DE19515406A1 - Tintenstrahl-Schreibkopf und Herstellungsverfahren für den Tintentstrahl-Schreibkopf - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahl- Schreibkopf, bei dem eine piezoelektrische Vibrationsplatte an einem Teil einer Druckerzeugungskammer, die mit Düsenöffnungen kommuniziert, angeheftet ist und bei dem eine Durchbiegungsvibration von der piezoelektrischen Vibrationsplatte die Druckerzeugungskammer zusammenpreßt, um Tintentropfen zu erzeugen.

Bei einem bekannten Tintenstrahl-Schreibkopf ist eine piezoelektrische Vibrationsplatte in gestreckter Weise auf einer elastischen Platte angeheftet, die Teil der Druckerzeugungskammer ist. Durch eine Durchbiegungsvibration von der piezoelektrischen Vibrationsplatte wird das Volumen von der Druckerzeugungskammer variiert, um Tintentropfen zu erzeugen. Bei diesem Tintenstrahl-Schreibkopf kann die Druckerzeugungskammer in einem breiten Bereich zusammengedrückt und expandiert werden, so daß Tintentropfen wirksam von den Düsenöffnungen abgegeben werden können.

Beim Aufbau der piezoelektrischen Vibrationsplatte, die in dem Tintenstrahl-Schreibkopf angeordnet ist, sind kleine dünne Schichten aus piezoelektrischem Material auf einer elastischen Platte ausgerichtet. Auf der resultierenden Struktur sind auf beiden Seiten Elektroden aufgeschichtet. Im Betriebszustand wird den Elektroden ein Antriebssignal zugeführt, um dadurch die resultierende Vibrationsplatte in einen Vibrationsmodus zu verbiegen.

Um eine effektive Übertragung einer Durchbiegungsvibration von der piezoelektrischen Vibrationsplatte auf die elastische Platte zu übertragen ist es notwendig, die rückwärtige Seite von der piezoelektrischen Vibrationsplatte sicher auf der elastischen Platte zu befestigen.

Eine neue Technik zur Verbesserung der Verbindung von der piezoelektrischen Vibrationsplatte mit einem Substrat ist offenbart in der veröffentlichten japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei. 5-267742. Eine Antriebselektrode aus leitendem Material, die eine zufriedenstellende Bindungskraft hat, ist in dem Antriebselektrodenbereich von der elastischen Platte ausgebildet, auf der die piezoelektrische Vibrationsplatte befestigt ist, während eines Sinterprozesses von piezoelektrischem Material. Eine von einer gemeinsamen Elektrode weggeführte Ableitelektrode, die aus dem gleichen Material wie die Antriebselektrode besteht, ist ebenfalls in dem Bereich ausgebildet, der nicht direkt zu der piezoelektrischen Vibration beiträgt. Bei der piezoelektrischen Vibrationsplatte überlappen die Ränder der piezoelektrischen Vibrationsplatten teilweise die von der gemeinsamen Elektrode weggeführte Ableitelektrode, wodurch die Bindungskraft zwischen den piezoelektrischen Vibrationsplatten und dem Substrat vergrößert wird.

Diese Technik vergrößert die Bindungskraft von dem Plattenelement und den piezoelektrischen Vibrationsplatten beträchtlich. Jedoch tritt dann, wenn die Abmessung der piezoelektrischen Vibrationsplatten reduziert wird, ein Problem auf, nämlich daß die Kontaktbereiche von den piezoelektrischen Vibrationsplatten und der Ableitelektrode für die gemeinsame Elektrode in ihrer Abmessung nicht gleichmäßig sind. Als Resultat daraus wird der Rand A von der piezoelektrischen Vibrationsplatte von der Ableitelektrode B für die gemeinsame Elektrode abgehoben, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Die Bindungskraft von den piezoelektrischen Vibrationsplatten und dem Substrat wird geschwächt. Ein Verbindungspunkt D von der auf der oberen Oberfläche ausgebildeten gemeinsamen Elektrode C und der Ableitelektrode B wird in der Dicke reduziert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Tintenstrahl-Schreibkopf sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, bei dem die piezoelektrischen Vibrationsplatten sicher auf einem Substrat befestigt sind.

Eine weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Tintenstrahl-Schreibkopfes, der von einer Unterbrechung der gemeinsamen Elektrode frei ist, die auf der Oberfläche von den piezoelektrischen Vibrationsplatten ausgebildet ist.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Vorrichtungsanspruchs 1 sowie die Merkmale des Verfahrensanspruchs 14. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind als piezoelektrische Vibrationsplatten Antriebselektroden und eine von einer gemeinsamen Elektrode weggeführte Ableitelektrode ausgebildet. Die Ableitelektrode liegt zwischen zwei Gruppen von Druckerzeugungskammern, die entgegengesetzt auf der Oberfläche von der elastischen Platte ausgerichtet sind. Die piezoelektrischen Vibrationsplatten erstrecken sich von den Stellen nahe bei den zweiten Enden einer ersten Gruppe der Antriebselektroden hin zu den Stellen nahe bei den zweiten Enden einer zweiten Gruppe der Antriebselektroden.

