DE9321540U1 - Tintenstrahlaufzeichnungskopf - Google Patents

Description

TINTENS TRAHLATJF ZETCHNUNGSKOPF

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf.

Es ist ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf bekannt, bei dem piezoelektrische Transducer an Membrane gekoppelt sind, die Wände entsprechender Tintendruckkammern bilden, wobei die Verschiebung der piezoelektrischen Transducer das Volumen der Druckkammern verändert, um dadurch Tintentropfen auszustoßen. Ein solcher Aufzeichnungskopf weist den Vorteil auf, daß die Verschiebung der Membrane durch die piezoelektrischen Transducer über einen verhältnismäßig großen Bereich der Druckkammern stattfindet und somit Tintentropfen stabil gebildet werden können.

Der Aufzeichnungskopf weist jedoch nach wie vor den Nachteil auf, daß, da Tintentropfen in eine Richtung senkrecht zu der Verschiebungsrichtung der Membran ausgestoßen werden, der Aufzeichnungskopf unvermeidlich große Abmessungen in Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Aufzeichnungsblatts aufweist und somit der Schlitten, der den Aufzeichnungskopf trägt und transportiert, und seine zugehörigen Bauelemente ebenso unvermeidlich große Abmessungen in dieser Richtung aufweisen.

Zur Behebung der zuvor beschriebenen Schwierigkeit wurde ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf vorgeschlagen, zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. Sho. 62-111758, bei dem Druckerzeugungsmittel einschließlich Membrane und Tintenflußpfadbildungsmittel in einer geschichteten Konstruktion ausgebildet sind, und Düsenöffnungen in einer Reihe vorgesehen sind, die sich parallel zu der Verschiebungsrichtung der Membran erstreckt, um dadurch die Dicke des Aufzeichnungskopfs zu verringern. Das heißt, der Aufzeichnungskopf weist eine schichtenförmige Struktur auf.

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Die schichtenförmige Struktur ist insofern vorteilhaft, als der Aufzeichnungskopf miniaturisiert werden kann und unter Verwendung eines einfachen Verfahrens zum Verbinden der durch Pressen oder Ätzen gebildeten Plattenelemente hergestellt werden kann.

Bei dem Herstellungsverfahren zur Erzeugung des Aufzeichnungskopfs wird ein Haftmittel zur Verbindung der Plattenelemente verwendet. Während der Herstellung kann jedoch manchmal das Haftmittel in kleine Löcher fließen, welche in den Plattenelementen Tintenflußpfade bilden, wodurch deren Tintenflußwiderstand verändert wird und die Zuverlässigkeit des Betriebs des Aufzeichnungskopfs herabgesetzt wird. Da die piezoelektrischen Transducer an der Membran mit einem Haftmittel oder durch Ätzen oder Laserschweißen befestigt werden müssen, erfordert ferner die Herstellung des Aufzeichnungskopf s viel Zeit und Arbeitskraft.

Zur Behebung der zuvor beschriebenen Schwierigkeiten wurde ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf vorgeschlagen, zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. Sho. 63-149159, dessen Herstellung die schichtenförmige Anordnung von abwechselnd keramischen Platten in einem halbfesten Zustand, die den Anforderungen entsprechend zur Bildung von Flußpfadelementen geformt sind, und piezoelektrischen Transducern eines auf dem anderen, und das anschließende Brennen der Struktur umfaßt. Das heißt, der Aufzeichnungskopf wird ohne separaten Schritt zur Befestigung der piezoelektrischen Transducer hergestellt. Das Verfahren ist jedoch nach wie vor nachteilig, da keine Verringerung in der Dicke des Aufzeichnungskopfs erzielt wird, da die Düsenöffnungen sich in eine Richtung senkrecht zu der Verschiebungsrichtung der Membran, ähnlich wie bei dem zuvor beschriebenen Aufzeichnungskopf, erstrecken.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf zu schaffen, der die obenge-

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nannten Nachteile nicht aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Aktuatoreinheit für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Einzelheiten der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Die Ansprüche sind als ein erster Weg zur Definition der Erfindung in allgemeinen Worten zu verstehen.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, bei dem piezoelektrische Transducer, die in Teilen der Druckkammern vorgesehen sind, die mit Düsenöffnungen in Verbindung stehen, die Druckkammern zur Bildung von Tintentropfen zusammenpressen, und insbesondere einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der dadurch gebildet ist, daß eine Düsenplatte, Druckkammerbildungsmittel und eine Vibrationsplatte übereinander angeordnet sind.

In Anbetracht des Vorerwähnten besteht ein Aspekt der Erfindung darin, einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf zu schaffen, bei dem die Exaktheit des Zusammenbaus in der Herstellung verbessert wird, die Anzahl der zur Verbindung der entsprechenden Elemente erforderlichen Schritte auf ein Minimum reduziert ist und die Düsenöffnungen parallel zu der Verschiebungsrichtung der Membrane vorgesehen sind, um die Dicke des Aufzeichnungskopfs zu verringern.

