DE19904858A1 - Piezoelektrisches Betätigungselement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung (a) Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Betätigungselement und ein Verfahren zu seiner Herstellung und insbesondere ein piezoelektrisches Betätigungselement mit hoher Festigkeit und Zuverlässigkeit, das in einem Auf­ zeichnungsgerät der Tintenstrahlbauart in einem Drucker, Faksimilegerät, einem Kopiergerät u. dgl. eingebaut ist, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

(b) Beschreibung der bekannten Technik

In einem Tintenstrahldrucker (im Nachfolgenden als Tinten­ strahlaufzeichnungsgerät bezeichnet) wird ein piezoelektri­ sches Betätigungselement üblicherweise in einem Tinten­ strahlkopf verwendet. Ein herkömmliches Betätigungselement ist in der JP-A-8(1996)-156272 und der JP-A-8(1996)118623 offenbart. Das herkömmliche Betätigungselement wird bezug­ nehmend auf die anhängenden Figuren und unter Nennung der JP-A-8-(1996) 156272 beschrieben.

Die Fig. 1A und 1B zeigen in perspektivischer Darstel­ lung die entsprechenden Herstellschritte eines herkömmli­ chen piezoelektrischen Betätigungselementes. Um ein her­ kömmliches piezoelektrisches Betätigungselement herzustel­ len, werden als erstes zwei Piezoelementplatten 28 auf ein Substrat 14 entlang von Elektrodenstrukturen 26, 27 (siehe Fig. 1A) bondiert.

Dann werden in Richtung rechtwinklig zur Längsrichtung der Piezoelementplatten 28 Schlitze mit erforderlichem Raster­ maß auf der Piezoelementplatte 28 und der Oberfläche des Substrats 14 ausgebildet, um Piezoelementreihen 31 zu bil­ den, die aus einer Anzahl von Piezoelementen (Treibersäulen 29, 30) bestehen, und um die Elektrodenstrukturen 26, 27 in Einzelelektroden 33 entsprechend jedes Piezoelements 29 zu trennen (siehe Fig. 1A).

An den beiden Kantenflächen der Piezoelemente 29, 30 der jeweiligen Piezoelementreihen 31 werden Kantenelektroden (äußere Elektroden) hergestellt, indem jede zweite der in­ nenliegenden Elektroden verbunden wird. Eine Außenelektrode der Kantenfläche ist über elektrisch leitfähiges Material an eine gemeinsame Elektrode angeschlossen, die die innere Elektrode auf dem Substrat ist, und die andere Kantenelek­ trode ist über elektrisch leitfähiges Material an die ein­ zelnen Elektroden 33 auf dem Substrat angeschlossen. Ein Halteelement 34 wird bondiert, das eine Höhe nahezu gleich der der Piezoelemente 29, 30 auf dem Umfang der Piezoele­ mente 29, 30 hat. Die geschichteten Piezoelemente 29, 30 geben mittels des piezoelektrischen Effektes die Verschie­ bung in der gleichen Richtung wie die der Schichten aus.

Fig. 2A, 2B und 2C zeigen in perspektivischer Darstellung in der Draufsicht bzw. in der Seitenansicht den Zustand der vorstehend beschriebenen Piezoelementplatte 28, jeweils mit dem Substrat herausgenommen. Herkömmlich sind schlitzartige Nuten 37 in Richtung rechtwinklig zur Längsrichtung der Piezoelementplatte ausgebildet, um eine Vielzahl von Piezo­ elementen zu bilden. Jedes Piezoelement 29, 30 ist ein lan­ ges und schmales Rechteck, so daß dadurch eine Druckkammer mit langer und schmaler Form gebildet ist. Die Verschie­ bungsausgabefläche 36a jedes Piezoelementes 29, 30 hat den aktiven Bereich 36b, der durch Kreuzung zwischen den Schichten der gemeinsamen Elektrode und der einzelnen Elek­ trode gebildet ist, die die innere Elektrode und die inak­ tive Elektrode sind, die sich zur Seitenfläche des piezo­ elektrischen Betätigungselementes hin erstreckt, die an die externe Versorgung angeschlossen ist, und entweder die gemeinsame Elektrode 32 oder die einzelne Elektrode 33 auf­ weist.

Bei der Ausgabeverschiebung, die am aktiven Bereich 36b er­ zeugt wird, tritt ein Problem auf, daß die Ausgangsver­ schiebung abnimmt oder instabil wird, weil die Verschiebung durch den inaktiven Bereich 36c eingeschränkt wird. Da die schlitzartigen Nuten durch einen Schneidvorgang unter Ver­ wendung einer dünnen Schneidklinge hergestellt worden sind, ist die Querschnittsform der Nut nahezu rechteckig, und an den Ecken des Nutbodens oder der Bodenfläche jedes Piezo­ elementes 29, 30 können leicht Risse oder Schnitte infolge von Verbiegung auftreten. Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Herstellkosten für das piezoelektrische Be­ tätigungselement wegen der Nutherstellung steigen und daß die Ausbildung der externen Elektrode teuer ist.

Angesichts der vorstehend beschriebenen Situation ist es notwendig, ein piezoelektrisches Betätigungselement für ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät zu schaffen, das mit hoher Effizienz und Stabilität eine Ausgangsverschiebung erzeugen kann, indem eine Form verwendet wird, die einen verengten und einen verjüngten Teil hat, um die Festigkeit und Zuver­ lässigkeit einer Treibersäule am Ort der rechteckigen Ver­ schiebungsausgangsfläche und ihres rechteckigen Querschnit­ tes anzuheben. Es ist außerdem notwendig, ein piezoelektri­ sches Betätigungselement mit ausgezeichneter Produktivität zu schaffen, indem die Herstellkosten der schlitzartigen Nutentrennung und der Ausbildung des piezoelektrischen Be­ tätigungselementes und der externen Elektrode gesenkt wer­ den.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein piezoelektrisches Betätigungselement, das eine hohe Festig­ keit und Zuverlässigkeit hat und eine Ausgangsverschiebung mit hoher Effizienz und Stabilität schaffen kann, um die Produktivität anzuheben, sowie ein Verfahren zu dessen Her­ stellung zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung schafft ein piezoelektrisches Be­ tätigungselement mit einem Substrat und einer Anzahl von Treibersäulen, die sich parallel zueinander auf dem Sub­ strat erstrecken und durch Nuten getrennt sind, wobei die Treibersäulen einen aktiven Bereich an einem mittleren Teil in Richtung der Nut haben, der durch eine Schichtelektro­ denstruktur gebildet ist, die aus abwechselnd geschichteten gemeinsamen Elektrodenschichten und Einzelelektrodenschich­ ten gebildet ist, wobei Rohplatten, die aus Piezomaterial bestehen, verwendet werden, und mit einer Verschiebungsaus­ gangsfläche, die nach außen die Verschiebung abgibt, die durch den Piezoeffekt des aktiven Bereiches an der Ober­ seite der Treibersäule gegenüber dem Substrat erzeugt wird, wobei die Breite jeder Treibersäule in Richtung der Nut­ breite sich von der Verschiebungsausgangsfläche zum Sub­ strat hin verbreitert.

Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Betätigungselementes mit einem Substrat und einer Anzahl von Treibersäulen, die sich parallel zueinander und durch Nuten voneinander getrennt auf dem Substrat erstrecken, mit:
einem Schritt des Aufbringens von Elektrodenpaste auf eine Oberfläche einer Rohplatte, das aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist, um eine Innenelektrode zu bilden, Schichten und Pressen einer Anzahl von Rohplatten, die eine Innenelektrode auf dem Substrat haben, und Bilden eines Schichtelektrodenelementes auf dem Substrat durch Sintern, einem Schritt des Ausbildens einer Maske mit einer Anzahl von schlitzartig ausgesparten Mustern auf der oberen Ober­ fläche des Schichtelektrodenelementes, Ausbilden von schlitzartigen Nuten an dem Schichtelektrodenelement durch Strahlen von Schleifpartikeln von der Maske auf die obere Oberfläche des Schichtelektrodenelementes, um auf dem Sub­ strat eine Anzahl von Treibersäulen, die eine Schichtelek­ trodenschicht haben und voneinander mittels Nuten getrennt sind, zu bilden, und einen Schritt des Ausbildens an der Seitenfläche der Treibersäule eine Außenelektrode, die elektrisch mit der Innenelektrode verbunden ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Festigkeit des Bodens der Treibersäule verglichen mit der bei dem herkömm­ lichen piezoelektrischen Betätigungselement, das eine rechteckige Treibersäulen-Querschnittsform hat, verbessert werden, und die Gegenschnitt-Festigkeit infolge von Verbie­ gen der Treibersäule kann ebenfalls verbessert werden. Das Streuen der Erzeugungsrichtung der Verschiebung kann ver­ ringert werden, wodurch die Ausgangsverschiebung stabili­ siert wird.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1A und 1B zeigen zwei Herstellschritte eines herkömm­ lichen piezoelektrischen Betätigungselementes in perspekti­ vischer Darstellung;

Fig. 2A, 2B und 2C zeigen den Zustand der vorstehenden Pie­ zoelementplatte, die mit dem Substrat herausgenommen ist, in perspektivischer Darstellung, in der Draufsicht bzw. ei­ ner Seitenansicht;

Fig. 3A und 3B zeigen ein piezoelektrisches Betätigungsele­ ment gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die bei einem Tintenstrahlkopf verwendet wird, in einer perspektivischen Darstellung bzw. einer Draufsicht;

Fig. 4A und 4B zeigen Anwendungsstrukturen, wenn eine ge­ meinsame Elektrode bzw. eine individuelle Elektrode gebil­ det werden, jeweils in der Draufsicht;

Fig. 5A, 5B und 5C zeigen einen stufenweisen Nutausbil­ dungsvorgang gemäß einem Sandstrahlverfahren, jeweils in der Seitenansicht;

Fig. 6 ist eine Seitenansicht und zeigt den Zustand nach dem Ausbilden einer externen Elektrode;

Fig. 7 ist ein Graph der Signalform einer Spannung, die zwischen einer gemeinsamen Elektrode und einer individuel­ len Elektrode angelegt ist;

Fig. 8A und 8B zeigen einen Tintenstrahlkopf bzw. eine Teilansicht im Schnitt entlang der Schnittlinie I-I in Fig. 8A;

Fig. 9A und 9B zeigen ein piezoelektrisches Betätigungsele­ ment gemäß der vorliegenden Ausführungsform in perspektivi­ scher Darstellung bzw. der Draufsicht;

Fig. 10A und 10B zeigen die Formen einer gemeinsamen Elek­ trode und einer individuellen Elektrode eines Schichtele­ mentes 150 jeweils in einer Ansicht im Horizontalschnitt; Fig. 11A und 11B zeigen ein piezoelektrisches Betätigungs­ element gemäß einem modifizierten Beispiel in einer per­ spektivischen Darstellung bzw. einer Draufsicht;

Fig. 12A und 12B zeigen eine verwendete Struktur des elek­ troleitfähigen Materials für eine gemeinsame Elektrode und eine individuelle Elektrode bei dem modifizierten Beispiel jeweils in einer Draufsicht;

Fig. 13 ist ein Graph der Verschiebungsänderung eines pie­ zoelektrischen Betätigungselementes.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung

Bei der vorliegenden Erfindung ist eine gemeinsame Elektro­ denschicht eine Elektrode, an welche ein gemeinsames Poten­ tial angelegt wird und eine individuelle Elektrodenschicht die Schicht für Elektroden, an welche unterschiedliche Po­ tentiale angelegt werden.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung im einzelnen anhand der begleitenden Figuren beschrieben.

Ausführungsform 1

Die vorliegende Ausführungsform ist eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Betätigungselementes und eines Ver­ fahrens zum Herstellen desselben gemäß der vorliegenden Er­ findung. Die Fig. 3A und 3B zeigen in perspektivischer Darstellung bzw. Draufsicht ein piezoelektrisches Betäti­ gungselement gemäß der vorliegenden Ausführungsform, das bei einem Tintenstrahlkopf verwendet wird. Die Fig. 4A und 4B zeigen jeweils in der Draufsicht die verwendeten Strukturen der elektroleitfähigen Materialien beim Ausbil­ den einer gemeinsamen Elektrode und einer individuellen Elektrode. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Beschreibung desselben Elementes wie das bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen piezoelektrischen Betätigungs­ element 36 weggelassen, da dieses durch die gleiche Bezugs­ ziffer festgelegt ist.

Ein piezoelektrisches Betätigungselement 116 gemäß der vor­ liegenden Ausführungsform hat vier lange und schmale Trei­ bersäulen 108 parallel zueinander, die sich in vertikaler Richtung ausdehnen und zusammenziehen, und die eine Ver­ schiebungsausgangsfläche 101 an ihren jeweiligen Oberseiten haben. Die entsprechenden Treibersäulen 108 sind mittels Nuten 107 parallel zueinander auf einem Substrat 14 posi­ tioniert und wirken als ein piezoelektrischer Antriebsme­ chanismus. Die Breite (d) der Treibersäule 108 verbreitert sich graduell ausgehend von der Verschiebungsausgangsfläche 101 zum Boden der Treibersäule 108 hin.