Die piezoelektrischen Vibrationsplatten verbinden kontinuierlich zwei Gruppen von Druckerzeugungskammern. Folglich fehlen in dem zentralen Teilbereich deren Endbereiche, die abgehoben werden können.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Tintenstrahl-Aufnahmekopf geschaffen, mit: einem einen Tintenflußweg bildenden Element, das geschaffen wird durch Laminierung einer aus isolierendem Material hergestellten elastischen Platte; einem Abstandhalter mit Durchgangslöchern, die zwei Gruppen von Druckerzeugungskammern bilden; einer Abdeckplatte, die derart ausgebildet ist, daß die Abdeckung ein zweites Ende von dem Abstandhalter hermetisch abschließt und einen Sammelbehälter mit den Druckerzeugungskammern und die Düsenöffnungen mit den Druckerzeugungskammern kommunizieren läßt; einem mit einem Tintentank verbundenen Tinten-Zuführbauteil, das Durchgangslöcher für das Kommunizieren der Düsenöffnungen mit den Druckerzeugungskammern und Durchgangslöcher zur Bildung des Sammelbehälters aufweist, und einer Düsenplatte mit den Düsenöffnungen; einem piezoelektrischen Antriebsbauteil mit Antriebselektroden, die in der elastischen Platte in Verbindung mit den Druckerzeugungskammern ausgebildet sind, einer gemeinsamen Ableitelektrode, die auf der elastischen Platte im zentralen Bereich ausgebildet ist, der zwischen den beiden Gruppen der piezoelektrischen Vibrationsplatten angeordnet ist, piezoelektrischen Vibrationsplatten, die sich von den Stellen nahe der zweiten Enden von einer ersten Gruppe von den Antriebselektroden zu den Stellen nahe der zweiten Enden von einer zweiten Gruppe der Antriebselektroden hin erstrecken, wobei die ersten und zweiten Gruppen der Antriebselektroden in bezug auf die gemeinsame Ableitelektrode entgegengerichtet liegen, und einer gemeinsamen Elektrode auf der Oberfläche von den piezoelektrischen Vibrationsplatten, die zu der gemeinsamen Ableitelektrode hingeführt wird.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Tintenstrahl-Aufnahmekopf geschaffen, mit: einem einen Tintenflußweg bildenden Element, das durch Laminierung einer aus isolierendem Material hergestellten elastischen Platte geschaffen wird; einem Abstandhalter mit Durchgangslöchern, die zwei Gruppen von Druckerzeugungskammern bilden; einer Abdeckplatte, die derart ausgebildet ist, daß die Abdeckung ein zweites Ende von dem Abstandhalter hermetisch abschließt und einen Sammelbehälter mit den Druckerzeugungskammern und die Düsenöffnungen mit den Druckerzeugungskammern kommunizieren läßt; einem mit einem Tintentank verbundenen Tinten-Zuführbauteil, das Durchgangslöcher für das Kommunizieren der Düsenöffnungen mit den Druckerzeugungskammern und Durchgangslöcher zur Bildung des Sammelbehälters aufweist, und einer Düsenplatte mit den Düsenöffnungen; einem piezoelektrischen Antriebsbauteil mit Antriebselektroden, die in der elastischen Platte in Verbindung mit den Druckerzeugungskammern ausgebildet sind, einer auf der Oberfläche von der elastischen Platte ausgebildeten gemeinsamen Ableitelektrode, die sich in Richtung der Ausrichtung von den Druckerzeugungskammern erstreckt, piezoelektrischen Vibrationsplatten, die sich kontinuierlich von der gemeinsamen Ableitelektrode zu den Stellen nahe den Enden von den Antriebselektroden hin erstrecken, und einer gemeinsamen Elektrode auf der Oberfläche von den piezoelektrischen Vibrationsplatten, die zu der gemeinsamen Ableitelektrode hingeführt wird.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Tintenstrahl-Aufnahmekopf geschaffen, mit: einer Düsenöffnung zum Ausstoßen von mindestens einem Tintentropfen; einer Druckerzeugungskammer, die mit der Düse kommuniziert; einer elastischen Platte, die einen Teil der Wände von der Druckerzeugungskammer bildet, wobei die elastische Platte zur Zuführung eines Drucks zur Druckerzeugungskammer dient, um den Tintentropfen auszustoßen; einem piezoelektrischen Antriebselement, das mit der elastischen Platte verbunden ist, mit Antriebselektroden, die in Verbindung mit den Druckerzeugungskammern auf der elastischen Platte ausgebildet sind, einer gemeinsamen Ableitelektrode auf der Oberfläche von der elastischen Platte, die sich in Richtung der Ausrichtung von den Druckerzeugungskammern erstreckt, piezoelektrischen Vibrationsplatten, die sich kontinuierlich von der gemeinsamen Ableitelektrode hin zu den Stellen nahe der Enden von den Antriebselektroden erstrecken, und einer gemeinsamen Elektrode auf der Oberfläche von den piezoelektrischen Platten, die zu der gemeinsamen Ableitelektrode hingeführt ist.