Zur Realisierung der obengenannten Aspekte der Erfindung wird ein erfindungsgemäßer mehrschichtiger Tintenstrahlaufzeichnungskopf erfindungsgemäß wie folgt hergestellt: Ein erstes Plattenelement aus Keramik, das ein Vibrationselement mit piezoelektrischen Transducern an seiner Oberfläche bildet, ein erstes Abstandselement aus Keramik mit einer Mehrzahl von darin ausgebildeten Durchgangslöchern, welche Druckkammern bilden, und ein Deckelelement mit darin ausgebildeten Durchgangslöchern,

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durch welche die Druckkammern mit einem Reservoir in Verbindung stehen, werden miteinander zur Bildung einer Druckerzeugungseinheit derart verbunden, daß das erste Plattenelement auf einer Oberfläche des ersten Abstandselements angeordnet ist und das Deckelelement dichtend auf der anderen Oberfläche des Abstandselements positioniert ist. Ein Tintenzufuhrelement, das aus einer Metallplatte hergestellt ist, mittels eines Flußpfads mit einem Tintentank verbunden ist und Durchgangslöcher aufweist, durch welche die Druckkammern mit Düsenöffnungen in Verbindung stehen und das Reservoir mit den Druckkammern in Verbindung steht, ein zweites Abstandselement mit Durchgangslöchern, durch welche die Druckkammern mit dem Reservoir und den Düsenöffnungen in Verbindung stehen, und ein Düsenplattenelement, in dem die Düsenöffnungen ausgebildet sind, werden derart zur Bildung einer Flußpfadeinheit miteinander verbunden, daß das Tintenzufuhrelement an einer Oberfläche des zweiten Abstandselements angeordnet ist und das Düsenplattenelement fest auf der anderen Oberfläche des zweiten Abstandselements positioniert ist. Die äußere Oberfläche des Deckelelements in der Druckerzeugungseinheit ist mit der äußeren Oberfläche des Tintenzufuhrelements in der Flußpfadeinheit mit einem makromolekularen Haftmittel verbunden .

In der Druckerzeugungseinheit, die aus Keramik hergestellt ist, sind kleine Durchgangslöcher in dem Abstandselement ausgebildet, wodurch der Herstellungsschritt zum Verbinden des Vibrationselements, des Abstandselements und des Deckelelements vereinfacht wird und ein Austreten von Tinte aus der Einheit, auf welche hoher Druck ausgeübt wird, wirksam verhindert wird. Die Flußpfadeinheit, die aus Metall hergestellt ist, weist ein verhältnismäßig großes Durchgangsloch zur Bildung des Reservoirs in dem Abstandselement auf, und ihre Abmessungsgenauigkeit ist daher hoch. Die Druckerzeugungseinheit und die Flußpfadeinheit sind mittels einer makromolekularen Haftmittelschicht verbunden,

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so daß der Unterschied in der Wärmeausdehnung zwischen den beiden Einheiten, die, wie zuvor beschrieben, aus verschiedenen Materialien bestehen, aufgenommen werden kann.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen mehrschichtigen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung konstruiert ist, zeigt;

Fig. 2 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Aufzeichnungskopfs;

Fig. 3 ist ein erklärendes Diagramm, das die Positionsverhältnisse zwischen den Druckkammern in dem Aufzeichnungskopf zeigt;

Fig. 4 ist ein erklärendes Diagramm, das die Position eines piezoelektrischen Transducers in dem Aufzeichnungskopf zeigt;

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Positionsverhältnisse zwischen piezoelektrischen Transducern und Elektroden in dem Aufzeichnungskopf zeigt;

Fig. 6. ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 5, welche die Struktur des piezoelektrischen Transducers zeigt, der auf einer Membran in dem Aufzeichnungskopf befestigt ist;

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufzeichnungskopf darstellt;

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, welche die hintere Struktur des Aufzeichnungskopfs zeigt;

Fig. 9(a) und 9 (b) stellen einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 9(A) dar, die den

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Aufzeichnungskopf beim Ausstoßen eines Tintentropfens zeigen;

Fig. 10(1) bis 10(V) sind Schnittansichten zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines mehrschichtigen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs gemäß der Erfindung;

Fig. 11 ist eine in Einzelteile aufgelöste Darstellung zur Beschreibung eines Schrittes zur Verbindung der Platten zur Bildung einer Flußpfadeinheit; und

Fig. 12 (a) und 12 (b) sind Diagramme, die eine Haftmittelschicht zeigen, durch welche die Flußpfadeinheit mit einer Druckerzeugungseinheit verbunden ist.

