專利名稱：噴墨記錄頭和噴墨記錄設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如此構(gòu)成的噴墨記錄頭振動板部分地構(gòu)成與噴嘴口相通的壓力產(chǎn)生室，墨水滴通過所述噴嘴口噴射出，并且壓電元件借助于振動板設(shè)置以便通過其位移運動來噴射墨水滴，本發(fā)明還涉及一種采用該噴墨頭的噴墨記錄設(shè)備。
相關(guān)
背景技術(shù)：
噴墨記錄頭是如此構(gòu)成的，振動板部分地構(gòu)成與噴嘴口相通的壓力產(chǎn)生室，墨水滴通過所述噴嘴口噴射出，并且壓電元件使振動板變形，從而擠壓裝在壓力產(chǎn)生腔室中的墨水，由此通過噴嘴口噴射出墨水滴。實際使用的噴墨記錄頭分成以下兩種類型采用了以縱向振蕩模式操作的壓電促動器的噴墨記錄頭，即沿著壓電元件的軸向方向膨脹和收縮；以及采用以撓曲振蕩模式操作的壓電促動器的噴墨記錄頭。
前面的記錄頭的優(yōu)點在于可以通過鄰接振動板的壓電元件的端面來執(zhí)行改變壓力產(chǎn)生室體積的功能，從而能夠良好適用于高密度打印。但是，前面的記錄頭的缺點在于，生產(chǎn)工藝復(fù)雜；具體地說，生產(chǎn)涉及一種將壓電元件以與噴嘴口的布置相對應(yīng)的間隔分開的梳齒狀段的難度較大的工藝，以及使壓電段固定成與相應(yīng)的壓力產(chǎn)生室對齊的工藝。
后面的記錄頭的優(yōu)點在于，可以通過相對簡單的工藝將壓電元件形成在振動板上；具體地說，壓電材料的生片疊放在振動板上從而在形狀和位置上對應(yīng)于壓力產(chǎn)生室，之后烘干。但是，后面的記錄頭的缺點在于壓電元件必須使用一定量的面積以便利用撓曲振蕩，因此難以高密度地布置壓力產(chǎn)生室。
為了解決后面記錄頭的缺點，如在例如日本特許申請No.5-286131中所披露的一樣，曾經(jīng)提出以下工藝。通過采用薄膜沉積技術(shù)在振動板的整個表面上形成均勻的壓電材料層。通過光刻技術(shù)將壓電材料層分成這樣的樣式，即，在形狀和位置上對應(yīng)于壓力產(chǎn)生室，從而形成與壓力產(chǎn)生室對應(yīng)的單獨的壓電元件。
近年來，為了實現(xiàn)高質(zhì)量打印，要求噴墨記錄頭以更高的密度布置噴嘴口。
但是，為了高密度布置噴嘴口，必須高密度布置壓力產(chǎn)生室。壓力產(chǎn)生室的高密度布置使得壓力產(chǎn)生室之間的腔室壁的厚度減小，從而導致腔室壁剛度不夠并且因此使得相鄰壓力產(chǎn)生室之間產(chǎn)生串擾。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種噴墨記錄頭，它包括通道形成基片，振動板以及多個通過振動板設(shè)在通道形成基片的一側(cè)上的壓電元件，所述通道形成基片具有多個以與噴嘴口相通并且通過多個腔室壁相互隔開的方式形成在其中的壓力產(chǎn)生室，所述多個壓電元件每個都包括下電極、壓電層和上電極。振動板承受張力；每英寸上布置的壓力產(chǎn)生室數(shù)目n大于200，并且如由(w+d)＝1英寸/n所示一樣與壓力產(chǎn)生室的寬度w和腔室壁的厚度d有關(guān)；腔室壁的厚度d大于10μm并且如由(d×3)≤h≤(d×6)所示一樣與通道形成基片的厚度h有關(guān)。
通過采用上述特征，即使壓力產(chǎn)生室布置得相對密度較高，也能保持腔室壁的剛度，從而可以保持良好的噴墨特性。
通道形成基片的厚度h可以由(d×4)≤h≤(d×5)所示一樣和腔室壁的厚度d相關(guān)。
通過采用上述特征，可以可靠地保持腔室壁的剛度，從而能夠一直保持良好的噴墨特性。
腔室壁的彎曲量與壓力產(chǎn)生室的彎曲量的百分比不能大于10％。
由于腔室壁的彎曲百分數(shù)相對較低，所以就可以將串擾的影響減小到較低的程度上。
通道形成基片的厚度h可以大于壓力產(chǎn)生室的寬度w。
上述特征的采用約束了特征上的改變，這會導致通道形成基片的厚度h上的誤差。
壓電層的晶體可以呈現(xiàn)優(yōu)選的取向。