Bei diesen Ausführungsformen wird das den Tintenflußweg bildende Element durch Laminierung einzelner Platten gebildet. Jedoch kann das Element auch auf andere Weise hergestellt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung dieser Ausführungsformen sind die elastische Platte und der Abstandhalter jeweils aus Keramik hergestellt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie den dazugehörigen Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Tintenstrahl-Schreibkopfes zeigt;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die die erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt;

Fig. 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die ein Beispiel einer Antriebseinheit zeigt;

Fig. 4 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform der Antriebseinheit zeigt;

Fig. 5(a) bis (c) sind Schaubilder, die die Herstellungsschritte der Antriebseinheit zeigen;

Fig. 6(a) ist eine vergrößerte Draufsicht, die die Beziehung zwischen der im zentralen Bereich angeordneten Auslaufelektrode, den piezoelektrischen Vibrationsplatten und den Antriebselektroden zeigt;

Fig. 6(b) ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 6(a);

Fig. 6(c) ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie B-B in Fig. 6(a);

Fig. 7 ist eine Draufsicht, die eine- andere erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt;

Fig. 8(a) ist eine Draufsicht, die die Beziehung zwischen der im zentralen Bereich angeordneten Ableitelektrode, den piezoelektrischen Vibrationsplatten und den Antriebselektroden in einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;

Fig. 8(b) ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 8(a); und

Fig. 8(c) ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie B-B in Fig. 8(a).

Fig. 9 ist eine Draufsicht, die eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt;

Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht, die in vergrößerter Weise die Struktur in der Nähe der Ableitelektrode für die piezoelektrischen Vibrationsplatten in einem konventionellen Tintenstrahl-Schreibkopf zeigt;

Fig. 11(a) und 11(b) sind eine Draufsicht, die eine zusätzliche erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt sowie eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A.

Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die die Ausführungsform gemäß Fig. 1 zeigt. In diesen Figuren bezeichnen 1, 1 und 1 erste Elemente, die durch einen Sinterprozeß in einem Schritt gebildet werden. Wie aus Fig. 3 ersichtlich wird, besteht jedes der ersten Elemente aus einem Abstandhalter 2 und einer elastischen Platte 5. Bei der Ausgestaltung des Abstandhalters 2 besteht ein Substrat aus einer Keramikplatte, die aus Zirkoniumdioxid (ZrO2) hergestellt ist. Das Substrat weist eine Dicke auf, die geeignet ist, um erste und zweite Gruppen 50 und 51 von Druckerzeugungskammern mit einer Tiefe von 150 µm zu bilden. In dem Substrat sind Durchgangslöcher 3, 3, 3, . . . und 4, 4, 4, . . . ausgebildet, die die Druckerzeugungskammergruppen 50 und 51 bilden. Diese Durchgangslöcher sind, wie gezeigt, zickzackartig ausgebildet und angeordnet.

Die elastische Platte 5 weist eine ausreichende Bindungskraft auf, wenn sie gemeinsam mit dem Abstandhalter 2 zusammengesintert wird. Die elastische Platte besteht aus einer dünnen Platte von 10 µm Dicke, die aus einem derartigen Material hergestellt ist, daß sie durch die Verformungsverstellung der piezoelektrischen Vibrationsplatten 6, die später beschrieben werden, elastisch verformbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Material wie beim Abstandhalter Zirkoniumdioxid.

Die piezoelektrischen Vibrationsplatten 6 werden über den Sinterprozeß auf der Oberfläche von der elastischen Platte ausgebildet. Die piezoelektrischen Vibrationsplatten 6 sind derart angeordnet, daß deren erste Hälften 6a den Durchgangslöchern für die erste Druckerzeugungskammergruppe 50 gegenüberliegen, während deren zweite Hälften 6b den Durchgangslöchern für die zweite Druckerzeugungskammergruppe 51 gegenüberliegen. Die zentralen Bereiche 6c der piezoelektrischen Vibrationsplatten sind leicht gebogen, um eine Ableitelektrode 32a zu kreuzen, die von einer später zu beschreibenden gewöhnlichen Elektrode weggeführt wird.

Unter erneuter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 bezeichnet die Bezugsziffer 7 eine Abdeckplatte, die an der zweiten Seite von dem Abstandhalter 2 befestigt ist. Der Abdeckplatte 7 ist eine dünne Platte von 150 µm Dicke, bestehend aus Zirkoniumdioxid. In der Abdeckplatte 7 sind Durchgangslöcher 8 und 9, sowie 12 und 13 ausgebildet. Die Durchgangslöcher 8 und 9 verbinden Düsenöffnungen 21 und 22 mit den ersten und zweiten Druckerzeugungskammergruppen 50 und 51. Die Durchgangslöcher 12 und 13 verbinden Durchgangslöcher 10 und 11, um für die ersten und zweiten Druckerzeugungskammergruppen 50 und 51 Sammelbehälter 53 und 54 zu definieren, wie später beschrieben wird.

