專利名稱：壓電噴墨頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電噴墨頭，具體涉及一種可適用于打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)以及它們的組合設(shè)備等中的壓電噴墨頭。
背景技術(shù)：
作為用于請(qǐng)求(on demand)型噴墨頭等的、以壓電元件的電致伸縮效應(yīng)作為驅(qū)動(dòng)源的壓電噴墨頭，例如，如在日本特許公開公報(bào)JP-H05-318731-A2(1993)中所公開，廣泛采用的是具如下結(jié)構(gòu)的壓電噴墨頭在板狀基板的一側(cè)的表面上，沿其表面方向排列設(shè)置多個(gè)填充有油墨的加壓室，并且使各個(gè)加壓室都與用于噴射油墨的噴嘴連通，同時(shí)，在各個(gè)加壓室中設(shè)置含壓電元件的驅(qū)動(dòng)部在上述壓電噴墨頭中，通過對(duì)與各個(gè)加壓室對(duì)應(yīng)的壓電元件中的任意的1個(gè)或2個(gè)以上的壓電元件個(gè)別施加驅(qū)動(dòng)電壓以使其變形，減小了與所述壓電元件對(duì)應(yīng)的加壓室的容積，從連通的噴嘴將加壓室內(nèi)的油墨作為墨滴噴出并在紙面上形成墨點(diǎn)。
具體說明如下。含有壓電元件和支承壓電元件的振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)部將由壓電元件產(chǎn)生的力作為壓力傳遞至加壓室內(nèi)的油墨，由此達(dá)到作為用以從與所述加壓室連通的噴嘴噴射出墨滴的驅(qū)動(dòng)源的效果。即，驅(qū)動(dòng)部中，利用向壓電元件施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)壓電元件所產(chǎn)生的變形，使振動(dòng)板以向加壓室的方向突出的方式彎曲，從而減少加壓室的容積，以此對(duì)加壓室內(nèi)的油墨加壓，以從噴嘴的頂端噴射出墨滴。
與此同時(shí)，由于通過接收加壓室內(nèi)油墨的壓力，振動(dòng)板向與上述方向相反的方向彎曲，因此，對(duì)于噴墨頭內(nèi)的振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)部還具有作為彈性體的作用。
若對(duì)壓電元件施加驅(qū)動(dòng)電壓而產(chǎn)生力，則噴墨頭內(nèi)的油墨會(huì)受介由振動(dòng)板接受的來自于驅(qū)動(dòng)部的壓力而發(fā)生振動(dòng)。該振動(dòng)在驅(qū)動(dòng)部和加壓室中是作為彈性，在向加壓室供給油墨的供給口、連接加壓室和噴嘴的噴嘴流道以及噴嘴中是作為慣性產(chǎn)生的。所述振動(dòng)中噴墨頭內(nèi)的油墨的體積速度的特性振動(dòng)周期取決于上述各個(gè)部分的尺寸與油墨的物性值、驅(qū)動(dòng)部的尺寸以及物性值。
在壓電噴墨頭中，利用由所述油墨的振動(dòng)產(chǎn)生的、在噴嘴內(nèi)的油墨彎液面的振動(dòng)產(chǎn)生墨滴，并在紙面上形成墨點(diǎn)。
為了提高壓電噴墨頭的分辨率并且實(shí)現(xiàn)壓電噴墨頭的小型化，必須盡可能縮小噴嘴之間的間距。另外，如果噴墨頭的分辨率上升并增大噴嘴的數(shù)量，則很難在每一個(gè)加壓室中分別設(shè)置獨(dú)立的壓電元件。因此，近年來主要采用的是如下類型(“元件共用型”)的壓電噴墨頭，其中，將橫向振動(dòng)模式的薄板狀壓電元件與以夾持所述壓電元件的方式配置的、用于向壓電元件上施加驅(qū)動(dòng)電壓的一對(duì)電極中的下側(cè)(振動(dòng)板側(cè))的電極(共用電極)或振動(dòng)板，以一同覆蓋多個(gè)加壓室的尺寸一體形成。一對(duì)電極中設(shè)置在壓電元件上側(cè)的電極(獨(dú)立電極)為了向各個(gè)壓電元件單獨(dú)施加驅(qū)動(dòng)電壓，以與各個(gè)加壓室對(duì)應(yīng)的規(guī)定形狀分離形成。
