ist eine weitere nicht-piezoelektrische Basisplatte auf diesen piezoelektrischen Basisplatten vorgesehen, so dass mehrere durch Trennwände unterteilte Tintenkammern bereitgestellt werden, wobei eine Tintenkammer ohne Minderung der Positionsgenauigkeit ausgebildet werden kann und es möglich ist, einen lang dimensionierten Zeilenkopf zu erhalten, der kostengünstig ist, eine hohe Präzision aufweist und in seiner Längenrichtung langgestreckt ist; somit kann eine Hochgeschwindigkeits- und Hochqualitäts-Bildaufzeichnung durchgeführt werden.There according to this Structure are several piezoelectric base plates, which have a polarization is given, side by side on a non-piezoelectric base plate arranged, a plurality of grooves in each of the piezoelectric Base plates provided, and it is another non-piezoelectric Base plate provided on these piezoelectric base plates, so that several through partitions subdivided ink chambers are provided, wherein an ink chamber can be formed without reducing the position accuracy and it possible is to obtain a long-sized line head, which is inexpensive, a high precision and in its length direction elongated; thus, a high-speed and high-quality image recording carried out become.
Da gemäß diesem Aufbau Nuten bzw. Rillen an den Verbindungsabschnitten der mehreren piezoelektrischen Basisplatten ausgebildet sind, kann die Positionsgenauigkeit der Tintenkammer weiter verbessert werden.According to this structure, since grooves are formed at the connecting portions of the plural piezoelectric base plates, the positional accuracy of the ink chamber can be further improved become.
Da gemäß diesem Verfahren die Nuten bzw. Rillen an den Verbindungsabschnitten der mehreren piezoelektrischen Basisplatten ausgebildet werden, kann der Tintenstrahlkopf, bei dem die Positionsgenauigkeit der Tintenkammer weiter verbessert ist, hergestellt werden.There according to this Process the grooves at the connecting portions of the a plurality of piezoelectric base plates can be formed the ink jet head in which the positional accuracy of the ink chamber is further improved.
Da gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens eine piezoelektrische Basisplatte mit mindestens zwei Schichten eines piezoelektrischen Materials, die unterschiedliche, einander entgegengesetzte Polarisierungsrichtungen aufweisen, auf eine nicht-piezoelektrischen Basisplatte laminiert wird, wird die piezoelektrische Basisplatte so maschinell bearbeitet, dass sie Nuten bzw. Rillen bildet, und danach wird eine weitere, nicht-piezoelektrische Basisplatte auf den piezoelektrischen Basisplatten vorgesehen, so dass mehrere Tintenkammern, die durch Trennwände unterteilt sind, bereitgestellt werden, wobei Tintenkammern ohne Abweichung der Nuten in den piezoelektrischen Basisplatten ausgebildet werden können, und ein hochpräziser, lang dimensionierter Zeilenkopf mit geringen Kosten hergestellt werden kann.There according to a preferred embodiment this method, a piezoelectric base plate with at least two layers of a piezoelectric material containing different, have opposite polarization directions, on a non-piezoelectric base plate is laminated, the piezoelectric Base plate machined so that it grooves or grooves and then another non-piezoelectric base plate is placed on the provided piezoelectric base plates, so that several ink chambers, through partitions are provided, with ink chambers without deviation the grooves are formed in the piezoelectric base plates can, and a high-precision, long-sized line head manufactured at low cost can be.
Da gemäß einer weiteren Ausführungsform die piezoelektrischen Basisplatten aus nicht-metallischem Material hergestellt sind, kann der Tintenstrahlkopf, bei dem die Trennwände der Tintenkammer zuverlässiger verformt werden können, hergestellt werden.There according to a another embodiment the piezoelectric base plates made of non-metallic material are made, the ink jet head, wherein the partitions of the Ink chamber more reliable deformed can be getting produced.
Da gemäß einer weiteren Ausführungsform das nicht-metallische Material zumindest ein aus Tonerde, Aluminiumnitrid, Zirkonium, Silizium, Siliziumhydrid, Siliziumkarbid und Quartz ausgewähltes ist, kann der Tintenstrahlkopf, bei dem die piezoelektrischen Basisplatten zuverlässig gehaltert sind, auch wenn die Trennwände einer Tintenkammer verformt werden, hergestellt werden.There according to a another embodiment the non-metallic one Material at least one of alumina, aluminum nitride, zirconium, Silicon, silicon hydride, silicon carbide and quartz is selected, For example, the ink jet head in which the piezoelectric base plates reliable are held, even if the partitions of an ink chamber deformed will be produced.