Die Bezugsziffer 15 bezeichnet eine Platte zur Schaffung eines Tintenzuführwegs. Die Platte, die geeignet für die Bildung von Tintenzuführwegen ist, besteht aus korrosionsbeständigem Material, z. B. einem rostfreien Stahl, und ist 150 µm dick. In der Platte 15 sind Durchgangslöcher 10 und 11, sowie 16 und 17 ausgebildet. Die Durchgangslöcher 10 und 11, die die Sammelbehälter 53 und 54 bilden, sind V- förmig ausgerichtet. Die Durchgangslöcher 16 und 17 verbinden die ersten und zweiten Druckerzeugungskammergruppen 50 und 51 mit den Düsenöffnungen 21 und 22. Die die Sammelbehälter 53 und 54 bildenden Durchgangslöcher 10 und 11 kommunizieren mit Tintenzuführöffnungen 18, die in der Abdeckplatte 7 ausgebildet sind. Von den Durchgangslöchern wird die Tinte, deren Menge zu derjenigen Tintenmenge korrespondiert, die im Druckbetrieb verbraucht wird, über die Durchgangslöcher 12 und 13 den ersten und zweiten Druckerzeugungskammergruppen 50 und 51 zugeführt.

Eine Düsenplatte 20, die zur Bildung der Düsenöffnungen 21 und 22 mit einem Durchmesser von 40 µm geeignet ist, besteht aus rostfreiem Stahl und ist 60 µm dick. Die Düsenöffnungen 21 und 22 kommunizieren über die Durchgangslöcher 8 und 9 der Abdeckplatte 7, sowie die Durchgangslöcher 16 und 17 von der Tintenzuführweg-Platte 15, die fluchtend mit den Düsenöffnungen angeordnet sind, mit den ersten und zweiten Druckerzeugungskammergruppen 50 und 51.

Diese Elemente 1, 7, 15, und 20 sind in einer einzigen Struktur von einem Tintenstrahl-Schreibkopf auf geschichtet, und zwar mittels eines für diese Materialien geeigneten Verbindungsmittels, wie beispielsweise mittels Kleben oder einem Sintervorgang.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die Oberflächenstruktur von den piezoelektrischen Vibrationsplatten 6, die auf der Oberfläche von der elastischen Platte 5 ausgebildet sind. In den Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 30 zweite Antriebselektroden, die in Verbindung mit der ersten Druckerzeugungskammergruppe 50 auf der Oberfläche von der elastischen Platte 5 ausgebildet sind. Die Bezugsziffer 31 bezeichnet erste Antriebselektroden, die mit der anderen Gruppe von der zweiten Druckerzeugungskammergruppe 51 in Verbindung stehen. Die ersten Enden von den Antriebselektroden 30 sind in einem vorbestimmtem Abstand räumlich von der Ableitelektrode 32a getrennt, die im Mittelbereich von der Struktur angeordnet ist, während die zweiten Enden mit dem Ende von der elastischen Platte 5 abschließen.

Bezugsziffer 32 bezeichnet die Ableitelektrode, die von der gemeinsamen Elektrode weggeführt wird. Die Ableitelektrode ist in der Mittelposition zwischen den beiden Gruppen der Düsenöffnungen 21 und 22 angeordnet. Die Ableitelektrode 32 besteht aus einem ersten Bereich 32a, der sich in Richtung der Anordnung von den ersten und zweiten Antriebselektroden 30 und 31, nämlich in vertikaler Richtung erstreckt, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich wird, und der zweite Bereich 32b erstreckt sich in orthogonaler Richtung zum ersten Bereich, nämlich in horizontaler Richtung.

Von diesen Elektroden zeigen die ersten und zweiten Antriebselektroden 30 und 31, die in Kontakt mit den piezoelektrischen Vibrationsplatten 6 stehen, und die Ableitelektrode 32a starke Bindungskräfte gegenüber der elastischen Platte 5 und den piezoelektrischen Vibrationsplatten 6. Leitendes Material, wie beispielsweise Platin oder eine Platinlegierung wird den Elektroden mittels Aufdampfen oder Zerstäuben zugeführt.

Die piezoelektrischen Vibrationsplatten 6 (schraffierte Bereiche in Fig. 4) sind derart auf der elastischen Platte ausgebildet, daß beide Enden der piezoelektrischen Vibrationsplatten 6 die Enden der korrespondierenden ersten und zweiten Antriebselektroden 30 und 31 überlappen. Insbesondere ist jede Vibrationsplatte 6 breit genug, um beide Seiten von jeder der ersten und zweiten Antriebselektroden 30 und 31 zu überdecken. Und jede der Platten 6 ist auch lang genug, um die Außenseite von der ersten Druckerzeugungskammergruppe und die Außenseite von der zweiten Druckerzeugungskammergruppe miteinander zu verbinden.

