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EP0443628B2

Drop-on-demand ink-jet printing head

Abstract

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EP0443628B2, drawing sheet 1
Sheet 1 of 18

Term

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Expired 25 February 2011, 15.6 years ago.

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12 claims: 12 independent, 0 dependent

  1. 1
    A drop-on-demand ink-jet printing head, comprising:an array of a plurality of nozzle apertures (10,10';41;42;262;280);an array of plurality of piezoelectric elements (12,12';45;46;258,260) arranged at regular intervals and fixed at one end thereof to a base (2;44;240;282), the other ends of said respective piezoelectric elements (12,12';45;46;258,260) being free ends which are in opposition to respective ones of said nozzle apertures (10,10';41,42;262;280), ink reservoir portions (6a,6b) being formed between said nozzle apertures (10,10';41;42;262;280) and said free ends;a vibration plate (4) driven by said piezoelectric element array (12,12';45,46;258,260),characterized by a nozzle plate (8;43;266) having said array of said plurality of said nozzle apertures (10,10';41;42;262;280) said vibration plate (4) being interposed between said nozzle plate (8;43;266) and said piezoelectric element array, and said piezoelectric elements (12,12';45;46;258;260) being formed by cutting into divided pieces, at predetermined width, a piezoelectric plate (25;274) obtained by a lamination of at least two layers of piezoelectric material and at least two layers of conductive material stacked alternately in layers (21,23,22;68,69), whereby the ink droplets are ejected in the same direction as the main vibration direction of said vibration plate (4), and in which said vibration plate (4) plate has concave portions (4a) in the vicinity of portions where the vibration plate (4) contacts the piezoelectric elements (12). Tintenstrahldruckkopf des Tropfen auf Abruf-Typs mit: einer Anordnung einer Mehrzahl von Düsenöffnungen (10, 10';41;42;262;280);einer Anordnung einer Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen (12, 12';45;46;258, 260), welche in regelmäßigen Abständen angeordnet sind und an einem ihrer Enden an einer Basis (2;44;240;282) befestigt sind, wobei die anderen Enden der jeweiligen piezoelektrischen Elemente (12, 12';45;46;258, 260) freie Enden sind, welche jeweiligen Düsenöffnungen (10, 10';41, 42;262;280) gegenüberliegen, Tintenreservoirbereichen (6a, 6b), welche zwischen den Düsenöffnungen (10, 10';41;42;262;280) und den freien Enden gebildet sind;einer Vibrationsplatte (4), welche durch die piezoelektrische Elementanordnung (12, 12';45, 46;258, 260) angetrieben wird,dadurch gekennzeichnet, dass eine Düsenplatte (8;43;266) die Anordnung der Mehrzahl an Düsenöffnungen (10, 10';41;42;262;280) aufweist, die Vibrationsplatte (4) zwischen der Düsenplatte (8;43;266) und der piezoelektrischen Elementanordnung angeordnet ist, und die piezoelektrischen Elemente (12, 12';45;46;258;260) durch Schneiden einer piezoelektrischen Platte (25;274) in unterteilte Stücke, bei vorbestimmter Breite, gebildet sind, wobei die piezoelektrische Platte durch eine Laminierung von mindestens zwei Schichten piezoelektrischem Material und mindestens zwei Schichten leitendem Material erhalten wird, welche abwechselnd in Schichten (21, 23, 22;68, 69) übereinander angeordnet sind, wobei die Tintentropfen in dieselbe Richtung ausgestoßen werden wie die Hauptvibrationsrichtung der Vibrationsplatte (4), und in welcher die Vibrationsplatte (4) konkave Bereiche (4a) in der Nähe von Bereichen aufweist, in welchen die Vibrationsplatte (4) die piezoelektrischen Elemente (12) berührt. Tête d'impression à jet d'encre engendrant une gouttelette à la demande comportant : un réseau de plusieurs ouvertures formant buses (10, 10' ;41, 42 ;262 ;280), un réseau de plusieurs éléments piézoélectriques (12, 12' ;45 ;46 ;258, 260) agencés à intervalles réguliers et fixés, au niveau d'une première extrémité de ceux-ci, sur une base (2 ;44 ;240 ;282), les autres extrémités desdits éléments piézoélectriques respectifs (12, 12' ;45 ;46 ;258, 260) étant des extrémités libres qui sont en opposition aux ouvertures respectives desdites ouvertures formant buses (10, 10' ;41, 42 ;262 ;280), des parties formant réservoir d'encre (6a, 6b) étant formées entre lesdites ouvertures formant buses (10, 10' ;41, 42 ;262 ;280) et lesdites extrémités libres,une plaque de vibration (4) entraînée par ledit réseau d'éléments piézoélectriques (12, 12' ;45, 46 ;258, 260),    caractérisée par    une plaque de buses (8 ;43 ;266) ayant ledit réseau dedites plusieurs ouvertures formant buses (10, 10' ;41 ;42 ;262 ;280)    ladite plaque de vibration (4) étant interposée entre ladite plaque de buses (8 ;43 ;266) et ledit réseau d'éléments piézoélectriques, et    lesdits éléments piézoélectriques (12, 12' ;45 ;46 ;258 ;260) sont formés par découpe en morceaux séparés, à une largeur prédéterminée, d'une plaque piézoélectrique (25 ;274) obtenue par stratification d'au moins deux couches de matériau piézoélectrique et d'au moins deux couches de matériau conducteur empilées en couches de manière alternée (21, 23, 22 ;68, 69),    de sorte que les gouttelettes d'encre sont éjectées dans la même direction que la direction de vibration principale de ladite plaque de vibration (4), et    dans lequel ladite plaque de vibration (4) a des parties concaves (4a) au voisinage de parties où la plaque de vibration (4) est en contact avec les éléments piézoélectriques.