Da gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Oberflächenrauhigkeit der gebondeten Oberflächen zwischen der nicht-piezoelektrischen Basisplatte und den piezoelektrischen Basisplatten nicht größer als 1,0 μm ist, kann der Tintenstrahlkopf hergestellt werden, bei dem es möglich ist, ein Eindringen eines weichen hochmolekularen Klebemittels (beispielsweise Epoxyharz) in die konkaven Abschnitte auf den Verbindungsflächen zu verhindern, die Schichtdicke des Klebemittels praktisch auf ein Minimum begrenzt werden, und bei dem es möglich ist, eine Verringerung der Sensibilität und den Anstieg der elektrischen Spannung aufgrund der Minderung der Antriebskraft der piezoelektrischen Basisplatten zu vermeiden.There according to a another embodiment a surface roughness the bonded surfaces between the non-piezoelectric base plate and the piezoelectric Base plates not larger than 1.0 μm, can the inkjet head be made where it is possible penetration of a soft high molecular weight adhesive (e.g. Epoxy resin) into the concave portions on the bonding surfaces prevent the layer thickness of the adhesive practically on one Minimum, and where it is possible a reduction the sensitivity and the increase in electrical voltage due to the reduction to avoid the driving force of the piezoelectric base plates.
Da gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Oberflächenrauhigkeit der Verbindungsflächen zwischen piezoelektrischen Materialien der piezoelektrischen Basisplatten bei mindestens zwei Schichten des piezoelektrischen Materials nicht größer als 1,0 μm ist, kann ein Tintenstrahlkopf hergestellt werden, bei dem es möglich ist, ein Eindringen eines weichen hochmolekularen Klebemittels (beispielsweise Epoxyharz) in die konkaven Abschnitte auf den Verbindungsflächen zu vermeiden, die Schichtdicke des Klebemittels praktisch auf ein Minimum zu begrenzen, und eine Verringerung der Sensibilität und den Anstieg der elektrischen Spannung aufgrund der Minderung der Antriebskraft der piezoelektrischen Basisplatten zu vermeiden.There according to a another embodiment a surface roughness the connecting surfaces between piezoelectric materials of the piezoelectric base plates not at least two layers of the piezoelectric material greater than 1.0 μm, An ink jet head can be made in which it is possible to penetration of a soft high molecular weight adhesive (e.g. Epoxy resin) into the concave portions on the bonding surfaces Avoid the layer thickness of the adhesive practically to a minimum limit, and a reduction in sensitivity and the Increase in the electrical voltage due to the reduction of the driving force to avoid the piezoelectric base plates.
Da gemäß einer weiteren Ausführungsform die Verbindungsflächen zwischen der piezoelektrischen Basisplatte und den piezoelektrischen Basisplatten einer Plasmabehandlung oder einer UV-Behandlung unterzogen werden, kann der Tintenstrahlkopf, bei dem organische Verunreinigungen gesäubert und entfernt werden können und die Benetzungsfähigkeit der Oberflächen für das Klebemittel über der gesamten Oberfläche verbessert ist, um eine mangelhafte Verbindung, wie z.B. das Verbleiben winziger Bläschen zu eliminieren, und bei dem infolgedessen ein mangelhafter Antrieb für die piezoelektrischen Basisplatten eliminiert werden kann, hergestellt werden.There according to a another embodiment the connecting surfaces between the piezoelectric base plate and the piezoelectric Base plates subjected to a plasma treatment or a UV treatment can, the inkjet head, in which organic contaminants cleaned and can be removed and wetting ability the surfaces for the Adhesive over the entire surface is improved to prevent a defective connection, such as the stay tiny bubbles as a result, a defective drive for the piezoelectric base plates can be eliminated become.