Die Bezugsziffer 33 bezeichnet eine gemeinsame Elektrode. Die gemeinsame Elektrode 33 erstreckt sich über einen Bereich, der zwischen beiden Enden 6d und 6e von den piezoelektrischen Vibrationsplatten 6 definiert ist, und sie enthält einen Bereich für die Ableitelektrode 32. Die gemeinsame Elektrode 33 wird gebildet, indem in diesem Bereich mittels eines Aufdampfverfahrens oder eines Dickfilm-Bildungsverfahrens ein leitendes Material aufgetragen wird.

Bei der vorliegend ausgebildeten Ausführungsform wird, wenn der gemeinsamen Elektrode 33 und einer der ersten Antriebselektroden 30 eine Spannung zugeführt wird, nur die erste Hälfte 6a von der piezoelektrischen Vibrationsplatte 6, dort wo die Elektroden überlappen, in bezug auf die Längsrichtung in Breitenrichtung verbogen, um die elastische Platte 5 zur Druckerzeugungskammer hin zu deformieren. Jede der piezoelektrischen Vibrationsplatten 6 ist elektrisch in zwei Segmente aufgeteilt, und zwar in bezug auf die Serien der Düsenöffnungen 21 und 22. Folglich wird nur eine Hälfte der piezoelektrischen Vibrationsplatte 6 verbogen.

Die piezoelektrischen Vibrationsplatten 6 erstrecken sich über die volle Breite von der Ableitelektrode 32a, und ihre Betriebsregionen sind an der elastischen Platte 5 befestigt, wobei die ersten und zweiten Antriebselektroden 30 und 31 dazwischen eingefügt sind. Mit dieser Struktur wird eine ausreichende Verformungsverstellung der Vibrationsplatte 6 auf die elastische Platte 5 übertragen.

Durch die Aufnahme der Verformungsverstellung wird das Volumen der Druckerzeugungskammer 50 reduziert, um der darin enthaltenen Tinte einen Druck zuzuführen. Die Tinte fließt von der ersten Druckerzeugungskammergruppe 50 über das Durchgangsloch 16 von der Tintenzuführweg-Platte 15 zu der Düsenöffnung 21 von der Düsenplatte 20. Schließlich wird sie zwangsweise durch die Düsenöffnung abgegeben.

Wenn die Zuführung des Antriebssignals gestoppt wird und die erste Hälfte 6a von der piezoelektrischen Vibrationsplatte 6 in ihren ursprünglichen Zustand zurückgeführt wird, dehnt sich das Volumen von der Druckerzeugungskammer 50 aus, und in der Druckerzeugungskammer 50 wird ein negativer Druck hervorgerufen. Dann wird Tinte der Druckerzeugungskammer 50 von dem Sammelbehälter aus über das Durchgangsloch 12 von der Abdeckplatte 7 zugeführt. Die Menge an zugeführter Tinte korrespondiert zu derjenigen Tintenmenge, die abgegeben wurde.

Die piezoelektrischen Vibrationsplatten 6 bedecken die Druckerzeugungskammergruppen 50 und 51 und haben keine Einschnitte an den Düsenöffnungsseiten, und die Oberflächen und Seiten sind mit der gemeinsamen Elektrode bedeckt. Daher sind die Vibrationsplatten vor Luftfeuchtigkeit geschützt, und sie behalten ihre Eigenschaften ohne eine Abnutzung, selbst wenn sie für eine lange Zeit benutzt werden.

Die Mittelteile 6c von den piezoelektrischen Vibrationsplatten 6 sind ebenfalls in der Nähe der Düsenöffnungen an der elastischen Platte 5 befestigt. Obwohl diese Struktur nicht direkt zum Tintenabgabebetrieb beiträgt, sind diese Teile verstärkt, so daß die Faktoren zum Herabsetzen der Druckqualität, wie beispielsweise eine Kreuzkopplung, reduziert werden.

Ein Verfahren zur Herstellung eines so ausgebildeten Tintenstrahl-Schreibkopfes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 beschrieben.

Es wird eine lehmartige, dünne Platte, eine sogenannte Grüntafel, bestehend aus Keramik wie beispielsweise Zirkoniumdioxid verwendet, die eine geeignete Dicke aufweist, um die Druckerzeugungskammern 50 und 51 zu bilden. Die Grüntafel wird durch eine Presse gestanzt, um Durchgangslöcher 3 und 4 an denjenigen Stellen zu bilden, wo die Druckerzeugungskammern ausgebildet werden sollen. Auf diese Tafel wird Bezug genommen als erste Tafel. Auf ähnliche Weise wird eine andere Grüntafel aus Zirkoniumdioxid hergestellt, die eine geeignete Dicke aufweist, um die elastische Platte 5 zu bilden.

Die ersten und zweiten Tafeln werden übereinandergeschichtet und dann miteinander verbunden, indem ein gleichmäßiger Druck auf die aufeinandergeschichteten Tafeln ausgeübt wird, und anschließend werden sie getrocknet. Durch den Trocknungsprozeß werden die beiden Tafeln provisorisch miteinander verbunden und festweich gemacht. Dann wird die resultierende Struktur beispielsweise bei 1000°C gesintert, während sie unter solch einem Druck gehalten wird, daß keine Verziehungen hervorgerufen werden. Als Resultat daraus wird das Material dieser Tafeln in Keramik umgewandelt, und durch den Sinterprozeß werden die beiden Tafeln in einer Struktur integriert, die wie eine einzige Struktur ist.