在元件共用型壓電噴墨頭中，在壓電元件的平面內(nèi)由獨(dú)立電極和共用電極夾持的區(qū)域(即“驅(qū)動(dòng)區(qū)域”)中，若由獨(dú)立電極施加驅(qū)動(dòng)電壓而產(chǎn)生電場，則與恰好獨(dú)立的壓電元件同樣地驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)區(qū)域，從而能夠?qū)υ摷訅菏覂?nèi)的油墨進(jìn)行加壓。
若要在對(duì)上述元件共用型壓電噴墨頭的各個(gè)獨(dú)立電極單獨(dú)施加驅(qū)動(dòng)電壓的同時(shí)使共用電極接地，則必須在各個(gè)電極上釬焊固定配線或者壓接接點(diǎn)部件以實(shí)現(xiàn)電連接。
然而，如在日本特許公開公報(bào)JP-H11-34323-A2(1999)中所公開，在加壓室的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行電連接時(shí)，在釬焊固定的情況下，釬料的自身剛性或重量以及在接點(diǎn)部件的壓接的情況下的其壓接力，在每一個(gè)電極中均不是一定的，因此，會(huì)出現(xiàn)壓電元件中每一驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性產(chǎn)生偏差的問題。因此，在JP-H11-34323-A2中，在加壓室的區(qū)域外實(shí)現(xiàn)了與各個(gè)電極的電連接。
本發(fā)明人為了在元件共用型噴墨頭中，提高各個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性，并且在各個(gè)加壓室上單獨(dú)分離、形成壓電元件的以往類型(即“元件分離型”)的噴墨頭中提高各個(gè)壓電元件的振動(dòng)特性，研究了比以往縮小振動(dòng)板的厚度的方法，詳細(xì)地說是，將壓電元件的厚度t1與振動(dòng)板的厚度t2的厚度t2之比t1/t2設(shè)定為1/1～1/4。
但是，已知在具有厚度較小的振動(dòng)板的壓電噴墨頭中，僅在加壓室的區(qū)域外電連接各個(gè)電極是不充分的，各個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域、各個(gè)別壓電元件的振動(dòng)特性依然會(huì)產(chǎn)生偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種壓電噴墨頭，與以往相比，該噴墨頭能夠可靠地防止各個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域或各個(gè)壓電元件的振動(dòng)特性產(chǎn)生偏差。
為了解決上述問題，本發(fā)明人對(duì)JP-H11-34323-A2中記載的壓電噴墨頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在上述公報(bào)中記載的壓電噴墨頭中，雖然確實(shí)是在加壓室的區(qū)域外實(shí)現(xiàn)與電極的電連接，但是針對(duì)避開基板內(nèi)部上存在用于向各加壓室供給油墨的公共供給通路或供給口等空洞的區(qū)域而實(shí)現(xiàn)與電極的電連接的方法卻沒有進(jìn)行探討，假使在內(nèi)部存在空洞的某些區(qū)域中形成電連接，則在進(jìn)行釬焊的情況下，是由于釬料自身剛性或重量的偏差；在接點(diǎn)部件的壓接的情況下，是由于壓接力的偏差，各個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域及各個(gè)別壓電元件的振動(dòng)特性均會(huì)產(chǎn)生偏差。
即，由于基板中在內(nèi)部含有空洞的區(qū)域與不含空洞的實(shí)心狀區(qū)域相比，剛性較低，并且公共供給通路或供給口等空洞設(shè)置在加壓室附近，因此，若在基板表面中含有這些空洞的區(qū)域形成與電極實(shí)現(xiàn)電連接，則釬料的自身剛性或重量的偏差、壓接力的偏差均會(huì)對(duì)基板的上述區(qū)域的剛性造成影響，這種影響會(huì)通過薄振動(dòng)板對(duì)加壓室上的各個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域或各個(gè)別壓電元件的振動(dòng)特性產(chǎn)生影響。
