DE19747178C2

DE19747178C2 - Piezoelectric drive ink jet head and method of manufacturing the same

Info

Publication number: DE19747178C2
Application number: DE1997147178
Authority: DE
Inventors: Akira Nakazawa; Michinori Kutami; Osamu Taniguchi; Takahisa Namiki
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2017-10-25
Also published as: DE19747178A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlkopf mit piezoelektrischem Antrieb und ein Verfahren zur Herstellung desselben.The present invention relates to a piezoelectric drive ink jet head and a method of manufacturing the same.

Derzeit werden Tintenstrahldrucker weit verbreitet als Druckgeräte verwendet und sind in Personal-Computern, Wortprozessoren, Faxgeräten, Kopierern usw. eingebaut oder daran angeschlossen. Die Tintenstrahldrucker besitzen Tintenstrahlköpfe, die Tintentropfen ausstoßen, um auf einem Aufzeichnungsmedium, wie z. B. einem Blatt Papier, Zeichen zu drucken. Hinsichtlich der Tintenstrahldrucker sind die Aufzeichnungsmedien nicht beschränkt, so daß sogar dreidimensionale Gegenstände oder Planopapiere als Aufzeichnungsmedien verwendet werden. Die Tintenstrahldrucker können leicht mit Farbtinten betrieben werden, um Farbbilder oder Farbzeichen auf Aufzeichnungsmedien zu drucken. Weitere Vorteile der Tintenstrahldrucker bestehen darin, daß die Tintenstrahldrucker mit hoher Geschwindigkeit und geringer Geräuschentwicklung drucken.Currently, ink jet printers are widely used as printing devices built into personal computers, word processors, fax machines, copiers, etc. or connected to it. The inkjet printers have inkjet heads that Eject drops of ink to print on a recording medium such as B. a sheet Paper to print characters. In terms of inkjet printers, those are Recording media not limited, so that even three-dimensional objects or plano papers can be used as recording media. The inkjet printer can easily be operated with color inks to color images or color characters To print recording media. There are other advantages of inkjet printers in that the inkjet printer is high speed and low Print noise development.

Aus der US 5,266,965 ist ein Tintenstrahlkopf mit einem aus geschichteten piezoelektrischen Elementen bestehenden piezoelektrischen Antrieb bekannt, welcher Tintenkanäle aufweist, aus denen Tinte durch Beaufschlagen des piezoelektrischen Antriebs mit einer Spannung ausgestoßen wird. Um die Geschwindigkeit der aus den Tintenkanälen ausgestoßenen Tintentropfen zu erhöhen wird vorgeschlagen, den piezoelektrischen Antrieb mit einer wellenförmigen Spannung zu beaufschlagen. Dazu wird die Spannung ausgehend von einer Offsetspannung reduziert und dann sprungartig auf das Niveau der Offsetspannung zurückgeführt. Dadurch wird erreicht, daß sich in dem Tintenkanal eine Druckwelle ausbildet, die sich bis an das abspritzseitige Ende des Tintenkanals ausbreitet, wodurch es zum Ausstoß von Tinte aus dem Tintenkanal kommt. Um den Hub des piezoelektrischen Antriebs zu vergrößern, sind piezoelektrische Antriebe von verschiedenen Tintenkanälen durch mit Füllmittel gefüllte Rillen voneinander getrennt. From US 5,266,965 an ink jet head with a layered known piezoelectric elements existing piezoelectric drive, which Has ink channels from which ink is applied to the piezoelectric Drive is ejected with a voltage. To the speed of the It is proposed to increase ink drops of ejected ink drops to apply a wave-shaped voltage to the piezoelectric drive. To the voltage is reduced starting from an offset voltage and then suddenly returned to the level of the offset voltage. This ensures that in the ink channel forms a pressure wave that extends up to the spray-side end of the Ink channel spreads, causing it to eject ink from the ink channel is coming. To increase the stroke of the piezoelectric drive, are piezoelectric drives of different ink channels through filled with filler Grooves separated.

Nachteilig ist bei dem in der US 5,266,965 offenbarten Tintenstrahlkopf, daß beim Zusammenziehen und beim Ausdehnen des piezoelektrischen Antriebs gegenüber dem Füllmittel Scher- und Druckspannungen auftreten, wodurch die dem Tintenkanal zugewandte Oberfläche des piezoelektrischen Antriebs beim Ausdehnen bzw. Zusammenziehen des piezoelektrischen Antriebs nicht eben, sondern gewölbt ausgebildet ist. Um die volumetrische Veränderung zu verbessern, ist es daher erforderlich, den Aktor mit einer größeren Spannung zu beaufschlagen oder den piezoelektrischen Antrieb aus einer größeren Anzahl von geschichteten piezoelektrischen Elementen aufzubauen.A disadvantage of the ink jet head disclosed in US Pat. No. 5,266,965 is that the Contraction and expansion of the piezoelectric actuator compared to Filler shear and compressive stresses occur, causing the ink channel facing surface of the piezoelectric drive when expanding or Contraction of the piezoelectric drive is not flat, but curved is. To improve the volumetric change, it is therefore necessary to use the Actuate with a larger voltage or the piezoelectric Drive from a larger number of layered piezoelectric elements build up.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Tintenstrahlkopf zu schaffen, der leicht und kompakt ist und in den Kopfschaltungen Teile mit geringer Kapazität und kleinen Abmessungen verwendet, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahlkopfes anzugeben.The object of the present invention is to provide an ink jet head create that is light and compact and in the head circuits parts with less Capacity and small dimensions used, as well as a manufacturing process of the ink jet head.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Tintenstrahlkopf mit den Merkmalen nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Tintenstrahlkopfes mit den Merkmalen nach Anspruch 9.This task is solved by an ink jet head with the features according to Claim 1 or by a method for producing such Ink jet head having the features of claim 9.

Bei dem erfindungsgemäßen Tintenstrahlkopf besitzt der Tintenkanalabschnitt mit den Tintenkanälen vorzugsweise die Form einer Tintenkanalplatte, wie es auf diesem technischen Gebiet üblich ist. Der Tintenkanalabschnitt kann insbesondere durch Gußformen oder Modellieren oder eine andere Technik wie z. B. Ätzen, Elektroformen, Sandstrahlen oder Laserverarbeitung aus beispielsweise einem Kunststoffmaterial, wie z. B. PES, PET oder PEN, einem in Wärme aushärtenden Kunstharz, einem Metallmaterial, wie z. B. Aluminium, Nickel oder nichtrostendem Stahl, einem lichtempfindlichen Glas oder einem anderen Material, wie z. B. jenem mit der Handelsbezeichnung Photoceram, hergestellt werden. Des weiteren kann der Tintenkanalabschnitt durch Mustern eines geeigneten lichtempfindlichen Kunstharzes (Abdecklackmaterial) mit Hilfe eines zur Herstellung von Halbleiteranordnungen weit verbreiteten Abdecklackverfahrens hergestellt werden. Die Tintenkanäle des Tintenkanalabschnitts werden aus Rillen geformt, die parallel zueinander verlaufen. Die Anzahl und Größe der Tintenkanäle kann über einen weiten Bereich abhängig von verschiedenen Faktoren, wie z. B. abhängig von der Struktur des Kopfes, variieren. Im allgemeinen liegt die Anzahl der Tintenkanäle zwischen 8 und 40, und jeder Tintenkanal weist Abmessungen mit einer Breite von ca. 40 bis 200 µm, einer Tiefe von ca. 30 bis 80 µm und einer Länge von ca. 0,3 bis 5 mm auf. Zum einfacheren Verständnis der Struktur besitzt der Tintenkanalabschnitt in den folgenden beschriebenen Beispielen eine begrenzte Anzahl von Tintenkanälen.In the ink jet head according to the invention, the ink channel section with the Ink channels preferably take the form of an ink channel plate as shown on this technical field is common. The ink channel section can in particular by Molds or modeling or another technique such as. B. etching, electroforming, Sandblasting or laser processing from, for example, a plastic material, such as e.g. B. PES, PET or PEN, a thermosetting synthetic resin, one Metal material such as As aluminum, nickel or stainless steel, one photosensitive glass or other material, such as. B. that with the Commercial name Photoceram. Furthermore, the Ink channel portion by patterning a suitable photosensitive resin (Masking material) with the help of a widely used to manufacture semiconductor devices widely used masking process. The ink channels of the Ink channel sections are formed from grooves that are parallel to each other. The The number and size of the ink channels can vary over a wide range various factors such as B. vary depending on the structure of the head. in the generally the number of ink channels is between 8 and 40, and each Ink channel has dimensions with a width of approx. 40 to 200 µm, a depth from approx. 30 to 80 µm and a length of approx. 0.3 to 5 mm. For the easier The ink channel section has an understanding of the structure in the following described examples a limited number of ink channels.

Der an einem vorderen Ende des Tintenkanalabschnitts befestigte Düsenabschnitt kann eine ähnliche Struktur wie eine herkömmliche Düsenplatte besitzen. Der Düsenabschnitt kann beispielsweise durch Gußformen oder andere Techniken aus demselben Material wie der Tintenkanalabschnitt, wie z. B. aus einem Kunststoffmaterial oder einem Metallmaterial, hergestellt werden. Die Größe des Düsenabschnitts sowie die Größe und Verteilung der einzelnen Düsen kann beispielsweise abhängig von dem Material des zusammen mit dem Düsenabschnitt verwendeten Tintenkanalabschnitts verändert werden. So kann beispielsweise der Düsenabschnitt ca. 1 bis 10 mm breit, ca. 0,05 bis 1 mm dick und ca. 5 bis 20 mm lang sein. Der Düsenabschnitt kann vorzugsweise mit Hilfe von Kunststoffen usw. an dem Tintenkanalabschnitt befestigt werden.The nozzle portion attached to a front end of the ink channel portion can have a structure similar to that of a conventional nozzle plate. The nozzle section can for example by casting molds or other techniques from the same material like the ink channel section, e.g. B. from a plastic material or Metal material. The size of the nozzle section as well as the size and Distribution of the individual nozzles can depend, for example, on the material of the changed together with the nozzle section used ink channel section become. For example, the nozzle section can be about 1 to 10 mm wide, about 0.05 to 1 mm thick and about 5 to 20 mm long. The nozzle section can preferably with With the help of plastics, etc. to be attached to the ink channel portion.