Da gemäß einer weiteren Ausführungsform die Verbindungsflächen zwischen piezoelektrischen Materialschichten der piezoelektrischen Basisplatten mit mindestens zwei Schichten des piezoelektrischen Materials einer Plasmabehandlung oder einer UV-Behandlung unterzogen werden, kann der Tintenstrahlkopf, bei dem organische Verunreinigungen gesäubert und entfernt werden können und die Benetzungsfähigkeit der Oberflächen für das Klebemittel über der gesamten Oberfläche verbessert wird, um eine schwache Verbindung, bei der winzige Bläschen übrig bleiben, zu eliminieren, weswegen ein mangelhafter Antrieb für die piezoelektrischen Basisplatten eliminiert werden kann, hergestellt werden.There according to a another embodiment the connecting surfaces between piezoelectric material layers of the piezoelectric material Base plates with at least two layers of piezoelectric Material subjected to a plasma treatment or a UV treatment can, the inkjet head, in which organic contaminants cleaned and can be removed and wetting ability the surfaces for the Adhesive over the entire surface improved to a weak connection, leaving tiny bubbles, to eliminate, therefore, a poor drive for the piezoelectric Base plates can be eliminated, produced.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigen:It demonstrate:
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed description of the preferred embodiments
Im folgenden werden der Tintenstrahlkopf, der Tintenstrahldrucker sowie das Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahlkopfs und des Tintenstrahldruckers dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen erläutert; der Modus dieser Erfindung ist jedoch auf die Ausführungsformen begrenzt.in the The following are the inkjet head, the inkjet printer as well the method of manufacturing the ink jet head and the ink jet printer of this invention explained with reference to the embodiments; of the Mode of this invention, however, is limited to the embodiments.
Ein
Tintenstrahlkopf
Elektroden
Ferner
kann eine Elektrode auch als eine der nicht-piezoelektrischen Basisplatten
Bei
diesem Tintenstrahlkopf
Da
auf diese Weise die Tintenkammer
Wie
in
Auf
diese Weise kann durch Aufbringen der piezoelektrischen Basisplatte
Bei
der Herstellung des Tintenstrahlkopfs dieser Erfindung wird die
Tintenkammer
Ferner
kann, wie in
Auf
diese Weise kann durch Zusammenkleben der unteren nicht-piezoelektrischen
Basisplatte
Ferner
kann, wie in
In
der Ausführungsform
in
Die
Luftkammer
Ferner
hat gemäß
Ferner
hat gemäß
Ferner
kann der Tintenstrahlkopf
Bei
dem in
Bei
dem in
Wie
vorstehend beschrieben wurde, haben bei den in
Der
Tintenstrahlkopf
Auf
diese Weise kann es, wenn die polarisierten piezoelektrischen Basisplatten
Danach
werden die Elektroden
Für diesen
Tintenstrahlkopf
Wie
vorstehend beschrieben wurde, hat der Tintenstrahlkopf
Ferner
können,
wie im Herstellungsprozess des Tintenstrahlkopfs in
Bei
diesem Tintenstrahlkopf
Bei
der in
In dieser Erfindung kann, da bei der piezoelektrischen Basisplatte das Material der Basisplatte nicht beschränkt ist, eine aus organischem Material gefertigte Basisplatte verwendet werden, es ist jedoch eine aus nicht-metallischem piezoelektrischem Material gefertigte Basisplatte erwünscht, was diese aus nicht-metallischem piezoelektrischen Material gefertigte Platte betrifft, so kann beispielsweise eine durch Prozesse wie Formgebung und Brennen gebildete Keramikplatte oder eine ohne die Notwendigkeit der Formgebung und des Brennens gebildete Platte angeführt werden. Als organisches Material kann ein organisches Polymer oder ein Hybridmaterial aus einem organischen Polymer und anorganischem Material verwendet werden.In This invention can because of the piezoelectric base plate the material of the base plate is not limited, one of organic Material-made base plate can be used, it is however a made of non-metallic piezoelectric material Base plate desired, what this made of non-metallic piezoelectric material For example, one plate may be affected by processes such as shaping and burning formed ceramic plate or one without the need of the molding and firing plate. As the organic material may be an organic polymer or a hybrid material made of an organic polymer and inorganic material become.