由于壓電層是通過薄膜沉積工藝形成的，所以晶體呈現(xiàn)優(yōu)選的取向。
壓電層的晶體可以相對于(100)面呈現(xiàn)優(yōu)選的取向。
當壓電層是通過預(yù)定的薄膜沉積工藝形成的時，晶體相對于(100)面呈現(xiàn)優(yōu)選的取向。
壓電層的晶體可以是菱面體形的。
當壓電層是通過預(yù)定的薄膜沉積工藝形成的時，晶體變成菱面體形。
或者，壓電層的晶體可以是圓柱形。
當壓電層是通過薄膜沉積工藝形成的時，晶體變成圓柱形。
壓電層可以呈現(xiàn)0.5μm-2μm的厚度。
由于壓電層的厚度相對較小，所以就有可能進行高密度布置圖案。
振動板的應(yīng)力和每個壓電元件的分層的應(yīng)力的總和等于拉伸應(yīng)力。
通過采用上述特征，由壓電元件和振動板的應(yīng)力而在每個腔室壁的振動板側(cè)端部處引起的約束防止了串擾。
振動板的應(yīng)力和下電極的應(yīng)力的總和等于拉伸應(yīng)力通過采用上述特征，振動板和下電極的應(yīng)力作用在于更可靠地約束腔室壁，從而可靠地防止串擾。
壓電層可以承受拉伸應(yīng)力。
通過采用上述特征，壓電層的應(yīng)力作用在于更可靠地約束腔室壁，從而可靠地防止串擾。
振動板可以包括在面對著壓力產(chǎn)生室的側(cè)面上承受壓縮應(yīng)力的壓縮層。
即使振動板包括壓縮層，如果整個振動板的應(yīng)力為拉伸應(yīng)力或者如果振動板的應(yīng)力和每個壓電元件的分層的應(yīng)力的總和等于拉伸應(yīng)力的話，也可以防止串擾。
當形成壓力產(chǎn)生室時，壓電元件可以朝著相應(yīng)的壓力產(chǎn)生室中凸地撓曲。
通過采用上述特征，振動板的應(yīng)力作用就能更可靠地防止串擾。
通道形成基片可以由單晶硅基片形成，并且可以通過拋光其另一側(cè)而形成預(yù)定的厚度。
通過采用上述特征，可以通過以相對容易的方式進行拋光來減小通道形成基片的厚度。
通道形成基片可以由單晶硅基片形成，并且可以通過從其另一側(cè)上除去預(yù)先設(shè)置的犧牲基片而形成預(yù)定的厚度。
通過采用上述特征，相對薄的通道形成基片可以以相對容易的方式形成。
可以通過各向異性蝕刻來形成壓力產(chǎn)生腔室，并且可以通過薄膜沉積和光刻來形成壓電元件的分層。
采用上述特征使得能夠以相對簡單的方式高精度且高密度地形成壓力產(chǎn)生室。
本發(fā)明還提供一種包括如上所述的噴墨記錄頭的噴墨記錄設(shè)備。
采用了本發(fā)明的噴墨記錄頭的噴墨記錄設(shè)備可以實現(xiàn)高速高質(zhì)量打印。


圖1-3顯示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的噴墨記錄頭。通道形成基片10由(110)晶面取向的單晶硅基片形成，并且包括通過熱氧化預(yù)先形成在其一個側(cè)面上的厚為1μm-2μm的二氧化硅彈性薄膜50。
通過單晶硅基片的各向異性蝕刻在通道形成基片10中從其一個側(cè)面形成多個壓力產(chǎn)生室12，這些壓力產(chǎn)生室12是以這樣的方式形成的，即，用多個腔室壁11的方法將這些壓力產(chǎn)生室12相互分開并且沿著通道形成基片10的寬度方向布置。在通道形成基片10的縱向向外的位置處形成有多個連通段13。連通段13通過相應(yīng)的通孔51與容器形成板的容器31相通，這將在下面進行說明。連通段13在壓力產(chǎn)生室12的縱向端部處通過相應(yīng)的墨水供應(yīng)通道14與相應(yīng)的壓力產(chǎn)生室12相通。
壓力產(chǎn)生室12以相對高的密度例如高于每英寸200個腔室布置，并且在本發(fā)明中以每英寸360個腔室布置。
各向異性蝕刻利用了單晶硅基片的以下特性當單晶硅基片浸泡在堿溶液例如KOH溶液中時，單晶硅基片逐漸地腐蝕，從而顯現(xiàn)出垂直于(110)晶面的第一晶面(111)和與第一晶面(111)成大約70度夾角并與(110)晶面成大約35度夾角的第二晶面(111)；并且以蝕刻晶面(110)大約1/180的速度蝕刻(111)晶面?；谠谟蓛蓚€第一晶面(111)和兩個傾斜的第二晶面(111)限定的平行四邊形中加工的深度通過這種各向異性蝕刻，可以進行精確的加工，從而壓力產(chǎn)生室12可以布置成高密度。