Der hierin verwendete piezoelektrische Abschnitt kann im wesentlichen derart aufgebaut sein, daß er eine ähnliche Struktur wie eine herkömmlich verwendete piezoelektrische Platte besitzt. Der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete piezoelektrische Abschnitt ist jedoch dadurch gekennzeichnet, daß er piezoelektrische Antriebe besitzt, die entsprechend und gegenüberliegend zu den in einer Oberfläche des Tintenkanalabschnitts ausgebildeten Tintenkanälen angeordnet sind, wobei jeder piezoelektrische Antrieb eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen, die jeweils zwischen einem Elektrodenpaar angeordnet sind, sowie einen mindestens zwei Seitenflächen des piezoelektrischen Antriebs umgebenden Schlitz besitzt, wobei sich die Querschnittsfläche der piezoelektrischen Elemente, die den piezoelektrischen Antrieb bilden, mit in Dickenrichtung des piezoelektrischen Abschnitts steigender Entfernung von dem entsprechenden Tintenkanal verringert. Der Schlitz (bzw. Freiraum) ist (bei Betrachtung des Tintenstrahlkopfes von seiner oberen Fläche her) selektiv in einem Bereich ausgebildet, wo um die Elektroden herum kein elektrisches Feld wirkt. Die Form des Schlitzes wird derart gewählt, daß sich die Querschnittsfläche der piezoelektrischen Elemente mit steigendem Abstand der piezoelektrischen Elemente von dem entsprechenden Tintenkanal verringert, so daß die piezoelektrischen Elemente ein Trapez mit einer schmaleren Unterseite bilden.The piezoelectric section used herein can be constructed essentially in this way be of a structure similar to that of a conventionally used piezoelectric Owns plate. The piezoelectric used in the present invention Section is, however, characterized in that it has piezoelectric drives, the corresponding and opposite to those in a surface of the Ink channel portion formed ink channels are arranged, each piezoelectric drive a variety of piezoelectric elements, each are arranged between a pair of electrodes, and at least two Has side surfaces of the piezoelectric drive surrounding slot, the Cross-sectional area of the piezoelectric elements that drive the piezoelectric form, with increasing distance in the thickness direction of the piezoelectric section reduced from the corresponding ink channel. The slot (or free space) is (at Viewing the ink jet head from its top surface) selectively in one Area formed where there is no electrical field around the electrodes. The Shape of the slot is chosen so that the cross-sectional area of the piezoelectric elements with increasing distance of the piezoelectric elements from the corresponding ink channel reduced, so that the piezoelectric elements Form a trapezoid with a narrower underside.

Der piezoelektrische Abschnitt der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise dadurch ausgebildet werden, daß grüne bzw. rohe Lagen eines die piezoelektrischen Elemente bildenden Keramikmaterials zu einer gewünschten Dicke übereinandergeschichtet werden und die sich dadurch ergebende Schichtstruktur bei einer hohen Temperatur gebrannt wird. Das die piezoelektrischen Elemente bildende und hierin verwendete Keramikmaterial umfaßt die im allgemeinen zur Ausbildung von piezoelektrischen Elementen verwendete Materialien, wie z. B. auf PNN-Pb(Ni,Nb)O₃-basierende Keramikmaterialien. Nachfolgend wird ein Beispiel für die Zusammensetzung einer bevorzugten rohen Lage sowie für die Brenntemperatur beschrieben:
Zusammensetzung der rohen Lage:
Festmaterial (Oxide aus Blei, Nickel, Niobium, Titan und Zirkonium): 45 Gewichts-%
organisches Kunstharzbindemittel: 0,5 Gewichts-%
Lösemittel (organisches Lösemittel + Öl): 55 Gewichts-%
Dispergiermittel: 1,5 Gewichts-%
Brenntemperatur: 1000°CThe piezoelectric portion of the present invention can preferably be formed by stacking green or raw layers of a ceramic material constituting the piezoelectric elements to a desired thickness and firing the resulting layer structure at a high temperature. The ceramic material forming the piezoelectric elements and used herein includes the materials generally used to form piezoelectric elements, such as. B. on PNN-Pb (Ni, Nb) O ₃ -based ceramic materials. An example of the composition of a preferred raw sheet and the firing temperature is described below:
Composition of the raw layer:
Solid material (oxides of lead, nickel, niobium, titanium and zirconium): 45% by weight
organic synthetic resin binder: 0.5% by weight
Solvent (organic solvent + oil): 55% by weight
Dispersant: 1.5% by weight
Firing temperature: 1000 ° C

Der mindestens zwei Seitenflächen des piezoelektrischen Antriebs umgebende Schlitz kann - wie bereits zuvor erläutert worden ist - mit Hilfe einer beliebigen Technik vor oder nach der Ausbildung des Laminats oder der Schichtanordnung aus den rohen Lagen hergestellt werden. Eine geeignete Technik zur Ausbildung des Schlitzes umfaßt z. B. das Bestrahlen der rohen Lagen mit Excimer-Laserstrahlen oder das Preßformen der rohen Lagen. So können beispielsweise die Schlitze zunächst in jeder rohen Lage ausgebildet werden, und die rohen Lagen können anschließend übereinandergeschichtet und hartgebrannt werden, so daß der somit erhaltene piezoelektrische Abschnitt übereinandergeschichtete piezoelektrische Elemente aufweist, deren Querschnittsfläche sich stufenweise verringert. Alternativ kann eine bestimmte Anzahl von rohen Lagen übereinandergeschichtet werden, und die Schlitze können mit Hilfe von Excimer- Laserstrahlen derart eingeschnitten werden, daß die einzelnen piezoelektrischen Elemente miteinander ein Ganzes bilden, wobei jede den Schlitz bildende Oberfläche derart ausgebildet ist, daß sich die Querschnittsfläche fortlaufend verringert.The slot surrounding at least two side surfaces of the piezoelectric drive can - as already explained above - with the help of any technique or after the formation of the laminate or the layer arrangement from the raw ones Layers are made. A suitable technique for forming the slot includes e.g. B. the irradiation of the raw layers with excimer laser beams or the press molding the raw layers. For example, the slots can initially be in any raw position are formed, and the raw layers can then be stacked and hard-fired so that the piezoelectric portion thus obtained has stacked piezoelectric elements, their cross-sectional area gradually decreases. Alternatively, a certain number of raw layers can be stacked on top of one another, and the slots can be Laser beams are cut in such a way that the individual piezoelectric Elements form a whole with each other, each surface forming the slot is designed such that the cross-sectional area is continuously reduced.

Der Schlitz, der mindestens zwei, jedoch vorzugsweise drei oder vier Seitenflächen des piezoelektrischen Antriebs umgibt, kann jedes beliebige Muster aufweisen, solange der beabsichtigte Effekt der vorliegenden Erfindung erzielt wird. Ein bevorzugtes Muster besteht beispielsweise darin, daß entlang zweier Seitenflächen des piezoelektrischen Antriebs gegenüberliegende Schlitze ausgebildet sind, die sich in eine Längsrichtung länglich erstrecken. Alternativ kann ein Muster verwendet werden, gemäß dem zusätzlich zu den beiden parallelen Schlitzen ein Schlitz an einer Endfläche des piezoelektrischen Antriebs ausgebildet wird. Jeder der zuvor beschriebenen Schlitze kann sich - falls erforderlich - ausgehend von der Seitenfläche und/oder Endfläche des piezoelektrischen Antriebs, entlang der der entsprechende Schlitz ausgebildet ist, zu der Unterseite hin erstrecken. Obwohl die Länge und Tiefe der einzelnen Schlitze abhängig von den Abmessungen des piezoelektrischen Antriebs variieren können, beträgt die Breite jedes Schlitzes gewöhnlich ca. 0,01 bis 0,1 mm.The slot, the at least two, but preferably three or four side surfaces of the piezoelectric actuator surrounds, can have any pattern, as long as the intended effect of the present invention is achieved. A preferred pattern consists, for example, in that along two side surfaces of the piezoelectric Drive opposite slots are formed which extend in a longitudinal direction elongate. Alternatively, a pattern can be used according to in addition to the two parallel slots, a slot on one end face of the piezoelectric drive is formed. Each of the slots described above can - if necessary - starting from the side surface and / or end surface of the piezoelectric drive, along which the corresponding slot is formed, to the Extend bottom side. Although the length and depth of the individual slots depend can vary from the dimensions of the piezoelectric drive, the The width of each slot is usually about 0.01 to 0.1 mm.

Wie bereits zuvor erläutert worden ist, umfaßt der in dem piezoelektrischen Abschnitt enthaltene piezoelektrische Antrieb eine Vielzahl von beweglichen piezoelektrischen Elementen, die jeweils geschichtet und zwischen einem Paar von Elektroden angeordnet sind. Die einzelnen Elektroden sind wie die piezoelektrischen Elemente geschichtet angeordnet und können - wie es auf diesem technischen Gebiet üblich ist - aus einem leitenden Material, welches ein Metall wie z. B. Gold, Kupfer, Nickel oder Palladium oder eine Legierung davon enthält, oder aus einem leitenden Kunststoffmaterial hergestellt werden. Nachdem die rohen Lagen der piezoelektrischen Elemente ausgebildet worden sind, können die Elektroden im allgemeinen vorteilhafterweise mit Hilfe von Siebdruck oder einer anderen Technik in bestimmten Gebieten auf den rohen Lagen ausgebildet werden. Obwohl die Anzahl der piezoelektrischen Antriebe, d. h. die Anzahl von Gruppen bestehend aus einer piezoelektrischen Elementschichtanordnung und zwei Elektrodenschichten, zwischen denen die piezoelektrische Elementschichtanordnung angeordnet ist, gemäß der vorliegenden Erfindung nicht festgelegt ist, umfaßt sie gewöhnlich zwei bis fünf Gruppen. Obwohl die Dicke der piezoelektrischen Elementschichtanordnung und der Elektrodenschichten jeder Gruppe nicht genau festgelegt ist, beträgt sie ca. 20 bis 100 µm für die piezoelektrische Schichtanordnung und 0,5 bis 5 µm für die Elektrodenschicht.As previously explained, this includes in the piezoelectric section included piezoelectric drive a variety of movable piezoelectric Elements, each layered and arranged between a pair of electrodes are. The individual electrodes are layered like the piezoelectric elements arranged and can - as is usual in this technical field - from one conductive material, which is a metal such. B. gold, copper, nickel or palladium or contains an alloy thereof, or from a conductive plastic material getting produced. After the raw layers of the piezoelectric elements have been formed, the electrodes can generally advantageously with Help with screen printing or other technique in certain areas on the raw Layers are formed. Although the number of piezoelectric drives, i.e. H. the Number of groups consisting of a piezoelectric element layer arrangement and two electrode layers, between which the piezoelectric Element layer arrangement is not arranged according to the present invention it usually consists of two to five groups. Although the thickness of the piezoelectric element layer arrangement and the electrode layers of each group is not precisely defined, it is approximately 20 to 100 µm for the piezoelectric Layer arrangement and 0.5 to 5 µm for the electrode layer.