Muster 55 und 56 sind auf der Oberfläche von dem Bereich der so geformten Struktur ausgebildet, die als elastische Platte 5 dienen werden. Diese Muster werden von den inneren Enden der Druckerzeugungskammern 50 und 51 aus zu beiden Seiten der elastischen Platte 5 erstreckt. Die Muster bestehen aus leitendem Material, das eine große Bindungskraft zeigt, wenn eine elastische Platte 5 und eine Grüntafel, die aus einem wie später beschriebenen piezoelektrischen Material hergestellt ist, gesintert werden. Dieses Material kann Platin, eine Platinlegierung, Silber oder eine Silberlegierung sein. Zur Bildung der Muster kann eine Technik zur Bildung leitender Muster verwendet werden, wie beispielsweise das Zerstäuben oder das Schablonendrucken.

Während der Bildung der Muster 56 für die Antriebselektroden werden ein Muster 57a, das von der gewöhnlichen Elektrode weggeführt wird, und ein anderes Muster 57b gebildet. Das Muster 57a ist zwischen diesen Mustergruppen angeordnet. Das Muster 57a besteht aus leitendem Material, das eine hohe Bindungskraft zeigt, wenn die elastische Platte 5 und eine Grüntafel aus piezoelektrischem Material, die später beschrieben wird, gesintert werden. Dieses Material kann Platin, eine Platinlegierung, Silber oder eine Silberlegierung sein. Zur Bildung der Muster kann eine Technik zur Bildung leitender Muster verwendet werden, wie beispielsweise das Zerstäuben oder das Schablonendrucken (Fig. 5a).

Nachdem die Elektrodenmuster 55, 56, 57a und 57b gebildet worden sind, werden Muster 58 aus piezoelektrischem Material mittels eines Dickfilm-Druckverfahrens gebildet, während beispielsweise ein Musterblatt verwendet wird (Fig. 5b). Die Muster 58 sind dicker als die Muster 55 und 56 von den Antriebselektroden. Jedes Muster 58 erstreckt sich von einem Ort in der Nähe von dem äußeren Ende eines jeden Antriebselektroden-Musters 55 zu dem äußeren Ende von dem Antriebselektroden-Muster 56, das in Verbindung mit dem Muster 55 angeordnet ist. Das piezoelektrische Material ist vorzugsweise PZT.

Ebenfalls beim Dickfilmdrucken von dem piezoelektrischen Material werden zwei piezoelektrische Vibrationsplatten zum Antreiben der entgegengesetzt liegenden Druckerzeugungskammern durch ein kontinuierliches Fenster gedruckt. Folglich leiden die gebildeten piezoelektrischen Vibrationsplatten wenig an Unterbrechungen, und das piezoelektrische Material kann gleichmäßiger gegen die Elektrodenmuster gedrückt werden, als dies bei einem herkömmlichen Verfahren möglich ist, bei dem jeweils Fenster für die Druckerzeugungskammern vorgesehen sind.

Wenn das piezoelektrische Material bis zu einem vorher festgesetzten Trocknungsgrad getrocknet worden ist, wird es bei geeigneten Temperaturen gesintert, beispielsweise zwischen 1000°C und 1200°C. Während des Sinterprozesses ist das piezoelektrische Material noch kontinuierlich und wird gegen das Muster 57a aus dem stark bindenden Material gedrückt, das für die Ableitelektrode ist, die von der gemeinsamen Elektrode weggeführt wird. Daher wird der Rand von der piezoelektrischen Vibrationsplatte nicht von der Ableitelektrode (Fig. 10) abgehoben.

Wenn der Sinterprozeß von dem piezoelektrischen Material endet, wird ein leitendes Muster 59, das die Bereiche von beiden Enden der piezoelektrischen Vibrationsplatten und die Schicht der Ableitelektrode abdeckt, gebildet, indem nacheinander Schichten aus den leitenden Materialien Kupfer und Nickel gebildet werden, und zwar mittels eines einen Film bildenden Prozesses, wie beispielsweise einem Aufdampfungsprozeß, wodurch die zweiten Elektroden für die piezoelektrischen Vibrationsplatten gebildet werden. Die Antriebselektroden-Muster 55 und 56 werden mit den Mustern 55 und 56 für die piezoelektrischen Vibrationsplatten in dem Bereich bedeckt, mit Ausnahme des Bereichs von den Enden, die als externe Verbindungsteile dienen. Daher sind diese nicht elektrisch mit der gemeinsamen Elektrode verbunden.