Die Treibersäule 108 hat in ihrem mittleren Bereich des Treibersäulenquerschnittes in Richtung der Nut einen akti­ ven Bereich 106, der durch eine Schichtelektrodenstruktur gebildet ist, die eine gemeinsame Elektrode 102 und eine individuelle Elektrode 103 aufweist, die übereinander über eine Rohplatte 116b, das aus piezoelektrischem Material hergestellt ist, geschichtet sind. Die Treibersäule 108 hat weiterhin an der Oberseite der Treibersäule gegenüber dem Substrat 14 eine Ausgangsfläche 101, die die Verschiebung mittels des piezoelektrischen Effektes des aktiven Berei­ ches 106 nach außen gibt. Die Säulenbreite der jeweiligen Treibersäulen 108 in Richtung der Nutbreite verbreitert sich von der Verschiebungsausgangsfläche 101 zum Substrat 4 hin.

Einer der zwei Kantenbereiche der Treibersäule 108 in Nut­ richtung ist als eine geschichtete gemeinsame Elektroden­ schicht 116f nur durch die gemeinsamen Elektrodenschichten 116g ausgebildet, und der andere Bereich ist als eine ge­ schichtete individuelle Elektrodenschicht 116g nur durch die individuellen Elektrodenschichten gebildet. Die ent­ sprechenden Kantenbereiche wirken als ein inaktiver Bereich 105. An der gesamten Außenfläche der geschichteten, gemein­ samen Elektrodenschicht 116f ist elektrisch leitfähiges Ma­ terial zum Verbinden der entsprechenden gemeinsamen Elek­ troden 102 aufgebracht. Der äußere Teil der geschichteten, individuellen Elektrodenschicht 116g ist als eine Trennflä­ che für die externen Elektroden 109 ausgebildet, die eine externe Elektrode 115 hat (siehe Fig. 6), die an die jewei­ ligen individuellen Elektroden der Treibersäulen und ein FPC-Kabel 125 (siehe Fig. 8A) angeschlossen ist, welches an die jeweiligen gemeinsamen Elektroden angeschlossen ist.

Die Querschnittsform der Treibersäule 108 ist entlang der Nut lang und schmal und hat die schmalste Breite an dem mittleren Teil in der Längsrichtung der Treibersäule 108, welcher als der aktive Bereich 106 wirkt, und die Kantenbe­ reiche der Treibersäulen 108, die als inaktiver Bereich wirken, setzen den mittleren Teil fort und verbreitern sich zur Längskante. Die Breite des aktiven Bereiches 106 be­ trägt 0,12 mm, und die Länge des aktiven Bereiches 106 be­ trägt 1,6 mm, das Rastermaß (pitch) beträgt 0,34 mm und die Höhe beträgt ungefähr 0,6 mm. Die Querschnittsform des in­ aktiven Bereiches 105 ist verjüngt und verbreitert sich graduell in Richtung auf den äußeren Teil hin.

Das piezoelektrische Betätigungselement 106 hat eine peri­ phere Säule 116c parallel zu den Treibersäulen 108 an der Außenseite der Treibersäulen 108.

Im folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des vorste­ hend beschriebenen piezoelektrischen Betätigungselementes 116 beschrieben. Das piezoelektrische Betätigungselement 116 wurde hergestellt durch schichtweises Anordnen einer Rohplatte, auf welcher die gemeinsame Elektrode 102 aufge­ bracht war, die aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt war, einer Rohplatte, auf welcher die indi­ viduelle Elektrode 103 ausgebildet war, und einer Rohplatte, bei der auf eine Rohplatte (nicht dargestellt), die aus piezoelektrischem Material hergestellt war, keine Elektrode aufgebracht war.

Insgesamt wurden 10 Rohplatten bestehend aus fünf Rohplat­ ten, auf welchen die gemeinsame Elektrode 102 aufgebracht war und fünf Rohplatten, auf welchen die individuelle Elek­ trode 103 aufgebracht war, alternierend übereinander ge­ schichtet, um 9 aktive Schichten zu bilden, und es wurde eine Struktur gebildet, in welcher die durch den vertikalen Piezoeffekt erzeugte Verschiebung in der gleichen Richtung wie die Schichtrichtung abgenommen werden konnte.

Dann wurden vier Rohplatten, die keine interne Elektrode 104 trugen, und 20 Rohplatten, die keine Elektrode 104 enthielten, auf die oberen und unteren Flächen der Gruppen der Rohplattenschichten, welche die interne Elektrode 104 enthielten, übereinandergeschichtet.

Die Anzahl der Rohplatten, welche die interne Elektrode 104 enthalten, kann in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke des piezoelektrischen Betätigungselementes 116 und dem Grad der Ausgangsverschiebung erhöht oder gesenkt werden. Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform eine Rohplatte verwen­ det wurde, die aus auf Bleizirkonat-Titanat basierenden Ke­ ramiken als einem piezoelektrischen Material und einem or­ ganischen Bindemittel bestand, kann ein gewöhnlich verwen­ detes, stark dielektrisches Material und dgl. als piezo­ elektrisches Material verwendet werden. Die Rohplatte kann durch Verwenden eines Abstreichverfahrens mit einer Dicke von ungefähr 50 µm hergestellt werden, aber die Rohplatten­ dicke kann in Abhängigkeit von der gewünschten Ausgangsver­ schiebung gesteuert werden. Obwohl die interne Elektrode 104, die auf der Rohplatte aufgebracht war, durch Verwenden von Silberpalladiumpaste und mittels eines Siebdruckverfah­ rens hergestellt worden war, kann diese durch Verwenden ei­ nes Dampfabscheideverfahrens od. dgl. unter Verwendung ei­ nes anderen elektrisch leitfähigen Metalls hergestellt wer­ den.

Als Ergebnis des schichtweisen Anordnens der Rohplatte wurde der aktive Bereich 106, der durch Überlappen zwischen der gemeinsamen Elektrode 102 und der individuellen Elek­ trode 103 gebildet worden ist, an der Verschiebungsaus­ gangsfläche 101 gebildet, gesehen von der Verschiebungsaus­ gangsfläche, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Der inak­ tive Bereich 105, der durch Überlappen zwischen der Ver­ schiebungsausgangsfläche und entweder der gemeinsamen Elek­ trode 102 oder der individuellen Elektrode 103 gebildet wurde, erstreckte sich von der Grenze zum aktiven Bereich 106 zur Abnahmefläche 109 der externen Elektrode. Die Sei­ tenfläche des inaktiven Bereiches der individuellen Elek­ trode ist so ausgebildet, daß sie die Abnahmefläche 109 der externen Elektrode ist, und die Struktur der gemeinsamen Elektrode 102 ist so ausgebildet, daß sie "L"-förmig ist, wie dies in der Fig. 4A gezeigt ist. Ein Teil der gemeinsa­ men Elektrode 102 wurde gegenüber der Abnahmefläche 109 der externen Elektrode freigelegt, und die elektrische Verbin­ dung mit der individuellen Elektrode 103 jeder Treibersäule 108 und mit der gemeinsamen Elektrode 102 der Treibersäule 108 insgesamt zum Anlegen der Treiberelektrode an eine Oberfläche der Abnahmefläche der externen Elektrode wurde dadurch realisiert.