Es werden nun bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 und 2 stellen eine Querschnittsansicht bzw. eine in Einzelteile aufgelöste, perspektivische Ansicht dar, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines mehrschichtigen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs zeigen, der gemäß der Erfindung konstruiert ist. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Abstandselement, das aus einer keramischen Platte aus Zirconiumdioxid (ZrC>2) oder dergleichen mit einer Dicke von 150 &mgr;&pgr;&igr; hergestellt ist. Das Abstandselement 1 weist eine Anzahl von länglichen Löchern auf, die in vorgegebenen Abständen darin ausgebildet sind, wodurch Druckkammern 2 gebildet werden. Jedes der länglichen Löcher 2 weist ein Endteil auf, das über einem Reservoir 21 angeordnet ist, wie in Fig. 3 dargestellt, wobei das andere Endteil über einer Düsenöffnung 31 angeordnet ist. Eine Membran 4 ist fest an einer Oberfläche des Abstandselements 1 befestigt. Die Membran 4 besteht aus einem Material, das, wenn es gemeinsam mit dem Abstandselement 1 gebrannt wird, mit den Eigenschaften des letztgenannten verträglich ist

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und ein hohes Elastizitätsmodul aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Membran 4 aus einer dünnen Zirconiumdioxidplatte mit einer Dicke von 10 &mgr;&pgr;&igr;, ähnlich dem Abstandselement. Wie in Fig. 5 dargestellt, sind auf der Oberfläche der Membran 4 Elektroden 5 zum Anlegen von Ansteuersignalen an die piezoelektrischen Transducer 7 in Übereinstimmung mit den Druckkammern 2 vorgesehen, und es sind Außenanschlußelektroden 6 einer gemeinsamen Elektrode (nachfolgend beschrieben) vorgesehen.

Die piezoelektrischen Transducer 7 bedecken die ansteuersignalgebenden Elektroden 5. Genauer gesagt, besteht jeder der Transducer 7 aus einer dünnen Platte aus piezoelektrischem vibrierenden Material, wie PZT, dessen Länge im wesentlichen gleich jener der Druckkammer 2 ist, dessen Breite aber geringer als jene der letztgenannten ist, wie in Fig. 4 dargestellt. Das heißt, der Transducer 7 ist so konstruiert, daß er sich derart verbiegt, daß er sich in die Richtung der Breite krümmt, wobei die Längsrichtung eine Achse bildet. Wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, ist die vorerwähnte gemeinsame Elektrode 8 auf den piezoelektrischen Transducern 7 und den Außenanschlußelektroden 6 zum Beispiel durch Sputtern ausgebildet. Das bedeutet, daß die untere Oberfläche (auf der Seite der Membran 4) jedes piezoelektrischen Transducers 7 mit der ansteuersignalgebenden Elektrode 5 verbunden ist und die obere Oberfläche mit der gemeinsamen Elektrode 8 verbunden ist.

Ferner bezeichnet in Fig. 1 und 2 das Bezugszeichen 10 ein Deckelelement, das gemeinsam mit der Membran 4 die Druckkammern 2 bildet. Das Deckelelement 10 besteht aus einem Material, das, wenn es gemeinsam mit dem Abstandselement 1 gebrannt wird, mit den Eigenschaften des letztgenannten verträglich ist. In diesem Ausführungsbeispiel besteht es aus einer dünnen Zirconiumdioxidplatte mit einer Dicke von 150 &mgr;&pgr;&igr;. Das Deckelelement 10 weist Durchgangslöcher 11 auf,

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durch welche die Düsenöffnungen 31 mit den Druckkammern 2 in Verbindung stehen, und Durchgangslöcher 12, durch welche das Reservoir 21 mit den Druckkammern 2 in Verbindung steht.

Die zuvor beschriebenen Elemente 1, 4 und 10 sind fest miteinander verbunden und bilden so eine Druckerzeugungseinheit 15.

Das Bezugszeichen 20 bezeichnet ein Abstandselement, das eine Flußpfadeinheit 35 bildet. Das Abstandselement 20 ist aus einer korrosionsbeständigen Platte, wie beispielsweise einer Platte aus rostfreiem Stahl, mit einer Dicke von 150 /xm hergestellt, die zur Bildung von Tintenflußpfaden geeignet ist. Das Abstandselement 20 weist ein im wesentlichen V-förmiges Durchgangsloch auf, welches das obengenannte Reservoir 21 bildet, sowie Durchgangslöcher 22, durch welche die Druckkammern 2 mit den Düsenöffnungen 31 in Verbindung stehen. Das Durchgangsloch, welches das Reservoir 21 bildet, erstreckt sich radial zu einem Tintenzufuhreinlaßelement 24 und dann parallel zu den Enden der Druckkammern 2. Genauer gesagt, enthält bei der Ausführungsform mit den Düsenöffnungen in zwei Reihen das Durchgangsloch, welches das Reservoir 21 bildet, einen V-förmigen Teil, der sich von dem Tintenzufuhreinlaßelement 24 radial nach außen erstreckt, und zwei parallele Teile, die von den beiden äußeren Enden des V-förmigen Teils entlang der Enden der Druckkammern 2 verlaufen.

Das Bezugszeichen 26 bezeichnet ein Tintenzufuhrelement, das an einer Oberfläche des oben beschriebenen Abstandselements 20 befestigt ist. Das Tintenzufuhrelement 26 weist Durchgangslöcher 2 7 auf, durch welche die Druckkammern 2 mit den Düsenöffnungen 31 in Verbindung stehen, sowie Durchgangslöcher 28, durch welche das Reservoir 21 mit den Druckkammern 2 in Verbindung steht. Das Tintenzufuhrelement 26 weist an seiner Oberfläche ferner das Tintenzufuhrein-

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laßelement 24 auf, das mit einem Tintentank (nicht dargestellt) verbunden ist.