Wie in den Fig. 6a bis 6c dargestellt ist, ist die piezoelektrische Vibrationsplatte 58, die kontinuierlich zu den beiden leitenden Mustern 55 und 56 für die Antriebselektroden 55 und 56 ausgebildet ist, im zentralen Bereich über dem Muster 57a für die Ableitelektrode, die von der gemeinsamen Elektrode weggeführt wird, abgestuft. Die piezoelektrische Vibrationsplatte ist über eine große Bindungskraft an der elastischen Platte 5 befestigt, wobei das Ableitelektroden-Muster 57a dazwischen liegt.

Bei der obigen Ausführungsform sind die Gruppen der Düsenöffnungen zickzackartig ausgerichtet, während deren zentrale Bereiche leicht gebogen sind. Wenn die Gruppen der Düsenöffnungen in einer Linie ausgerichtet sind, werden streifenartige piezoelektrische Vibrationsplatten 64 gemäß Fig. 7 derart auf der Oberfläche von der elastischen Platte 5 angeordnet, daß die streifenartigen piezoelektrischen Vibrationsplatten 64 die Antriebselektroden 61 und 62 verbinden, die symmetrisch zu der mittleren Ableitelektrode 32a angeordnet sind. In diesem Falle sind die streifenartigen piezoelektrischen Vibrationsplatten über der Ableitelektrode 32a abgestuft. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 65 eine gemeinsame Elektrode, die auf den Oberflächen von den piezoelektrischen Vibrationsplatten 64 ausgebildet ist.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Piezoelektrische Vibrationsplatten 58 sind so ausgebildet, daß sie kontinuierlich zu den leitenden Mustern 55 und 56 für zwei Antriebselektroden sind. In der piezoelektrischen Vibrationsplatte 58 ist ein Bereich 58a enthalten, der die benachbarten piezoelektrischen Vibrationsplatten verbindet, die vertikal auf der Oberfläche von dem Mittelpunkt, der Ableitelektrode 57a, verschoben sind.

Bei dieser Ausführungsform sind auf der Ableitelektrode 57a keine abgestuften Bereiche vorhanden. Darum sind die gemeinsame Elektrode 59, die die piezoelektrischen Vibrationsplatten 58 bedeckt und die Ableitelektrode 57a fluchtend ausgerichtet. Daher kann die Leitfähigkeit von der gesamten gemeinsamen Elektrode 59 sichergestellt werden.

Die Fig. 11a und 11b zeigen eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt ist, sind die piezoelektrischen Vibrationsplatten 58 wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 miteinander auf der Oberfläche von der Ableitelektrode 32a verbunden, die von der gemeinsamen Elektrode weggeführt wird. Eine gemeinsame Elektrode 59, die die Form eines doppelzahnigen Kamms hat, ist auf den piezoelektrischen Vibrationsplatten 58 ausgebildet. Die Breite der gemeinsamen Elektrode 59 ist geringer als die Breite der piezoelektrischen Vibrationsplatte 58.

Bei dieser Struktur liegen die piezoelektrischen Vibrationsplatten 58 zwischen den Antriebselektroden 62 und der gemeinsamen Elektrode 59, wodurch die elektrische Isolierung zwischen den Elektroden (Fig. 11b) verbessert wird. Weiterhin ist die Struktur unter Hochtemperatur-Bedingungen und bei langer Verwendung haltbar.

Bei dieser Ausführungsform ist die piezoelektrische Vibrationsplatte 58b im Verbindungsbereich zu der Ableitelektrode 32b in der Breite ausgedehnt und bedeckt die piezoelektrische Vibrationsplatte 59b. Bei einer derartigen Ausformung dieser Elektroden wird ein Kontaktbereich von der gemeinsamen Elektrode 59b und der Ableitelektrode 32b vergrößert (kreuzschraffierter Bereich).

Als Resultat des vergrößerten Kontaktbereichs kann ein großer Strom von der Ableitelektrode 32a in die gemeinsame Elektrode 59b eingespeist werden. Daher ist die Struktur haltbar, selbst wenn sie im Hochleistungsmodus eines Hochfrequenzantriebs, eines Viel-Düsen-Antriebs oder dgl. verwendet wird.

Weil bei der obigen Ausführungsform zwei Gruppen von piezoelektrischen Vibrationsplatten symmetrisch in bezug auf eine Linie ausgerichtet sind, ist es einleuchtend, daß die vorliegende Erfindung bei einer Gruppe der piezoelektrischen Platte anwendbar ist. Wie in Fig. 9 dargestellt ist, ist eine Ableitelektrode 70, die von der gemeinsamen Elektrode weggeführt ist, entgegengesetzt zu den externen Verbindungsanschlüssen von der Antriebselektrode 56 angeordnet. Piezoelektrische Vibrationsplatten 71, die die Form eines Kamms haben, sind auf der Ableitelektrode 70 ausgebildet. Die gemeinsame Elektrode 72 ist frei von einer Unterbrechung, weil mindestens die Oberfläche von der Ableitelektrode 70 flach ist.

Bei den obengenannten Ausführungsformen wird die piezoelektrische Vibrationsplatte in einem Zustand gebildet, in dem das elastische Element und der Abstandhalter zu einer Einheit verbunden werden. Falls es erforderlich ist, kann die piezoelektrische Vibrationsplatte für ein einzelnes elastisches Element ausgebildet werden.