  2. 2
    The drop-on-demand ink-jet printing head according claim 1, in which said piezoelectric plate is obtained by firing or burning said lamination of piezoelectric material and conductive material stacked alternately in layers (21,23,22;68,69). Tintenstrahldruckkopf des Tropfen auf Abruf-Typs gemäß Anspruch 1, in welchem die piezoelektrische Platte durch Erwärmen oder Brennen der Laminierung aus piezoelektrischem Material und leitendem Material erhalten wird, welche abwechselnd in Schichten (21, 23, 22;68, 69) übereinander angeordnet sind. Tête d'impression à jet d'encre engendrant une gouttelette sur demande, selon la revendication 1, dans laquelle ladite plaque piézoélectrique est obtenue en chauffant ou brûlant ladite stratification de matériau piézoélectrique et de matériau conducteur empilés en couches de manière alternée (21, 23, 22 ;68, 69).
  3. 3
    The drop-on-demand ink-jet printing head according to one of the preceding claims, in which said ink reservoirs are formed by providing recess portions (6a,6b,6c) in a spacer (6) interposed between said nozzle plate (8) and a vibration plate (4). Tintenstrahldruckkopf des Tropfen auf Abruf-Typs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Tintenreservoire durch Bereitstellung von Ausnehmungsbereichen (6a, 6b, 6c) in einem Abstandhalter (6) zwischen der Düsenplatte (8) und einer Vibrationsplatte (4) gebildet sind. Tête d'impression à jet d'encre engendrant une gouttelette sur demande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite plaque piézoélectrique est obtenue par chauffage ou combustion d'un stratifié de matériau piézoélectrique analogue à de la pâte et d'un matériau conducteur empilés en couches alternées, (21, 23, 22 ;68, 69).
  4. 4
    The drop-on-demand ink-jet printing head according to one of claims 1 to 3, in which said piezoelectric material and said conductive material are laminated in parallel to said vibration plate. Tintenstrahldruckkopf des Tropfen auf Abruf-Typs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem das piezoelektrische Material und das leitende Material parallel zu der Vibrationsplatte laminiert sind. Tête d'impression à jet d'encre engendrant une gouttelette sur demande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle ledit matériau piézoélectrique et ledit matériau conducteur sont stratifiés parallèlement à ladite plaque de vibration (4).
  5. 5
    Method for forming vibrators in a drop-on-demand ink-jet printing head comprising the steps of:forming a nozzle plate (8;43;266) having an array of a plurality of nozzle apertures (10,10';41;42;262;280);forming an array of plurality of piezoelectric elements (12,12';45;46;258,260) arranged at regular intervals and fixed at one end thereof to a base (2;44;240;282) from a lamination of at least two layers of piezoelectric material and at least two layers of conductive material stacked alternately in layers (21, 23, 22;68, 69), according to the following process: (a) applying a thin coating of a piezoelectric material in paste-like form on a surface plate to thereby form a first piezoelectric material layer;(b) forming a first conductive layer on the surface of the first piezoelectric material layer while a part of the first piezoelectric material layer is left as an exposed portion;(c) applying a thin coating of a piezoelectric material on the respective surfaces of the first conductive layer and the exposed portion of the first piezoelectric material layer to thereby form a second piezoelectric material layer;(d) forming a second conductive layer on the other surface of the second piezoelectric material layer opposite the surface on which the conductive layer has been formed;(e) drying the lamination;(f) firing or burning the lamination thereby obtaining a plate-like member;(g) coating the plate-like member where conductive layers are exposed with a conductive paint to thereby form collecting electrodes to thereby form a piezoelectric plate;(h) fixing the piezoelectric plate onto a base preferably through a conductive bonding agent;and(i) cutting the piezoelectric plate in the vicinity of the surface of the base, to thereby divide it in predetermined widths into a plurality of vibrators;arranging said piezoelectric