Ferner können als Keramikmaterial PZT (PbZrO3-PbTiO3) und PZT mit einem dritten Additiv angeführt werden und als drittes Additiv können Pb (Mg1/2Nb2/3)O3, Pb (Mn1/2Sb2/3)O3 und Pb (CO1/2Nb2/3)O3 angeführt werden. Ferner kann die Keramikplatte auch unter Verwendung von BaTiO3, ZnO, LiNbO3, LiTaO3 usw. gebildet werden.Further, as a ceramic material, PZT (PbZrO 3 -PbTiO 3 ) and PZT may be cited with a third additive, and as the third additive, Pb (Mg 1/2 Nb 2/3 ) O 3 , Pb (Mn 1/2 Sb 2/3 ) O 3 and Pb (CO 1/2 Nb 2/3 ) O 3 . Further, the ceramic plate may also be formed using BaTiO 3 , ZnO, LiNbO 3 , LiTaO 3 , etc.
Als Platte, die ohne die Notwendigkeit der Formgebung und des Brennens gebildet wird, kann beispielsweise eine Platte angegeben werden, die durch ein Sol-Gel-Verfahren oder ein Verfahren der Beschichtung eines Substrats durch Aufeinanderstapeln von Schichten gebildet ist. Gemäß dem Sol-Gel-Verfahren wird das Sol durch Zusetzen von Wasser, einer Säure oder eines Alkali zu einer gleichmäßigen Lösung mit einer vorbestimmten chemischen Zusammensetzung zubereitet, um eine chemische Reaktion, wie z.B. eine Hydrolyse, zu induzieren. Ferner wird durch Anwendung des Prozesses wie beispielsweise eines Verdampfens des Lösemittels und Kühlens das Sol zubereitet, das Mikropartikel der objektiven Zusammensetzung oder der Vorläufer darin dispergierten nicht-metallischen anorganischen Mikropartikel aufweist, womit die Platte hergestellt werden kann. Zusätzlich zu der Möglichkeit des Zusetzens einer winzigen Menge einer unterschiedlichen Art des Elements, kann eine Verbindung mit einer gleichmäßig chemischen Zusammensetzung durch dieses Verfahren erzielt werden. Als Startmaterial wird ein wasserlösliches Metallsalz, wie z.B. Natriumsilikat oder metallisches Alkoxyd verwendet. Ein metallisches Alkoxyd ist eine Verbindung, die durch eine allgemeine Formel M(OR)n ausgedrückt ist, sie wird leicht hydrolisiert, da das OR-Radikal eine stark basische Eigenschaft aufweist, und wird in ein Metalloxyd oder ein Hydrat hiervon durch einen Kondensierungsprozess als organische hochmolekulare Verbindung verwandelt.As a plate formed without the need for molding and firing, for example, a plate formed by a sol-gel method or a method of coating a substrate by stacking layers may be given. According to the sol-gel method, the sol is prepared by adding water, an acid or an alkali into a uniform solution having a predetermined chemical composition to induce a chemical reaction such as hydrolysis. Further, by using the process such as evaporating the solvent and cooling, the sol is prepared having microparticles of the objective composition or precursors of non-metallic inorganic microparticles dispersed therein, whereby the plate can be produced. In addition to the possibility of adding a minute amount of a different type of element, a compound having a uniform chemical composition can be achieved by this method. The starting material used is a water-soluble metal salt, such as, for example, sodium silicate or metallic alkoxide. A metallic alkoxide is a compound expressed by a general formula M (OR) n , it is easily hydrolyzed because the OR radical has a strongly basic property, and it becomes a metal oxide or a hydrate thereof by a condensation process as organic transformed high molecular compound.
