專利名稱：噴墨記錄頭及采用該記錄頭的記錄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴墨記錄頭和利用噴射的墨滴實現(xiàn)字符和圖象記錄的噴墨記錄裝置。
背景技術(shù)：
噴墨記錄頭用于通過使墨滴粘附到紙上而在記錄紙頁等上面打印字符和圖象。沿一主掃描方向往復(fù)移動記錄頭并沿與主掃描方向垂直之副掃描方向移動記錄紙頁的同時，從多個噴嘴選擇性地噴出墨滴。圖19至20是表示按常規(guī)技術(shù)之一般噴墨記錄頭的結(jié)構(gòu)簡圖。圖19是剖視圖，圖20是在一個壓力腔附近部分的截面圖，圖21是主要部分(壓電致動器和壓力腔)的頂面透視圖。如圖19和20所示，該噴墨記錄頭由噴嘴板21、供給路徑板22、壓力腔板23和隔膜4構(gòu)成，這些組件按所列順序被疊置。以這些板和隔膜為基礎(chǔ)，形成多條墨水路徑，它們從墨池10分別經(jīng)供給路徑11和壓力腔2到噴嘴1。
具體地說，沿噴嘴板21上的一條線形成多個穿透該板的噴嘴，用于噴射墨滴。在供給路徑板22上形成每一條供給路徑11，它們連結(jié)在相應(yīng)的壓力腔2與墨池10之間，還形成各個連結(jié)在對應(yīng)的一個壓力腔2和對應(yīng)的一個噴嘴1之間的通孔12。每個供給路徑11和通孔12都穿透供給路徑板22。壓力腔板23有單一墨池10和與穿透此壓力腔23之各個噴嘴1相應(yīng)的壓力腔2。壓電致動器5通過導(dǎo)體粘合劑連結(jié)到對應(yīng)于各個壓力腔的隔膜4。每個壓電致動器5的兩個側(cè)面上設(shè)有電極膜，自由表面一側(cè)上的電極膜用作單獨的電極9。由金屬材料制成的隔膜還用為對每個壓電致動器5的公共電極。
如圖20和21所示，每個壓電致動器5的形狀被做成具有固定寬度的板，并由驅(qū)動部分6和電極墊片部分7組成。驅(qū)動部分6位于一個與壓力腔2對應(yīng)的區(qū)域，電極墊片部分7位于一個與壓力腔2的側(cè)壁對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)。
由電極墊片部分7提供從外部驅(qū)動電路到單個電極9的電連結(jié)(未示出)。當(dāng)在壓電致動器5的兩個電極(單個電極9和隔膜4)之間加給一個電勢差，做為驅(qū)動信號時，壓電致動器5的驅(qū)動部分6和隔膜4與該驅(qū)動部分6對應(yīng)的區(qū)域變形。結(jié)果，使對應(yīng)的壓力腔2中的墨水受到壓縮，并使墨滴從對應(yīng)的噴嘴1被噴射出。當(dāng)變形較大時，還可能增大墨水的噴射量。噴射墨滴后，從墨池10經(jīng)對應(yīng)的公共路徑11向?qū)?yīng)的壓力腔2補充墨水。
通過設(shè)在壓電致動器5中的電極墊片部分7與單個電極9的電連結(jié)有一個優(yōu)點，即不需要用導(dǎo)線提供與驅(qū)動部分6的電連結(jié)。采用這種安排，可以避免對撓曲變形的限制，并防止發(fā)生各種變形，而這些情況在用導(dǎo)線連結(jié)驅(qū)動時將會顯現(xiàn)出來。另外，由電極墊片部分形成的電連結(jié)還有下述另一優(yōu)點。即使在電連結(jié)過程中被加給過度的壓力時，也不會使電極墊片部分被損壞，因為電極墊片部分位于壓力腔的側(cè)壁，并且具有很高的剛性。換言之，可以避免由于施加壓力導(dǎo)致噴墨裝置撓曲而被損壞。
如圖19和21所示，常規(guī)的壓力腔平面視圖呈矩形形狀。這有兩個原因。一個原因是希望使噴嘴之間的間距盡可能窄(也即令矩形的短邊更短些)，從而實現(xiàn)高分辨率地打印。另一個原因在于希望使隔膜的撓曲面積盡可能地大(也即令隔膜的長邊盡可能地長)，從而確保高分別率打印所需的墨滴量。壓電致動器的形狀做成寬度恒定的矩形，以便與具有矩形形狀的壓力腔匹配。
如上所述，通過使用具有矩形平面形狀的壓力腔，在常規(guī)的高分辨率噴墨打印頭中已經(jīng)實現(xiàn)了簡單的結(jié)構(gòu)。
近年來，對噴墨打印頭還有高速的要求。為了實現(xiàn)高速噴墨記錄，增大噴嘴的數(shù)量是有效的。這是因為當(dāng)噴嘴數(shù)目較大時，能夠增大單位時間里形成在記錄紙頁上的墨滴(象點)數(shù)量。