但是在JP-H11-34323-A2中并沒有考慮空洞的影響的原因是，在上述公報(bào)中記載的壓電噴墨頭中，以遠(yuǎn)大于壓電元件的厚度t1的尺寸(t1/t2＝1/7.5)設(shè)定了振動(dòng)板的厚度t2，因此，較厚的振動(dòng)板的自身剛性較高，從而難以受到基板內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響(參見段落 )。但是，在為了提高壓電元件的振動(dòng)特性，而使振動(dòng)板的厚度處于前面所述的范圍內(nèi)的情況下，易于受到基板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及與其相關(guān)的剛性的影響。
與此相比，在將用以與電極電連接的接點(diǎn)設(shè)置在基板中未形成構(gòu)成加壓室的凹部、公共供給通路、供給口、噴嘴流道以及噴嘴等中空部的剛性較大的實(shí)心狀的區(qū)域中時(shí)，即使使振動(dòng)板的厚度處于前面所述的范圍內(nèi)，仍可以確保防止各個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域或各個(gè)別壓電元件的振動(dòng)特性產(chǎn)生偏差。
因此，本發(fā)明1的壓電噴墨頭中，設(shè)有板狀的基板，在所述基板一側(cè)的表面上，沿基板的面方向設(shè)置有多個(gè)成為可填充油墨的加壓室的凹部，同時(shí)，在基板的內(nèi)部，用于將填充在加壓室中的油墨作為墨滴而噴射的噴嘴通過噴嘴流道與每一個(gè)凹部連通，并且用于將油墨供給至各個(gè)加壓室的公共供給通路通過供給口與各個(gè)凹部連通，在所述基板的形成有凹部的表面上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)部，所述驅(qū)動(dòng)部包含橫向振動(dòng)模式的薄板狀壓電元件；振動(dòng)板，其封閉凹部而構(gòu)成加壓室，并且通過壓電元件的變形而振動(dòng)以減少任意加壓室的容積，從而通過噴嘴將所述加壓室內(nèi)的油墨作為墨滴噴出；從上下夾持壓電元件的上部以及下部電極；所述壓電噴墨頭的特征在于用于電連接上述各個(gè)電極的接點(diǎn)設(shè)置在未形成構(gòu)成加壓室的凹部、公共供給通路、供給口、噴嘴流道以及噴嘴的基板中的實(shí)心狀(solid)的區(qū)域中。
另外。在本發(fā)明的壓電噴墨頭中，在向橫振動(dòng)模式的薄板狀壓電元件施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，為了在元件共用型噴墨頭中提高各個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性，并且在元件分離型噴墨頭中提高各個(gè)壓電元件的振動(dòng)特性，如上所述，最好將壓電元件的厚度t1與振動(dòng)板的厚度t2的厚度比t1/t2設(shè)定為1/1～1/4。
因此，本發(fā)明2的特征在于，在本發(fā)明1的壓電噴墨頭中，將壓電元件的厚度t1與振動(dòng)板的厚度t2的厚度比t1/t2設(shè)定為1/1～1/4。
另外，在本發(fā)明的壓電噴墨頭中，當(dāng)在橫向振動(dòng)模式的薄板狀的壓電元件上施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，為了在元件共用型噴墨頭中進(jìn)一步提高各個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性，并且在元件分離型噴墨頭中進(jìn)一步提高各個(gè)壓電元件的振動(dòng)特性，同時(shí)，簡化層的結(jié)構(gòu)，最好以具有導(dǎo)電性的材料形成振動(dòng)板，并與從上下夾持壓電元件的上部和下部電極中的下部電極形成為一體。