Die die piezoelektrischen Elemente bildenden rohen Lagen können mit Hilfe verschiedener Verfahren zu einem Laminatkörper gebrannt werden. Vorzugsweise werden beispielsweise auf jeder der die piezoelektrischen Elemente bildenden rohen Lagen Schlitze ausgebildet, die rohen Lagen werden nacheinander übereinandergeschichtet, um somit ein gewünschtes Schlitzmuster zu erzielen, und der Laminatkörper wird hartgebrannt. Alternativ können auch mehrere rohe Lagen, die die piezoelektrischen Elemente bilden, im voraus übereinandergeschichtet werden, so daß ein Laminatkörper entsteht, ein gewünschtes Schlitzmuster wird in dem somit erhaltenen Laminatkörper ausgebildet, und der Laminatkörper wird hartgebrannt. Des weiteren können zwei oder mehr Abschnittsteile, die jeweils aus einem Laminatkörper mit den die piezoelektrischen Elemente bildenden rohen Lagen bestehen und den piezoelektrischen Abschnitt bilden, im voraus mit gewünschten Schlitzen ausgebildet werden, wobei die Abschnittsteile miteinander kombiniert und anschließend gebrannt werden.The raw layers forming the piezoelectric elements can be used with the help various processes can be burned to a laminate body. Preferably are, for example, on each of the raw ones constituting the piezoelectric elements Layers of slits are formed, the raw layers are successively stacked to achieve a desired slit pattern, and the Laminate body is burned hard. Alternatively, several raw layers that the Form piezoelectric elements, stacked in advance so that a laminate body is created, a desired slit pattern is thus in the obtained laminate body, and the laminate body is fired. Of Furthermore, two or more section parts, each made of a laminate body exist with the raw layers forming the piezoelectric elements and the Form the piezoelectric section, previously formed with desired slits be, the section parts combined and then fired become.

Der Tintenkanalabschnitt, der für gewöhnlich flach ausgebildet ist, kann zwei oder mehr unabhängige, auf zwei Hauptflächen, d. h. der Ober- und Unterseite, des Tintenkanalabschnitts ausgebildete Tintenkanäle besitzen, und die an den die Tintenkanäle aufweisenden Flächen des Tintenkanalabschnitts befestigten piezoelektrischen Abschnitte besitzen jeweils gegenüberliegend zu den Tintenkanälen angeordnete piezoelektrische Antriebe.The ink channel portion, which is usually flat, can be two or more independent, on two main surfaces, d. H. the top and bottom, the Have ink channel portion formed ink channels, and to which the Fixed surfaces of the ink channel portion having ink channels Piezoelectric sections each have opposite to the ink channels arranged piezoelectric drives.

Vorzugsweise mindestens ein Ende des Tintenkanalabschnitts weist keinen daran befestigten piezoelektrischen Abschnitt auf. In diesem Fall bezeichnet der Begriff "Ende" des Tintenkanalabschnitts gewöhnlich zwei Enden eines sich in Längsrichtung erstreckenden Teils des Tintenkanalabschnitts, und es kann eines der Enden oder beide Enden betroffen sein, falls der Tintenkanalabschnitt mit Hilfe des entsprechenden Endes oder der Enden an dem Tintenstrahlkopf befestigbar ist. Dadurch, daß der Tintenkanalabschnitt einen Bereich aufweist, an dem keine piezoelektrischen Elemente angeordnet sind, kann dieser Bereich zur Befestigung des Tintenkanalabschnitts an dem Kopf verwendet werden. Da dieser Bereich keine piezoelektrischen Elemente besitzt, kann - im Gegensatz zu den bekannten Köpfen - eine Beschädigung der piezoelektrischen Elemente vermieden werden, und der Tintenkanalabschnitt kann einfach und zuverlässig an dem Kopf befestigt werden.Preferably at least one end of the ink channel section has none on it attached piezoelectric section. In this case, the term means "End" of the ink channel section is usually two ends of one longitudinally extending part of the ink channel portion, and it may be one of the ends or both If the ink channel section is affected by the corresponding end or the ends can be attached to the ink jet head. The fact that the Ink channel portion has an area where no piezoelectric elements are arranged, this area for fastening the ink channel section to the Head can be used. Since this area has no piezoelectric elements, can - in contrast to the known heads - damage the Piezoelectric elements can be avoided, and the ink channel section can easily and reliably attached to the head.

Die auf den gegenüberliegenden Flächen des Tintenkanalabschnitts ausgebildeten Tintenkanäle können gemäß einem beliebigen Muster angeordnet sein. So können beispielsweise die Tintenkanäle derart angeordnet sein, daß die Tintenkanäle auf der gegenüberliegenden Seite mit einer bestimmten Entfernung verschoben sind, so daß die Tintenkanäle zickzack-artig angeordnet sind. In diesem Fall sind auch die Düsen des an dem Vorderende des Tintenkanalabschnitts befestigten Düsenabschnitts zickzack-artig angeordnet, so daß Tintentropfen von den Düsen effektiv ausgestoßen werden können. Die zickzack-artige Anordnung bzw. Verteilung der Düsen kann auch durch eine andere Technik erzielt werden. Wie weiter unten erläutert wird, können, wenn ein Ende des Tintenkanalabschnitts von einer Halterung gestützt wird und an dem Tintenstrahlkopf befestigt ist, benachbarte Tintenkanalabschnitte zueinander um eine bestimmte Entfernung bezüglich des Stützpunktes der Halterung verschoben werden, so daß die Düsen der Düsenabschnitte zickzack-artig verteilt oder angeordnet werden.Those formed on the opposite surfaces of the ink channel section Ink channels can be arranged according to any pattern. So can For example, the ink channels can be arranged such that the ink channels on the opposite side are shifted by a certain distance so that the Ink channels are arranged in a zigzag fashion. In this case, the nozzles are also on nozzle portion attached to the front end of the ink channel portion in a zigzag fashion arranged so that ink drops can be effectively ejected from the nozzles. The zigzag-like arrangement or distribution of the nozzles can also be done by another Technology can be achieved. As explained below, when one end of the Ink channel section is supported by a holder and on the ink jet head is attached, adjacent ink channel sections to each other by a certain Distance with respect to the base of the bracket are moved so that the Nozzles of the nozzle sections are distributed or arranged in a zigzag fashion.

Mehrere piezoelektrische Segmente, die jeweils dadurch gebildet werden, daß der Tintenkanalabschnitt, der piezoelektrische Abschnitt und der Düsenabschnitt zu einem Ganzen miteinander verbunden werden, können in einer Halterung gemäß einer bestimmten Reihenfolge angeordnet und dort befestigt werden. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ende des zuvor erläuterten Tintenkanalabschnitts in eine in einem Rahmen der Halterung ausgebildete Nut oder Rille eingesetzt und daran mit Hilfe von Befestigungsmitteln, wie z. B. Klebstoffen oder Schrauben, befestigt. Die Befestigungsrillen der Halterung sind für die Positionierung der piezoelektrischen Segmente an gewünschten Stellen vorteilhaft. Die Befestigungsrillen können beispielsweise zueinander leicht versetzt angeordnet sein, um eine beliebige Düsenverteilung durch die Düsenabschnitte zu erzielen. Die Halterung kann Teil einer Kopfeinheit oder ein unabhängiges Teil davon sein.A plurality of piezoelectric segments, each formed by the Ink channel portion, the piezoelectric portion and the nozzle portion into one Can be connected together, in a holder according to a arranged in a specific order and fastened there. At this time the end of the previously explained ink channel section is in a frame of Bracket trained groove or groove inserted and attached to it with the help of Fasteners such as B. adhesives or screws attached. The Mounting grooves of the bracket are for positioning the piezoelectric Advantageous segments at desired locations. The mounting grooves can for example, slightly offset from each other To achieve nozzle distribution through the nozzle sections. The bracket can be part of a Head unit or an independent part of it.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.The invention is described below on the basis of preferred exemplary embodiments Reference to the accompanying drawing explained in more detail.

Fig. 1A zeigt eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Fig. 1A is a cross-sectional view of an essential portion of an ink jet head according to a preferred embodiment of the present invention,

Fig. 1B zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des in Fig. 1A gezeigten Bereichs A, Fig. 1B is an enlarged cross-sectional view of the portion A shown in Fig. 1A,

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 is a cross-sectional view showing an essential portion of an ink jet head according to another preferred embodiment of the present invention,

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Fig. 3 shows a cross-sectional view of an ink jet head according to a further preferred embodiment of the present invention,

Fig. 4A bis 4D zeigen nacheinander einzelne Schritte gemäß einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung des in den Fig. 1A und 1B gezeigten Tintenstrahlkopfes, FIGS. 4A to 4D sequentially illustrate the individual steps of a preferred process for producing the ink jet head shown in Figs. 1A and 1B,

Fig. 5A und 5B zeigen nacheinander einzelne Schritte eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 2 gezeigten Tintenstrahlkopfes, Fig. 5A and 5B sequentially show individual steps of a preferred method for producing the ink jet head shown in Fig. 2,

Fig. 6A bis 6C zeigen nacheinander einzelne Schritte eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 3 gezeigten Tintenstrahlkopfes, Fig. 6A to 6C sequentially show individual steps of a preferred method for producing the ink jet head shown in Fig. 3,

Fig. 7A und 7B zeigen einen Tintenstrahlkopf gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben, FIGS. 7A and 7B show an inkjet head according to another preferred embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same,

Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem weiteren bevorzugten Ausfihrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Fig. 8 is a cross-sectional view showing an ink jet head according to another preferred Ausfihrungsbeispiel of the present invention,

Fig. 9 zeigt eine Vorderansicht eines Düsenabschnitts, der an einem Hauptabschnitt des in Fig. 8 gezeigten Tintenstrahlkopfes befestigt ist, Fig. 9 shows a front view of a nozzle portion attached to a main portion of the ink jet head shown in Fig. 8,

Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht einer Abwandlung des Hauptabschnitts des in Fig. 8 gezeigten Tintenstrahlkopfes,10 is a cross sectional view showing a modification of the main portion of the ink jet head shown in FIG. 8;

Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht eines Tintenstrahlsegmentes eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Fig. 11 is a cross-sectional view showing an ink jet head according to a segment of an ink jet another preferred embodiment of the present invention,

Fig. 12 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halterung mit daran befestigten Tintenstrahlsegmenten, die jeweils wie in Fig. 11 gezeigt aufgebaut sind, FIG. 12 shows a cross-sectional view of a holder with attached ink jet segments, which are each constructed as shown in FIG. 11,

Fig. 13 zeigt eine Tintenstrahlkopfeinheit mit der daran befestigten Halterung gemäß Fig. 12, Fig. 13 shows an ink jet head unit with the attached bracket of FIG. 12,

Fig. 14 zeigt ein alternatives Beispiel für eine Halterung mit daran befestigten und in Fig. 12 gezeigten Tintenstrahlsegmenten, Fig. 14 shows an alternative example of a holder having fixed thereto and in Fig. 12 shown ink jet segments,

Fig. 15 zeigt eine Querschnittsansicht eines Tintenstrahlsegments eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und Fig. 15 is a cross-sectional view showing an ink jet head according to a segment of an ink jet another preferred embodiment of the present invention, and

Fig. 16 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halterung mit daran befestigten Tintenstrahlsegmenten, die jeweils wie in Fig. 15 gezeigt aufgebaut sind. FIG. 16 shows a cross-sectional view of a holder with attached ink jet segments, each of which is constructed as shown in FIG. 15.