根據(jù)本發(fā)明，第一晶面(111)限定了每個壓力產(chǎn)生室12的長邊，第二晶面(111)限定了每個壓力產(chǎn)生室12的短邊。通過沿著基本上整個厚度蝕刻通道形成基片10直到達到彈性薄膜50來形成壓力產(chǎn)生室12。要注意的是，彈性薄膜50被用于蝕刻單晶硅基片的堿溶液稍微地腐蝕。在腔室12的一個端部處與相應(yīng)壓力產(chǎn)生室12相通的墨水供應(yīng)通道14形成得比壓力產(chǎn)生室12更淺，從而使墨水流進壓力產(chǎn)生室12保持穩(wěn)定的流動阻力。也就是說，通過沿著基片的厚度方向蝕刻單晶硅基片的一半(半蝕刻)來形成墨水供應(yīng)通道。通過調(diào)節(jié)蝕刻時間來進行半蝕刻。
使用粘接劑將噴嘴板20粘接到通道形成基片10的另一側(cè)上，從而形成在噴嘴板20中的噴嘴口21在對著墨水供應(yīng)通道14的側(cè)面處與相應(yīng)的壓力產(chǎn)生室12相通。根據(jù)本發(fā)明，噴嘴板20由單晶硅基片形成并且具有通過干蝕刻形成在其中的多個噴嘴口21。每個噴嘴口21包括噴嘴段21a，通過該噴嘴段21a噴射墨水滴；以及其直徑大于噴嘴段21a并且在噴嘴段21a和壓力產(chǎn)生腔室12之間建立連通的噴嘴連通段21b。
因為如上所述噴嘴板20和通道形成基片10由相同的材料形成，所以噴嘴板20和通道形成基片10在與粘接相關(guān)的加熱過程以及在與安裝相關(guān)的后加熱過程中不會出現(xiàn)撓曲或應(yīng)力，從而沒有裂紋。
根據(jù)所要噴射的墨水滴量、墨水滴噴射速度以及墨水滴噴射頻率來優(yōu)化適用于把墨水滴噴射壓力施加在墨水上的壓力產(chǎn)生室12的尺寸和適用于從中噴射墨水滴的噴嘴口21的尺寸。例如，當以每英寸360滴墨水的速度噴射進行記錄時，噴嘴口21必須精確地形成為直徑幾十個微米。
下電極薄膜60、壓電層70以及上電極薄膜80通過將在下面描述的工藝層疊地形成在設(shè)在通道形成基片10上的彈性薄膜50上，從而形成壓電元件300。下電極薄膜60其厚度例如大約為0.2μm；壓電層70其厚度例如大約為0.5μm-2μm；并且上電極薄膜80其厚度例如大約為0.1μm。這里，壓電元件300包括下電極薄膜60、壓電層70和上電極薄膜80。一般來說，下電極或上電極都采取共同電極的形式，以便在壓電元件300之間使用，而其它電極和壓電層70通過形成圖案為每個壓力產(chǎn)生腔室12形成。在這種情況中，由電極中任一個構(gòu)成的部分和其上進行形成圖案的壓電層70以及通過在兩個電極上施加電壓產(chǎn)生的壓電應(yīng)力的位置被稱為壓電活動部分。根據(jù)本發(fā)明，下電極薄膜60用作在壓電元件300中使用的共同電極，而上電極薄膜80用作供壓電元件300使用的單獨電極。但是，根據(jù)驅(qū)動電路和布線的需要可以使該結(jié)構(gòu)反過來。在任一種情況中，壓電活動部分形成用于單獨的壓力產(chǎn)生室。這里，壓電元件300和由壓電元件300驅(qū)動從而變形的振動板構(gòu)成壓電促動器。根據(jù)本發(fā)明，彈性薄膜50和下電極薄膜60用作振動板。但是，下電極薄膜也可以用作彈性薄膜。為了使得在振動板中產(chǎn)生出的應(yīng)力成為拉伸應(yīng)力，可以在彈性薄膜50上形成由例如二氧化鋯(ZrO2)支撐的加強層。
優(yōu)選的是，其中每英寸布置的壓力產(chǎn)生室12的數(shù)目n大于200，并且如由(w+d)＝1英寸/n表示一樣與壓力產(chǎn)生室12的寬度w和腔室壁11的厚度d相關(guān)的噴墨記錄頭滿足以下條件振動板承受拉伸應(yīng)力；并且腔室壁11的厚度d大于10μm，并且如由(d×3)≤h≤(d×6)和優(yōu)選(d×4)≤h≤(d×5)所表示的一樣與通道形成基片10的厚度h(壓力產(chǎn)生室12的深度)相關(guān)。