elements (12,12';45;46;258,260) such that their free ends are located in opposition to respective ones of said nozzle apertures (10,10';41,42;262;280), and ink reservoir portions (6a,6b) are formed between said nozzle apertures (10,10';41;42;262;280) and said free ends;forming a vibration plate (4) which is driven by said piezoelectric element array (12,12';45,46;258,260) and arranging it interposed between said nozzle plate (8;43;266) and said piezoelectric element array, such that the ink droplets are ejected in the same direction as the main vibration direction of said vibration plate (4), and in which said vibration plate (4) plate has concave portions (4a) in the vicinity of portions where the vibration plate (4) contacts the piezoelectric elements (12). Procédé pour former des vibrateurs dans une tête d'impression à jet d'encre engendrant une gouttelette sur demande, comportant les étapes consistant à : former une plaque de buses (8 ;43 ;266) ayant un réseau de plusieurs ouvertures formant buse (10, 10' ;41 ;42 ;262 ;280),former un réseau de plusieurs éléments piézoélectriques (12, 12', 45 ;46 ;258, 260) agencés à intervalles réguliers et fixés au niveau d'une première extrémité de ceux-ci sur une base (2 ;44 ;240 ;282) à partir d'une stratification d'au moins deux couches de matériau piézoélectrique et d'au moins deux couches de matériau conducteur empilés en couches de manière alternée (21, 23, 22 ;68, 69) conformément aux'étapes de traitement qui suivent : (a) appliquer un revêtement mince de matériau piézoélectrique sous la forme d'une pâte sur une plaque de surface pour former ainsi une première couche de matériau piézoélectrique,(b) former une première couche conductrice sur la surface de la première couche de matériau piézoélectrique alors qu'une partie de la première couche de matériau piézoélectrique est laissée en tant que partie exposée,(c) appliquer un revêtement mince d'un matériau piézoélectrique sur les surfaces respectives de la première couche conductrice et de la partie exposée de la première couche de matériau piézoélectrique pour former ainsi une seconde couche de matériau piézoélectrique,(d) former une seconde couche conductrice sur l'autre surface de la seconde couche de matériau piézoélectrique opposée à la surface sur laquelle la couche conductrice a été formée,(e) sécher la stratification,(f) chauffer ou brûler la stratification en obtenant ainsi un élément analogue à une plaque,(g) revêtir l'élément analogue à une plaque là où des couches conductrices sont exposées, à l'aide d'une peinture conductrice pour former ainsi des électrodes collectrices pour former ainsi une plaque piézoélectrique,(h) fixer la plaque piézoélectrique sur une base de préférence par l'intermédiaire d'un agent de fixation conducteur, et(i) découper la plaque piézoélectrique au voisinage de la surface de la base, pour la diviser ainsi, en largeurs prédéterminées, en plusieurs vibrateurs,agencer lesdits éléments piézoélectriques (12, 12' ;45 ;46 ;258, 260), de telle sorte que leurs extrémités libres soient situées en opposition aux ouvertures respectives desdites ouvertures formant buse (10, 10' ;41, 42 ;262 ;280), et des parties de réservoir d'encre (6a, 6b) sont formées entre lesdites ouvertures formant buse (10, 10' ;41 ;42 ;262 ;280) et lesdites extrémités libres,former une plaque de vibration (4) qui est excitée par ledit réseau d'éléments piézoélectriques (12, 12' ;45, 46 ;258, 260) et en l'agençant de manière interposée entre ladite plaque de buses (8 ;43 ;266) et ledit réseau d'éléments piézoélectriques, de telle sorte que les gouttelettes d'encre sont éjectées dans la même direction que la direction principale de vibration de ladite plaque de vibration (4), et dans lequel ladite plaque a des parties concaves (4a) au voisinage de parties où la plaque de vibration (4) est en contact avec les éléments piézoélectriques. Verfahren zur Herstellung von Vibratoren in einem Tintenstrahldruckkopf des Tropfen auf Abruf-Typs mit folgenden Schritten: Bildung einer Düsenplatte (8;43;266) mit einer Anordnung aus einer Mehrzahl von Düsenöffnungen (10, 10';41, 42;262;280);Bildung einer Anordnung aus einer Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen (12, 12';45;46;258, 260), welche in regelmäßigen Abständen angeordnet sind und an einem ihrer Enden an einer Basis (2;44;240;282) befestigt sind, aus einer Laminierung von mindestens etwa zwei Schichten aus piezoelektrischem Material und mindestens zwei Schichten aus leitendem Material, welche abwechselnd in Schichten (21, 23, 22;68, 69) übereinander angeordnet sind, gemäß dem folgenden Verfahren: (a) Aufbringen einer dünnen Beschichtung eines piezoelektrischen Materials in pastenartiger Form auf eine Oberflächenplatte, um somit eine erste Schicht eines piezoelektrischen Materials zu bilden;(b) Bildung einer ersten leitenden Schicht auf der Oberfläche der ersten Schicht des