Nachdem das Schichtelement 116d durch Übereinanderschichten einer erforderlichen Anzahl von Rohplatten wie vorstehend angegeben hergestellt war, wurde das Schichtelement 116d thermisch gebunden und vereinigt. Da in dem Schichtelement 116d eine Menge organisches Bindemittel enthalten war, wurde als erstes das Bindemittel entfernt, und dann wurde das Schichtelement bei 1100°C kalziniert. Um das piezoelek­ trische Betätigungselement verglichen mit dem kalzinierten Schichtelement 116d mit einer gewünschten Dicke fertigzu­ stellen, wurden die beiden Oberflächen geläppt und der Um­ fang wurde durch Verwenden einer Zerschneidsäge zum Erzie­ len der gewünschten Abmessungen poliert. Das Umfangspolie­ ren wurde zum Zweck des Freilegens der Kantenfläche der in­ ternen Elektrode an der Abnahmefläche 109 der externen Elektrode der Treibersäule 108 durchgeführt, um sicher die elektrische Verbindung mit der externen Elektrode 115 zu erzielen.

Dann wurden die Nuten 107 zum Ausbilden der Treibersäulen 108 mit einem Sandstrahlverfahren hergestellt. Die Fig. 5A, 5B und 5C zeigen jeweils in der Seitenansicht im Schnitt die stufenweise Nutherstellung nach dem Sandstrahl­ verfahren.

Als erstes wurde eine Fotomaske mit einem ausgesparten Mu­ ster entsprechend der Verstellausgangsfläche 101 herge­ stellt.

Dann wurde ein auf Urethan basierendes filmartiges Resist (nicht dargestellt) mit einer Dicke von 50 µm auf der Ober­ fläche der Verschiebungsausgangsfläche 101 des piezoelek­ trischen Betätigungselementes 116 unter Verwendung eines Laminiergerätes fest aufgebracht.

Nachdem die vorstehend beschriebene Fotomaske fest an dem filmartigen Resist anhaftete und mit Ultraviolettstrahlen belichtet worden war, wurde sie mit einer schwach basischen Lösung, die Natriumkarbonat in einer Konzentration von 1% enthielt, entwickelt, gefolgt von Entfernen der unnötigen Teile des Resists, um eine Mustermaske 112 (Fig. 5A) zu bilden.

Nachdem die normale Ofentrocknung der Mustermaske 112 bei ungefähr 100°C durchgeführt worden war, wurde das mit der Mustermaske versehene Schichtelement 116d auf dem Sand­ strahlgerät montiert und es wurden Siliziumcarbidteilchen mit einer Siebgröße (mesh) von # 400 nach unten abge­ strahlt, um mit diesem zu kollidieren. Der Abstand zwischen einer Strahldüse für die Schleifteilchen 113 und der Ober­ fläche des zu bearbeitenden piezoelektrischen Betätigungs­ elementes betrug 100 mm. Die Düse und das zu bearbeitende Betätigungselement befanden sich in der X-Y-Ebene in Hin- und Herbewegung, und die relativen Bewegungsgeschwindigkei­ ten der Düse bezogen auf das zu bearbeitende Betätigungs­ element betrugen 40 mm/min bzw. 1000 min/min in der X- bzw. Y-Richtung.

Fünf Nuten 107 mit einer oberen Breite des aktiven Berei­ ches 106 von 0,12 mm, einer Länge des aktiven Bereiches 106 in Längsrichtung von 1,6 mm, einem Rastermaß (pitch) von 0,34 mm und einer Tiefe von ungefähr 0,6 mm wurden herge­ stellt, um vier Treibersäulen 108 zu bilden. Das Rastermaß und die Anzahl der Treibersäulen 108 können gemäß der ge­ wünschten Anzahl gesteuert werden, indem die Mustermaske 112 geändert wird. In der Bearbeitungskammer des Sand­ strahlgerätes waren 120 piezoelektrische Betätigungsele­ mente angeordnet und die Nuten 107 wurden kollektiv in un­ gefähr 50 min hergestellt.

Als Ergebnis wurde die Treibersäule 108 mit einer Breite (d) hergestellt, die sich graduell in Richtung auf den Bo­ den der Nut 107 zu, wie in der Fig. 5C gezeigt, verbrei­ terte. Der mittlere Winkel θ einer Abschrägung 117 betrug ungefähr 5°.

Die Kante der individuellen Elektrode, die die interne Elektrode entsprechend jeder Treibersäule 108 war, wurde an der Abnahmefläche 109 der externen Elektrode freigelegt. Nach dem Herstellen der Nut wurde eine externe Elektrode 115 auf der Abnahmefläche 109 für die externe Elektrode durch Aufbringen von Silberpaste auf die freigelegte Kante ausgebildet, um einen Anschluß herzustellen. Die Fig. 6 ist eine Seitenansicht des Zustandes nach dem Ausbilden der ex­ ternen Elektrode.

Danach wurde ein FPC-Kabel 125, das an die gemeinsame Elek­ trode 103 elektrisch angeschlossen werden sollte, unter Wärme und Druckeinwirkung mit der Elektrode 103 verbunden (siehe Fig. 8A). Das Muster der gemeinsamen Elektrode 102 war "L"-förmig, wie in der Fig. 4A gezeigt, und das FPC-Ka­ bel wurde an der Abnahmefläche 109 für die externe Elek­ trode angeschlossen. Es ist unnötig, an der Seitenfläche, an welcher der Kantenteil der gemeinsamen Elektrode freige­ legt war und der die Abnahmefläche 109 für die externe Elektrode gegenüberlag, eine strukturierte externe Elek­ trode auszubilden, und es wurde auf die gesamte Fläche eine Silberpaste aufgetragen.

Gemäß den vorstehend beschriebenen Schritten wurde das pie­ zoelektrische Betätigungselement 116, bei dem der aktive Bereich 106 der Verschiebungsausgangsfläche 101 der Trei­ bersäule 108 rechteckig war und der inaktive Bereich 105 eine zugespitzte Form hatte, hergestellt. Die jeweiligen Spannungen, welche eine gewünschte Signalform haben, wurden zwischen der individuellen Elektrode 103 jeder Treibersäule 108 und allen gemeinsamen Elektroden 102 über den Verbin­ dungsanschluß des FPC-Kabels 125 angelegt, um jede der Treibersäulen 108 individuell zu treiben.

Bei der vorliegenden Ausführungsform war die Querschnitts­ form des inaktiven Bereiches 105 so angeordnet, daß die Breite des Bereiches 105 sich in Richtung auf die Abnahme­ fläche 109 der externen Elektrode hin zu verbreiterte, um eine breitere frei liegende Fläche der internen Elektrode 104 (individuelle Elektrode 103) der Treibersäule 108 sicherzustellen. Die Silberpaste wurde einfach aufgebracht, wenn die externe Elektrode 115 ausgebildet wurde, und die hochzuverlässige Verbindung wurde durchgeführt, wenn das FPC-Kabel 125 unter Wärme und Druckeinwirkung angeschlossen worden war. Anstatt der vorstehend beschriebenen Schritte zum Herstellen der externen Elektrode 115 kann eine Dampfabscheidung eines elektrisch leitfähigen Metalles ver­ wendet werden.