因此，即使壓力產(chǎn)生室12以相當高的密度布置時，也能可靠地保持腔室壁11的剛度，從而可以防止串擾的出現(xiàn)。具體地說，當壓力產(chǎn)生室12以高密度布置時，腔室壁11的厚度降低；但是，通過在確定壓力產(chǎn)生室12的厚度w、分隔壁11的厚度d以及通道形成基片10的厚度h時滿足上述要求，從而可以可靠地保持分隔壁11的剛度。
當振動板是通過薄膜沉積工藝形成的并且承受拉伸應(yīng)力時，位于振動板側(cè)面上的分隔壁11的端部可以被認為不是自由端而是簡單的支撐端。在這種情況中，上述要求的滿足可靠地防止了串擾。
根據(jù)本發(fā)明，由于振動板由彈性薄膜50和下電極薄膜60構(gòu)成，所以振動板承受著拉伸應(yīng)力；即彈性薄膜50的應(yīng)力和下電極薄膜60的應(yīng)力的總和等于拉伸應(yīng)力。例如，根據(jù)本發(fā)明，彈性薄膜50承受著壓應(yīng)力，下電極薄膜60承受著拉伸應(yīng)力，而整個振動板承受著拉伸應(yīng)力。
即使下電極薄膜60形成圖案用于每個壓電元件300并因此不用作振動板，當在面對著壓力產(chǎn)生室12的區(qū)域中測量時，用作振動板的彈性薄膜50的應(yīng)力和下電極薄膜60的應(yīng)力的總和優(yōu)選等于拉伸應(yīng)力。由于振動板承受拉伸應(yīng)力，所以當形成壓力產(chǎn)生室12時；即在最初狀態(tài)中，優(yōu)選的是，壓電元件300朝著相應(yīng)的壓力產(chǎn)生室12中凸地撓曲。
由于振動板承受拉伸應(yīng)力，所以拉伸應(yīng)力產(chǎn)生出一種約束，約束位于振動板側(cè)面上的每個腔室壁11的端部，從而防止串擾。
根據(jù)本發(fā)明，用作振動板的彈性薄膜50的應(yīng)力和下電極薄膜60的應(yīng)力的總和等于拉伸應(yīng)力，并且振動板的應(yīng)力和每個壓電元件300的分層的應(yīng)力的總和等于拉伸應(yīng)力，同時至少壓電元件300的壓電層70承受拉伸應(yīng)力。這樣，優(yōu)選的是，振動板承受拉伸應(yīng)力，振動板的應(yīng)力和每個壓電元件300的分層的應(yīng)力的總和等于拉伸應(yīng)力。但是，至少當振動板的應(yīng)力和每個壓電元件300的分層的應(yīng)力的總和等于拉伸應(yīng)力時，拉伸應(yīng)力用來約束位于振動板側(cè)面上的腔室壁11的端部，從而防止串擾。
當腔室壁11的厚度d大于10μm最好大于10μm且不大于30μm并且如由h≤(d×6)所表示的一樣與通道形成基片10的厚度h相關(guān)時，腔室壁11保持預(yù)定的剛度，從而可靠地防止了串擾。
通道形成基片10的厚度h越小；即分隔壁11的高度越小，則分隔壁11的剛度越高，從而可以更可靠地防止串擾。但是，由于為了獲得良好的噴墨特性壓力產(chǎn)生室12的橫向端面面積最好盡可能地大，所以通道形成基片10的厚度h(壓力產(chǎn)生室12的深度)優(yōu)選如由h≥(d×3)所表示的一樣與腔室壁11的厚度d相關(guān)。還有優(yōu)選的是，壓力產(chǎn)生室12的寬度w盡可能地大。
因此，當腔室壁11的厚度d大于10μm并且如由(d×3)≤h≤(d×6)所表示的一樣與通道形成基片10的厚度h相關(guān)時，腔室壁11保持剛度，從而可靠地防止了串擾。
在腔室壁11的厚度d和通道形成基片10的厚度h(壓力產(chǎn)生室12的深度)之間的上述尺寸要求是基于以下在彎曲量方面的發(fā)現(xiàn)。當用來使壓力產(chǎn)生室12相互分離的腔室壁11的彎曲量與壓力產(chǎn)生室12的彎曲量即腔室壁11、振動板和壓力產(chǎn)生室12中的墨水的總彎曲量的百分比不大于10％尤其是不大于5％時，可以抑制串擾的出現(xiàn)。