Fig. 1A zeigt eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts des Tintenstrahlkopfes gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und Fig. 1B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 1A gezeigten Bereichs A. Ein piezoelektrisches Teil bzw. ein piezoelektrischer Abschnitt 1 besteht aus einem Substrat 2 und einem darauf geschichteten piezoelektrischen Element 3. Bei dem dargestellten Beispiel besitzt das piezoelektrische Element 3 eine dreischichtige Struktur. Ein als bewegliches piezoelektrisches Element 3 dienender piezoelektrischer Antrieb 30 besitzt einen um den piezoelektrischen Antrieb herum ausgebildeten Schlitz 9, und jedes piezoelektrische Element 3 ist, wie in Fig. 1B gezeigt ist, zwischen zwei Schichtelektroden 3a angeordnet. Die Oberschicht des piezoelektrischen Antriebs 30 ist durch ein flaches Teil 4 gebildet, welches die Unterseite der einzelnen Tintenkanäle 12 bildet. Das flache Teil 4 ist aus einer wärmeausgehärteten Trockenresistschicht oder einer Metalldünnschicht aus beispielsweise nicht rostendem Stahl gefertigt. Wird der piezoelektrische Antrieb 30 betrieben, d. h. wird über die Elektroden 3a eine Antriebsspannung an jede Schicht des piezoelektrischen Elements 3 angelegt, verändert sich die Oberfläche des flachen Teils 4 in den Tintenkanälen 12 mit Ausdehnen bzw. Zusammenziehen der piezoelektrischen Elemente 3 in Dickenrichtung. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, verändert sich dementsprechend der an die interne Tinte angelegte Druck, so daß Tintentropfen von den Düsen ausgestoßen werden. Die Tintenkanäle 12 sind oberhalb der piezoelektrischen Antriebe 30 des piezoelektrischen Abschnitts ausgebildet, und das Tintenkanalteil bzw. der Tintenkanalabschnitt 11 ist mit Hilfe einer (nicht gezeigten) Klebstoffschicht an dem piezoelektrischen Abschnitt 1 befestigt. Fig. 1A is a cross-sectional view of an essential portion of the ink jet head in accordance with a preferred embodiment of the present invention, and Fig. 1B is an enlarged view of a portion shown in Fig. 1A A. A piezoelectric part and a piezoelectric section 1 consists of a substrate 2 and a piezoelectric element 3 laminated thereon. In the example shown, the piezoelectric element 3 has a three-layer structure. A serving as a moving piezoelectric element 3 of piezoelectric drive 30 has a slot 9 formed around the piezoelectric drive around, and each piezoelectric element 3 is, as shown in Fig. 1B, between two-layer electrodes 3 a disposed. The upper layer of the piezoelectric drive 30 is formed by a flat part 4 , which forms the underside of the individual ink channels 12 . The flat part 4 is made of a thermoset dry resist layer or a thin metal layer made of, for example, stainless steel. If the piezoelectric actuator 30 operates, that is applied a driving voltage to each layer of the piezoelectric element 3 via the electrodes 3, the surface of the flat part 4 changes in the ink channels 12 to expand or contract the piezoelectric elements 3 in the thickness direction. Accordingly, as shown in Fig. 4, the pressure applied to the internal ink changes so that ink drops are ejected from the nozzles. The ink channels 12 are formed above the piezoelectric drives 30 of the piezoelectric section, and the ink channel part or the ink channel section 11 is attached to the piezoelectric section 1 with the aid of an adhesive layer (not shown).

Der wesentliche Bereich des zuvor erläuterten Tintenstrahikopfes kann durch eine Folge von in den Fig. 4A bis 4D dargestellten Verfahrensschritten hergestellt werden. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, wird eine grüne oder rohe Lage bzw. Folie 33 (deren typische Zusammensetzung bereits zuvor beschrieben worden ist) für die Ausbildung des piezoelektrischen Abschnitts 1 vorgesehen, und die Oberseite der rohen Lage 33 wird mit einer dielektrischen Maske 31 mit einem schmalen Zwischenraum zwischen der Maske und der Lage abgedeckt. Die bei diesem Beispiel verwendete dielektrische Maske 31 wird dadurch hergestellt, daß mehrere Oxidschichten auf einem Quarzsubstrat übereinandergeschichtet und anschließend gemustert werden. Anschließend wird die rohe Lage 33, wie in Fig. 8A durch Pfeile dargestellt, mit Excimer-Laserstrahlen mit einer Energiedichte von 6 J/cm² bestrahlt, um die bestrahlten Teile selektiv zu entfernen und Schlitze 9 auszubilden. Es ist zu beachten, daß die auf die rohe Lage 33 emittierten Excimer-Laserstrahlen in der rohen Lage 33 organische Substanzen karbonisieren, wobei die dabei entstehenden Kohlenstoffteilchen streuen und an der dielektrischen Maske haften können, wodurch das Durchlaßvermögen bezüglich der Excimer- Laserstrahlen verschlechtert wird. Um dies zu vermeiden, kann Sauerstoff- oder Ozongas durch den schmalen Zwischenraum zwischen der rohen Lage 33 und der dielektrischen Maske 31 geführt werden. Die verwendete rohe Lage 33 ist gewöhnlich biegsam und kann daher an eine geeignete Transportschicht, wie z. B. an eine Kunststoffschicht, beispielsweise eine PET-Schicht, befestigt werden, um den Transport nach Ausbildung der Schlitze 9 zu erleichtern, und anschließend kann der Schlitz 9 ausgebildet und das Laminat hergestellt werden. Die an den piezoelektrischen Elementen 3 anzubringenden Elektroden können vor Ausbildung der Schlitze 9 auf der rohen Lage 33 beispielsweise durch Siebdruck mit einem bestimmten Muster auf der Oberfläche der rohen Lage 33 oder alternativ nach Ausbildung der Schlitze 9 auf ähnliche Weise ausgebildet werden. Falls erforderlich, können die Elektroden nach Befestigung der rohen Lage 33 an einem Substrat angebracht werden.The essential area of the ink jet head explained above can be manufactured by a sequence of process steps shown in FIGS. 4A to 4D. As shown in FIG. 4A, a green or raw sheet 33 (the typical composition of which has been described above) is provided for forming the piezoelectric section 1 , and the top of the raw sheet 33 is covered with a dielectric mask 31 covered with a narrow space between the mask and the layer. The dielectric mask 31 used in this example is produced by stacking several oxide layers on a quartz substrate and then patterning them. Subsequently, as shown by arrows in FIG. 8A, the raw sheet 33 is irradiated with excimer laser beams with an energy density of 6 J / cm ^{2 in} order to selectively remove the irradiated parts and form slots 9 . It should be noted that the light emitted to the raw sheet 33 excimer laser beams carbonize in the raw sheet 33 organic substances, which scatter the resulting carbon particles, and may adhere to the dielectric mask, whereby the transmissivity of the excimer laser beams is deteriorated in. In order to avoid this, oxygen or ozone gas can be passed through the narrow space between the raw layer 33 and the dielectric mask 31 . The raw sheet 33 used is usually flexible and can therefore be attached to a suitable transport layer, such as e.g. B. to a plastic layer, for example a PET layer, to facilitate transport after formation of the slots 9 , and then the slot 9 can be formed and the laminate can be produced. The electrodes to be attached to the piezoelectric elements 3 can be formed in a similar manner before the slots 9 are formed on the raw layer 33, for example by screen printing with a specific pattern on the surface of the raw layer 33 or alternatively after the slots 9 have been formed. If necessary, the electrodes can be attached to a substrate after the green sheet 33 has been attached.

Nachdem die Schlitze 9 auf der rohen Lage 33 ausgebildet worden sind, wird eine erforderliche Anzahl von derartigen rohen Lagen 33 (in dem dargestellten Beispiel drei) korrekt angeordnet und auf einem Substrat 2 übereinandergeschichtet, so daß sich die Fläche der rohen Lagen 33 mit steigender Entfernung von dem Substrat 2 vergrößert, und die Lagen 33 werden, wie in Fig. 4B gezeigt ist, eng zusammengedrückt. Das Substratmaterial kann dem Material der piezoelektrischen Elemente 3 entsprechen oder aber auch davon abweichen. Wird ein anderes Material verwendet, muß der Wärmewiderstand des verwendeten Materials in Anbetracht des nachfolgenden Hartbrennprozesses gleich groß oder größer als der Wärmewiderstand des Materials der piezoelektrischen Elemente 3 sein. Auf diese Weise wird ein Laminatkörper mit einem um die beweglichen piezoelektrischen Elemente 3 ausgebildeten Schlitz 9 erhalten. In jedem piezoelektrischen Antrieb 30 besitzt das piezoelektrische Element 3 der obersten Schicht die größte Fläche, während die unterste Schicht die kleinste Fläche besitzt.After the slits 9 have been formed on the blank sheet 33 , a required number of such blank sheets 33 (three in the example shown) are correctly arranged and stacked on a substrate 2 so that the area of the blank sheets 33 increases with distance from the substrate 2 , and the layers 33 are compressed as shown in Fig. 4B. The substrate material can correspond to the material of the piezoelectric elements 3 or can also differ therefrom. If another material is used, the thermal resistance of the material used must be equal to or greater than the thermal resistance of the material of the piezoelectric elements 3 in view of the subsequent hard firing process. In this way, a laminate body with a slot 9 formed around the movable piezoelectric elements 3 is obtained. In each piezoelectric drive 30 , the piezoelectric element 3 of the top layer has the largest area, while the bottom layer has the smallest area.

Anschließend wird der somit erhaltene Laminatkörper hartgebrannt. Unter Berücksichtigung der Zusammensetzung der zur Ausbildung des piezoelektrischen Abschnitts verwendeten rohen Lagen betrug die Brenntemperatur bei diesem Beispiel ca. 1000°C. Fig. 4C zeigt eine Außenansicht des nach dem Hartbrennen erhaltenen piezoelektrischen Abschnitts 1. Wie in dieser Figur gezeigt ist, sind die Schlitze 9 gemäß dem vorliegenden Beispiel jeweils kanalförmig ausgebildet und umgeben die in Längsrichtung verlaufenden piezoelektrischen Antriebe 30.The laminate body thus obtained is then fired hard. Taking into account the composition of the raw layers used to form the piezoelectric section, the firing temperature in this example was approximately 1000 ° C. Fig. 4C shows an exterior view of the obtained after firing the piezoelectric section 1. As shown in this figure, the slots 9 are each channel-shaped according to the present example and surround the longitudinally extending piezoelectric drives 30 .