Ferner gibt es ein Verfahren des Aufdampfens aus der Dampfphase als Verfahren des Beschichtens eines Substrats durch Schichtenbildung; die Verfahren zur Zubereitung einer keramischen Platte aus der Dampfphase werden in zwei Verfahrensarten unterteilt, und zwar Aufdampfverfahren durch physikalische Mittel und Verfahren durch eine chemische Reaktion in der Dampfphase oder auf der Oberfläche der Platte. Ferner werden die physikalischen Aufdampfverfahren in das Vakuum-Aufdampfverfahren, das Sputter-Verfahren, das Ionenplattier-Verfahren etc. unterteilt, und als chemische Verfahren können das chemische Aufdampfverfahren (CVD), das Plasma-CVD-Verfahren etc. angeführt werden. Das Vakuum-Aufdampfverfahren als physikalisches Aufdampfverfahren (PVD) ist ein Verfahren, bei dem das Zielmaterial in einem Vakuum erwärmt wird, um zu verdampfen, und der Dampf verfestigt wird, um sich auf der Oberfläche eines Substrats abzulagern, und das Sputterverfahren ist ein Verfahren, welches die Sputtererscheinung anwendet, bei der Hochenergiepartikel zum Kollidieren mit dem Zielmaterial (Ziel) gebracht werden, und die Atome oder Moleküle auf der Zieloberfläche ein Moment mit den kollidierten Molekülen austauschen, um aus der Oberfläche heraus katapultiert zu werden. Ferner ist das Ionenplattier-Verfahren ein Verfahren, bei dem das Aufdampfen in einer ionisierten Gasumgebung erfolgt. Ferner wird bei dem CVD-Verfahren die Verbindung, die Atome, Moleküle oder Ionen aufweist, um den Zielfilm zu bilden, verdampft und in den Reaktionsbereich durch ein geeignetes Trägergas eingeleitet, wo sie zur Reaktion mit einem erwärmten Substrat gebracht werden oder durch Reaktion auf diesem abgelagert werden, um einen Film zu bilden; bei dem Plasma-CVD-Verfahren wird der Dampfphasenzustand durch die Energie eines Plasmas erzeugt, und ein Film wird durch eine chemische Dampfphasenreaktion in einem vergleichsweise niedrigen Temperaturbereich von 400-500°C abgelagert. In dieser Erfindung ist bei der nicht-piezoelektrischen Basisplatte das Material der Basisplatte nicht eingeschränkt, und es kann eine Basisplatte verwendet werden, die aus organischem Material hergestellt ist, es ist aber eine Basisplatte erwünscht, die aus einem nicht-metallischen nicht-piezoelektrischen Material hergestellt ist; als aus einem nicht-metallischen nicht-piezoelektrischen Material gefertigte Platte kann beispielsweise ein Material verwendet werden, das aus Tonerde, Aluminiumnitrit, Zirkonium, Silizium, Siliziumhydrid, Siliziumcarbid und Quartz ausgewählt ist.Further, there is a vapor phase vapor deposition method as a method of coating a substrate by layering; the processes for preparing a ceramic vapor phase plate are subdivided into two types of processes, namely physical vapor deposition and chemical vapor reaction or surface treatment. Further, the physical vapor deposition methods are divided into the vacuum evaporation method, the sputtering method, the ion plating method, etc., and as the chemical methods, the chemical vapor deposition method (CVD), the plasma CVD method, etc. can be cited. The physical vapor deposition (PVD) vapor deposition method is a method in which the target material is heated in a vacuum to vaporize and the vapor is solidified to deposit on the surface of a substrate, and the sputtering method is a method of which applies the sputtering phenomenon in which high energy particles are made to collide with the target material (target), and the atoms or molecules on the target surface momentarily exchange with the collided molecules to be catapulted out of the surface. Further, the ion plating process is a process in which vapor deposition occurs in an ionized gas environment. Further, in the CVD method, the compound having atoms, molecules or ions to form the target film is vaporized and introduced into the reaction region by a suitable carrier gas, where they are reacted with a heated substrate or by reaction thereto be deposited to form a film; In the plasma CVD method, the vapor phase state is generated by the energy of a plasma, and a film is deposited by a chemical vapor phase reaction in a comparatively low temperature range of 400-500 ° C. In this invention, in the non-piezoelectric base plate, the material of the base plate is not limited and may be a base plate made of organic material, but a base plate made of a non-metallic non-piezoelectric material is desired; As a plate made of a non-metallic non-piezoelectric material, for example, a material selected from alumina, aluminum nitrite, zirconium, silicon, silicon hydride, silicon carbide and quartz may be used.