壓力產(chǎn)生室12的橫斷面的短邊長度在壓力產(chǎn)生室12的流動阻力上產(chǎn)生的影響比該橫斷面的長邊長度所產(chǎn)生的影響大。壓力產(chǎn)生室12的寬度w可以以比壓力產(chǎn)生室12的深度(通道形成基片10的厚度h)更高的精度來控制。因此，優(yōu)選的是，在噴墨特性上有很大影響的短邊為壓力產(chǎn)生室12的寬度w。也就是說，優(yōu)選的是，壓力產(chǎn)生室12的寬度w不大于通道形成基片10的厚度h，從而壓力產(chǎn)生室12就可以具有良好的均勻的噴墨特性。
在下面表1中所示的條件下生產(chǎn)出實施例1-4和對比實施例1-3的噴墨記錄頭。檢測噴墨記錄頭的腔室壁11的彎曲量與壓力產(chǎn)生室12的彎曲量的百分比。結(jié)果也顯示在表1中。
表1

如表1中所示，在實施例和對比實施例中，每英寸布置的壓力產(chǎn)生室12的數(shù)目n為360，壓力產(chǎn)生室12的寬度w和腔室壁11的厚度d的總和大約為70μm((w+d)≈70μm))。由于壓力產(chǎn)生室12的寬度w大約為55μm，所以腔室壁11的厚度d大約為15μm。
在實施例1-4中，通道形成基片10的厚度h(壓力產(chǎn)生室12的深度)在45μm到90μm的范圍上改變，從而腔室壁11的厚度d和通道形成基片10的厚度h如由(d×3)≤h≤(d×6)所表示的一樣相關(guān)。
對比實施例1-3與實施例1-4類似，除了其通道基片10的厚度h分別設(shè)為30μm、105μm和120μm。
形成具有上述尺寸的實施例1-4的噴墨記錄頭其腔室壁11的彎曲量的百分比為0.6％-7.2％，小于10％。壓力產(chǎn)生室12的寬度w和壓力產(chǎn)生室12的深度(通道形成基片10的厚度h)之間的比值w/h為0.6-1.2，表示壓力產(chǎn)生室12的寬度基本上等于或小于壓力產(chǎn)生室12的深度。因此，噴墨記錄頭不會出現(xiàn)串擾并且具有良好的噴墨特性。
通過比較，對比實施例1的噴墨記錄頭其腔室壁的彎曲量的百分比非常小為0.1％，因此能夠防止串擾。但是，由于壓力產(chǎn)生室的深度和寬度之間的比值w/h非常大為1.8，所以該噴墨記錄頭不能具有均勻的噴射特性。
對比實施例2和3的噴墨記錄頭其腔室壁的彎曲量的百分比較大，大于10％，因此出現(xiàn)串擾，從而導致不能具有良好的噴墨特性。
從如上所述的檢測結(jié)構(gòu)中可以看出，當腔室壁11的厚度d和通道形成基片10的厚度h如由(d×3)≤h≤(d×6)尤其由(d×4)≤h≤(d×5)所表示的一樣來確定時，可以防止串擾，因此可以獲得良好的噴墨特性。
下面將參照圖4和5來對用于生產(chǎn)本發(fā)明的噴墨記錄頭的方法進行說明。圖4和5是壓力產(chǎn)生室12的縱向斷面視圖的系列。在圖4B-4D、5A和5B中，由于腔室12還沒有形成，所以壓力產(chǎn)生室12由虛線表示。
首先，如圖4A所示，彈性薄膜50形成在通道形成基片10的一個側(cè)面上。具體地說，例如，厚度為220μm的并且將變成通道形成基片10的單晶硅基片在擴散爐中在大約1100℃下被熱氧化，從而在通道形成基片10的一個側(cè)面上形成二氧化硅彈性薄膜50。
接著，如圖4B所示，通過濺射然后成形為預(yù)定圖案，從而將下電極薄膜60沉積在彈性薄膜50的整個表面上。鉑(Pt)對于下電極薄膜60是一種優(yōu)選的材料，其原因如下所要通過濺射工藝或溶膠凝膠工藝沉積的壓電層70在沉積之后必須通過在大約600℃-1000℃的溫度下在空氣或氧氣氛圍中進行烘烤以結(jié)晶。也就是說，用于下電極薄膜60的材料必須在這種高溫氧化氛圍中保持導電性。尤其是，當鋯鈦酸鉛(PZT)用作壓電層70時，該材料優(yōu)選具有由氧化鉛的分散作用引起的導電性的稍微變化。。因此，鉑是優(yōu)選的。
接著，如圖4C所示，沉積壓電層70。優(yōu)選的是，壓電層70具有晶體學取向。例如，根據(jù)本發(fā)明，通過采用溶膠凝膠工藝在晶體學取向條件中形成壓電層70。具體地說，金屬有機物質(zhì)溶解并分散在催化劑中以獲得所謂的溶膠。涂布該溶膠并使之干燥以獲得凝膠。使該凝膠在高溫下進行烘烤，從而產(chǎn)生出由金屬氧化物制成的壓電層70。在應(yīng)用在噴墨記錄頭中，對于壓電層70來說，鋯鈦酸鉛是優(yōu)選的材料。用于沉積壓電層70的方法沒有特別限制。例如，可以采用濺射工藝。