Anschließend wird auf der gesamten Oberfläche des somit hergestellten piezoelektrischen Abschnitts 1 der in den Fig. 1A und 1B gezeigte flache Abschnitt 4 ausgebildet, und der Tintenkanalabschnitt 11 wird darauf genau positioniert und aufgesetzt und mit Hilfe einer Klebstoffschicht daran befestigt. Auf diese Weise wird der in Fig. 4D gezeigte ganze Körper hergestellt. Es wird darauf hingewiesen, daß Fig. 1A eine Querschnittsansicht entlang der in Fig. 4D gezeigten Linie V-V darstellt.Then, the flat portion 4 shown in Figs. 1A and 1B is formed on the entire surface of the piezoelectric portion 1 thus manufactured, and the ink channel portion 11 is precisely positioned and placed thereon and fixed thereto by means of an adhesive layer. In this way, the whole body shown in Fig. 4D is manufactured. Note that Fig. 1A is a cross sectional view taken along the line VV shown in Fig. 4D.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des wesentlichen Teils eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein piezoelektrischer Abschnitt 1 besteht aus einem Substrat 2 und einem darauf geschichteten piezoelektrischen Element 3. Das dargestellte piezoelektrische Element 3 besitzt eine dreischichtige Struktur. Ein als bewegliches piezoelektrisches Element 3 dienender piezoelektrischer Antrieb 30 besitzt einen um den piezoelektrischen Antrieb 30 ausgebildeten Schlitz 9. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist jedes piezoelektrische Element zwischen Schichtelektroden angeordnet. Auf der obersten Schicht ist ein flaches Teil bzw. ein flacher Abschnitt 4 ausgebildet. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1A gezeigten Schlitz besitzt gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Schlitz 9 keinen abgestuften Freiraum, sondern der Schlitz 9 besitzt einen Freiraum, dessen Querschnittsfläche sich stetig verändert und der in vertikaler Richtung eine trapezförmige Querschnittsform aufweist. Auf den piezoelektrischen Antrieben 30 des piezoelektrischen Abschnitts 1 sind Tintenkanäle 12 positioniert, wobei ein Tintenkanalabschnitt 11 mit Hilfe einer (nicht gezeigten) Kunststoffschicht befestigt ist. Fig. 2 shows a cross-sectional view of the essential part of an ink jet head according to another preferred embodiment of the present invention. A piezoelectric section 1 consists of a substrate 2 and a piezoelectric element 3 layered thereon. The piezoelectric element 3 shown has a three-layer structure. A piezoelectric drive 30 serving as a movable piezoelectric element 3 has a slot 9 formed around the piezoelectric drive 30 . Although not shown, each piezoelectric element is arranged between layer electrodes. A flat part or a flat section 4 is formed on the uppermost layer. In contrast to the slot shown in FIG. 1A, according to this exemplary embodiment, the slot 9 does not have a stepped free space, but the slot 9 has a free space whose cross-sectional area changes continuously and which has a trapezoidal cross-sectional shape in the vertical direction. Ink channels 12 are positioned on the piezoelectric drives 30 of the piezoelectric section 1 , an ink channel section 11 being fastened with the aid of a plastic layer (not shown).

Der wesentliche Bereich des zuvor erläuterten Tintenstrahlkopfes kann durch eine Folge von Herstellungsschritten gemäß Fig. 5A und 5B hergestellt werden. Wie in Fig. 5A gezeigt ist, wird auf jeder rohen Lage ein (nicht gezeigtes) Elektrodenmuster ausgebildet, um einen piezoelektrischen Abschnitt 1 zu bilden, und eine erforderliche Anzahl von rohen Lagen werden übereinandergeschichtet, um auf diese Weise einen Schicht- oder Laminatkörper 34 aus den rohen Lagen herzustellen. Die Oberfläche des Laminatkörpers 34 wird beabstandet durch einen schmalen Zwischenraum mit einer dielektrischen Maske 31 abgedeckt. Wie in der Figur durch Pfeile dargestellt ist, wird die Anordnung mit Excimer-Laserstrahlen bestrahlt, um auf diese Weise die mit dem Laserlicht bestrahlten Teile selektiv zu entfernen und die Schlitze 9 auszubilden. Die einzelnen Schlitzbereiche besitzen zwischen der Oberseite des Laminatkörpers 34 direkt unterhalb der Mase 31 und der Unterseite des Laminatkörpers 34, die am weitesten entfernt von der Maske 31 ist, deutlich unterschiedliche Breiten.The essential portion of the ink jet head explained above can be manufactured by a series of manufacturing steps as shown in FIGS. 5A and 5B. As shown in FIG. 5A, an electrode pattern (not shown) is formed on each raw sheet to form a piezoelectric portion 1 , and a required number of raw sheets are stacked to thereby form a laminated body 34 to produce the raw layers. The surface of the laminate body 34 is covered at a distance by a narrow space with a dielectric mask 31 . As shown in the figure by arrows, the arrangement is irradiated with excimer laser beams in order in this way to selectively remove the parts irradiated with the laser light and to form the slots 9 . The individual slit regions have clearly different widths between the top of the laminate body 34 directly below the nose 31 and the bottom of the laminate body 34 , which is the furthest away from the mask 31 .

Der Laminatkörper 34 mit den in Übereinstimmung mit der vorhergehenden Beschreibung hergestellten Schlitzen 9 wird umgedreht bzw. auf den Kopf gestellt und fest an einem Substrat 2 befestigt und anschließend hartgebrannt. Die Befestigung des Laminatkörpers 34 an dem Substrat 2 und das Hartbrennen dieser beiden Teile werden analog zu dem zuvor beschriebenen Beispiel durchgeführt. Fig. 5B zeigt eine Querschnittsansicht des nach dem Hartbrennen vorliegenden piezoelektrischen Abschnitts 1.The laminate body 34 with the slits 9 produced in accordance with the preceding description is turned over or turned upside down and firmly attached to a substrate 2 and then fired hard. The attachment of the laminate body 34 to the substrate 2 and the hard burning of these two parts are carried out analogously to the example described above. Fig. 5B shows a cross-sectional view of the present after firing the piezoelectric part 1.

Anschließend wird auf dem ausgebildeten piezoelektrischen Abschnitt ein Tintenkanalabschnitt präzise positioniert und aufgesetzt und mit Hilfe einer Klebstoffschicht fest daran befestigt. Auf diese Weise wird die in Fig. 2 gezeigte integrierte Struktur erhalten.An ink channel section is then precisely positioned and placed on the formed piezoelectric section and firmly attached to it with the aid of an adhesive layer. In this way, the integrated structure shown in Fig. 2 is obtained.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Bereichs eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein piezoelektrischer Abschnitt 1 besitzt ein Substrat 2 sowie ein darauf geschichtetes piezoelektrisches Element 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt das piezoelektrische Element 3 wiederum eine dreischichtige Struktur. Ein als ein bewegliches piezoelektrisches Element 3 dienender piezoelektrischer Antrieb 30 besitzt einen um den piezoelektrischen Antrieb ausgebildeten Schlitz 9. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist jedes piezoelektrische Element 3 zwischen Schichtelektroden angeordnet. Auf der obersten Schicht ist ein flaches Teil bzw. ein flacher Abschnitt 4 ausgebildet. Ähnlich zu dem in Fig. 1A gezeigten Beispiel weist der Schlitz 9 einen sich stufig verändernden Zwischenraum auf. Des weiteren vergrößert sich bei diesem Ausführungsbeispiel, wie in der Figur gezeigt ist, mit Ausnahme des piezoelektrischen Antriebs mit abnehmender Entfernung zu dem Substrat 2 die Querschnittsfläche eines Teils (Nichtantriebsteil) des piezoelektrischen Elementes 3. Dies führt dazu, daß die Haftung zwischen dem piezoelektrischen Element 3 und dem Substrat 7 verbessert wird. Auf dem piezoelektrischen Abschnitt 1 sind oberhalb der piezoelektrischen Antriebe Tintenkanäle 12 angeordnet, und ein Tintenkanalabschnitt 11 ist über eine (nicht gezeigte) Klebstoffschicht an dem piezoelektrischen Abschnitt 1 befestigt. Fig. 3 is a cross-sectional view showing an essential portion of an ink jet head according to another preferred embodiment of the present invention. A piezoelectric section 1 has a substrate 2 and a piezoelectric element 3 layered thereon. In this exemplary embodiment, the piezoelectric element 3 again has a three-layer structure. A piezoelectric drive 30 serving as a movable piezoelectric element 3 has a slot 9 formed around the piezoelectric drive. Although not shown, each piezoelectric element 3 is arranged between layer electrodes. A flat part or a flat section 4 is formed on the uppermost layer. Similar to the example shown in FIG. 1A, the slot 9 has a step-changing space. Furthermore, in this exemplary embodiment, as shown in the figure, with the exception of the piezoelectric drive, the cross-sectional area of a part (non-drive part) of the piezoelectric element 3 increases as the distance to the substrate 2 decreases. As a result, the adhesion between the piezoelectric element 3 and the substrate 7 is improved. Ink channels 12 are arranged on the piezoelectric section 1 above the piezoelectric drives, and an ink channel section 11 is attached to the piezoelectric section 1 via an adhesive layer (not shown).

Der wesentliche Teil des zuvor beschriebenen Tintenstrahlkopfes kann durch eine Folge von in den Fig. 6A bis 6C gezeigten Herstellungsschritten hergestellt werden. Wie in Fig. 6A gezeigt ist, werden zwei Arten von geschichteten rohen Lagen 35 und 36 zur Ausbildung von piezoelektrischen Abschnitten 1 vorbereitet. Das Schichten der rohen Lagen und das Ausbilden der Elektroden kann wie oben beschrieben erfolgen. Die in der Figur gezeigten kammartigen Strukturen können beispielsweise durch Preßformen hergestellt werden. Wie in Fig. 6B gezeigt ist, werden die beiden gemusterten und geschichteten rohen Lagen 35 und 36 derart angeordnet, daß ihre Kammzähne ineinanderpassen, und die Lagen 35 und 36 werden an einem Substrat 2 befestigt und anschließend hartgebrannt. Das Befestigen und Hartbrennen kann analog zu den vorhergehenden Beispielen ausgeführt werden. Nach dem Hartbrennen wird die in Fig. 6C gezeigte Querschnittsform erhalten, die eine Ansicht entlang der in der Fig. 6B gezeigten Linie C-C des piezoelektrischen Abschnitts 1 entspricht.The essential part of the ink jet head described above can be manufactured by a series of manufacturing steps shown in Figs. 6A to 6C. As shown in FIG. 6A, two types of layered green sheets 35 and 36 are prepared to form piezoelectric sections 1 . The layering of the raw layers and the formation of the electrodes can be carried out as described above. The comb-like structures shown in the figure can be produced, for example, by press molding. As shown in Fig. 6B, the two patterned and layered green sheets 35 and 36 are arranged such that their comb teeth fit together, and the sheets 35 and 36 are attached to a substrate 2 and then fired. Fastening and hard burning can be carried out analogously to the previous examples. After the hard firing, the cross-sectional shape shown in FIG. 6C is obtained, which corresponds to a view along the line CC of the piezoelectric section 1 shown in FIG. 6B.

Auf den somit ausgebildeten piezoelektrischen Abschnitt wird des weiteren ein Tintenkanalabschnitt präzise positioniert und aufgesetzt und anschließend mit Hilfe einer Klebstoffschicht daran befestigt. Auf diese Weise wird die in Fig. 3 gezeigte integrierte Struktur erhalten.In addition, an ink channel section is precisely positioned and placed on the piezoelectric section thus formed and then attached to it with the aid of an adhesive layer. In this way, the integrated structure shown in Fig. 3 is obtained.