但是，當(dāng)僅僅增大噴嘴數(shù)量時，會使打印頭的總尺寸變大，這將帶來打印頭制造成本增大的問題。因此，在增多噴嘴數(shù)目的情況下，必須要考慮如何在規(guī)定的打印頭區(qū)域內(nèi)設(shè)置盡可能多的噴嘴。換言之，如何提高噴嘴的密度成為最為重要的問題。
壓力腔占據(jù)每個噴嘴的大部分面積。因此，為了實現(xiàn)提高噴嘴的密度，必須減小每個壓力腔的表面平面面積。當(dāng)減小壓力腔的平面面積時，會使驅(qū)動部分的撓曲變形減小。結(jié)果，噴射的墨滴量也變少，導(dǎo)致打印字符和圖象的密度降低。
換言之，為了實現(xiàn)高速噴墨打印，即使減小壓力腔的平面面積，也必須增大驅(qū)動部分的撓曲變形，即增大每單位面積的驅(qū)動效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種使得在每單位面積內(nèi)能有較高驅(qū)動效率的噴墨記錄頭。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種即使在壓電致動器的位置有偏移時也能夠避免驅(qū)動效率變化的噴墨記錄頭。
本本發(fā)明的再一目的在于提供一種具有高精度和高可靠性的噴墨記錄頭，可以通過簡化的制造過程以較低的成本制造這種記錄頭。
為了解決上述問題，本發(fā)明人集中精力對壓力腔的平面形狀進(jìn)行了分析和研究。在壓力腔具有相同平面面積的矩形形狀但具有不同縱橫比(高度與寬度之比)的條件下，我們測量當(dāng)這些配置有隔膜和壓電致動器的壓力腔被振動時的撓曲變形量。圖4表示撓曲變形的測量結(jié)果。圖4還表示壓電致動器的撓曲變形的情況。在這種情況下，縱橫比可以是一個表明壓力腔平面形狀平坦度的指標(biāo)。具體地說，對圖3中所示的每種形狀把縱橫比定義為B/A。當(dāng)此值很大時，意味著壓力腔具有細(xì)長的平面形狀。例如，等邊三角形的縱橫比為0.866，正方形的縱橫比為1，正六邊形的縱橫比為0.866，正圓的縱橫比為1。用來分析的條件如下。壓力腔的平面面積為2.5×10-7m2。隔膜的厚度為10μm。隔膜的材料為SUS304不銹鋼。壓電致動器的厚度為30μm。壓電致動器的材料為PZT。壓電致動器的形狀與壓力腔(不包括電極墊片)的形狀相同。驅(qū)動電壓為30V。
從圖4所示的結(jié)果可知，壓力腔的最佳縱橫比為1，以便獲得單位面積的高驅(qū)動效率。根據(jù)這一結(jié)果，假設(shè)有最實用的結(jié)構(gòu)。還對電極墊片設(shè)置在壓電致動器中的情形進(jìn)行附帶的分析。在壓力腔平面形狀的短邊上設(shè)置每種形狀的電極墊片部分。
圖5表示這一分析結(jié)果。出于比較的目的，將圖4所示的結(jié)果也包含于圖5中。從圖5中可以清楚地看到，當(dāng)另外地設(shè)置電極墊片時，會使驅(qū)動效率降低。降低的量與縱橫比有關(guān)。具體地說，當(dāng)壓力腔具有縱橫比接近1的結(jié)構(gòu)時，這種降低達(dá)到極致。換言之，當(dāng)另外地設(shè)置電極墊片時，由于形狀的縱橫比接近1，所以出現(xiàn)一個特殊的問題。已經(jīng)清楚，只有在縱橫比接近1時，驅(qū)動效率提高的效果才很小。因此，需要進(jìn)一步改進(jìn)裝置，以獲得更好的效果。
在考慮實現(xiàn)此目標(biāo)的方式之前，先研究由于增加電極墊片所導(dǎo)致的效率降低的問題。通過觀察圖4和圖5中存在電極墊片的情形和不存在電極墊片的情形來比較撓曲變形的狀態(tài)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在電極墊片部分和驅(qū)動部分之間的連結(jié)部分處失去變形。由此認(rèn)為，由于電極墊片部分限制驅(qū)動部分的自由變形，所以使效率降低。特別是在縱橫比接近1的結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動部分和電極墊片部分之間連結(jié)部分的截面面積較大。因此認(rèn)為，此較大的截面面積限制了變形，并且極大地降低了效率。