或者，通過溶膠凝膠工藝或濺射工藝形成鋯鈦酸鉛的前體，然后通過采用高壓處理工藝使之在低溫下在堿性水溶液中進行晶粒長大。
與大多數(shù)沉積材料相比，這樣沉積的壓電層70具有優(yōu)選的晶體學取向。例如，本實施方案的壓電層70具有相對于(100)晶面的優(yōu)選取向。優(yōu)選取向指的是這樣一種狀態(tài)，其中晶體整齊地取向；即，某些晶面面對著相同的方向。
在壓電層70中，晶體具有圓柱形菱面體的形式。圓柱形晶體的薄膜指的是這樣一種狀態(tài)，其中基本上為圓柱形的晶體沿著平面方向被收集同時其軸基本上沿著其厚度方向延伸，從而形成薄膜。當然，薄膜可以由優(yōu)選取向的粒狀晶體形成。由這種薄膜沉積工藝沉積而成的壓電層其厚度為0.2μm-5μm。
接著，如圖4D所示，形成上電極薄膜80。上電極薄膜80可以由任一高導電性材料制成，例如鋁、金、鎳、鉑或類似金屬，或者導電氧化物。根據(jù)本發(fā)明，通過濺射沉積鉑。
接著，如圖5A所示，壓電層70和上電極薄膜80進行形成圖案，從而在面對著壓力產(chǎn)生室12的區(qū)域中形成壓電元件300。
接著，如圖5B所示，形成導線電極90。具體地說，由例如金(Au)制成的導線電極90沿著基片的整個寬度形成在通道形成基片10上，然后進行圖案成形，從而被分成與壓電元件300對應(yīng)的單個導線電極90。
在上述薄膜沉積工藝之后，如上所述，通過使用堿溶液來各向異性地蝕刻單晶硅基片，從而如圖5C所示，同時形成壓力產(chǎn)生室12、墨水供應(yīng)通道14以及未示出的連通部分13。
隨后，如圖5D所示，通道形成基片10上與壓電元件元件300相反的表面被拋光，從而使通道形成基片10具有預(yù)定的厚度，例如在本實施方案中為大約70μm。
根據(jù)本實施方案，對通道形成基片10進行拋光以便具有預(yù)定的厚度。但是，通道形成基片10可以在這之前就具有預(yù)定的厚度。在這種情況中，由于形成壓電元件300的工藝在處理通道形成基片10中遇到困難，所以可以將例如厚度大約為200μm的犧牲薄膜粘接在通道形成基片10(硅薄膜)的一個側(cè)面上，并且在某個后面的階段處可以除去該犧牲薄膜。
在生產(chǎn)中，可以通過一系列薄膜沉積工藝和隨后的各向異性蝕刻工藝將許多包含有壓電元件300和壓力產(chǎn)生室12的片同時形成在單片薄膜上。然后，將噴嘴板20粘接在該薄膜上。將這樣制備出的薄膜分成片狀大小的通道形成基片10，如圖1所示。隨后把將在后面所描述的容器形成板30和柔性基片40粘接在每個通道形成基片10上。從而所得到的裝置為噴墨記錄頭。
如圖1-3所示，包含有用來給壓力產(chǎn)生室12共用的容器31的容器形成板30被粘接在包含有壓力產(chǎn)生室12的通道形成基片10的壓電元件300的側(cè)面上。在本實施方案中，容器31以這樣的方式形成在容器形成板30上，從而在基片30的厚度方向中延伸穿過容器形成板30同時沿著布置壓力產(chǎn)生室12的方向延伸。
優(yōu)選的是，容器形成板30由其熱膨脹系數(shù)基本上等于通道形成基片10的熱膨脹系數(shù)的材料制成，例如，玻璃或陶瓷材料。在本實施方案中，容器形成板30和通道形成基片10由相同的材料形成；即單晶硅基片。因此，在噴嘴板20和通道形成基片10的粘接情況中，即使在通過使用熱固性的粘接劑在高溫下將容器形成板30和通道形成基片10粘接在一起時，它們也可以可靠地粘接在一起。因此，可以簡化生產(chǎn)工藝。
還有，將包括密封膜41和固定板42的柔性基片40與容器形成板30粘接。密封膜41由具有柔性的低剛性材料(即，厚度為6μm的聚苯硫薄膜(PPS))形成。密封膜41密封著容器31的一個側(cè)面。固定板42由硬質(zhì)材料形成，例如金屬(即，厚度為30μm的不銹鋼(SUS)板)。沿著固定板42的厚度方向完全除去固定板42面對著容器31的區(qū)域，從而形成開口43。因此，容器31的一個側(cè)面主要被柔性密封膜41覆蓋，從而形成柔性部分32，該部分可以隨著容器31的內(nèi)部壓力的改變而變形。