Claims (20)

1. Tintenstrahl-Schreibkopf, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer elastischen Platte (5) aus isolierendem Material piezoelektrische Vibrationsplatten (6) angeordnet sind, die mit Druckerzeugungskammern (50, 51) in Verbindung stehen, die mit Düsenöffnungen (20, 21) kommunizieren, daß auf der elastischen Platte (5) Antriebselektroden (30, 31), die in Verbindung mit den Druckerzeugungskammern (50, 51) ausgebildet sind sowie eine gemeinsame Ableitelektrode (32), die von einer gemeinsamen Elektrode (33) weggeführt ist, angeordnet sind, daß sich die piezoelektrischen Vibrationsplatten (6) von den Antriebselektroden (30) hin zu den Antriebselektroden (31) erstrecken.

2. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitelektrode (32) im zentralen Bereich zwischen den Antriebselektroden (30, 31) ausgebildet ist.

3. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die piezoelektrischen Vibrationsplatten (6) von den Stellen nahe der zweiten Enden der Antriebselektroden (30) hin zu den Stellen nahe der zweiten Enden der Antriebselektroden (31) erstrecken, wobei die zweiten Enden der Antriebselektroden jeweils im Randbereich der elastischen Platte (5) angeordnet sind.

4. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselektroden (30) in bezug auf die Ableitelektrode (32) zu den Antriebselektroden (31) entgegengerichtet ausgerichtet sind.

5. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Vibrationsplatten (6) in bezug auf die Ableitelektrode (32) im wesentlichen symmetrisch ausgerichtet sind.

6. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Platte (5) aus Zirkoniumdioxid hergestellt ist.

7. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden, die auf der Oberfläche von der elastischen Platte (5) ausgebildet sind, aus einer Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus Platin, Platinlegierung, Silber oder Silberlegierung.

8. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Elektrode wie die piezoelektrische Vibrationsplatte ausgebildet ist.

9. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Elektrode breiter als die piezoelektrische Vibrationsplatte ist.

10. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich der gemeinsamen Elektrode breiter ist als die gemeinsame Elektrode im Verbindungsbereich der gemeinsamen Elektrode und der Ableitelektrode.

11. Tintenstrahl-Schreibkopf, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer elastischen Platte (5) piezoelektrische Vibrationsplatten (71) angeordnet sind, die mit Druckerzeugungskammern (50, 51) in Verbindung stehen, die mit Düsenöffnungen (20, 21) kommunizieren, daß auf der elastischen Platte (5) Antriebselektroden (56), die in Verbindung mit den Druckerzeugungskammern (50, 51) ausgebildet sind sowie eine gemeinsame Ableitelektrode (70), die von einer gemeinsamen Elektrode (72) weggeführt ist, angeordnet sind, daß sich die piezoelektrischen Vibrationsplatten (71) kontinuierlich von der gemeinsamen Ableitelektrode (70) hin zu den Antriebselektroden (56) erstrecken und daß sich die gemeinsame Ableitelektrode (70) in Richtung der Ausrichtung von den Druckerzeugungskammern (50, 51) erstreckt.

12. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die piezoelektrischen Vibrationsplatten (71) kontinuierlich von der Ableitelektrode (70) zu den Stellen nahe der zweiten Enden der Antriebselektroden (56) hin erstrecken, wobei die zweiten Enden der Antriebselektroden jeweils im Randbereich der elastischen Platte (5) angeordnet sind.

13. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Elektrode auf der Oberfläche von den piezoelektrischen Vibrationsplatten ausgebildet ist.

14. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß alle piezoelektrischen Vibrationsplatten im Bereich der gemeinsamen Ableitelektrode miteinander verbunden sind.

15. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl- Schreibkopfes, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Bildung von Mustern (55, 56) zweier Gruppen von Antriebselektroden, die in bezug auf Düsenöffnungen (20, 21) entgegengerichtet zueinander liegen, und einem Muster (57a, 57b) für eine gemeinsame Elektrode und eine Ableitelektrode, die zwischen den beiden Gruppen von Antriebselektroden (55, 56) angeordnet sind;
Bildung von Mustern (58) aus piezoelektrischem Material, die sich von den Mustern (55) hin zu den Mustern (56) erstrecken;
Sintern des piezoelektrischen Materials.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrodenmaterial ein Material aus einer Gruppe verwendet wird, die aus Platin, Platinlegierung, Silber oder Silberlegierung besteht.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Muster (58) aus piezoelektrischem Material breiter sind als die Muster (55, 56) der Antriebselektroden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Muster (58) von den Stellen nahe der zweiten Enden der Muster (55) zu den Stellen nahe der zweiten Enden der Muster (56) hin erstrecken, wobei die zweiten Enden der Muster jeweils im Randbereich der elastischen Platte (5) angeordnet sind.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Muster (55, 56) in bezug auf das Muster (57a) entgegengerichtet liegen.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Platte (5) aus Keramik hergestellt ist.