Im folgenden wird die Funktionsweise des elektrischen Betä­ tigungselementes, das gemäß der vorliegenden Ausführungs­ form hergestellt worden ist, beschrieben.

An jede der Treibersäulen 108 wurde eine Spannung angelegt, um den aktiven Bereich 106 der Verschiebungsausgangsfläche 101 in Schichtrichtung der Rohplatte zu verschieben, das heißt in der Richtung rechtwinklig zu der Verschiebungsaus­ gangsfläche 101. Fig. 7 ist eine graphische Darstellung der Signalform einer Spannung, die zwischen der gemeinsamen Elektrode und der individuellen Elektrode angelegt wird. Als ein Ergebnis des Anlegens einer Spannung mit der in der Fig. 7 gezeigten Signalform an eine Treibersäule wurde eine Verschiebung von ungefähr 0,2 µm beobachtet. Als Ergebnis des Durchführens ähnlicher Experimente an den anderen Trei­ bersäulen wurden die gleichen oder ähnliche Ausgangsver­ schiebungen erzielt.

Die Querschnittsform der Treibersäule 108 rechtwinklig zur Verschiebungsausgangsfläche 101 war eine zugespitzte, die sich in Richtung auf den Boden der Nut 107 hin verbrei­ terte. Wegen dieser Form wurden, verglichen mit dem Fall eines rechteckigen Querschnittes, Wirkungen bezüglich des Senkens der Verformung infolge von Verbiegen in Richtung (Horizontalrichtung in Fig. 6) rechtwinkelig zur Verschie­ bungsausgangsfläche 101 der Treibersäule 108 und Vermindern deren Ablenkung erzielt. Demgemäß konnte die Ausgangsver­ schiebung der Rohplatte in der Schichtrichtung mehr stabi­ lisiert werden als bei der herkömmlichen Form.

Fig. 8A und 8B zeigen eine Seitenansicht im Schnitt eines Tintenstrahlkopfes bzw. eine Teilansicht im Schnitt entlang der Schnittlinie I-I in Fig. 8A.

Der Tintenstrahlkopf besteht aus einem Tintenbehälter 120, einer Düse 121, einer Druckkammer 22, einer Zuführöffnung 23, einer Vibrationsplatte 24 und dem FPC-Kabel 25, das an das piezoelektrische Betätigungselement 116 angeschlossen ist, und wurde unter Verwendung des piezoelektrischen Betä­ tigungselementes 116 hergestellt. Das piezoelektrische Be­ tätigungselement 116 wurde mittels eines Klebstoffes mit der Vibrationsplatte 124 verbunden.

Dann wurde eine Spannung mit der Signalform, wie in der Fig. 7 gezeigt, angelegt, um das Herausströmen des Tinten­ tropfens zu bewerten, und als Ergebnis konnten Tintentrop­ fen durch alle Düsen 121 herausströmen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform konnte die Fläche des aktiven Bereiches 106 gesenkt werden, um eine elektrostati­ sche Kapazität der Treibersäule 108 verglichen mit der her­ kömmlichen zu senken, indem die Querschnittsform des inak­ tiven Bereiches 105 des piezoelektrischen Betätigungsele­ mentes 116 in Richtung auf die Abnahmefläche 109 der exter­ nen Elektrode breiter wurde. Als Ergebnis wurde der Strom, welcher in einer Schaltung durch das FPC-Kabel 125 floß, verringert, wenn die Verschiebung, die für das Herausströ­ men des Tintentropfens erforderlich war, ausgegeben wurde, um den Stromverbrauch, verglichen mit dem herkömmlichen Ge­ rät, zu verringern, das die rechteckige Verschiebungsaus­ gangsfläche hat. Infolge der Stabilisierung der Ausgangs­ verschiebung konnte die Streuung der Ausstoßcharakteristika jeder Düse 121 gesenkt werden.

Versuchsbeispiel 1 bezogen auf die Nutausbildung

Obwohl eine ähnliche Nut wie die Nut 107 selbst dann ausge­ bildet werden könnte, wenn Aluminiumsandteilchen mit einer Siebgröße von # 400 gestrahlt wurden, trat Abblätterung und Abnutzung der Mustermaske 112 auf, bevor die Tiefe der Nut 107 den gewünschten Wert erreicht hatte, und die Treiber­ säule 108 konnte nicht ausgebildet werden, wenn andere Sandteilchen als Kalziumcarbonatsandteilchen und runde sphärische Glasteilchen verwendet wurden. Während die Sieb­ größe der Sandstrahlteilchen 113 bei dem Beispiel 1 # 400 (die Sandteilchengröße betrug ungefähr 40 µm) betrug, trat die Abnutzung und Abblätterung der Mustermaske 112 für den Fall einer Siebgröße unter # 300 (ungefähr 60 µm) merklich auf. Für die Bearbeitung der Nut 107 war eine lange Zeit, wie beispielsweise zwei Stunden, erforderlich, wenn Sand­ teilchen, die eine Siebgröße von über # 800 (ungefähr 15 µm) hatten, verwendet wurden. Diese Ergebnisse bewertend, ist es verständlich, daß die Sandstrahlteilchen 113 vor­ zugsweise Siliziumcarbidteilchen oder Aluminiumoxidteilchen sind und die Teilchengröße vorzugsweise größer als # 800 und kleiner als # 300 ist.

Die Nutherstellung betreffendes Versuchsbeispiel 2

Es wurde bestätigt, daß der Winkel der Schräge 117 geändert werden konnte, indem das Material, die Siebgröße und das Volumen der gestrahlten Sandteilchen 113 verändert wurden.

Gemäß der vorstehend durchgeführten Bewertung war die sta­ bile Ausbildung einer Schräge mit einem Winkel von 8° oder größer oder eines Winkels von 1° oder kleiner unter Verwen­ dung des Sandstrahlverfahrens schwierig. Die Auswirkung be­ züglich der Erhöhung der Festigkeit der Treibersäule 108 wurde selten erzielt, wenn der mittlere Winkel der Schräge 117 2° oder weniger betrug. Demgemäß ist der Winkel θ der Schräge 117 vorzugsweise im Bereich zwischen 2 und 8°.