Bei dem zuvor erläuterten Beispiel wird an den Seitenflächen eines piezoelektrischen Antriebs des piezoelektrischen Abschnitts 1 ein Schlitz 9 ausgebildet. In der Praxis kann jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung der Schlitz 9 derart ausgebildet werden, daß er sich ausgehend von den Seitenflächen zu der Unterseite des piezoelektrischen Antriebs 1 hin erstreckt. Dadurch können bevorzugte Wirkungen erzielt werden.In the example explained above, a slot 9 is formed on the side surfaces of a piezoelectric drive of the piezoelectric section 1 . In practice, however, according to the present invention, the slot 9 can be formed such that it extends from the side surfaces to the underside of the piezoelectric drive 1 . Preferred effects can thereby be achieved.

Fig. 7B zeigt eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Bereichs eines piezoelektrischen Abschnitts, der einen von den Seitenflächen zu der Unterseite eines piezoelektrischen Antriebs 30 gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Schlitz 9 besitzt. Bei Anlegen einer Spannung zwischen Elektroden 5 des piezoelektrischen Antriebs 30 wird ein piezoelektrisches Element 3 in die durch einen Pfeil X angedeutete Richtung deformiert. Gemäß diesem Beispiel ist der Schlitz 9 bis zu der Unterseite des piezoelektrischen Antriebs 30 ausgestaltet, so daß selbst bei Auftreten von einschränkenden Kräften unterhalb der Schlitze 9a an ihrer Unterseite in dem piezoelektrischen Element 3 diese Schlitze 9a diese einschränkenden Kräfte blockieren, so daß diese keinesfalls den Bereich des piezoelektrischen Antriebs 30 erreichen bzw. beeinflussen können. Wird eine Spannung an die Elektroden 5 angelegt, werden demzufolge die oberhalb der Schlitze 9a angeordneten Teile wie durch einen Pfeil Y angedeutet deformiert, wobei diese Deformation im Gegensatz zu den bekannten piezoelektrischen Elementen nicht durch die Deformation des piezoelektrischen Elements in die durch den Pfeil X angedeutete Richtung beeinträchtigt wird. Demzufolge kann nach Installation dieses piezoelektrischen Abschnitts in einen Tintenstrahlkopf Tinte mit geringem Energieaufwand ausgestoßen werden. FIG. 7B shows a cross-sectional view of an essential portion of a piezoelectric portion, which has a slot 9 formed from the side surfaces to the bottom of a piezoelectric drive 30 according to a further preferred embodiment of the present invention. When a voltage is applied between electrodes 5 of the piezoelectric drive 30 , a piezoelectric element 3 is deformed in the direction indicated by an arrow X. According to this example, the slot 9 is adapted to the underside of the piezoelectric drive 30, so that even if occurrence of limiting forces below the slots 9 on its underside in the piezoelectric element 3, these slots 9a these restrictive forces block a, so that this can never reach or influence the area of the piezoelectric drive 30 . When a tension applied to the electrodes 5, are therefore the deformed as indicated by an arrow Y above the slots 9 a arranged parts, wherein this deformation, unlike the known piezoelectric elements not by the deformation of the piezoelectric element in indicated by the arrow X indicated direction is impaired. As a result, after installing this piezoelectric portion in an ink jet head, low-energy ink can be ejected.

Der in Fig. 7B gezeigte piezoelektrische Abschnitt kann vorzugsweise ausgehend von dem in Fig. 7A gezeigten Strukturabschnitt hergestellt werden. Insbesondere sind, wie in Fig. 7A gezeigt ist, analog zu den vorhergehenden Beispielen rohe Lagen übereinandergeschichtet, und zusätzlich zu den Elektroden 5 sind Bindemittel 37 vorhanden bzw. aufgedruckt. Anschließend wird das somit erhaltene Laminat aus den rohen Lagen hartgebrannt, um die aus organischen Sublimatkunstharzen bestehenden Bindemittel zu dispergieren und an den entsprechenden Stellen Hohlräume auszubilden. Anschließend werden ähnlich zu den vorhergehenden Beispielen entlang der Seitenflächen eines piezoelektrischen Antriebs Schlitze ausgebildet. Die dabei ausgebildeten Schlitze erreichen dabei die gemäß dem vorhergehenden Prozeß ausgebildeten Hohlräume, so daß der in Fig. 7B dargestellte piezoelektrische Abschnitt fertiggestellt wird. In der Mitte der untersten Schicht eines piezoelektrischen Elements kann sich an den piezoelektrischen Antrieb eine inaktive Schicht anschließen.The piezoelectric section shown in FIG. 7B can preferably be produced starting from the structural section shown in FIG. 7A. In particular, as shown in FIG. 7A, as in the previous examples, raw layers are layered one on top of the other, and binders 37 are present or printed in addition to the electrodes 5 . Subsequently, the laminate thus obtained is hard-fired from the raw layers in order to disperse the binders consisting of organic sublimate synthetic resins and to form cavities at the appropriate locations. Then, similarly to the previous examples, slits are formed along the side surfaces of a piezoelectric drive. The slots formed thereby reach the cavities formed according to the previous process, so that the piezoelectric section shown in FIG. 7B is completed. In the middle of the lowest layer of a piezoelectric element, an inactive layer can follow the piezoelectric drive.

Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Bereichs eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei einem in dieser Figur dargestellten piezoelektrischen Segment 41 sind Tintenkanäle 12 auf der Ober- und Unterseite eines Tintenkanalabschnitts 11 ausgebildet, und ein piezoelektrischer Abschnitt 1 ist an jeder der die Tintenkanäle 12 aufweisenden Oberflächen derart befestigt, daß entsprechende piezoelektrische Antriebe 30 an die Tintenkanäle 12 anstoßen. Wie nachfolgend erläutert wird, sind in diesem Fall die piezoelektrischen Abschnitte 1 nicht an der gesamten Ober- und Unterseite des Tintenkanalabschnitts 11 befestigt, sondern es sind Befestigungsenden 11a vorgesehen, die an Rillen einer Halterung befestigt werden sollen. Obwohl dies nicht gezeigt ist, besteht der piezoelektrische Abschnitt 1 aus einem Substrat 2 und einem darauf geschichteten piezoelektrischen Element 3 und besitzt lediglich an bestimmten Stellen die piezoelektrischen Antriebe 30. Bei dem in der Figur dargestellten Beispiel besitzt der piezoelektrische Antrieb 30 zwei piezoelektrische Schichten und Elektrodenschichten, die jeweils übereinandergeschichtet sind. Insbesondere besitzen die Elektrodenschichten dreischichtige Strukturen. Fig. 8 is a cross-sectional view showing an essential portion of an ink jet head according to another preferred embodiment of the present invention. In a piezoelectric segment 41 shown in this figure, ink channels 12 are formed on the top and bottom of an ink channel section 11 , and a piezoelectric section 1 is attached to each of the surfaces having the ink channels 12 such that corresponding piezoelectric drives 30 abut the ink channels 12 . As will be explained below, the piezoelectric portions 1 of the ink channel portion 11 are in this case not to the entire upper and lower sides attached but there are provided fixing ends 11 a to be fixed to a mounting groove. Although this is not shown, the piezoelectric section 1 consists of a substrate 2 and a piezoelectric element 3 layered thereon and only has the piezoelectric drives 30 at certain points. In the example shown in the figure, the piezoelectric drive 30 has two piezoelectric layers and electrode layers, which are each stacked on top of one another. In particular, the electrode layers have three-layer structures.

Fig. 9 zeigt einen Zustand, bei dem ein Düsenkopf an einem Vorderende des in Fig. 8 gezeigten piezoelektrischen Segments 41 befestigt ist. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, sind die Tintenkanäle 12 auf beiden Seiten des Tintenkanalabschnitts zickzack-artig angeordnet, so daß das Layoutmuster der Tintenkanäle in dem in Fig. 9 gezeigten Düsenabschnitt 14 widergespiegelt wird, wodurch eine zickzack-artige Verteilung von Düsen 15 erzielt wird. FIG. 9 shows a state in which a nozzle head is attached to a front end of the piezoelectric segment 41 shown in FIG. 8. As shown in Fig. 8, the ink channels 12 are arranged on both sides of the ink channel section in a zigzag manner so that the layout pattern of the ink channels is reflected in the nozzle section 14 shown in Fig. 9, thereby achieving a zigzag-like distribution of nozzles 15 becomes.

Fig. 10 zeigt ein modifiziertes Beispiel des in Fig. 8 dargestellten piezoelektrischen Segments 41. Gemäß diesem Beispiel ist zur Verbesserung der volumetrischen Veränderung der in den Tintenkanälen befindlichen Tinte analog zu den vorhergehenden Beispielen der vorliegenden Erfindung ein Schlitz 9 um einen piezoelektrischen Antrieb 30 herum ausgebildet. Die Struktur und Form des Schlitzes 9 entspricht der vorhergehenden Beschreibung. FIG. 10 shows a modified example of the piezoelectric segment 41 shown in FIG. 8. According to this example, in order to improve the volumetric change of the ink in the ink channels, a slot 9 is formed around a piezoelectric drive 30 analogous to the previous examples of the present invention. The structure and shape of the slot 9 corresponds to the previous description.

Die in den Fig. 8 und 9 dargestellten piezoelektrischen Segmente können beispielsweise wie folgt hergestellt werden. The piezoelectric segments shown in FIGS. 8 and 9 can be manufactured as follows, for example.

Ein auf PNN basierendes Keramikmaterial wird zu einer 40 µm dicken rohen Folie oder Lage geformt. Anschließend wird auf beiden Seiten der somit erhaltenen rohen Lage eine auf Silber-Palladium basierende Legierung selektiv an Stellen aufgedruckt, wo piezoelektrische Antriebe ausgebildet werden sollen, um somit Elektroden mit einer Breite von 100 µm auszubilden. Um einen piezoelektrischen Antrieb mit drei aktiven Schichten zu schaffen, werden mehrere dieser hohen Lagen übereinandergeschichtet und der somit erhaltene Laminatkörper bei 1000°C hartgebrannt. Auf diese Weise wird ein piezoelektrischer Abschnitt mit 15 auf einem Substrat mit Abständen von 280 µm angeordneten piezoelektrischen Antrieben mit den 100 µm breiten Elektroden erhalten.A ceramic material based on PNN becomes a 40 µm thick raw foil or Layer shaped. Then the raw layer thus obtained is obtained on both sides selectively printed an alloy based on silver-palladium in places where Piezoelectric drives are to be formed in order to use electrodes with a Form width of 100 microns. To a piezoelectric actuator with three active To create layers, several of these high altitudes are stacked and the laminate body thus obtained was hard-fired at 1000 ° C. This way, a Piezoelectric section with 15 on a substrate with intervals of 280 microns arranged piezoelectric drives with the 100 µm wide electrodes obtained.

Davon getrennt werden beide Seiten einer Platte aus rostfreiem Stahl gleichzeitig geätzt, um auf jeder dieser Seiten Tintenkanäle mit einer Breite von 200 µm und einer Tiefe von 100 µm auszubilden. Bei dem somit erhaltenen Tintenkanalabschnitt sind die Tintenkanäle auf der Oberseite gegenüber denen auf der Unterseite um 140 µm versetzt.Separately, both sides of a stainless steel plate are etched simultaneously, around ink channels with a width of 200 µm and a depth on each of these sides of 100 µm. In the ink channel portion thus obtained, the Ink channels on the top are offset by 140 µm from those on the bottom.