從上面的研究結(jié)果可以得出下面的理解。為了提高單位面積的驅(qū)動效率，采用具有縱橫比接近1的平面狀壓力腔，并實現(xiàn)對電極墊片部分限制較少的結(jié)構(gòu)是很重要的。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個方面是提供一種噴墨記錄頭，其中每個致動器包括驅(qū)動部分，它設(shè)在與壓力腔對應(yīng)的區(qū)域中，在加給驅(qū)動信號時，與隔膜一起發(fā)生撓曲變形；電極墊片部分，它設(shè)在與壓力腔側(cè)壁對應(yīng)的區(qū)域中，實現(xiàn)與驅(qū)動信號源的電連結(jié)；以及橋接部分，它連結(jié)驅(qū)動部分和電極墊片部分。在這種噴墨記錄頭中，壓力腔成平面形狀，其縱橫比接近1。在橋接部分中，與驅(qū)動部分連結(jié)區(qū)域的寬度小于驅(qū)動部分連結(jié)側(cè)的寬度。按照這一方面，可以減少在驅(qū)動部分發(fā)生撓曲變形時電極墊片部分的制約因素，并且可以避免撓曲變形的減弱。因此，可以實現(xiàn)高驅(qū)動效率的噴墨記錄頭。
在本發(fā)明的上述這一方面中，最好把與驅(qū)動部分連結(jié)區(qū)域的寬度減小到等于或小于驅(qū)動部分連結(jié)邊寬度的一半?；隍?qū)動部分和電極墊片部分之間的連結(jié)面積非常小，可以基本上消除當(dāng)驅(qū)動部分發(fā)生撓曲變形時電極墊片部分的限制，并避免撓曲變形的減弱。因此，可以實現(xiàn)具有高驅(qū)動效率的噴墨記錄頭。
另外，本發(fā)明的另一方面提供一種噴墨記錄頭，其中，在對應(yīng)于具有隔膜的小撓曲變形部分附近的部位，使一個或多個橋部分與驅(qū)動部分連結(jié)。另外，在對應(yīng)于遠(yuǎn)離于驅(qū)動部分連結(jié)面一側(cè)的中心的位置，使一個或多個橋接部分與驅(qū)動部分連結(jié)。另外，在與壓力腔頂部附近對應(yīng)的一個部位，使一個或多個橋接部分與驅(qū)動部分連結(jié)。這些部分基本是隔膜發(fā)生較小變形的位置。因此，即使通過在附近設(shè)置橋接部分而使電極墊片部分與驅(qū)動部分連結(jié)時，基本上也不會影響電極墊片部分制約驅(qū)動部分的撓曲變形。結(jié)果，可以獲得很大的變形。采用這種結(jié)構(gòu)，橋接部分本身的彎曲變形很小。因此，可以避免在橋接部分中發(fā)生裂紋和因疲勞所致的斷裂。
可以用橋接部分的驅(qū)動部分，以彎曲的形式構(gòu)成連結(jié)區(qū)域的邊緣部分。采用這種布置，可以釋放在制造時或在驅(qū)動撓曲變形時集中在橋接部分連結(jié)部分附近的應(yīng)力。從而，可以避免致動器的損壞。還可以在橋部分和電極墊片部分之間形成連結(jié)部分彎曲的邊緣。
另外，按照本發(fā)明的又一方面，提供一種噴墨記錄頭，其中存在下述關(guān)系Wp≤Wc-2δ，或Wc+2δ≤Wp，其中δ代表壓力腔的中心位置和驅(qū)動部分的中心位置之間的位置偏移，Wp代表驅(qū)動部分平面形狀的寬度，Wc代表壓力腔平面形狀的寬度。譬如，Wc值與圖3中所示每個平面形狀的值對應(yīng)。一般地說，驅(qū)動部分的撓曲變形很大程度上受驅(qū)動部分周圍支撐條件的影響。例如，在未將致動器應(yīng)用于壓力腔外壁的結(jié)構(gòu)(致動器小于壓力腔)中，以不旋轉(zhuǎn)的支撐為基礎(chǔ)，可以得到很大的撓曲變形。另一方面，在把致動器應(yīng)用于壓力腔外壁的結(jié)構(gòu)(致動器大于壓力腔)中，以固定支撐為基礎(chǔ)的撓曲變形很小。假設(shè)存在下面兩種狀態(tài)。一種狀態(tài)是驅(qū)動部分作用到壓力腔的外壁。另一種狀態(tài)是由于在制造過程中擾動狀態(tài)下產(chǎn)生壓電致動器的位置偏移，驅(qū)動部分不作用到壓力腔的外壁。在這種情況下，兩種狀態(tài)之間的撓曲變形有很大的不同。換句話說，振動變強。按照本發(fā)明的這一方面，當(dāng)滿足Wp＜Wc-2δ時，在任何時間，甚至當(dāng)在任一方向都有位置偏移時，驅(qū)動部分也不作用到壓力腔的外壁。因此可以總能保持不旋轉(zhuǎn)的支撐狀態(tài)。同時，當(dāng)滿足Wc+2δ≤Wp時，驅(qū)動部分的外周總是保持作用到壓力腔的外壁，甚至在發(fā)生位置偏移時也是如此。因此，可以總能保持固定支撐的狀態(tài)。結(jié)果，當(dāng)滿足這些條件中的任何一個時，能夠歸因于位置偏移的撓曲變形的變化都變得很小，并能提供高度精確的噴墨記錄頭。