Das Bezugszeichen 30 bezeichnet eine Düsenplatte, die an der anderen Oberfläche des Abstandselements 20 befestigt ist. Die Düsenplatte 30 ist aus einer Platte aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 60 &mgr;&tgr;&eegr; hergestellt, die zur Bildung von Düsenöffnungen mit 40 &mgr;&idiagr;&eegr; Durchmesser geeignet ist. Die Düsenöffnungen 31 in der Düsenplatte 30 sind in Übereinstimmung mit den Druckkammern 2 ausgebildet.

Die Elemente 20, 26 und 30 werden uberexnandergestapelt und als Einheit unter Verwendung eines Haftmittels oder mittels Schweißens unter Nutzung der Diffusion zwischen Metallen aneinander befestigt, wodurch die zuvor genannte Flußpfadeinheit 35 gebildet wird. Bei diesem Vorgang wird das Stapeln der Elemente unter hohem Druck ausgeführt; sie können jedoch exakt ohne Intrusion oder Deformation übereinandergestapelt werden, obwohl sich das große Durchgangsloch zur Bildung des Reservoirs 21 innerhalb des Stapels befindet, da die Elemente, wie zuvor beschrieben, aus Metall hergestellt sind.

Die Druckerzeugungseinheit 15 und die Flußpfadeinheit 35 werden an ihren gegenüberliegenden Oberflächen, das heißt, den Kontaktflächen des Deckelelements 10 und des Tintenzufuhrelements 26 mittels eines Haftmittels verbunden, wodurch der Aufzeichnungskopf gebildet wird.

Somit stehen die Druckkammern 2 durch die Durchgangslöcher 12 des Deckelelements 10 und die Durchgangslöcher 28 des Tintenzufuhrelements 26 mit dem Reservoir 21 in Verbindung, und sie stehen ferner durch die Durchgangslöcher 11 des Deckelelements 10, die Durchgangslöcher 27 des Tintenzufuhrelements 26 und die Durchgangs löcher 22 des Abstandselements 20 mit den Düsenöffnungen 31 in Verbindung.

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Fig. 7 und 8 zeigen die vorderen und hinteren Strukturen des mehrschichtigen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs gemäß der Erfindung. Bei der vorderen Struktur sind die Düsenöffnungen in zwei Reihen in vorgegebenen Abständen angeordnet. Bei der hinteren Struktur ist die Druckerzeugungseinheit 15 fest an der Flußpfadeinheit 35 befestigt, und es sind Kabel 37 zur Abgabe elektrischer Signale an die piezoelektrischen Transducers vorgesehen.

Wenn ein Ansteuersignal an einen der piezoelektrischen Transducer 7 abgegeben wird, wird der entsprechende Transducer 7 in Breitenrichtung mit der Längsrichtung als Achse verbogen, wodurch sich die Membran 4 zu der Druckkammer hin, wie in Fig. 9 dargestellt, verformt. Infolgedessen wird das Volumen der entsprechenden Druckkammer 2 verringert; das heißt, es wird Druck auf die Tinte in der Druckkammer ausgeübt. Somit wird die Tinte in der Druckkammer 2 durch das entsprechende Durchgangsloch 11 des Deckelelements 10, das Durchgangsloch 27 des Tintenzufuhrelements 26 und das Durchgangs loch 22 des Abstandselements 20 in der Flußpfadeinheit 35 in die Düsenöffnung 31 gepreßt, aus der es in Form eines Tintentropfens ausgestoßen wird.

Die Tintenflußpfade, die von den Druckkammern 2 zu den Düsenöffnungen 31 verlaufen, sind durch die Durchgangslöcher 11, 27 und 22 definiert, die in dem Deckelelement 10, dem Tintenzufuhrelement 26 bzw. dem Abstandselement 20 ausgebildet sind. Der Durchmesser der Durchgangslöcher 11, 27 und 22 nimmt in der genannten Reihenfolge ab, wodurch im wesentlichen verhindert wird, daß Luft durch den Tintenflußpfad in die Druckkammer eintritt, selbst wenn der Meniskus der Tinte in der Düse zerstört und zu der Druckkammer hin gezogen wird. Die Tinte in der Druckkammer 2 kann durch die Durchgangslöcher 12 und 2 8 in das Reservoir 21 strömen; da das Durchgangsloch 28 jedoch einen geringen Durchmesser aufweist, bewirkt dieser Tintenstrom

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keine starke Druckverringerung; das heißt, er beeinflußt das Ausstoßen des Tintentropfens nicht nachteilig.

Wenn das Anlegen des Antriebssignals unterbrochen wird, das heißt, wenn der piezoelektrische Transducer 7 wieder in seinen nicht angeregten Zustand gebracht wird, wird das Volumen der Druckkammer 2 erhöht, so daß in der Druckkammer 2 ein Unterdruck entsteht. Infolgedessen wird dieselbe Tintenmenge, die zuvor verbraucht wurde, von dem Reservoir 21 durch die Durchgangs löcher 28 und 12 in die Druckkammer 2 geleitet. Der Unterdruck in der Druckkammer 2 wirkt auf die Düsenöffnung 31; der Meniskus in den Düsenöffnungen verhindert jedoch, daß Tinte zu den Druckkammern zurückströmt. Daher bewirkt der Unterdruck ein Ansaugen von Tinte aus dem Reservoir 21.