因此，本發(fā)明3的特征在于，在本發(fā)明1的壓電噴墨頭中，以具有導(dǎo)電性的材料形成振動(dòng)板，并與從上下夾持壓電元件的上部和下部電極中的下部電極形成為一體。


圖1為俯視圖，表示在本發(fā)明壓電噴墨頭的一個(gè)例子中，安裝含壓電元件和振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)部之前的狀態(tài)。
圖2為圖3A-A線的截面圖，放大表示在圖1例子的壓電噴墨頭中，在安裝驅(qū)動(dòng)部的狀態(tài)下的一個(gè)墨點(diǎn)形成部。
圖3為透視圖，表示構(gòu)成一個(gè)墨點(diǎn)形成部的各個(gè)部分的重疊狀態(tài)。
圖4為截面圖，放大表示在本發(fā)明壓電噴墨頭的另一個(gè)例子中的1個(gè)墨點(diǎn)的形成部。
圖5A～5C為截面圖，其模擬了在改變壓電元件和振動(dòng)板的厚度比時(shí)，壓電元件的驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性如何發(fā)生變化。
圖6為圖7A-A線的截面圖，放大表示在以往的壓電噴墨頭的一個(gè)例子中，在安裝驅(qū)動(dòng)部的狀態(tài)下的1個(gè)墨點(diǎn)形成部。
圖7為透視圖，放大表示圖6的例子中構(gòu)成1個(gè)墨頭形成部的各個(gè)部分的重疊狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
圖1為俯視圖，表示在本發(fā)明壓電噴墨頭的一個(gè)例子中，安裝含壓電元件和振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)部之前的狀態(tài)。
圖中所示例子的壓電噴墨頭在一塊基板1上排列設(shè)有多個(gè)墨點(diǎn)形成部，這些墨點(diǎn)形成部含有加壓室2以及與其連通的噴嘴3。
圖2為截面圖，其放大顯示了在上述例子的壓電噴墨頭中，在安裝驅(qū)動(dòng)部狀態(tài)下的一個(gè)墨點(diǎn)形成部，圖3為透視圖，其顯示了構(gòu)成一個(gè)墨點(diǎn)形成部的各個(gè)部分的重疊狀態(tài)。
各個(gè)墨點(diǎn)形成部的加壓室2、噴嘴3沿圖1中空白箭頭所示的主掃描方向并排設(shè)有多列。在圖中所示的例子中，并排設(shè)有4列，同一列內(nèi)墨點(diǎn)形成部之間的間距為90dpi，作為壓電噴墨頭整體具有360dpi。
各墨點(diǎn)形成部由基板1中在圖2中形成于上表面的凹部構(gòu)成，通過截面為圓形的噴嘴流道4連接加壓室2和噴嘴3，所述加壓室2具有半圓形的端部與矩形形狀的中央部的兩端相連的平面形狀(參見圖3)，所述噴嘴3形成于上述基板1下側(cè)且在加壓室2一端的端部的與半圓中心重疊的位置處，所述噴嘴流道4相對(duì)于上述端部，向噴嘴3側(cè)逐漸減小，同時(shí)，通過形成于上述加壓室2另一端側(cè)的端部的供給口5，使加壓室2在基板1內(nèi)，與以連接各墨點(diǎn)形成部的方式形成的公共供給通路6(如圖1中虛線所示)相連。
上述各部在圖中所示的例子中，按如下順序?qū)⒁韵陆Y(jié)構(gòu)依次層疊并一體化而形成形成有加壓室2的第1基板1a、形成有噴嘴流道4的上部4a以及供給口5的上部5a的第2基板1b、形成有噴嘴流道4的中部4b以及供給口5的下部5b的第3基板1c、形成有噴嘴流道4的下部4c以及公共供給通路6的第4基板1d、形成有噴嘴3的第5基板1e。
另外，第1基板1a、第2基板1b以及第3基板1c如圖1所示，形成有通孔11，該通孔用于構(gòu)成使形成于第4基板1d上的公共供給通路6在基板1的上表面與由圖中未示出的墨盒延伸出的配管相連的接合部。
還有，各個(gè)基板1a～1e例如由樹脂或金屬等構(gòu)成，并且由具有規(guī)定厚度的板材形成，所述板材上通過光刻法等蝕刻法設(shè)有構(gòu)成上述各個(gè)部分的通孔。