Die Nutherstellung betreffendes Versuchsbeispiel 3

Es wurde eine Festigkeit gegenüber Abscheren infolge von Biegen der Treibersäule 108 bewertet. Zu Vergleichszwecken wurde eine Treibersäule mit Rechteckform und mit einer Breite, einer Länge, einem Rastermaß u. dgl. ähnlich wie bei der Treibersäule 108 unter Verwendung eines Schneideverfah­ rens hergestellt, und es wurde ihre Antischerfestigkeit be­ wertet. Als ein Ergebnis war klar zu ersehen, daß die Fe­ stigkeit gegenüber Abscheren infolge von Biegen um 50% oder mehr erhöht werden konnte, indem die Treibersäule 108 gemäß der Ausführungsform 1 verwendet wurde, die einen Quer­ schnitt hat, der sich in Richtung auf den Boden der Nut 107 hin verbreitert. Es war auch klar, daß die Zeit, welche für das Ausbilden der vier Treibersäulen 108 in einem piezo­ elektrischen Betätigungselement 116 mittels des Sandstrahl­ verfahrens auf ½ oder weniger verglichen mit dem erfor­ derlichen Schneidverfahren reduziert werden kann.

Die Treibersäule 108 mit der sich zum Nutboden hin verbrei­ ternden Form, wie in der Ausführungsform 1 beschrieben, konnte selbst dann erzielt werden, wenn die Nut 107 nach dem Schneidverfahren hergestellt wurde, wobei eine dünne Schneidklinge mit einer abgeschrägten äußeren Vorderkante verwendet wurde. Das Schneidverfahren hatte jedoch Nach­ teile, wie daß der Austausch und die Änderung der äußeren Vorderkantenform der Schneidklinge in Abhängigkeit von der Abnutzung der Schneidklinge häufig erforderlich war, und die Kosten für die Bearbeitung betrugen das zwei- oder mehrfache derjenigen des Sandstrahlverfahrens.

Ausführungsform 2

Die vorliegende Ausführungsform ist eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Beschreibung des Elementes gleich dem bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 weg­ gelassen, indem dieses mit der gleichen Bezugsziffer ge­ kennzeichnet ist. Die Fig. 9A und 9B zeigen in perspek­ tivischer Darstellung bzw. einer Draufsicht ein piezoelek­ trisches Betätigungselement gemäß der vorliegenden Ausfüh­ rungsform, und die Fig. 10A und 10B zeigen jeweils in der Draufsicht die Aufbringmuster des elektrisch leitfähi­ gen Materials zum Ausbilden einer gemeinsamen Elektrode bzw. einer individuellen Elektrode.

Ein piezoelektrisches Betätigungselement 140 gemäß der vor­ liegenden Ausführungsform hat vier lange und schmale Trei­ bersäulen 142 in einer Reihe parallel zueinander. Die Trei­ bersäule 142 hat eine Verschiebungsausgangsfläche 141 an ihrer Oberseite, die sich in vertikaler Richtung ausdehnt und zusammenzieht, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Die Breite der Treibersäule 142 verbreitert sich ebenfalls wie bei der vorstehend beschriebenen Treibersäule 108 von der Verschiebungsausgangsfläche bis zum unteren Teil der Treibersäule 142.

Die Verschiebungsausgangsfläche 141 hat einen aktiven Be­ reich 146 und einen inaktiven Bereich 145 ähnlich wie bei der Ausführungsform 1. Die Querschnittsform der Treiber­ säule hat einen verengten Teil 149a, 149b an der Grenze zwischen dem aktiven Bereich 145 und dem inaktiven Bereich 146 (siehe Fig. 11B).

Die Form des piezoelektrischen Betätigungselementes 140 in der Draufsicht gesehen ist kammartig (siehe Fig. 9C), und eine geschichtete gemeinsame Elektrodenschicht 140a ähnlich wie die vorstehend beschriebene geschichtete gemeinsame Elektrodenschicht 16f, die eine Kante jeder Treibersäule bildet, ist aufeinanderfolgend in einer Reihe gebildet, und die entsprechenden Kanten der gemeinsamen Elektroden werden aufeinanderfolgend an die geschichtete gemeinsame Elektro­ denschicht 140a bondiert.

Die Breite des aktiven Bereiches 146 beträgt 0,12 mm, die Länge des aktiven Bereiches 146 beträgt 1,6 mm, das Raster­ maß beträgt 0,34 mm und die Höhe beträgt ungefähr 0,6 mm.

Ein Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Betäti­ gungselementes wird im folgenden beschrieben.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Rohplatte, bestehend aus auf Blei-Zirkonat-Titanat-basierenden Kerami­ ken, einem piezoelektrischen Material, und einem organi­ schen Bindemittel mit einer Dicke von 50 µm ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 verwendet. Es wurden fünf Rohplatten mit der gemeinsamen Elektrode 102, die aus Silberpalladium­ paste hergestellt war, und fünf Rohplatten mit der indivi­ duellen Elektrode 103 abwechselnd übereinander geschichtet, und weiterhin wurde eine Rohplatte ohne interne Elektrode geschichtet, um ein Schichtelement 150 zu erzeugen. Die Fig. 10A und 10B sind Horizontalschnittdarstellungen, die die Formen der gemeinsamen Elektrode bzw. der individuellen Elektrode des Schichtelementes 150 zeigen. Zum Zweck der klaren Beschreibung sind die Bereiche entsprechend des ak­ tiven Bereiches 145 und des inaktiven Bereiches 146 in der Fig. 10 durch durchgezogene Linien dargestellt. Die gemein­ same Elektrode und die individuelle Elektrode haben Muster­ formen, wie sie in den Fig. 10A und 10B dargestellt sind, und der elektrische Anschluß sowohl der individuellen Elektrode 103 als auch der gemeinsamen Elektrode 102 könnte an der Abnahmefläche 109 der externen Elektrode durchge­ führt werden.

Ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 wurde für die Her­ stellung der Nut 147 zum Bilden der Treibersäule 42 ein Sandstrahlverfahren verwendet und es wurde gemäß der fol­ genden Beschreibung durchgeführt.

An der Verschiebungsausgangsfläche 141 wurde eine kammar­ tige Mustermaske 112 mit engen Teilen 149a, 149b an der Grenze zwischen dem aktiven Bereich 146 und dem inaktiven Bereich 145 der Verschiebungsausgangsfläche 141 ausgebil­ det, und die Nut 147 wurde entlang der Längsrichtung der Verschiebungsausgangsfläche 147 ausgehend von der Kante bis zur Hälfte durchgeführt. Danach wurden ähnlich wie bei den Schritten gemäß der Ausführungsform 1 und wie in den Fig. 5B und 5C gezeigt, die vier Treibersäulen 142 durch Her­ stellen von fünf Nuten 147 gebildet. Die Breite des aktiven Bereiches 146 betrug 0,12 mm und die schmalste Breite des verengten Teiles 149 (siehe Fig. 9B) betrug ungefähr 0,05 mm. Die Nut 147 wurde durch Eindringen derselben in den in­ aktiven Bereich 145a um 0,3 mm ausgehend von der Grenze zwischen dem aktiven Bereich 146 und dem inaktiven Bereich 15a gebildet, und die Nut 147 wurde ebenfalls an der Seite der individuellen Schichtelektrode ausgebildet.