Die Flußpfadeinheit 35 ist mit der Druckerzeugungseinheit 15 durch eine dicke Schicht von makromolekularem Haftmittel mit einer Dicke von etwa 3 0 &mgr;&tgr;&eegr; verbunden. Selbst wenn sich daher die Raumtemperatur ändert, werden die beiden Einheiten 35 und 15 aufgrund eines Unterschiedes in der Wärmeausdehnung relativ zueinander verschoben, wobei die Verschiebung durch die Schicht aus makromolekularem Haftmittel ausgeglichen wird, so daß ein Verkrümmen der Düsenplatte verhindert wird; das heißt, die Schicht aus makromolekularem Haftmittel verhindert die Entstehung von Drucken minderer Qualität.

Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Aufzeichnungskopfs unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben.

Ein keramisches Material mit einer Dicke, die zur Bildung der Druckkammern 2 durch Brennen geeignet ist, wird vorbereitet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine dünne Platte aus Zirconiumdibxid mit einer tonartigen Konsistenz, das heißt, eine "Grünschicht" zur Bildung einer

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ersten Schicht 40 verwendet. Zur Bildung von Durchgangslöchern 41 in der Grünschicht an den Positionen, wo die Druckkammern 2 ausgebildet werden sollen, wird eine Presse verwendet. Ähnlich wie bei der ersten Schicht, wird eine zweite Schicht 42 auf der Presse bearbeitet. Das heißt, Durchgangslöcher 43 und 44, durch die das Reservoir 21 mit den Düsenöffnungen 31 in Verbindung steht, werden in einer Grünschicht aus Zirconiumdioxid mit einer Dicke gebildet, die zur Bildung des Deckelelements 10 geeignet ist.

Die erste Schicht 40 wird auf die zweite Schicht 42 gelegt, und eine dritte Schicht 45 wird auf der ersten Schicht 40 angeordnet, die aus einer Grünschicht aus Zirconiumdioxid mit einer Dicke besteht, die zur Bildung der Membran 4 geeignet ist. Die drei Schichten 40, 42 und 45 werden unter gleichmäßigem Druck verbunden und dann getrocknet. In diesem Trocknungsschritt werden die drei Schichten 40, 42 und 45 vorübergehend aneinander gebunden und halb verfestigt. Die Anordnung dieser drei Schichten wird bei einer vorgegebenen Temperatur gebrannt, zum Beispiel bei 1000 ⁰C, während die Anordnung in einem solchen Maße unter Druck gesetzt wird, daß ein Verbiegen der Anordnung verhindert wird. Infolgedessen werden die Schichten zu keramischen Platten transformiert, wobei ihre Grenzflächen durch Brennen verbunden werden. Das heißt, sie werden zu einer einstückigen Einheit ausgebildet.

Wie zuvor beschrieben, werden die Durchgangslöcher 41, welche die Druckkammern bilden, in der ersten Schicht 40 ausgebildet. Die Durchgangslöcher 41 weisen eine extrem geringe Breite auf. Wenn daher die drei Schichten vorübergehend aneinander gebunden werden, werden die zweite und dritte Schicht 42 und 45 (die das Deckelelement bzw. die Membran bilden) nicht deformiert, und der Druck wird in geeigneter Weise an den Durchgangs löchern 41 konzentriert, was dazu beiträgt, die zweite und dritte Schicht 42 und 45 mit der

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ersten Schicht 40 durch Brennen zu vereinen. Somit kann das Volumen jeder Druckkammer nach Bedarf eingestellt werden.

Die derart gebrannten ersten, zweiten und dritten Schichten 40, 42 und 45 dienen als Abstandselement 50, Deckelelement 51 bzw. Membran 52. In diesem Zustand werden elektrisch leitende Pastenschichten auf der Oberfläche der Membran 52 an den Positionen der Druckkammern 53 und der Außenanschlüsse der gemeinsamen Elektrode durch ein Dickfilmdruckverfahren gebildet. Es werden mit einer Maske durch Drucken verhältnismäßig dicke Schichten von piezoelektrischen Materialien mit tonartiger Konsistenz gebildet, so daß Durchgangslöcher entsprechend den Druckkammern 53 entstehen. Wenn die dicken Schichten in dem Maße getrocknet sind, daß sie zum Brennen der transducerbildenden Materialien geeignet sind, wird die gesamte Anordnung bei einer Temperatur erwärmt, die zum Brennen der piezoelektrischen Transducer und der Elektroden geeignet ist, zum Beispiel im Bereich von 1000 ⁰C bis 1200 ⁰C. Somit sind die piezoelektrischen Transducer 54 für die entsprechenden Druckkammern 53 gebildet (siehe Fig. 10(1I)).