用來將墨水供應(yīng)給容器31的墨水入口35形成在柔性基片40中并且位于相對于容器31的縱向方向的基本上中央部分和相對于容器31的橫向方向的外側(cè)容器31處。另外，用于在墨水入口35和容器31之間建立連通的墨水引導通道36形成在容器形成板30中，同時延伸穿過容器31的側(cè)壁。
壓電元件保持部分33如此形成在容器形成板30面對著壓電元件300的區(qū)域中，從而提供處于密封狀態(tài)中的空間以便讓壓電元件300自由運動。壓電元件300被密封在壓電元件保持部分33中，從而保護壓電元件300不會壓裂，而這會由環(huán)境原因例如空氣中的水導致。
這樣構(gòu)成的噴墨記錄頭以下面的方式工作。未示出的外部墨水供應(yīng)裝置與墨水入口35連接并且通過墨水入口35把墨水供應(yīng)給噴墨記錄頭。這樣供應(yīng)的墨水充滿了從容器31延伸到噴嘴口21的內(nèi)部空間。根據(jù)來自未示出的外部驅(qū)動電路的信號，在上電極薄膜80和下電極薄膜60之間施加電壓，從而使得彈性薄膜50、下電極薄膜60和相應(yīng)的壓電層70變形。因此，在相應(yīng)壓力產(chǎn)生室12內(nèi)的壓力增加，從而從相應(yīng)的噴嘴口21中噴射出一滴墨水。
雖然已經(jīng)根據(jù)該實施方案對本發(fā)明進行了說明，但是噴墨記錄頭的基本結(jié)構(gòu)并不限于該實施方案。
例如，上面的實施方案描述了一種薄膜型噴墨記錄頭，其生產(chǎn)采用了一種薄膜沉積工藝和光刻工藝。但是，本發(fā)明并不限于此。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用在厚膜型噴墨記錄頭上，其生產(chǎn)采用了生片的粘貼。
還有，上述實施方案描述了一種包括上述變形型壓電元件的噴墨記錄頭。但是，本發(fā)明并不限于此。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用在包括以縱向振蕩模式工作的壓電元件的噴墨記錄頭上，這些壓電元件構(gòu)成為壓電材料和電極材料布置成交替層疊的結(jié)構(gòu)。在任一種情況中，振動板必須承受拉伸應(yīng)力。
在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有各種結(jié)構(gòu)的噴墨記錄頭。
如上所述的實施方案的噴墨記錄頭構(gòu)成部分的記錄頭裝置，該裝置包括與墨盒或類似裝置相通的墨水通道，從而被安裝在噴墨記錄設(shè)備上。圖6大致地顯示出這種噴墨記錄設(shè)備的實施方案。
如圖6所示，每個都包括噴墨記錄頭的裝置1A和1B分別帶有可更換的用作墨水供應(yīng)裝置的墨盒2A和2B。帶著記錄頭裝置1A和1B的滑架3可軸向移動地安裝在滑架軸5上，該滑架軸安裝在設(shè)備主體4上。記錄頭裝置1A和1B分別用來噴射例如黑色墨水組分和彩色墨水組分。
驅(qū)動馬達6的驅(qū)動力通過多個未示出的齒輪和同步帶7傳遞給滑架3，從而承載著記錄頭裝置1A和1B的滑架3沿著滑架軸5移動。壓紙輥8以沿著滑架3的通道延伸的方式設(shè)在設(shè)備主體4上。該壓紙輥8在未示出的送紙馬達的驅(qū)動力的作用下轉(zhuǎn)動，從而通過送紙輥將作為記錄媒介的紀錄片S例如紙張輸送到所述壓紙輥8上。
權(quán)利要求
1.一種噴墨記錄頭，它包括通道基片(10)，它具有多個與相應(yīng)噴嘴口(21)相通并且通過多個隔壁(11)相互分開的壓力產(chǎn)生室(12)；以及多個壓電元件，它們通過振動板設(shè)在所述通道基片(10)的一個側(cè)面上并且每個都包括有下電極(60)、壓電層(70)和上電極(80)，其特征在于，所述振動板承受拉伸應(yīng)力；每英寸上布置的所述壓力產(chǎn)生室(12)的數(shù)目n大于200，并且如由(w+d)＝1英寸/n所表示的一樣與所述壓力產(chǎn)生室(12)的寬度w和所述隔壁(11)的厚度d有關(guān)；并且所述隔壁(11)的厚度d大于10μm，并且如由(d×3)≤h≤(d×6)所示的一樣與通道形成基片(10)的厚度h有關(guān)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的噴墨記錄頭，其中所述通道基片(10)的厚度h和所述隔壁(11)的厚度d如由(d×4)≤h≤(d×5)所示一樣相關(guān)。