在基板1的上表面?zhèn)劝错樞驅(qū)盈B尺寸至少能覆蓋各個(gè)墨點(diǎn)形成部的1塊振動(dòng)板7、尺寸與所述振動(dòng)板7大致相同的1個(gè)薄膜狀公共電極8、尺寸與上述振動(dòng)板7和公共電極8大致相同的1個(gè)橫向振動(dòng)模式的薄板狀壓電元件9，同時(shí)，在壓電元件9上，如圖1中點(diǎn)劃線所示，通過在與所述各個(gè)墨點(diǎn)形成部的加壓室2的中央部重疊的位置處，分離形成多個(gè)獨(dú)立電極10，構(gòu)成振動(dòng)部D。
獨(dú)立電極10如圖3所示，一體形成為具有與加壓室2的平面形狀相似的電極主體10a、設(shè)置在所述電極主體10a的噴嘴3的端部側(cè)的加壓室2之外的用于電連接的接點(diǎn)10b、電連接電極主體10a和接點(diǎn)10b的配線部10c的平面形狀。
另外，所述接點(diǎn)10b如圖2所示，設(shè)置在基板1中未形成加壓室2、噴嘴3、噴嘴流道4、供給口5以及公共供給通路6等中空部的實(shí)心狀區(qū)域中。
通過這種結(jié)構(gòu)，在圖中所示的例中，在將配線釬焊固定在所述接點(diǎn)10b的情況下，即使釬料自身的剛性或重量產(chǎn)生了偏差，另外，即使在壓接接點(diǎn)部件的情況下，產(chǎn)生了壓接力的偏差，對(duì)于壓電元件9而言，各個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性也都不會(huì)產(chǎn)生偏差，從而具有穩(wěn)定的振動(dòng)特性。
另外，雖未在圖中示出，但是對(duì)于公共電極8而言，用于電連接的接點(diǎn)也設(shè)置在基板1中未形成中空部的實(shí)心狀的區(qū)域中。因此，即使釬焊固定配線或者壓接接點(diǎn)部件，也能夠防止因所述偏差而導(dǎo)致壓電元件9中位于接點(diǎn)附近的驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性產(chǎn)生偏差。
由上述各個(gè)部分構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)部D可利用通過燒結(jié)形成為薄板狀壓電體的壓電體生片(green sheet)制造。
例如，在壓電體生片的一個(gè)面上，印刷或涂布通過燒結(jié)可形成公共電極的導(dǎo)電性軟膏，在其上再層疊壓電體生片后進(jìn)行燒結(jié)，以形成具有在2層薄板狀壓電體層之間夾持公共電極8的結(jié)構(gòu)的層疊體后，在所述層疊體中的一側(cè)壓電體層的表面上形成多個(gè)獨(dú)立電極10，則能夠獲得以由公共電極8和獨(dú)立電極10夾持的一側(cè)壓電體層作為壓電元件9，以另一側(cè)壓電體層作為振動(dòng)板7的驅(qū)動(dòng)部D。
在上述驅(qū)動(dòng)部D中，作為形成振動(dòng)板7、壓電元件9的壓電材料，例如可以采用鋯酸鈦酸鉛(PZT)或在該P(yáng)ZT中添加了鑭、鋇、鈮、鋅、鎳、錳等的氧化物中的1種或2種以上所得的材料，例如PLZT等PZT系壓電材料。另外，也可以選擇以鎂鈮酸鉛(PMN)、鎳鈮酸鉛(PNN)、鋅鈮酸鉛、錳鈮酸鉛、銻錫酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇等為主要成分的材料。壓電體生片中含有通過燒結(jié)可形成上述任意一種壓電材料的化合物。
作為形成公共電極8的導(dǎo)電性軟膏，可以采用例如金、銀、鉑、銅、鋁等導(dǎo)電性優(yōu)良的金屬的粉末。并且，如上所述，通過與壓電體生片一起燒結(jié)所述導(dǎo)電性軟膏層，使所述軟膏中的金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)或使其熔融，可一體形成為公共電極8。
另外，獨(dú)立電極10可以在成為壓電元件9的一側(cè)壓電體層的表面上印刷與上述相同的導(dǎo)電性軟膏而形成，也可以利用由前面所述的導(dǎo)電性優(yōu)良的金屬形成的箔或鍍覆被膜、真空蒸鍍被膜等形成。
也可以用金屬形成振動(dòng)板7。
例如可由鉬、鎢、鉭、鈦、鉑、鐵、鎳等單質(zhì)金屬或由這些金屬的合金或不銹鋼等金屬材料形成具有規(guī)定厚度的板狀振動(dòng)板7。