在本發(fā)明的上述方面，Wp最好在下列范圍內(nèi)(Wc-2δ)×0.9≤Wp≤Wc-2δ。一般地說，在同樣的非旋轉(zhuǎn)支撐條件下，當(dāng)Wc小于Wp時，因為撓曲變形面積較小，所以撓曲變形變小，而當(dāng)Wp接近Wc時，因為支撐條件變得接近于固定支撐，撓曲變形變小。換言之，相對于Wc，Wp具有最佳值。按照本發(fā)明的這一方面，當(dāng)把Wp設(shè)定為最佳值時，可以使撓曲變形最大化。此時，可以使撓曲變形相對于壓電致動器位置偏移的變化成為最小。結(jié)果，可以提供高度精確的噴墨記錄頭。
另外，按照本發(fā)明的再一方面，提供一種噴墨記錄頭，其中以二維方式設(shè)置多個噴嘴。另外，使多個噴嘴排成多一行，各噴嘴之間有固定的間隔。只以一維布置的噴嘴為基礎(chǔ)，不能夠使噴嘴布局的間距小于壓力腔的寬度。因此，不可能實現(xiàn)高分辨率的噴墨記錄頭。但是，根據(jù)本發(fā)明的這一方面，可以使噴嘴布局的間距小于壓力腔的寬度。從而，可以實現(xiàn)高分辨率的噴墨記錄頭。
按照這種二維布置，在一行之內(nèi)按恒定間隔設(shè)置的多個噴嘴，沿與噴墨記錄頭掃描方向近似垂直于的方向排成N行。各行內(nèi)噴嘴的布局沿列的方向上依次有1/N恒定的間距差。或者，每一行中的噴嘴等間距排列，使得噴嘴設(shè)置在平行四邊形隔柵的交叉位置處。按照本發(fā)明的這一方面的布局，噴嘴沿與記錄頭掃描方向垂直的方向噴射(參見圖14)。按照這種布局，與一維設(shè)置噴嘴的情況相比，可以把噴嘴的間距(噴嘴布局的間距)變窄到這些間距的1/N。換言之，可以提供高分辨率的噴墨記錄頭。
另外，按照本發(fā)明的再一方面，提供一種上述方面的噴墨記錄頭，其中設(shè)置一個包含信號線的布線基板，以覆蓋設(shè)置成二維矩陣的致動器。另外，通過凸出部使電極墊片部分和布線基板彼此電連結(jié)。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，每個壓電致動器的信號線存在于每個壓電致動器平面的外側(cè)。因此，可以高密度地排列信號線，無需有象常規(guī)設(shè)在致動器之間的每個信號線的間隔。
另外，按照本發(fā)明的再一方面，提供一種噴墨記錄頭，其中由導(dǎo)體芯材和涂敷在芯材周圍的連結(jié)材料構(gòu)成凸出部。按照本發(fā)明的這一方面，在布線基板和壓電致動器驅(qū)動部分之間形成一個空隙。因此，布線基板不對驅(qū)動部分的撓曲變形產(chǎn)生影響。另外，根據(jù)本發(fā)明的這一方面，由流經(jīng)空隙的空氣使因壓電致動器的驅(qū)動而受熱的驅(qū)動部分被冷卻。
另外，按照本發(fā)明的再一方面，提供一種上述方面的噴墨記錄頭，其中形成半圓形的芯材。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，可以確保與電極墊片部分的電接觸和機械接觸。另外，根據(jù)本發(fā)明的這一方面，可以避免在形成與電極墊片部分接觸的過程中電極墊片部分的損壞。
另外，按照本發(fā)明的再一方面，提供一種上述方面的噴墨記錄頭，其中使布線基板構(gòu)成至少包括一種樹脂基材。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，即使在因溫度變化而使噴墨記錄頭膨脹或翹曲時，因為樹脂基材的布線基板有較低的剛性，而可以避免凸出部的損壞。
另外，按照本發(fā)明的再一方面，提供一種如上述方面的噴墨記錄頭，其中致動器是一種具有由壓電元件制成之驅(qū)動部分的壓電致動器。為了制造壓電致動器，采用噴砂法(后面將描述)。根據(jù)這種方法，即使壓電致動器有多個橋接部分的復(fù)雜形狀，也可以在短時間內(nèi)容易并且精確地加工壓電致動器。結(jié)果，可以低成本地實現(xiàn)高密度的噴墨記錄頭。