Anschließend werden der piezoelektrische Abschnitt und der wie oben beschrieben ausgebildete Tintenkanalabschnitt miteinander derart verbunden, daß die piezoelektrischen Antriebe an den Tintenkanälen anstoßen, wodurch ein piezoelektrisches Segment hergestellt wird. Bei diesem Beispiel erfolgt die Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Abschnitt und dem Tintenkanalabschnitt dadurch, daß zwischen den Abschnitten eine Trockenresistschicht mit einer Dicke von 30 µm angeordnet und anschließend eine Wärmeverschweißung durchgeführt wird.Then the piezoelectric section and the one as described above trained ink channel section connected to each other such that the trigger piezoelectric drives on the ink channels, creating a piezoelectric segment is produced. In this example, the connection is made between the piezoelectric section and the ink channel section in that between the sections a dry resist layer with a thickness of 30 µm arranged and then heat welding is carried out.

An einer vorderen Endfläche des somit erhaltenen Segments wird ein Düsenabschnitt (mit einer Dicke von 80 µm, einem Durchmesser von 40 µm und mit 30 Düsen) befestigt. Dadurch wird das gewünschte piezoelektrische Segment fertiggestellt.On a front end surface of the segment thus obtained, a nozzle portion is formed (with a thickness of 80 µm, a diameter of 40 µm and with 30 nozzles) attached. This completes the desired piezoelectric segment.

Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Bereichs eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem in dieser Figur dargestellten piezoelektrischen Segment 41 sind Tintenkanäle 12 lediglich auf der Oberseite eines Tintenkanalabschnitts 11 des Segments 41 ausgebildet, und ein piezoelektrischer Abschnitt 1 ist derart mit der die Tintenkanäle 12 aufweisenden Seite verbunden, daß entsprechende piezoelektrische Antriebe 30 an die Tintenkanäle 12 anstoßen bzw. angrenzen. In diesem Fall ist der piezoelektrische Abschnitt 1 nicht an der gesamten Oberseite des Tintenkanalabschnitts 11 angebracht, sondern es sind Befestigungsenden 11a vorhanden, die an Rillen einer Halterung zu befestigen sind. Obwohl dies nicht gezeigt ist, besteht der piezoelektrische Abschnitt 1 aus einem Substrat 2 und einem darauf geschichteten piezoelektrischen Element 3, wobei die piezoelektrischen Antriebe 30 lediglich an bestimmten Stellen ausgebildet sind. Bei dem in dieser Figur gezeigten Beispiel besteht der piezoelektrische Antrieb 30 aus zwei piezoelektrischen Elementschichten sowie auf beiden Seitenflächen jeder piezoelektrischen Elementschicht aufgebrachten Elektrodenschichten. Insbesondere besitzen die Elektrodenschichten eine dreischichtige Struktur. Fig. 11 is a cross-sectional view showing an essential portion of an ink jet head according to another preferred embodiment of the present invention. In the piezoelectric segment 41 shown in this figure, ink channels 12 are formed only on the top of an ink channel section 11 of the segment 41 , and a piezoelectric section 1 is connected to the side having the ink channels 12 such that corresponding piezoelectric drives 30 abut the ink channels 12 or adjoin. In this case, the piezoelectric section 1 is not attached to the entire top of the ink channel section 11 , but there are fastening ends 11 a, which are to be fastened to grooves of a holder. Although this is not shown, the piezoelectric section 1 consists of a substrate 2 and a piezoelectric element 3 laminated thereon, the piezoelectric drives 30 being formed only at specific locations. In the example shown in this figure, the piezoelectric drive 30 consists of two piezoelectric element layers and electrode layers applied to both side surfaces of each piezoelectric element layer. In particular, the electrode layers have a three-layer structure.

Das in Fig. 11 gezeigte piezoelektrische Segment kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden.The piezoelectric segment shown in Fig. 11 can be manufactured as follows, for example.

Ein auf PNN basierendes Keramikmaterial wird zu einer rohen Lage mit einer Dicke von 40 µm geformt. Anschließend wird auf beiden Seitenflächen der somit erhaltenen rohen Lage eine auf Silber-Palladium basierende Legierung selektiv an Stellen aufgedruckt, wo die piezoelektrischen Antriebe 30 ausgebildet werden sollen, um Elektroden mit einer Breite von 100 µm auszubilden. Um den piezoelektrischen Antrieb 30 mit drei aktiven Schichten herzustellen, wird die erforderliche Anzahl von derartigen rohen Lagen übereinandergeschichtet und der somit erhaltene Laminatkörper bei 1000°C hartgebrannt. Auf diese Weise wird ein piezoelektrischer Abschnitt mit 15 auf einem Substrat mit Abständen von 280 µm angeordneten piezoelektrischen Antrieben mit den 100 µm breiten Elektroden erhalten. Getrennt davon wird eine Seitenfläche einer Platte aus nichtrostendem Stahl geätzt, um Tintenkanäle mit einer Breite von 200 µm und einer Tiefe von 100 µm auszubilden. Anschließend werden der piezoelektrische Abschnitt und der wie zuvor erläutert ausgebildete Tintenkanalabschnitt aneinander befestigt, so daß die piezoelektrischen Antriebe an die Tintenkanäle angrenzen, wodurch ein piezoelektrisches Segment geschaffen wird. Der piezoelektrische Abschnitt ist jedoch nicht an jedem Ende des Tintenkanalabschnitts befestigt. An einer vorderen Endfläche des somit erhaltenen Segments ist ein Düsenabschnitt (mit einer Dicke von 80 µm, mit einem Durchmesser von 40 µm und mit 30 Düsen) befestigt. Dadurch wird das gewünschte piezoelektrische Segment fertiggestellt.A ceramic material based on PNN is formed into a raw layer with a thickness of 40 μm. Subsequently, a silver-palladium-based alloy is selectively printed on both side surfaces of the raw layer thus obtained, at locations where the piezoelectric drives 30 are to be formed in order to form electrodes with a width of 100 μm. In order to produce the piezoelectric drive 30 with three active layers, the required number of such raw layers is stacked on top of one another and the laminate body thus obtained is hard-fired at 1000 ° C. In this way, a piezoelectric section with 15 piezoelectric drives arranged on a substrate with intervals of 280 μm with the 100 μm wide electrodes is obtained. Separately, a side surface of a stainless steel plate is etched to form ink channels 200 µm wide and 100 µm deep. The piezoelectric section and the ink channel section configured as previously explained are then attached to one another so that the piezoelectric drives adjoin the ink channels, thereby creating a piezoelectric segment. However, the piezoelectric section is not attached to each end of the ink channel section. A nozzle portion (80 µm in thickness, 40 µm in diameter and 30 nozzles) is attached to a front end surface of the segment thus obtained. This completes the desired piezoelectric segment.

Nach Fertigstellung des piezoelektrischen Segments werden mehrere dieser Segmente in Rillen einer Halterung 40 eingesetzt und daran, wie in Fig. 12 gezeigt ist, befestigt, und die Halterung wird, wie in Fig. 13 gezeigt ist, an einer bestimmten Stelle einer Tintenstrahlkopfeinheit befestigt. Bei Vergleich des somit erhaltenen Tintenstrahlkopfes mit dem bekannten Tintenstrahlkopf ist ersichtlich, daß die piezoelektrischen Segmente die Halterung lediglich über die Tintenkanalabschnitte 11 berühren, so daß dadurch keine Beschädigung der piezoelektrischen Elemente 3 oder eine Verschiebung zwischen den einzelnen Abschnitten auftreten kann.After completion of the piezoelectric segment, a plurality of these segments are inserted into grooves of a bracket 40 and fixed thereon as shown in Fig. 12, and the bracket is fixed at a specific position of an ink jet head unit as shown in Fig. 13. When the ink jet head thus obtained is compared with the known ink jet head, it can be seen that the piezoelectric segments only touch the holder via the ink channel sections 11 , so that no damage to the piezoelectric elements 3 or a displacement between the individual sections can occur as a result.

Das in Fig. 11 gezeigte piezoelektrische Segment 41 kann dazu verwendet werden, ein Ausstoßmuster für die Tintentropfen zu erzielen, welches von demjenigen der in den Fig. 12 und 13 gezeigten Köpfe abweicht. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, ist es in diesem Fall vorteilhaft, die Befestigungspositionen der piezoelektrischen Segmente 41 bezüglich der Halterung 40 zu verschieben.The piezoelectric segment 41 shown in FIG. 11 can be used to achieve an ejection pattern for the ink drops which is different from that of the heads shown in FIGS. 12 and 13. In this case, as shown in FIG. 14, it is advantageous to shift the fastening positions of the piezoelectric segments 41 with respect to the holder 40 .

Fig. 15 zeigt des weiteren eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Bereichs eines Tintenstrahlkopfes gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem in der Figur dargestellten piezoelektrischen Segment 41 sind Tintenkanäle 12 sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite eines Tintenkanalabschnitts 11 des piezoelektrischen Segments ausgebildet, so daß die Unterseiten der Tintenkanäle 12 einander gegenüberliegen. An die die Tintenkanäle aufweisenden Seitenflächen des Tintenkanalabschnitts 11 ist ein piezoelektrischer Abschnitt 1 befestigt, so daß die Tintenkanäle 12 den entsprechenden piezoelektrischen Antrieben 30 gegenüberliegen. In diesem Fall ist der piezoelektrische Abschnitt 1 nicht an die gesamte Oberfläche des Tintenkanalabschnitts 11 befestigt, sondern es sind Befestigungsenden 11a vorgesehen, die an Rillen einer Halterung zu befestigen sind. Obwohl dies in der Figur nicht gezeigt ist, besteht der piezoelektrische Abschnitt 1 des weiteren aus einem Substrat 2 und einem darauf geschichteten piezoelektrischen Element 3 und besitzt lediglich an bestimmten Stellen ausgebildete piezoelektrische Antriebe 30. Bei dem in der Figur dargestellten Beispiel weist der piezoelektrische Antrieb 30 eine Struktur mit einer zwischen einem Paar von Elektrodenschichten angeordneten piezoelektrischen Schicht auf. Fig. 15 further includes a cross-sectional view showing an essential portion of an ink jet head according to another preferred embodiment of the present invention. In the piezoelectric segment 41 shown in the figure, ink channels 12 are formed both on the top and on the bottom of an ink channel section 11 of the piezoelectric segment, so that the undersides of the ink channels 12 lie opposite one another. A piezoelectric section 1 is fastened to the side surfaces of the ink channel section 11 having the ink channels, so that the ink channels 12 lie opposite the corresponding piezoelectric drives 30 . In this case, the piezoelectric section 1 is not attached to the entire surface of the ink channel section 11 , but there are attachment ends 11 a, which are to be attached to grooves of a holder. Furthermore, although this is not shown in the figure, the piezoelectric section 1 consists of a substrate 2 and a piezoelectric element 3 layered thereon and has only piezoelectric drives 30 formed at certain points. In the example shown in the figure, the piezoelectric drive 30 has a structure with a piezoelectric layer disposed between a pair of electrode layers.