Die externe Elektrode bei der vorliegenden Ausführungsform war nur an der Abnahmefläche 109 der externen Elektrode ausgebildet, an welcher die Kante der individuellen Elek­ trode 103 freigelegt war. Die Verschiebungsausgangsfläche 141 hatte eine kammartige Form, die durch die geschichtete gemeinsame Elektrodenschicht 140a ähnlich wie bei der Aus­ führungsform 1 angeschlossen ist, und die Stromzufuhr jeder Treibersäule 142 an die gemeinsame Elektrode 102 war si­ chergestellt. Demgemäß war das Aufbringen von Silberpaste auf die Außenseitenfläche der geschichteten gemeinsamen Elektrodenschicht 140a nicht mehr notwendig, wodurch die Herstellkosten verglichen mit dem Beispiel 1 stark vermin­ dert werden konnten.

Versuchsbeispiel 1 zur Bestätigung der Funktionsweise

Das FPC-Kabel 125 wurde unter Wärme und Druckeinwirkung ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 angeschlossen. Wenn das Betätigungselement mittels einer Spannung betrieben wurde, deren Signalform in der Fig. 7d gezeigt ist, gaben alle Treibersäulen 142 eine Verschiebung von ungefähr 0,2 µm aus. Es wurde ein Tintenstrahlkopf ähnlich wie der gemäß Fig. 8 hergestellt, der das vorstehend beschriebene Betäti­ gungselement enthielt, und wurde in ein Aufzeichnungsgerät der Tintenstrahlbauart eingebaut. Bei diesem Gerät strahl­ ten alle Düsen 121 stabil Tintentropfen ab.

Modifiziertes Beispiel der Ausführungsform 2

Während bei dem piezoelektrischen Betätigungselement 116 gemäß der Ausführungsform 2 vier Treibersäulen 1142 in ei­ ner Reihe angeordnet waren, waren bei diesem modifizierten Beispiel zwei Reihen Treibersäulen 142 angeordnet. Die Be­ schreibung der gleichen Elemente wie jene gemäß der Ausfüh­ rungsform 2 wird weggelassen, indem diese durch gleiche Be­ zugsziffern gekennzeichnet sind. Das piezoelektrische Betä­ tigungselement 154 mit vier Treibersäulen 142 pro Reihe wurde ähnlich wie bei der Ausführungsform 2 hergestellt und dann bewertet.

Die Fig. 11A und 11B zeigen in einer perspektivischen Darstellung bzw. einer Draufsicht das piezoelektrische Be­ tägigungselement gemäß dem vorliegenden modifizierten Bei­ spiel.

Das piezoelektrische Betätigungselement 154 gemäß dem vor­ liegenden modifizierten Beispiel hat eine Treibersäule und eine periphere Säule mit den gleichen Formen wie die der Treibersäule 142 bzw. der peripheren Säule 116c an Positio­ nen symmetrisch zur Treibersäule 142 und der peripheren Säule 116c an der Außenseitenfläche des piezoelektrischen Betätigungselementteils 140a.

Im Fall der Herstellung des piezoelektrischen Betätigungs­ elementes 154 gemäß dem vorliegenden modifizierten Beispiel wurden die externen Elektroden an der Abnahmefläche 109 für die externe Elektrode ähnlich wie bei der Ausführungsform 2 gebildet, indem die zwei Seitenflächen 156A, 156B recht­ winklig zur Treibersäule 142 der Seitenflächen des piezo­ elektrischen Betätigungselementes 116c als die Abnahmeflä­ che 109 der externen Elektrode wirken, um die zwei Reihen- Treibersäulen 142 zu bilden. Die Musterform in der Ebene des elektrisch leitfähigen Materials, welches die gemein­ same Elektrode 158 und die individuelle Elektrode 160 bil­ det, das auf die Rohplatte aufgebracht wurde, war jedoch wie in den Fig. 12A und 12B gezeigt und unterschied sich von der Ausführungsform 2.

Das piezoelektrische Betätigungselement 154 wurde durch Durchführen der gleichen Schritte wie bei der Ausführungs­ form 2 hergestellt, gefolgt von dem Aufbringen der elek­ trisch leitfähigen Paste 110 auf eine Seitenfläche 162 (siehe Fig. 11B) der Seitenflächen des Schichtelementes, parallel zur Treibersäule 142 und elektrischem Verbinden mit dem elektrisch leitfähigen Material, welches auf die Rohplatte aufgebracht ist, wenn die gemeinsame Elektrode 158 und die individuelle Elektrode 160 ausgebildet worden sind. Dann wurden die gemeinsame Elektrode 158 und die in­ dividuelle Elektrode 160 jeder Treibersäule mit den jewei­ ligen externen Spannungsversorgungen an einer Seitenfläche der Abnahmefläche 109 für die externe Elektrode verbunden.

Versuchsbeispiel 2 zur Bestätigung der Funktionsweise

Bei der Ausführungsform 2 war der verengte Teil an der Grenze zwischen dem aktiven Bereich 146 und dem inaktiven Bereich 145 der Verschiebungsausgangsfläche 141 ausgebil­ det. Die graphische Darstellung der Fig. 13 vergleicht die gemessenen Längsverschiebungsverteilungen zwischen der Treibersäule 142 der Ausführungsform 2 oder des modifizier­ ten Beispiels und der Treibersäule 108 ohne verengten Teil. Die Beschränkung der Verschiebung insbesondere des Ab­ schnittes des aktiven Bereiches um die Grenze (im Nachfol­ genden als Grenzabschnitt des aktiven Bereiches) wurde bei den piezoelektrischen Betätigungselementen 44 mit dem ver­ engten Teil 149 erleichtert, so daß die Ausgangsverschie­ bung des Grenzabschnittes des aktiven Bereiches sich an die Ausgangsverschiebung des mittleren aktiven Bereiches wie in der Fig. 13 gezeigt, annäherte. Ein Maß der Flächenände­ rung, die durch Integrieren der Ausgangsverschiebung ent­ lang der Längsrichtung der Verschiebungsausgangsfläche 141 erzielt wurde, erhöhte sich um ungefähr 20%, und die Maxi­ malspannung (siehe Fig. 7), die für das Ausstoßen des Tin­ tentropfens erforderlich war, konnte auf ungefähr 85% ver­ ringert werden, verglichen mit dem Aufzeichnungsgerät, bei dem die Treibersäule 108 ohne verengten Teil 149 verwendet worden war, so daß der Leistungsverbrauch der piezoelektri­ schen Betätigungselemente 40, 54 verringert werden konnte.