Als diese nicht-piezoelektrischen Basisplatte gibt es eine Keramikplatte, die durch Prozesse wie Formgebung und Brennen gebildet wird, ein Platte, die ohne die Notwendigkeit der Formgebung und des Brennens gebildet wird, usw. Für die durch diese Verfahren, wie z.B. Brennen, gebildete Keramikplatte können beispielsweise Al2O3, SiO2, eine Mischung aus diesen sowie eine geschmolzene Mischung aus diesen und außerdem ZrO2, BeO, AlN, SiC etc. verwendet werden. Als organisches Material kann ein organisches Polymer oder ein Hybridmaterial aus einem organischen Polymer und anorganischem Material eingesetzt werden.As this non-piezoelectric base plate, there is a ceramic plate formed by processes such as shaping and firing, a plate formed without the need for molding and firing, etc. For the ceramic plate formed by these methods such as firing For example, Al 2 O 3 , SiO 2 , a mixture of these, and a molten mixture of these and also ZrO 2 , BeO, AlN, SiC, etc. may be used. As the organic material, an organic polymer or a hybrid material of an organic polymer and inorganic material may be used.
Im folgenden werden die physikalischen Eigenschaftswerte der nicht-piezoelektrischen Basisplatte und der piezoelektrischen Basisplatte beschrieben.in the Following are the physical property values of non-piezoelectric Base plate and the piezoelectric base plate described.
Die Dichte [g/cm2] der piezoelektrischen Basisplatte sollte wunschgemäß 3 bis 10, und die Dichte [g/cm2] Volumen der nicht-piezoelektrischen Basisplatte sollte 0,8 bis 10 betragen. Das Young'sche Modul oder der Elastizitätskoeffizient [GPa] der piezoelektrischen Basisplatte sollte 50 bis 200 betragen, und das Young'sche Modul [GPa] der nicht-piezoelektrischen Basisplatte sollte 100 bis 400 betragen.The density [g / cm 2 ] of the piezoelectric base plate should be 3 to 10 as desired, and the density [g / cm 2 ] of the volume of the non-piezoelectric base plate should be 0.8 to 10. The Young's modulus or elastic coefficient [GPa] of the piezoelectric base plate should be 50 to 200, and the Young's modulus [GPa] of the non-piezoelectric base plate should be 100 to 400.
Der Wärmedehnungskoeffizient [ppm/deg] der piezoelektrischen Basisplatte sollte 7 bis 8 betragen und der Wärmedehnungskoeffizient [ppm/deg] der nicht-piezoelektrischen Basisplatte sollte 0,6 bis 7 betragen.Of the Thermal expansion coefficient [ppm / deg] of the piezoelectric base plate should be 7 to 8 and the thermal expansion coefficient [ppm / deg] of the non-piezoelectric Base plate should be 0.6 to 7.
Die Wärmeleitfähigkeit [W/cm × deg] der piezoelektrischen Basisplatte sollte 0,005 bis 0,1 und die Wärmeleitfähigkeit [W/cm × deg] der nicht-piezoelektrischen Basisplatte sollte 0,03 bis 0,3 betragen.The thermal conductivity [W / cm × deg] The piezoelectric base plate should be 0.005 to 0.1 and the thermal conductivity [W / cm × deg] of the non-piezoelectric base plate should be 0.03 to 0.3.
Die Dielektrizitätskonstante der piezoelektrischen Basisplatte sollte 1000 bis 4000, und die Dielektrizitätskonstante der nicht-piezoelektrischen Basisplatte sollte 4 bis 100 betragen.The permittivity The piezoelectric base plate should be 1000 to 4000, and the permittivity The non-piezoelectric base plate should be 4 to 100.
Die Härte [Hv 1,0/GPa] der piezoelektrischen Basisplatte sollte 2 bis 10, und die Härte [Hv 1,0/GPa] der nicht-piezoelektrischen Basisplatte sollte 2 bis 20 betragen.The Hardness [Hv 1.0 / GPa] of the piezoelectric base plate should be 2 to 10, and the hardness [Hv 1.0 / GPa] of non-piezoelectric Base plate should be 2 to 20.
Die Festigkeit [KgF/cm2] gegenüber einer Verbiegung der piezoelektrischen Basisplatte sollte 5000 bis 2000, und die Festigkeit [KgF/cm2] gegenüber einer Verbiegung der nicht-piezoelektrischen Basisplatte sollte 3000 bis 9000 betragen.The strength [KgF / cm 2 ] against bending of the piezoelectric base plate should be 5000 to 2000, and the strength [KgF / cm 2 ] against bending of the non-piezoelectric base plate should be 3000 to 9000.