另外，按照本發(fā)明的再一方面，提供一種噴墨記錄頭，其中設(shè)置模擬圖案，以覆蓋壓電致動器區(qū)域的外周，該區(qū)域中分布和/或在壓電致動器之間設(shè)置多個壓電致動器。一般地說，在被稱作砂蝕刻處理中，噴砂法有一個尺寸精度的問題。在不用噴砂進(jìn)行研磨的區(qū)域(本發(fā)明中的每個致動器)中剩下掩膜部分。在此掩膜部分的邊緣附近的掩膜以下存在研磨噴砂顆粒。結(jié)果，發(fā)生精加工尺寸的變化。這種噴砂蝕刻與待處理的相鄰部件的存在與否有關(guān)。具體地說，噴砂蝕刻與待處理的相鄰部件間的距離有關(guān)。按照本發(fā)明的這一方面，模擬圖案存在于壓電致動器區(qū)域的外周。因此，在壓電致動器區(qū)域的外周與內(nèi)側(cè)之間存在噴砂蝕刻方面的微小差異。因而可以獲得均一的尺寸，并且可以實現(xiàn)高精度。另外，按照本發(fā)明的這一方面，在每個壓電致動器的周圍也存在所述模擬圖案。于是，在所有的壓電致動器之間存在噴砂蝕刻方面的微小差異。結(jié)果，可以實現(xiàn)高精度。
另外，按照本發(fā)明的再一方面，提供一種噴墨打印頭，其中分開壓電致動器和相鄰模擬圖案的凹槽寬度(相關(guān)距離)基本上對所有的凹槽都相同。按照本發(fā)明的這一方面，噴砂蝕刻變得對于所有的壓電致動器相同。結(jié)果，可以實現(xiàn)高精度。
另外，按照本發(fā)明的再一方面，提供一種噴墨記錄裝置，這種噴墨記錄裝置裝有本發(fā)明上述各個方面的任意一種噴墨記錄頭。


圖1是本發(fā)明第一實施例噴墨記錄頭分解透視圖；圖2A和2B是本發(fā)明第一實施例噴墨記錄頭的壓電致動器和壓力腔的平面俯視圖；圖3A-3D表示說明以各類平面形狀為基礎(chǔ)的縱橫比定義的簡圖；圖4是在相同面積內(nèi)有不同縱橫比的打印頭結(jié)構(gòu)中，在每個壓電致動器中沒有電極墊片時撓曲變形分析的結(jié)果；圖5是除圖4所示的簡圖之外，當(dāng)在每個壓電致動器中有一個電極墊片時撓曲變形的分析結(jié)果；圖6是說明制造本發(fā)明第一實施例壓電致動器方法的示意圖；圖7是表示本發(fā)明第一實施例的結(jié)構(gòu)和具有不同寬度橋接部分的多個噴砂記錄頭的結(jié)構(gòu)所發(fā)生的撓曲變形的曲線；圖8是表示在驅(qū)動部分平面形狀的寬度Wp改變，而壓力腔平面形狀的寬度保持恒定的情況下，在驅(qū)動部分被驅(qū)動時，相對于(Wp-Wc)/2值的撓曲變形中的變化曲線；圖9是表示在驅(qū)動部分平面形狀的寬度Wp改變，而壓力腔平面形狀的寬度保持恒定的情況下，在驅(qū)動部分被驅(qū)動時，相對于(Wp-Wc)/2值的撓曲變形曲線；圖10是本發(fā)明第二實施例噴墨記錄頭中的壓電致動器和壓力腔的俯視圖；圖11A和11B分別是本發(fā)明第一實施例和第二實施例的驅(qū)動部分和橋接部分的撓曲變形的說明性示意圖；圖12A、12B、12C和12D是分別表示本發(fā)明第二實施例的壓電致動器的形狀的示意圖；圖13是本發(fā)明第三實施例噴墨記錄頭的分解透視圖；圖14是本發(fā)明第三實施例的噴墨記錄頭的俯視圖；圖15A和15B是本發(fā)明第四實施例壓電致動器的俯視圖；圖16是表示本發(fā)明第五實施例電連結(jié)噴墨記錄頭方法的透視圖；圖17是本發(fā)明第五實施例的兩個相鄰壓電致動器的截面圖；圖18是表示裝有本發(fā)明噴墨記錄頭之噴墨記錄裝置的一種舉例的局部剖面透視圖；圖19是常規(guī)噴墨記錄頭的分解透視圖；圖20是常規(guī)噴墨記錄頭中壓力腔附近的截面圖；圖21是常規(guī)噴墨記錄頭中壓電致動器和壓力腔的俯視圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實施例。
(第一實施例)結(jié)構(gòu)圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的噴墨記錄頭剖視圖；圖2A是圖1所示壓電致動器平面俯視圖。圖2B是可以按類似地方式使用的另一壓電致動器的俯視圖。除了壓力腔和壓電致動器分別具有與圖19不同的形狀外，本發(fā)明的噴墨記錄頭基本上具有與圖19類似的結(jié)構(gòu)。所述噴墨記錄頭設(shè)有多個選擇性地噴射墨滴的噴嘴；與噴嘴1對應(yīng)并具有正方形平面形狀(有代表性的形狀是具有約為1的縱橫比)的壓力腔2；把墨水供給每個壓力腔2的墨池10；連結(jié)在壓力腔與墨池10之間的公共路徑11；形成壓力腔2表面的隔膜4和與隔膜4耦接的壓電致動器5。