另一方面，如果通過燒結(jié)在與前面所述相同的壓電體生片的一個(gè)面上印刷或涂布有可通過燒結(jié)形成為公共電極的導(dǎo)電性軟膏的層疊體，形成公共電極8與薄板狀壓電體層的層疊體，之后，在所述層疊體中公共電極8側(cè)的表面上粘結(jié)振動(dòng)板7，進(jìn)而在作為層疊體的相反面的壓電體層的表面上形成多個(gè)獨(dú)立電極10，則能夠獲得以壓電體層作為壓電元件9的驅(qū)動(dòng)部D。
若通過粘結(jié)劑將如上所述地一體形成的驅(qū)動(dòng)部D粘結(jié)固定在基板1上，則能夠獲得壓電噴墨頭。
若要使壓電元件9形成為橫振動(dòng)模式，應(yīng)使壓電材料的極化方向取向?yàn)樵搲弘娫?的厚度方向，更詳細(xì)地說是從獨(dú)立電極10朝向公共電極8的方向。因此，可以采用例如高溫極化法、室溫極化法、交流電場重疊法、電場冷卻法等以往公知的極化方法。另外，也可以對(duì)極化后的壓電元件9進(jìn)行陳化處理。
壓電材料的極化方向取向?yàn)樯鲜龇较虻膲弘娫?，若在使公共電極8接地的狀態(tài)下，從獨(dú)立電極10施加正的驅(qū)動(dòng)電壓，則被所述獨(dú)立電極10和公共電極8夾持的驅(qū)動(dòng)區(qū)域在與極化方向正交的面內(nèi)收縮。但是，由于壓電元件9通過公共電極8被固定在振動(dòng)板7上，結(jié)果，收縮的驅(qū)動(dòng)區(qū)域會(huì)沿加壓室2的方向彎曲。
因此，發(fā)生彎曲時(shí)的力變?yōu)閴毫鬟f至加壓室2內(nèi)的油墨，通過所述壓力變化，供給口5、加壓室2、噴嘴流道4以及噴嘴3內(nèi)的油墨會(huì)發(fā)生振動(dòng)。結(jié)果，使振動(dòng)的速度朝向噴嘴3的外部，從而所述噴嘴3內(nèi)的油墨彎液面被向外擠壓，形成所謂油墨柱。
雖然隨著振動(dòng)的速度朝向噴嘴3的內(nèi)部方向，可以由噴嘴3內(nèi)的油墨彎液面吸收油墨柱，但是，此時(shí)，油墨柱已被切斷且形成墨滴，并沿紙面的方向飛行，從而在紙面上形成墨滴。
通過噴嘴3內(nèi)的油墨彎液面的表面張力，從墨盒、該墨盒的配管、接頭部11、公共供給通路6、供給口5、加壓室2以及噴嘴流道4，將因墨滴飛出而減少的部分的油墨再填充至噴嘴3內(nèi)。
壓電元件9可以與獨(dú)立電極10相同，也在各個(gè)加壓室2上分離形成。
圖4為截面圖，其放大顯示了在本發(fā)明的壓電噴墨頭的另一個(gè)例子中的1個(gè)墨點(diǎn)的形成部。
在該圖所示的例子中，通過以導(dǎo)電性優(yōu)良的金屬材料形成振動(dòng)板7并使其與公共電極8形成一體，從而省略了公共電極8。由于其它的部件與圖2的例子相同，因此，相同的部件采用了相同的符號(hào)，并省略了對(duì)它們的說明。
例如由鉬、鎢、鉭、鈦、鉑、鐵、鎳等單質(zhì)金屬或由這些金屬的合金或不銹鋼等金屬材料將振動(dòng)板7形成為具有規(guī)定厚度的板狀。
另一方面，燒結(jié)與前面所述相同的壓電體生片，形成薄板狀壓電體層后，在所述壓電體層一側(cè)的表面上粘結(jié)振動(dòng)板7，并在相反的面上形成多個(gè)獨(dú)立電極10，則能夠獲得以壓電體層作為壓電元件9且使振動(dòng)板7與公共電極形成為一體而省略了公共電極的驅(qū)動(dòng)部D。
在該例中，壓電元件9也與獨(dú)立電極10相同，可分離形成在每個(gè)加壓室2上。
在本發(fā)明的壓電噴墨頭中，壓電元件9和振動(dòng)板7，如前面所述，為了提高壓電元件9的驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性，最好將它們的厚度比t1/t2設(shè)定為1/1～1/4。
以下的模擬技術(shù)是針對(duì)用金屬形成振動(dòng)板7并省略了公共電極8的圖4的例子的驅(qū)動(dòng)部D進(jìn)行的。由于獨(dú)立電極10為極薄的膜，并且具有優(yōu)良的塑性變形性，且?guī)缀醪粫?huì)影響驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性，因此進(jìn)行模擬是視為其不存在。另外，公共電極8與獨(dú)立電極10相同，為極薄的膜，并且具有優(yōu)良的塑性變形性，且?guī)缀醪粫?huì)影響驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性，因此，即使在任何情況下，都能獲得與以下相同的結(jié)果。