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的噴墨記錄頭，其中所述隔壁(11)的彎曲量與所述壓力產(chǎn)生室(12)的百分比不大于10％。
4.一種如權(quán)利要求1-3任一所述的噴墨記錄頭，其中所述通道基片(10)的厚度h大于所述壓力產(chǎn)生室(12)的寬度w。
5.一種如權(quán)利要求1-4任一所述的噴墨記錄頭，其中所述壓電層(70)的晶體具有優(yōu)選的取向。
6.一種如權(quán)利要求5所述的噴墨記錄頭，其中所述壓電層(70)的晶體具有相對于(100)晶面的優(yōu)選取向。
7.一種如權(quán)利要求5或6所述的噴墨記錄頭，其中所述壓電層(70)的晶體為菱面體形。
8.一種如權(quán)利要求5-7任一所述的噴墨記錄頭，其中所述壓電層(70)的晶體是圓柱形。
9.一種如權(quán)利要求1-8任一所述的噴墨記錄頭，其中所述壓電層(70)厚度為0.5μm-2μm。
10.一種如權(quán)利要求1-9任一所述的噴墨記錄頭，其中所述振動板的應(yīng)力和所述每個壓電元件(300)的分層的應(yīng)力的總和等于拉伸應(yīng)力。
11.一種如權(quán)利要求10所述的噴墨記錄頭，其中所述振動板的應(yīng)力和所述下電極(60)的應(yīng)力的總和等于拉伸應(yīng)力。
12.一種如權(quán)利要求10或11所述的噴墨記錄頭，其中所述壓電層(70)承受拉伸應(yīng)力。
13.一種如權(quán)利要求10-12任一所述的噴墨記錄頭，其中振動板包括在面對著所述壓力產(chǎn)生室(12)的側(cè)面上承受壓縮應(yīng)力的壓縮層。
14.一種如權(quán)利要求1-13任一所述的噴墨記錄頭，其中當形成所述壓力產(chǎn)生室(12)時，所述壓電元件(300)可以朝著相應(yīng)的壓力產(chǎn)生室(12)中凸地撓曲。
15.一種如權(quán)利要求1-14任一所述的噴墨記錄頭，其中所述通道基片(10)由單晶硅基片形成，并且通過拋光其另一側(cè)而形成預(yù)定的厚度。
16.一種如權(quán)利要求1-14任一所述的噴墨記錄頭，其中所述通道基片(10)由單晶硅基片形成，并且可以通過從其另一側(cè)上除去預(yù)先設(shè)置的犧牲基片而形成預(yù)定的厚度。
17.一種如權(quán)利要求1-16任一所述的噴墨記錄頭，其中通過各向異性蝕刻來形成所述壓力產(chǎn)生腔室(12)，并且可以通過薄膜沉積和光刻來形成所述壓電元件(300)的分層。
18.一種包括有如權(quán)利要求1-17任一所述的噴墨記錄頭的噴墨記錄設(shè)備。
全文摘要
一種噴墨記錄頭,它包括通道形成基片,振動板以及多個通過振動板設(shè)在通道形成基片的一側(cè)上的壓電元件,所述通道形成基片具有多個以與噴嘴口相通并且通過多個腔室壁相互隔開的方式形成在其中的壓力產(chǎn)生室,所述多個壓電元件每個都包括下電極、壓電層和上電極。振動板承受張力;每英寸上布置的壓力產(chǎn)生室數(shù)目n大于200,并且如由(w+d)=1英寸/n所示一樣與壓力產(chǎn)生室的寬度w和腔室壁的厚度d有關(guān);腔室壁的厚度d大于10μm并且如由(d×3)≤h≤(d×6)所示一樣與通道形成基片的厚度h有關(guān)。因此,可以保持腔室壁的剛度。
文檔編號B41J2/045GK1373042SQ02105630
公開日2002年10月9日 申請日期2002年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月19日
發(fā)明者矢崎士郎 申請人:精工愛普生株式會社