每個壓電致動器5都由一個驅(qū)動部分6、一個電極墊片部分7和一個連結(jié)所述驅(qū)動部分6與電極墊片部分7的橋接部分8構(gòu)成。驅(qū)動部分6、電極墊片部分7和橋接部分8形成一體，后面將有描述。驅(qū)動部分6設(shè)在一個與壓力腔2對應(yīng)的區(qū)域中，當(dāng)加給驅(qū)動電壓時，與隔膜4一起發(fā)生撓曲變形。電極墊片部分7設(shè)在一個與壓力腔2的側(cè)壁對應(yīng)的區(qū)域中，用以提供與驅(qū)動信號源的電連結(jié)。連結(jié)驅(qū)動部分6和電極墊片部分7的橋接部分8有一個對驅(qū)動部分的連結(jié)部分，這個部分的寬度小于驅(qū)動部分的連結(jié)側(cè)。在壓電致動器5的表面上設(shè)置一個單個電極9，用于加給驅(qū)動電壓。隔膜4還有公共電極的作用。
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明第一實施例噴墨記錄頭的每個元件。本實施例中用的四種板，即噴嘴板21、供給路徑板22、壓力腔板23和隔膜4均由不銹鋼(SUS)制成。噴嘴板21的厚度為75μm，并且配置有間距為1.016mm的多個噴嘴1，每個噴嘴的直徑為30μm。供給路徑板22的厚度為25μm，并且配置有多個通孔12，每個通孔的直徑為100μm，并設(shè)在與相應(yīng)噴嘴1對應(yīng)的位置，多個供給路徑11中的每一個都連結(jié)在對應(yīng)的壓力腔2與墨池10之間。壓力腔板23的厚度為150μm，并配置有墨池10和壓力腔2，每個壓力腔的形狀類似于正方形，其中心位置與相應(yīng)的噴嘴1對應(yīng)。根據(jù)噴射所需量的墨滴所必須的隔膜4的撓曲變形而決定每個壓力腔2的大小。在本實施例中，每個壓力腔2的尺寸為500μm×500μm。隔膜4的厚度為10μm。上述各板21-23中的每一個和隔膜4都設(shè)有定位用的對準(zhǔn)標(biāo)記(未示出)。
壓電致動器的壓電材料可以由鋯酸鉛鈦基陶瓷制成，或是普通鐵電制成的材料。做為單個電極9的材料，可以采用金、銀、鈀或其它具有導(dǎo)電性的金屬。壓電致動器5驅(qū)動部分的形狀可以做成正方形，尺寸為460μm×460μm，與對應(yīng)的壓力腔區(qū)域的中心相同。因此，在驅(qū)動部分6的外周與對應(yīng)于壓力腔區(qū)域的外周之間存在一個20μm的空隙。壓電致動器5的電極墊片部分所具有的尺寸按照驅(qū)動時電連結(jié)所需的面積確定。在驅(qū)動部分和電極墊片部分彼此面對的一側(cè)的中心，設(shè)置連結(jié)驅(qū)動部分6和電極墊片部分7的橋接部分8。橋接部分8的長度為40μm，寬度為100μm。
操作下面描述本發(fā)明實施例的工作情況。首先，把墨水充入與墨池10相連的供墨單元(未示出)。墨水經(jīng)供墨單元、墨池和壓力腔的路徑被充入每個壓力腔2。然后，在選取的壓電致動器5的單個電極9與公共電極(隔膜4)之間加給驅(qū)動電壓。這就引起在壓力腔的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)壓電致動器5和隔膜4發(fā)生撓曲變形，由此把墨水壓縮在壓力腔之內(nèi)(即壓力腔的內(nèi)部壓強增大)。結(jié)果，墨滴從對應(yīng)的噴嘴1噴出。
在本實施例中，壓力腔具有正方形的形狀，縱橫比幾乎等于1。因而，在驅(qū)動效率方面，這種壓力腔結(jié)構(gòu)優(yōu)于矩形形狀的常規(guī)壓力腔。
另外，設(shè)在壓力腔中的每個壓電致動器均由一個驅(qū)動部分、一個電極墊片部分和一個連結(jié)驅(qū)動部分與電極墊片部分的橋接部分構(gòu)成。在與驅(qū)動部分連結(jié)的部位處的橋接部分，其寬度小于驅(qū)動部分的寬度。當(dāng)縱橫比設(shè)置為接近1時，電極墊片部分的約束較大，而且在這種情況下，不能夠充分地顯示出驅(qū)動效率改進(jìn)的目標(biāo)效果，就像上面所說的那樣。但是，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的橋接部分，可以減少當(dāng)驅(qū)動部分撓曲變形時電極墊片部分的制約。于是，通過把縱橫比設(shè)置為約等于1，可以實現(xiàn)驅(qū)動效率向目標(biāo)值的高階。