Den verengten Teil betreffendes Versuchsbeispiel

Um zwischen der Breite des engsten Abschnittes des vereng­ ten Teiles 149 und der Effizienz der Ausgangsverschiebung eine Relation zu erzielen, wurde ein Versuch durchgeführt. Als Ergebnis wurde ermittelt, daß für den Fall des Ausbil­ dens eines verengten Teiles mit der schmalsten Breite (Fig. 9B) größer ungefähr 0,09 mm die Wirkung der Verringerung der Beschränkung des aktiven Bereiches 146 kaum erzielt wurde. Die stabile Ausbildung des schmalsten Teiles mit ei­ ner Breite von 0,03 mm oder kleiner wurde andererseits kaum unter Verwendung des Sandstrahlverfahrens der Ausführungs­ formen 1 und 2 und der modifizierten Beispiele durchge­ führt. Angesichts der vorstehenden Ergebnisse ist es zu er­ sehen, daß die schmalste Breite des verengten Teiles 149 zwischen 0,03 mm und 0,09 mm und insbesondere zwischen 0,03 mm und 0,05 mm ausgebildet ist.

Versuchsbeispiel 3 zur Bestätigung der Funktionsweise

Unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Betätigungs­ elementes 154 wurde ähnlich der Ausführungsform 2 ein Tin­ tenstrahlkopf mit zwei Reihen Düsen hergestellt, wobei jede Reihe vier Düsen hatte, und es wurde an das piezoelektri­ sche Betätigungselement 154 über das FPC-Kabel 125 eine Spannung angelegt. Alle acht Düsen konnten stabil Tinten­ tropfen abstrahlen.

Obwohl gemäß den Ausführungsformen 1 und 2 und dem modifi­ zierten Beispiel das piezoelektrische Betätigungselement 116 mit 1 oder 2 Reihen und vier Treibersäulen 108 in einer Reihe hergestellt worden war, kann auf ähnliche Art und Weise ein anderes piezoelektrisches Betätigungselement mit einer größeren Anzahl von Treibersäulen pro einer Reihe in Abhängigkeit von der gewünschten Anzahl der Düsen des Tin­ tenstrahlkopfes hergestellt werden.

Da die vorstehenden Ausführungsformen nur als Beispiele be­ schrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen begrenzt und ver­ schiedene Modifikationen und Änderungen können leicht vom Fachmann durchgeführt werden, ohne daß vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.

Claims (9)

1. Piezoelektrisches Betätigungselement (116) mit einem Substrat (114) und einer Anzahl von Treibersäulen (108), die sich parallel zueinander und durch Nuten (107) vonein­ ander getrennt auf diesem Substrat (114) erstrecken, wobei die Treibersäulen (118) einen aktiven Bereich (106) an dem mittleren Teil in Richtung dieser Nut (107) aufwei­ sen, der durch eine Schichtelektrodenstruktur gebildet ist, die gemeinsame Elektrodenschichten und individuelle Elek­ trodenschichten aufweist, die unter Verwendung von Rohplat­ ten (116b), welche aus einem piezoelektrischen Material be­ stehen, abwechselnd übereinander geschichtet sind, und eine Verschiebungsausgangsfläche (101), die nach außen die Ver­ schiebung abgibt, welche durch den piezoelektrischen Effekt des aktiven Bereiches (106) an der Oberfläche der Treiber­ säule (108) gegenüber dem Substrat (114) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite jeder Treibersäule (108) in Richtung der Breite der Nut (107) sich von der Verschiebungsausgangsfläche (101) zum Substrat (114) hin verbreitert.

2. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 1, wobei einer der Kantenbereiche der Treibersäule (108) in Richtung der Nut (107) durch eine gemeinsame Elektroden­ schicht (116f) gebildet ist, die nur aus den gemeinsamen Elektroden (102) besteht, während der andere Kantenbereich durch eine geschichtete individuelle Elektrodenschicht (116g) gebildet ist, die nur aus individuellen Elektroden (103) besteht, und jeder der Kantenbereiche als der inak­ tive Bereich (105) dient.

3. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 2, wobei die Querschnittsform der Treibersäule (108) in Quer­ richtung entlang der Nut (107) lang und schmal ist und der mittlere Teil in dieser Richtung als der aktive Bereich (106) dient, welcher schmaler als der Kantenbereich ist, der sich an den mittleren Teil anschließt und als der inak­ tive Bereich (106) dient, welcher sich zur Längskante hin verbreitert.

4. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 3, wobei die Querschnittsform in Querrichtung einen verengten Teil (149a, 149b) an der Grenze zwischen dem aktiven Be­ reich (106) und dem inaktiven Bereich (105) aufweist.

5. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 1, wobei die gemeinsame Elektrodenschicht (102) und die indi­ viduelle Elektrodenschicht (103) der Treibersäule (108) mit einer externen Spannungsversorgung an einem Kantenteil ent­ lang der Nut (107) verbunden sind und die gemeinsame Elek­ trodenschicht elektrisch an den anderen Kantenteil ange­ schlossen ist.

6. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 5, wobei eine Anzahl von Kantenteilen einer Kante jeder Trei­ bersäule an eine Verbindungswand in Richtung rechtwinklig zur Nut (107) bondiert sind und die entsprechenden Kanten­ teile der gemeinsamen Elektrode (102) elektrisch miteinan­ der in der Treibersäule-Verbindungswand verbunden sind.

7. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 1, wobei das piezoelektrische Betätigungselement für einen Tintenstrahlkopf dient und jede Treibersäule (108) als ein Antriebsmechanismus zum Ausstoßen von Tinte eines Tinten­ strahlkopfes dient.

8. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Betäti­ gungselementes (116) mit einem Substrat (114) und einer An­ zahl von Treibersäulen (108), die sich parallel zueinander und durch Nuten (107) voneinander getrennt auf dem Substrat (114) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren aufweist:
einen Schritt des Aufbringens von Elektrodenpaste auf eine Oberfläche einer Rohplatte (116b), das aus piezoelektri­ schem Material hergestellt ist, um eine interne Elektrode (104) zu bilden, Übereinanderschichten und Pressen einer Anzahl von Rohplatten (116b) mit einer internen Elektrode (104) auf dem Substrat (114) und Bilden eines Schichtelek­ trodenelementes (116d) auf dem Substrat (114) durch Sin­ tern,
Ausbilden einer Maske (112) mit einer Anzahl von schlitz­ artigen Musterleerstellen an der Oberseite des Schichtelek­ trodenelementes (116d), Ausbilden von schlitzartigen Nuten in dem Schichtelektrodenelement (116d) durch Strahlen von Schleifteilchen von der Maske (112) auf die Oberfläche des Schichtelektrodenelementes (116d), um eine Anzahl von Trei­ bersäulen (118) zu bilden, die geschichtete Elektroden­ schicht auf dem Substrat (114) haben und voneinander durch die Nut (107) getrennt sind, und
Ausbilden einer externen Elektrode (115) an der Seitenflä­ che der Treibersäule (108), die elektrisch mit der internen Elektrode (104) verbunden ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die externe Elektrode (115) durch Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Paste auf die Seitenfläche der Trei­ bersäule (108) ausgebildet wird.