Danach wird eine Schicht aus elektrisch leitendem Material über den Außenanschlüssen der gemeinsamen Elektrode und den piezoelektrischen Transducern 54 mittels eines Dünnschichtbildungsverfahrens, wie ein Sputterverfahren, gebildet. Auf diese Weise wird die Druckerzeugungseinheit gebildet, welche den Eindruck erweckt, als bestünde sie aus einer einzigen Komponente, obwohl sie die Membran, das Abstandselement und das Deckelelement enthält.

Andererseits werden ein Tintenzufuhrelement 60, ein Reservoirbildungselement 66 und ein Düsenplattenelement 69 unter Verwendung von Metallplatten mit entsprechenden vorgegebenen Dicken hergestellt. Das heißt, das Tintenzufuhrelement 60 wird durch Ausbildung von Durchgangslöchern 61 und 62 in

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der Metallplatte auf der Presse gebildet, die den Durchgangslöchern 27 und den Flußpfadregulierungslochern 28 entsprechen. Das Reservoirbildungselement 66 wird durch Schneiden von Durchgangslöchern 64 und 65 in der Metallplatte auf der Presse gebildet, die dem Reservoir 21 und den Durchgangslöchern 22 entsprechen. Das Düsenplattenelement 69 wird ebenso durch Bildung von Durchgangslöchern 68 in der Metallplatte auf der Presse gebildet, die den Düsenöffnungen 31 entsprechen. Wie in Fig. 11 dargestellt, wird ein Klebefilm 75 mit Durchgangslöchern 70 und einem Durchgangsloch 71 zwischen die Elemente 60 und 66 eingesetzt, während ein Klebefilm 76 mit Durchgangslöchern 72 und einem Durchgangsloch 73 zwischen die Elemente 66 und 69 eingesetzt wird. In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, daß die Durchgangs löcher 70, 71, 72 und 73 in den Klebefilmen 75 und 76 derart gebildet werden, daß die verbleibenden Teile der Filme 75 und 76, das heißt, deren Klebebereiche, die Durchgangslöcher 61, 62, 64, 65 und 68 der Elemente 60, 66 und 6 9 nicht bedecken. Die Elemente 60, 64 und 69 und die Filme 75 und 76, die in der zuvor beschriebenen Weise übereinandergestapelt wurden, werden unter Druck zur Bildung der Flußpfadeinheit thermisch verbunden.

Die Druckerzeugungseinheit und die Flußpfadeinheit werden wie folgt verbunden: Wie in Fig. 12(a) dargestellt, wird eine Haftmittelschicht 80 auf der Oberfläche einer der Einheiten gebildet, zum Beispiel der Oberfläche des Tintenzufuhrelements 60, indem diese mit Haftmittel bestrichen oder ein thermischer Schweißfilm verwendet wird (siehe Fig. 10(IV)), und das Deckelelement 51 der Druckerzeugungseinheit wird derart auf die so gebildete Haftmittelschicht 80 gelegt, daß die Durchgangslöcher 56 und 57 sich koaxial mit den Durchgangs löchern 62 und 61 erstrecken (Fig. 10 (V) ) . Infolgedessen wird eine Haftmittelschicht 81 zwischen der Flußpfadeinheit und der Druckerzeugungseinheit gebildet, die als Polsterelement zur Aufnahme des Unterschiedes in der Wärmeausdehnung zwischen den beiden Elementen dient.

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Die Haftmittelschicht 80 verteilt sich nach außen, wenn sie zwischen den beiden Einheiten zusammengepreßt wird. Wie in Fig. 12 dargestellt, sind Bereiche 82 um die Durchgangslöcher vorgesehen, wo kein Haftmittel vorhanden ist, wodurch verhindert wird, daß Haftmittel in die Durchgangslöcher des Deckelelements 51 und des Tintenzufuhrelements 60 gelangt.

In dem Aufzeichnungskopf gemäß der Erfindung ist die Druckerzeugungseinheit aus Keramik hergestellt, die eine geringere Dichte als Metall aufweist, wodurch die Vibrationen, die sich zwischen benachbarten piezoelektrischen Transducern fortpflanzen, deutlich abgeschwächt werden; das heißt, eine Kreuzkopplung wird verhindert. Ferner werden die Elemente, die den vibrierenden Abschnitt des Aufzeichnungskopfs der Erfindung bilden, als einstückige Einheit ohne Intrusion irgendeines Fremdelements verbunden. Dieses Merkmal behebt wirksam die Schwierigkeit eines Tintenaustritts aufgrund einer unzureichenden Haftung.

Ferner werden bei dem Aufzeichnungskopf gemäß der Erfindung die Basis der Druckerzeugungseinheit und die Keramiken, welche die Vibrationserzeugungseinheit bilden, bei dafür geeigneten Temperaturen gebrannt. Somit ist der Betrieb des Aufzeichnungskopfs äußerst zuverlässig.