Das in Fig. 15 gezeigte piezoelektrische Segment kann beispielsweise folgendermaßen hergestellt werden.The piezoelectric segment shown in Fig. 15 can be manufactured as follows, for example.

Ein auf PNN basierendes Keramikmaterial wird zu einer rohen Lage mit einer Dicke von 150 µm geformt. Anschließend wird auf beiden Flächen der somit erhaltenen rohen Lage eine auf Silber-Palladium basierende Legierung selektiv an Stellen aufgedruckt, wo piezoelektrische Antriebe 30 ausgebildet werden sollen, um auf diese Weise Elektroden mit einer Breite von 100 µm auszubilden. Zur Ausbildung eines piezoelektrischen Antriebs 30 mit einer aktiven Schicht werden mehrere dieser rohen Lagen übereinandergeschichtet und der somit erhaltene Laminatkörper bei 1000°C hartgebrannt. Auf diese Weise wird ein piezoelektrischer Abschnitt 1 mit 15 auf einem Substrat mit Abständen von 280 µm angeordneten piezoelektrischen Antrieben 30 mit den 100 µm breiten Elektroden erhalten. Davon getrennt werden die beiden Flächen einer Glasplatte gleichzeitig geätzt, um an denselben Stellen auf beiden Seiten der Glasplatte Tintenkanäle 12 mit einer Breite von 200 µm und einer Tiefe von 100 µm auszubilden. Anschließend werden die wie oben beschrieben ausgebildeten piezoelektrischen Abschnitte 1 und der Tintenkanal 12 miteinander verbunden, so daß die piezoelektrischen Antriebe 30 und die Tintenkanäle 12 einander gegenüberliegen, um somit ein piezoelektrisches Segment zu schaffen. Es ist jedoch nicht jedes Ende des Tintenkanalabschnitts 11 an den piezoelektrischen Abschnitten 11 befestigt. Auf diese Weise wird das dargestellte piezoelektrische Segment fertiggestellt.A ceramic material based on PNN is formed into a raw layer with a thickness of 150 µm. Subsequently, a silver-palladium-based alloy is selectively printed on both surfaces of the raw layer thus obtained, at locations where piezoelectric drives 30 are to be formed, in order in this way to form electrodes with a width of 100 μm. To form a piezoelectric drive 30 with an active layer, several of these raw layers are stacked on top of one another and the laminate body thus obtained is hard-fired at 1000 ° C. In this way, a piezoelectric section 1 with 15 piezoelectric drives 30 arranged on a substrate with intervals of 280 μm is obtained with the electrodes 100 μm wide. Separately, the two surfaces of a glass plate are etched simultaneously to form ink channels 12 with a width of 200 μm and a depth of 100 μm at the same locations on both sides of the glass plate. Subsequently, the piezoelectric sections 1 and the ink channel 12 configured as described above are connected to one another, so that the piezoelectric drives 30 and the ink channels 12 lie opposite one another, thus creating a piezoelectric segment. However, it is 11 not attached to each end of the ink passage portion to the piezoelectric sections. 11 In this way, the piezoelectric segment shown is completed.

Nach Fertigstellung des piezoelektrischen Segments werden, wie in Fig. 16 gezeigt ist, vier derartige piezoelektrische Segmente 41 in Rillen oder Nuten einer Halterung 40 eingesetzt und daran befestigt, und ein Düsenabschnitt (mit einer Dicke von 100 µm, mit einem Durchmesser von 50 µm und mit 60 Düsen) wird an einer vorderen Endfläche des piezoelektrischen Segments mit Klebstoffen befestigt.Upon completion of the piezoelectric segment, as shown in Fig. 16, four such piezoelectric segments 41 are inserted and fixed in grooves or grooves of a bracket 40 , and a nozzle portion (100 µm in thickness, 50 µm in diameter and with 60 nozzles) is attached to a front end surface of the piezoelectric segment with adhesives.

Gemäß dem zuvor beschriebenen Tintenstrahlkopf mit auf beiden Seiten ausgebildeten Tintenkanälen befinden sich, im Gegensatz zu dem Kopf mit lediglich auf einer Seite ausgestalteten Tintenkanälen, vier Tintenkanalabschnitte und vier Einsetzstellen auf der Halterung, um die Positioniergenauigkeit zu verbessern, so daß die Positioniergenauigkeit zwischen den Düsenpositionen und den Tintenkanalpositionen innerhalb eines gewünschten Bereichs von ±20 µm liegt. In diesem Zusammenhang benötigt der bekannte Kopf mit lediglich auf einer seiner Seitenflächen ausgebildeten Tintenkanälen 12 acht Tintenkanalabschnitte 1 und auf einer Halterung acht Einsetzstellen. Des weiteren kann mit Hilfe der vorliegenden Erfindung die Dicke jedes Segmentes auf die Hälfte der Gesamtgröße des Kopfes beschränkt werden, so daß eine Installation mit hoher Dichte möglich ist.According to the above-described ink-jet head having ink channels formed on both sides, unlike the head having only one-side ink channels, there are four ink channel sections and four insertion points on the bracket to improve the positioning accuracy, so that the positioning accuracy between the nozzle positions and the ink channel positions are within a desired range of ± 20 µm. In this connection, the known head with only ink channels 12 formed on one of its side surfaces requires eight ink channel sections 1 and eight insertion points on a holder. Furthermore, with the aid of the present invention, the thickness of each segment can be limited to half the total size of the head, so that a high-density installation is possible.

Wie zuvor erläutert worden ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung in der Nähe eines piezoelektrischen Elements 3 und dieses umgebend ein Schlitz 9 vorgesehen, um die durch ein elektrisches Feld hervorgerufene Verformungseffektivität des piezoelektrischen Elements 3 zu verbessern, wodurch die Tintenkanäle 12 verengt werden und somit das Volumen und das Gewicht eines Tintenstrahlkopfes verringert werden kann. Des weiteren kann mit Hilfe der vorliegenden Erfindung die anzulegende Spannung verringert werden, so daß ein Tintenstrahlkopf aus kompakten Teilen kleiner Kapazität aufgebaut werden kann, wodurch die Kosten und das Gewicht des Kopfes reduziert werden. Aufgrund dieser erwähnenswerten Wirkungen können mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kompakte und billige Tintenstrahldrucker realisiert werden.As has been explained above, according to the present invention in the vicinity of a piezoelectric element 3 and this provided surrounding a slot 9, in order to improve caused by an electric field deformation efficiency of the piezoelectric element 3, by which the ink channels are narrowed 12 and thus the Volume and weight of an ink jet head can be reduced. Furthermore, with the present invention, the voltage to be applied can be reduced, so that an ink jet head can be constructed from compact parts of small capacity, thereby reducing the cost and weight of the head. Because of these noteworthy effects, compact and inexpensive ink jet printers can be realized with the present invention.

Claims

1. Inkjet head with piezoelectric drive, with
an ink channels (12) ink channel-containing portion (11),
a nozzle section ( 14 ) which is arranged at one end of the ink channel section ( 11 ) and has nozzles ( 15 ) which are each assigned to an ink channel ( 12 ) for ejecting ink,
a piezoelectric section ( 1 ) connected to a main surface of the ink channel section ( 11 ) and having the piezoelectric drive units ( 30 ) for the ink channels ( 12 ) of the ink channel section ( 11 ), each piezoelectric drive unit ( 30 ) outside the ink channel ( 12 ) and with an upper side surface each being arranged adjacent to one side of the ink channel ( 12 ) and also at least on its two sides extending in the longitudinal direction of the ink channel ( 12 ) and in a direction normal to the upper side surface through a slot ( 9 ) from the surrounding one Material is separated, the width of the piezoelectric drive unit ( 30 ) between the laterally delimiting slots ( 9 ) on the upper side surface being smaller than the width of the ink channel ( 12 ),
of several between pairs of electrodes (3a, 5) in the direction normal to the upper side surface stacked arranged piezoelectric elements (3), characterized in that the width of the piezoelectric driving unit (30) between them laterally defining slots (9) increasing distance from the upper side surface decreases, wherein each piezoelectric element (3) relative to the adjacent on its side remote from the upper side surface side of the piezoelectric element having the piezoelectric drive unit (30) (3) protruding end portions without being connected to this adjacent piezoelectric element ( 3 ) are.

2. Ink jet head according to claim 1, characterized in that the width of the piezoelectric drive unit ( 30 ) gradually decreases from the piezoelectric element ( 3 ) to the piezoelectric element ( 3 ).

3. Ink jet head according to claim 1, characterized in that the sides of the piezoelectric drive unit ( 30 ) adjoining the slot ( 9 ) form a combination of surfaces which are normal and inclined with respect to the main surface of the ink channel section ( 11 ).

4. Ink jet head according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ink channel section ( 11 ) has ink channels ( 12 ) on both main surfaces and each have a piezoelectric section ( 1 ) connected to each main surface.

5. Ink jet head according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ink channel section ( 11 ) with at least one end ( 11 a) projects beyond the piezoelectric sections ( 1 ) and this end ( 11 a) for installing the ink channel section ( 11 ) is used in the ink jet head.

6. Ink jet head according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one end ( 11 a) of the ink channel section ( 11 ), no piezoelectric sections ( 1 ) are provided, this end ( 11 a) for installing the ink channel section ( 11 ) is used in the ink jet head.

7. Ink jet head according to one of claims 4 to 6, characterized in that the ink channels ( 12 ) formed on the opposite main surfaces of the ink channel section ( 11 ) are offset from one another.

8. Ink jet head according to one of claims 5 to 7, characterized in that a plurality of ink channel sections ( 11 ) are combined in a holder ( 40 ), the support points of the at least one end ( 11 a) of adjacent ink channel sections ( 11 ) being offset from one another.

9. A method for producing an ink jet head according to one of claims 1 to 8, characterized in that
that the slots ( 9 ) are formed on green layers of a ceramic material forming the piezoelectric elements ( 3 ),
that the green layers are hard-fired to form the piezoelectric section ( 1 ).

10. The method according to claim 9, characterized in that the slots ( 9 ) are formed by emitting excimer laser beams on the green layers.

11. The method according to claim 9, characterized in that the slots ( 9 ) are formed by press molding the green layers.

12. The method according to any one of claims 8 to 11, characterized in that the slots ( 9 ) are formed on each of the piezoelectric elements ( 3 ) forming green layers, that the green layers in a manner required for a desired slot pattern to a laminate body ( 34 ) are stacked, and that the laminate body ( 34 ) is burned hard.

13. The method according to any one of claims 8 to 11, characterized in
that the green layers are stacked to form a laminate body ( 34 ),
that the slits ( 9 ) are formed in a desired pattern on the laminate body ( 34 ), and that the laminate body ( 34 ) is subsequently fired.

14. The method according to any one of claims 8 to 11, characterized in that the piezoelectric section ( 1 ) consists of two or more parts ( 35 , 36 ) consisting of the green layers forming the piezoelectric elements ( 3 ) by the parts ( 35 , 36 ) are each formed individually and the shaped parts ( 35 , 36 ) are combined with one another in a desired shape and then fired.