piezoelektrischen Materials, wobei ein Teil der ersten Schicht des piezoelektrischen Materials als freiliegender Bereich bleibt;(c) Aufbringen einer dünnen Beschichtung eines piezoelektrischen Materials auf die entsprechenden Oberflächen der ersten leitenden Schicht und des freiliegenden Bereichs der ersten Schicht des piezoelektrischen Materials, um somit eine zweite Schicht eines piezoelektrischen Materials zu bilden;(d) Bildung einer zweiten leitenden Schicht auf der anderen Oberfläche der zweiten Schicht des piezoelektrischen Materials entgegengesetzt zu der Oberfläche, an der die leitende Schicht ausgebildet wurde;(e) Trocknen der Laminierung;(f) Erwärmen oder Brennen der Laminierung, wodurch ein plattenartiges Element erhalten wird;(g) Beschichtung des plattenartigen Elements, wo leitende Schichten freiliegen, mit einem Leitlack, um dadurch eine Sammelelektrode zu bilden, um dadurch eine piezoelektrische Platte zu bilden;(h) Befestigen der piezoelektrischen Platte auf einer Basis, vorzugsweise durch ein leitendes Bindemittel;und(i) Schneiden der piezoelektrischen Platte in der Nähe der Oberfläche der Basis, um sie dadurch in vorbestimmten Breiten in eine Mehrzahl von Vibratoren zu teilen;Anordnen der piezoelektrischen Elemente (12, 12';45;46;258, 260), so dass ihre freien Enden gegenüberliegend der jeweiligen der Düsenöffnungen (10, 10';41, 42;262;280) angeordnet sind, und wobei die Tintenreservoirbereiche (6a, 6b) zwischen den Düsenöffnungen (10, 10';41, 42;262;280) und den freien Enden gebildet sind;Bildung einer Vibrationsplatte (4), welche durch die piezoelektrische Elementanordnung (12, 12';45;46;258, 260) angetrieben wird, und Anordnung dieser zwischen der Düsenplatte (8;43;266) und der piezoelektrischen Elementanordnung, so dass die Tintentropfen in dieselbe Richtung ausgestoßen werden wie die Hauptvibrationsrichtung der Vibrationsplatte (4), undin welcher die Vibrationsplatte (4) konkave Bereiche (4a) in der Nähe von Bereichen aufweist, in welchen die Vibrationsplatte (4) die piezoelektrischen Elemente (12) berührt.
  6. 6
    Method according to claim 5, wherein the steps (a) to (d) are repeated a required number of times to obtain the lamination with a predetermined number of layers. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les étapes (a) à (d) sont répétées un nombre de fois nécessaire pour obtenir la stratification d'un nombre prédéterminé de couches. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Schritte (a) bis (d) sooft wie nötig wiederholt werden, um die Laminierung mit einer vorbestimmten Anzahl an Schichten zu erhalten.
  7. 7
    Method according to claim 5 or 6 wherein the piezoelectric material is a titanic-acid or zirconic-acid lead-system composite ceramic material. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le matériau piézoélectrique est un matériau en céramique composite d'un système plomb-acide titanique ou plomb-acide zirconique. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem es sich bei dem piezoelektrischen Material um ein Keramikverbundmaterial aus einem Titansäure- oder Zirconiumsäure-Blei-System handelt.
  8. 8
    Method according to any one of claims 5 to 7 wherein step (f) is made under pressure. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel l'étape (f) est réalisée sous pression. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem Schritt (f) unter Druck ausgeführt wird.
  9. 9
    Method according to any one of claims 5 to 8 wherein step (f) is made at a temperature in a range of 1000°C to 1200°C. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel l'étape (f) est réalisée à une température située dans une plage allant de 1000°C à 1200°C. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem Schritt (f) bei einer Temperatur in einem Bereich von 1000°C bis 1200°C ausgeführt wird.
  10. 10
    Method according to any one of claims 5 to 9 wherein step (f) is made for about one hour. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel l'étape (f) est réalisée pendant environ une heure. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem Schritt (f) ungefähr eine Stunde lang durchgeführt wird.
  11. 11
    Method according to any one of claims 5 to 10 wherein the plate-like member is a ceramic member. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, dans lequel l'élément analogue à une plaque est un élément en céramique. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem es sich bei dem plattenartigen Element um ein Keramikelement handelt.
  12. 12
    Method according to any one of claims 5 to 11 wherein step (i) is made by a diamond cutter or the like. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, dans lequel l'étape (i) est réalisée par un dispositif de découpe à diamant ou analogue. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11, bei dem Schritt (i) mit einem Diamantschneider oder dergleichen ausgeführt wird.