Der Volumenwiderstand der piezoelektrischen Basisplatte [Ω × cm] sollte 0,5 bis 10, und der Volumenwiderstand der nicht-piezoelektrischen Basisplatte [Ω × cm] sollte 7 bis 10 betragen.Of the Volume resistivity of the piezoelectric base plate [Ω × cm] should be 0.5 to 10, and the volume resistivity of the non-piezoelectric Base plate [Ω × cm] should 7 to 10 amount.
Ferner sollte die Oberflächenrauhigkeit [Ra] der an dem Abschnitt zwischen der nicht-piezoelektrischen Basisplatte und der piezoelektrischen Basisplatte zu verbindenden Oberflächen wunschgemäß nicht größer als 1,0 μm sein, noch besser nicht größer als 0,3 μm sein, und am besten nicht größer als 0,1 μm sein. Die Oberflächenrauhigkeit [Ra] wird so erhalten, dass die nicht-piezoelektrische Basisplatte und die piezoelektrische Basisplatte abgelöst werden, eine Oberflächenrauhigkeit für jede abgelöste Oberfläche der nicht-piezoelektrischen Basisplatte und der piezoelektrischen Basisplatte gemessen wird, und die Oberflächenrauhigkeit [Ra] als Durchschnittswert der Messwerte erhalten wird. Falls die Oberflächenrauhigkeit der zu verbindenden Oberflächen 1,0 μm überschreitet, tritt eine große Menge des weichen hochmolekularen Klebemittels (beispielsweise eines Epoxyharzes) zwischen die zu verbindenden Oberflächen ein, was die Antriebskraft der Platte des nicht-metallischen anorganischen piezoelektrischen Materials verringert und eine Minderung der Sensibilität und den Anstieg elektrischer Spannung mit sich bringt; dies ist nicht erwünscht.Further should the surface roughness [Ra] at the portion between the non-piezoelectric base plate and surfaces to be bonded to the piezoelectric base plate are desired to be not larger than 1.0 μm, even better not bigger than 0.3 μm, and preferably not larger than 0.1 microns. The surface roughness [Ra] is obtained so that the non-piezoelectric base plate and the piezoelectric base plate are peeled off, a surface roughness for every detached surface the non-piezoelectric base plate and the piezoelectric base plate is measured, and the surface roughness [Ra] is obtained as an average value of the measured values. if the surface roughness the surfaces to be joined Exceeds 1.0 μm, occurs a big one Amount of soft high molecular weight adhesive (for example, a Epoxy resin) between the surfaces to be joined, what the driving force the plate of non-metallic inorganic piezoelectric Reduced material and a reduction in sensitivity and the Increase in electrical voltage brings with it; this is not wanted.
Die
Beziehung zwischen der Oberflächenrauhigkeit
[Ra] der zu verbindenden Oberflächen
der nicht-piezoelektrischen Basisplatte und der piezoelektrische
Basisplatte sowie der Antriebsspannungswert ist in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
In Tabelle 1 gibt AA den Fall an, bei dem kein weiches hochmolekulares Klebemittel (beispielsweise ein Epoxyharz) in die konkaven Abschnitte auf den gebondeten Oberflächen eindringt, die Antriebsspannung niedrig ist und eine Einsparung an elektrischer Energie erfolgt, A gibt den Fall an, bei dem eine geringe Menge des Klebemittels eindringt, und C gibt den Fall an, bei dem eine große Menge des Klebemittels eindringt.In Table 1 gives AA the case where no soft high molecular weight Adhesive (for example, an epoxy resin) in the concave portions on the bonded surfaces penetrates, the drive voltage is low and a saving takes place at electrical energy, A indicates the case in which a small amount of the adhesive penetrates, and C indicates the case where a big one Amount of adhesive penetrates.