Wie zuvor beschrieben, umfaßt der mehrschichtige Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß der Erfindung eine Druckerzeugungseinheit und eine Flußpfadeinheit. Die Druckerzeugungseinheit enthält das erste Plattenelement aus Keramik, welches das vibrierende Element mit den piezoelektrischen Transducern an seiner Oberfläche bildet, das erste Abstandselement aus Keramik mit den Durchgangslöchern, welche die Druckkammern bilden, und das Deckelelement mit den Durchgangslöchern, durch welche die Druckkammern mit dem Reservoir in Verbindung stehen, wobei die Elemente derart verbunden sind, daß das erste

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Plattenelement auf einer Oberfläche des ersten Abstandselements angeordnet ist und das Deckelelement abdichtend auf der anderen Oberfläche des Abstandsstücks positioniert ist. Die Flußpfadeinheit umfaßt das Tintenzufuhrelement, das aus einer Metallplatte hergestellt ist und durch den Flußpfad mit dem Tintentank verbunden ist und Durchgangslöcher aufweist, durch welche die Druckkammern mit den Düsenöffnungen in Verbindung stehen und das Reservoir mit den Druckkammern in Verbindung steht, das zweite Abstandselement mit dem Reservoir und den Durchgangslöchern, durch welche die Druckkammern mit den Düsenöffnungen in Verbindung stehen, und das Düsenplattenelement mit den Düsenöffnungen, wobei diese Elemente derart verbunden sind, daß das Tintenzufuhrelement an einer Oberfläche des zweiten Abstandselements angeordnet ist und das Düsenplattenelement auf der anderen Oberfläche befestigt ist. Die äußere Oberfläche des Deckelelements ist mit der äußeren Oberfläche des Tintenzufuhrelements mit einem makromolekularen Haftmittel verbunden. Das heißt, die Druckerzeugungseinheit zur Erzeugung von Druck zum Ausstoßen von Tintentropfen wird durch Brennen der keramischen Elemente gebildet. Daher weist die Druckerzeugungseinheit den Vorteil auf, daß sie eine sehr gute Flüssigkeitsdichtheit besitzt, und die signalgebenden Elektroden können direkt auf dieser installiert werden. Andererseits ist die Flußpfadeinheit mit einer verhältnismäßig großen Aussparung zur Bildung des Reservoirs aus Metall hergestellt und weist daher eine hohe Festigkeit auf. Zusätzlich sind die keramische Druckerzeugungseinheit und die metallische Flußpfadeinheit mit einem makromolekularen Haftmittel mit verhältnismäßig hoher Elastizität verbunden. Somit wird ein Verbiegen dieser Einheiten aufgrund des Unterschieds in der Wärmeausdehnung wirk-

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sam verhindert. Infolgedessen kann der Tintenstrahlaufzeichnungskopf der Erfindung mit einer verhältnismäßig geringen Dicke hergestellt werden und ist besonders zuverlässig.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen schichtenförmig aufgebauten Tintenstrahlaufzeichnungskopf, umfassend:

A. eine Druckerzeugungseinheit 15, umfassend:

1) ein keramisches, erstes Plattenelement, das ein vibrierendes Element bildet, auf dessen einer Oberfläche sich piezoelektrische Transducer 7 befinden,

2) ein keramisches, erstes Abstandselement 1, in dem eine Mehrzahl von Durchgangslöchern ausgebildet ist, die Druckkammern 2 bilden, und

3) ein keramisches Deckelelement 10 mit darin ausgebildeten Durchgangslöchern 11, durch welche die Druckkammern 2 mit einem Reservoir 21 in Verbindung stehen,

wobei das erste Plattenelement, das erste Abstandselement 1 und das Deckelelement 10 derart einstückig miteinander verbunden sind, daß das erste Plattenelement auf einer Oberfläche des ersten Abstandselements angeordnet ist und das Deckelelement 10 dichtend auf der anderen Oberfläche des Abstandselements 1 positioniert ist;

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B. eine Flußpfadeinheit 35, umfassend

1) ein Tintenzufuhrmittel 26, das aus einer Metallplatte besteht, wobei das Tintenzufuhrmittel 26 mittels eines Flußpfads mit einem Tintentank verbunden ist und in dem Tintenzufuhrelement 26 Durchgangslöcher 27, 28 ausgebildet sind, durch welche die Druckkammern 2 mit Düsenöffnungen 31 in Verbindung stehen und das Reservoir 21 mit den Druckkammern 2 in Verbindung steht,

2) ein zweites Abstandselement 20 mit dem Reservoir 21 und Durchgangslöchern 22, durch welche die Druckkammern 2 mit den Düsenöffnungen 31 in Verbindung stehen , und

3) ein Düsenplattenelement 30, in dem die Düsenöffnungen 31 ausgebildet sind,

wobei das Tintenzufuhrelement 26, das Abstandselement 20 und das Düsenplattenelement 30 auf derartige Weise einstückig miteinander verbunden sind, daß das Tintenzufuhrelement 2 6 an einer Oberfläche des zweiten Abstandselements 20 angeordnet ist und das Düsenplattenelement 30 fest auf der anderen Oberfläche des zweiten Abstandselements 20 positioniert ist; und

C. ein Haftmittel, welches eine äußere Oberfläche des Deckelelements 10 mit der äußeren Oberfläche des Tintenzufuhrelement s 26 einstückig verbindet.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung den mehrschichtigen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, wie zuvor beschrieben, wobei die Durchgangs löcher 11, 27, 22 der EIe-

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mente 10, 26, 20, durch welche die Druckkammern 2 mit den Düsenöffnungen 31 in Verbindung stehen, einen verringerten Durchmesser zu den Düsenöffnungen 31 hin aufweisen.