為了檢查這一效果，根據(jù)本發(fā)明這一實施例的結(jié)構(gòu)，制備橋接部分具有寬度不同的多個噴墨記錄頭，用以在多個取樣之間進(jìn)行撓曲變形的比較。圖7表示這種比較的結(jié)果。水平軸表示橋接部分的寬度，縱軸表示撓曲變形。水平軸上的0μm代表沒有橋接部分的打印頭結(jié)構(gòu)。通過導(dǎo)線連結(jié)，使電極墊片與驅(qū)動部分電連結(jié)。另外，水平軸上的460μm意味著常規(guī)打印頭結(jié)構(gòu)，其中驅(qū)動部分和電極墊片部分成帶狀連結(jié)，而沒有頸部(見圖21)。從比較結(jié)果中可以有如下確定。首先，橋接部分導(dǎo)致電極墊片部分的制約與常規(guī)結(jié)構(gòu)中的制約相比被放松，并且可以使撓曲變形變大。第二，當(dāng)橋接部分的寬度設(shè)定得較小時，可以使撓曲變形變大。特別是已經(jīng)確認(rèn)，當(dāng)可將橋接部分的寬度設(shè)置成不大于驅(qū)動部分寬度的一半時，可以基本上完全取消橋接部分的所有制約，導(dǎo)致有效地避免撓曲變形的減弱。
日本專利申請公開出版物特開平11-78015公開了一種噴墨記錄頭，這種記錄頭所采用的壓電致動器每個都有一個驅(qū)動部分、一個電極墊片部分和一個橋接部分。但是在該項公開中，每個壓力腔的形狀都為細(xì)長的矩形。另外，該項申請沒有關(guān)于壓力腔的平板形狀(縱橫比)與驅(qū)動效率之間關(guān)系的描述。按照這一公開，每個電極墊片部分都設(shè)在對應(yīng)的壓力腔的短邊上。因此，電極墊片部分對驅(qū)動部分的影響小到幾乎可以忽略。相反，按照本發(fā)明，做為本發(fā)明的主要目標(biāo)，精力集中放在通過把壓力腔平面形狀的縱橫比近似地設(shè)置為1并減少電極墊片部分的制約而實現(xiàn)驅(qū)動效率的提高效果上。因此，本發(fā)明與上述公開在這些方面不同。
另外，按照本發(fā)明，采用噴砂法處理壓電致動器。這使得能夠制造具有復(fù)雜形狀的致動器。下面將描述本發(fā)明實施例的制造方法(噴砂法和打印頭裝配法)。
制造方法如圖6所示，首先，疊置壓電材料塊(未示出)，以制備壓電材料板31。根據(jù)壓電致動器5所需撓曲變形的幅度和驅(qū)動電壓決定壓電材料板31的厚度。在本實施例中，壓電材料板31的厚度為30μm。在此壓電材料板31的兩側(cè)上濺射電極薄膜32。在本實施例中，用金做為電極材料。接下來，通過在高溫下沒有粘結(jié)力的發(fā)泡粘結(jié)帶33把濺射的壓電材料板31暫時地固定到固定板34上。此固定板上事先有一個附著其上的對齊標(biāo)記(未示出)，用于定位與SUS流徑板的連結(jié)。
將感光膜掩膜35粘結(jié)到此壓電材料板31上，所述壓電材料板被暫時固定到固定板34上。在本實施例中，采用厚度為50μm的尿烷薄膜掩膜。然后，單獨制備一個曝光掩膜36，該掩膜具有一個圖樣，用于只通過被留做壓電致動器的部分透射紫外線(UV)。所述曝光掩膜36粘結(jié)到薄膜掩膜上。該曝光掩膜36上關(guān)于固定板對準(zhǔn)標(biāo)記被制成圖案。UV線經(jīng)曝光掩膜36輻射到被薄膜掩膜35覆蓋的壓電材料板31上。然后，蝕刻此壓電材料板31。對于蝕刻液體，采用一種不去除被UV輻射的部分但確保可以去除其它部分的液體。本實施例中使用碳酸鈉。
通過執(zhí)行上述過程，只在被留下做為壓電致動器5的部分留下薄膜掩膜35，其它所有部分的薄膜掩膜35都被除去。然后，對此結(jié)構(gòu)進(jìn)行噴砂。在薄膜掩膜35已被除去之后，使壓電材料的曝光部分被可靠地接地，并被去除、而剩下薄膜掩膜35的部分的壓電材料不接地的條件下進(jìn)行所述的噴砂。噴砂之后，去除并清潔剩在壓電材料表面的薄膜掩膜35。在上述過程中，形成這樣一種結(jié)構(gòu)，即在兩側(cè)具有電極薄膜32的壓電致動器5通過發(fā)泡的粘結(jié)帶粘結(jié)到固定板34。