Ferner werden die zu verbindenden Oberflächen der nicht-piezoelektrischen Basisplatte und der piezoelektrischen Basisplatte einer Plasmabehandlung oder einer UV-Behandlung unterzogen. Die Plasmabehandlung ist eine Behandlung, bei der eine nicht-piezoelektrische Basisplatte oder eine piezoelektrische Basisplatte in eine Vakuumkammer eingebracht wird und irgendeines oder Gasgemisch von zwei oder mehr von Ar, N2 und O2 eingeleitet wird und durch eine elektromagnetisches Feld in den Plasmazustand versetzt wird, das durch eine äußere Energiequelle angelegt wird, wobei ein fluorisiertes Kohlenwasserstoffgas, wie z.B. CF4-Gas in geeigneter Weise eingesetzt werden kann, um die Ätzleistung der Oberfläche zu verbessern. Ferner erfolgt bei der UV-Behandlung ein Prozess, bei dem der ultraviolette Strahl von einer UV-Licht emittierenden Lampe direkt auf die nicht-piezoelektrische Basisplatte oder die piezoelektrische Basisplatte aufgebracht wird, und er kann in geeigneter Weise in der O2-Atmosphäre vorgenommen werden, um den Reinigungseffekt durch Ozon zu bewirken.Further, the surfaces to be bonded of the non-piezoelectric base plate and the piezoelectric base plate are subjected to a plasma treatment or a UV treatment. The plasma treatment is a treatment in which a non-piezoelectric base plate or a piezoelectric base plate is placed in a vacuum chamber and any or mixed gas of two or more of Ar, N 2 and O 2 is introduced and is plasma-changed by an electromagnetic field which is applied by an external energy source, wherein a fluorinated hydrocarbon gas such as CF 4 gas can be suitably used to improve the etching performance of the surface. Further, in the ultraviolet treatment, there is a process in which the ultraviolet ray from a UV light emitting lamp is directly applied to the non-piezoelectric base plate or the piezoelectric base plate, and can be suitably carried out in the O 2 atmosphere to effect the cleaning effect by ozone.
Durch Anwenden einer Plasmabehandlung und einer UV-Behandlung der zu bondenden Oberfläche auf diese Weise kann eine Verunreinigung durch organische Substanzen bereinigt und entfernt werden, und eine schwache Verbindung, wie durch restliche Mikroblasen, kann aufgrund der verbesserten Benetzbarkeit über die gesamte Oberfläche des Klebemittels eliminiert werden; daher kann ein unzureichender Antrieb der piezoelektrischen Basisplatte vermieden werden, und stabile Tintenstrahlköpfe können hergestellt werden.By Apply a plasma treatment and a UV treatment of the to be bonded Surface on this way can be contamination by organic substances be cleaned up and removed, and a weak connection, like by remaining microbubbles, due to the improved wettability over the entire surface the adhesive are eliminated; therefore, an inadequate Drive the piezoelectric base plate can be avoided, and stable inkjet heads can getting produced.
Übrigens werden in dem Tintenstrahlkopf des Schermodus dieser Art eine Tintenkammer und eine Luftkammer alternierend an einem polarisierten piezoelektrischen Element durch Ausbilden von Nuten bzw. Rillen gebildet, und Elektroden werden auf den Seiten beider Wände an der Tintenkammer und der Luftkammer vorgesehen, die Elektrodenoberfläche wird isoliert und eine Spannung wird an jede Elektrode angelegt, so dass Wände der Tintenkammer einer Scherverformung unterliegen, um Tinte über eine Öffnung auszustoßen. Da diese Druckbeaufschlagungskammer und Tintenkammer massiv durch piezoelektrische Keramikstoffe gebildet werden, ist der Aufbau des Kopfs extrem einfach. Da außerdem die Tintenkammer aus Keramikstoff hergestellt ist, wird sie durch die Tinte nicht beschädigt, die Festigkeit bzw. Widerstandsfähigkeit der Tintenkammer ist hoch und der Aufbau ist einfach und fest, was einen für hohe Dichten geeigneten Tintenstrahlkopf ergibt.by the way become an ink chamber in the shear mode ink jet head of this type and an air chamber alternately on a polarized piezoelectric Element formed by forming grooves, and electrodes be on the sides of both walls provided on the ink chamber and the air chamber, the electrode surface is isolated and a voltage is applied to each electrode so that walls of the Under shear of the ink chamber to expel ink through an opening. There this pressurization chamber and ink chamber solid by piezoelectric Ceramics are formed, the construction of the head is extremely simple. There as well The ink chamber is made of ceramic material, it is through the ink is not damaged, the strength or resistance the ink chamber is high and the construction is simple and solid, which one for high density suitable inkjet head results.
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