In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung den mehrschichtigen Tintenstrahlaufzeichnungskopf wie zuvor beschrieben, wobei das Haftmittel ein makromolekulares Haftmittel ist.

Der erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungskopf kann durch ein Herstellungsverfahren erhalten werden, welches umfaßt:

das Aufeinanderlegen einer Grünschicht aus keramischem Material mit einer Dicke, die zur Bildung eines vibrierenden Elements geeignet ist, einer Grünschicht aus keramischem Material mit Durchgangslöchern, die den Druckkammern entsprechen, und einer Grünschicht mit Durchgangslöchern, die den Flußpfaden zu den Druckkammern entsprechen, in der genannten Reihenfolge zur Bildung einer Druckerzeugungsgrundeinheit;

das Brennen der Grünschichten zur Bildung einer Druckerzeugungsgrundeinheit, die eine vibrierende Platte, ein Deckelelement und ein Abstandselement umfaßt;

das Bilden von signalgebenden Elektroden in Übereinstimmung mit den Druckkammern und einer gemeinsamen Elektrode an dem vibrierenden Element;

das Binden einer Grünschicht aus piezoelektrischem Material an die signalgebenden Elektroden;

das Brennen der Grünschicht aus piezoelektrischem Material

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mit der Druckerzeugungsgrundeinheit zur Bildung einer Druckerzeugungseinheit;

das Übereinanderlegen einer Metallplatte, in welcher ein Flußpfad zu einem Tintentank definiert ist und in welcher Durchgangslöcher ausgebildet sind, durch welche Düsenöffnungen mit den Druckkammern in Verbindung stehen und die Druckkammern mit einem Reservoir in Verbindung stehen, einer Metallplatte mit dem Reservoir und Durchgangslöchern, durch welche die Druckkammern mit den Düsenöffnungen in Verbindung stehen, und einer Düsenplatte mit den Düsenöffnungen, in der genannten Reihenfolge und das aneinander Befestigen der Metallplatten zur Bildung einer Flußpfadeinheit; und das Verbinden der Druckerzeugungseinheit mit der Flußpfadeinheit.

In einem weiteren Merkmal kann der erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungskopf durch das zuvor beschriebene Verfahren erhalten werden, wobei der Schritt zum Verbinden der Druckerzeugungseinheit mit der Flußpfadeinheit das Auftragen eines Haftmittels umfaßt.

In einem weiteren Merkmal kann der erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungskopf durch das in dem vorangehenden Absatz beschriebene Verfahren erhalten werden, wobei beim Auftragen des Haftmittels ein Bereich um die Durchgangslöcher ausgespart wird, der kein Haftmittel enthält.

In einem weiteren Merkmal kann der erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungskopf durch das in den zwei vorangehenden Absätzen beschriebene Verfahren erhalten werden, wobei das Haftmittel ein makromolekulares Haftmittel ist.

In einem weiteren Merkmal kann der erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungskopf durch das in den vier vorangehenden Absätzen beschriebene Verfahren erhalten werden, das in den Ansprüchen 4 bis 7 beansprucht ist, wobei die Durchgangs-

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löcher, durch welche die Druckkammern mit den Düsenöffnungen in Verbindung stehen, einen verringerten Durchmesser zu den Düsenöffnungen hin aufweisen.

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Claims (8)

schtttzamsppttche:

1. Aktuatoreinheit für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, umfassend:

ein Abstandselement (1) , in dem eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (27, 28) zur Bildung von Druckkammern (2) ausgebildet ist;

eine Membran (4) , die auf einer Oberfläche des Abstandselements (1) angeordnet ist;

eine erste Elektrode (5) , die auf der Membran (4) ausgebildet ist;

piezoelektrische Transducer (7) , die auf der Elektrode (5) ausgebildet sind, wobei die piezoelektrischen Transducer (7) die erste Elektrode (5) bedecken ; und

eine zweite Elektrode (8), die auf den piezoelektrischen Transducern (7) ausgebildet ist.

2. Aktuatoreinheit nach Anspruch 1, wobei das Abstandselement (1) ein keramisches Abstandselement ist.

3. Aktuatoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine vibrierende keramische Platte (52) umfaßt.

4. Aktuatoreinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und zweite Elektrode (5,6) unabhängig gebildet sind, und die zweite Elektrode

(6) eine gemeinsame Elektrode (8) ist.

5. Aktuatoreinheit nach Anspruch 3, wobei die gemeinsame Elektrode (8) eine Mehrzahl von piezoelektrischen Transducern (7) bedeckt.

6. Aktuatoreinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Länge der piezoelektrischen Transducer (7) im wesentlichen gleich der Länge einer Längsausdehnung der Druckkammern (2) ist.

7. Aktuatoreinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, des weiteren umfassend ein Deckelelement (10) , das die andere Oberfläche des Abstandselements (1) bedeckt.

8. Aktuatoreinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die piezoelektrischen Transducer (7) durch Drucken einer dünnen Platte aus piezoelektrischem vibrierenden Material gebildet werden.

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