在使兼作公共電極8的振動(dòng)板7接地的狀態(tài)下，若從獨(dú)立電極10施加正的驅(qū)動(dòng)電壓，使其正下方的壓電元件9的驅(qū)動(dòng)區(qū)域在面方向收縮，則振動(dòng)板7和壓電元件9的層疊體如前所述，沿加壓室2的方向彎曲。在這種彎曲狀態(tài)下，在層疊體中厚度方向的1/2處上側(cè)(獨(dú)立電極10側(cè))的區(qū)域沿面方向收縮，但是其下側(cè)(加壓室2側(cè))的區(qū)域則相反，在面方向伸長。
如圖5A所示，若壓電元件9與振動(dòng)板7具有相同的厚度，即前面所述的比t1/t2為1/1，則壓電元件9整體位于與壓電元件9和振動(dòng)板7的界線一致的、層疊體的厚度方向的1/2的線L1上側(cè)。因此，壓電元件9的整體貢獻(xiàn)于層疊體中在線L1上側(cè)的區(qū)域的收縮，從而使施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)的驅(qū)動(dòng)區(qū)域的彎曲量達(dá)到最大，驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性顯示出最好的狀態(tài)。
但是，如圖5B所示，在壓電元件9的厚度大于振動(dòng)板7的厚度時(shí)，即比值t1/t2為t1/t2＞1/1時(shí)，壓電元件9厚度方向的一部分位于層疊體厚度方向的1/2的線L1的下側(cè)。因此，在壓電元件9的驅(qū)動(dòng)區(qū)域中，位于線L1下側(cè)的部分的收縮，會(huì)妨礙位于上述線L1下側(cè)的部分的延伸，因此，在施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)的驅(qū)動(dòng)區(qū)域的彎曲量會(huì)減少相應(yīng)的量，導(dǎo)致振動(dòng)特性下降。
如圖5C所示，在壓電元件9的厚度小于振動(dòng)板7的厚度時(shí)，即t1/t2為t1/t2＜1/1時(shí)，振動(dòng)板7厚度方向的一部分位于層疊體厚度方向的1/2的線L1的上側(cè)，但是，由于振動(dòng)板7為無助于面方向收縮的成分，因此，壓電元件9的厚度越小，且存在于層疊體厚度方向1/2上側(cè)的振動(dòng)板7的厚度越大，施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)的驅(qū)動(dòng)區(qū)域的彎曲量就會(huì)與其成比地減小，從而導(dǎo)致振動(dòng)特性下降。
若以形成振動(dòng)板7和壓電元件9的一般材料的楊氏模量等為基礎(chǔ)測算彎曲量降低的程度，則在t1/t2為t1/t2＝1/4時(shí)，降低至1/1時(shí)的40％。
因此，若要提高壓電元件9的驅(qū)動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)特性，最好將其厚度比t1/t2設(shè)定為1/1～1/4。
以上的解析是在將壓電元件9的厚度t1以及振動(dòng)板7的厚度t2的合計(jì)厚度t1+t2保持一定，并且根據(jù)壓電元件9的厚度t1，使施加在所述壓電元件9上的電場強(qiáng)度保持一定，并調(diào)整所施加的電壓的條件下進(jìn)行的。
實(shí)施例實(shí)施例1制造壓電噴墨頭，其具有圖1、圖3以及圖4所示的結(jié)構(gòu)，并且加壓室2的面積為0.2mm2，寬度為200μm，深度為100μm，噴嘴3的直徑為25μm，長度為30μm，噴嘴流道4的直徑在最大部為200μm，長度為800μm，供給口5的下部5b的直徑為25μm，長度為30μm，上部5a中沿基板1厚度方向的長度為30μm，振動(dòng)板7的厚度為30μm，壓電元件9的厚度為30μm，連接獨(dú)立電極10的電極主體10a和接點(diǎn)10b的配線部10c的寬度為50μm。
接點(diǎn)10b如圖3、4所示，設(shè)置在基板1中未形成加壓室2、噴嘴3、噴嘴流道4、供給口5以及公共供給通路6等中空部的實(shí)心狀的區(qū)域中。
壓電元件9在作為振動(dòng)板7的鈦板上，粘結(jié)如上所述地?zé)Y(jié)壓電體生片所獲得的薄板狀壓電體層而形成。
比較例1除了如圖7所示，將獨(dú)立電極10一體形成為具有電極主體10a、設(shè)在該電極主體10a的供給口5端部的加壓室2之外的接點(diǎn)10b、連接電極主體10a和接點(diǎn)10b的配線部10c的平面形狀以外，以與實(shí)施例1相同的方式制造壓電噴墨頭。
接點(diǎn)10b如圖6、7所示，設(shè)置在基板1的公共供給通路6的上方。
將按照以上方式制造的實(shí)施例、比較例的壓電噴墨頭的各個(gè)接點(diǎn)10b以及柔性印刷電路板的各個(gè)接點(diǎn)，利用設(shè)置在柔性印刷電路板的各個(gè)接點(diǎn)上的釬料球進(jìn)行加壓、加熱，由此關(guān)于實(shí)施例、比較例，分別制造10個(gè)通過釬焊實(shí)現(xiàn)電連接的樣品。
之后發(fā)現(xiàn)在比較例中，10個(gè)樣品中的2個(gè)因電連接時(shí)的加壓而產(chǎn)生裂紋。
未產(chǎn)生裂紋的剩余樣品中的2個(gè)在實(shí)際進(jìn)行打印測試時(shí)產(chǎn)生裂紋。另外，剩余的6個(gè)在印刷時(shí)會(huì)發(fā)生紊亂。
與此相比，實(shí)施例的10個(gè)樣品均沒有因電連接時(shí)的加壓以及打印測試而產(chǎn)生裂紋，并且在打印時(shí)也未產(chǎn)生紊亂。
權(quán)利要求
1.一種壓電噴墨頭，其中設(shè)有板狀的基板，在所述基板一側(cè)的表面上，沿基板的面方向設(shè)置有多個(gè)成為可填充油墨的加壓室的凹部，同時(shí)，在基板的內(nèi)部，用于將填充在加壓室中的油墨作為墨滴而噴射的噴嘴通過噴嘴流道與每一個(gè)凹部連通，并且用于將油墨供給至各個(gè)加壓室的公共供給通路通過供給口與各個(gè)凹部連通，在所述基板的形成有凹部的表面上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)部，所述驅(qū)動(dòng)部包含橫向振動(dòng)模式的薄板狀壓電元件；振動(dòng)板，其封閉凹部而構(gòu)成加壓室，并且通過壓電元件的變形而振動(dòng)以減少任意加壓室的容積，從而通過噴嘴將所述加壓室內(nèi)的油墨作為墨滴噴出；從上下夾持壓電元件的上部以及下部電極；其特征在于用于電連接上述各個(gè)電極的接點(diǎn)設(shè)置在未形成有構(gòu)成加壓室的凹部、公共供給通路、供給口、噴嘴流道以及噴嘴的基板的實(shí)心狀的區(qū)域中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電噴墨頭，其特征在于將壓電元件的厚度t1與振動(dòng)板的厚度t2之比t1/t2設(shè)定為1/1～1/4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電噴墨頭，其特征在于由具有導(dǎo)電性的材料形成振動(dòng)板，并且與從上下夾持壓電元件的上部以及下部電極中的下部電極形成為一體。
全文摘要
一種壓電噴墨頭，其中為了確實(shí)防止各個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域或個(gè)別壓電元件的振動(dòng)特性產(chǎn)生偏差，其中，將用于電連接從上下夾持壓電元件的上部以及下部電極的接點(diǎn)，設(shè)置在未形成有構(gòu)成加壓室的凹部、公共供給通路、供給口、噴嘴流道以及噴嘴的基板的實(shí)心狀的區(qū)域中。
文檔編號(hào)B41J2/055GK1597324SQ200410090039
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者佐武健一 申請(qǐng)人:京瓷株式會(huì)社