隨后，把壓電材料粘結(jié)到隔膜4上。首先，把粘合劑(未示出)涂敷到壓電材料上。在本實施例中，因為隔膜4還用作公共電極，所以涂敷導(dǎo)電粘合劑。涂敷這種粘合劑之后，參照固定板34和隔膜4的對準(zhǔn)標(biāo)記，把壓電致動器5覆蓋到隔膜4上。在200℃下，加給2kg/cm2的壓強，以固化粘合劑，由此將壓電致動器5與隔膜4連接在一起。加熱時，被暫時用于把壓電致動器5固定到固定板34的發(fā)泡粘結(jié)帶33喪失粘合力，并且很容易地揭去該粘結(jié)帶。在上述過程中，得到一個單元，該單元具有壓電致動器5，它粘結(jié)到也用作公共電極隔膜4(形成有圖案)上，并且單個電極9設(shè)在各個致動器5的自由表面一側(cè)上。可以通過把此單元粘結(jié)到SUS流徑單元而得到一種噴墨打印頭，其中SUS流徑單元是通過單獨地把除隔膜以外的隔膜噴嘴板、供給路徑板以及壓力腔板連結(jié)到一起而形成的。
最后，進(jìn)行電連結(jié)，以向每個壓電致動器5加給驅(qū)動電壓。在本實施例中把FPC電纜(未示出)粘結(jié)到噴墨記錄頭的周圍。然后通過導(dǎo)線連結(jié)，把電極端子和每個壓電致動器的單個電極連結(jié)到一起。在這種情況下，用于把導(dǎo)線落在單個電極上的部分是壓電致動器的電極墊片部分。通過上述制造過程，完成本實施例的噴墨記錄頭。
根據(jù)本實施例中所用的噴砂法，可以處理具有復(fù)雜平面形狀的壓電致動器。另外，可以按簡單的方法和用較短的時間，精確地處理壓電致動器。因此，可以降低成本。
在上述第一實施例中，每個壓力腔采用正方形形狀。但是，本發(fā)明每個壓力腔的平面形狀并不限于正方形。也可以采用多邊形或圓形做為每個壓力腔的平面形狀，只要壓力腔具有縱橫比約為1的平面形狀。例如，當(dāng)壓力腔具有如圖2B所示的圓形平面時，也可以獲得與上述具有正方形形狀的情形極為相似的作用和效果。當(dāng)致動器具有約為圓形平面的壓力腔并且驅(qū)動部分具有近似為圓形時，圓形驅(qū)動部分的直徑被認(rèn)做是驅(qū)動部分連結(jié)區(qū)域的寬度大小。
(第二實施例)
圖10是表示本發(fā)明第二實施例噴墨記錄頭中壓電致動器和壓力腔相對位置的頂面透視圖。第二實施例與第一實施例的不同之處在于，在壓力腔的角部(頂點)相應(yīng)地設(shè)置兩個橋接部分，用于連結(jié)壓電致動器的驅(qū)動部分和電極墊片部分。本實施例與第一實施例的類似之處在于驅(qū)動部分和電極墊片部分之間連結(jié)的面積較小。驅(qū)動部分和電極墊片部分相對于壓力腔的位置與第一實施例的情況相同。
在本實施例中，也可以通過把與驅(qū)動部分連結(jié)的橋接部分的寬度設(shè)置成小于驅(qū)動部分的寬度，而減少在驅(qū)動部分發(fā)生撓曲變形時對電極墊片部分的限制。因此，可以實現(xiàn)提高驅(qū)動效率。
為了驗證本實施例的效果，在第一和第二實施例的各個結(jié)構(gòu)中實驗測量驅(qū)動部分的撓曲變形。圖11A和11B分別是本發(fā)明第一和第二實施例的驅(qū)動部分和橋接部分的撓曲變形輪廓線。如這些附圖所示，圖11B所示第二實施例的結(jié)構(gòu)具有總數(shù)較多的輪廓線。換言之，按照本實施例的結(jié)構(gòu)，獲得較大的撓曲變形。具體地說，第一實施例的撓曲變形的最大幅值為0.207μm，第二實施例中撓曲變形的最大幅值為0.213μm。從以上可以理解，與第一實施例相比，本實施例中可以進(jìn)一步減小約束驅(qū)動部分撓曲變形的影響，導(dǎo)致更大的撓曲變形。
在本實施例中可以獲得更大的撓曲變形，因為驅(qū)動部分上電極墊片部分的約束程度不同。參見圖11A和11B，使接近正方形一邊的中心(第一實施例中的橋接部分)附近的位移與接近正方形一邊的兩端(第二實施例的橋接部分)的位移相比較。從這種比較可以理解，后一種情況下具有設(shè)在有較小位移的部位的橋接部分。因此認(rèn)為，由于附加的電極墊片部分所產(chǎn)生的限制的影響小于第二實施例中的情形，第二實施例中橋接部分設(shè)置在暫時提供小位移的部位，實現(xiàn)較高的驅(qū)動效率。
另外，從圖11A和11B中知道，本實施例中橋接部分的輪廓線數(shù)量小于在第一實施例中的情形。這意味著橋接部分本身的完全變形較小。因此，可以避免橋接部分發(fā)生裂隙和疲勞損壞。
如上所述，根據(jù)本實施例，還可以進(jìn)一步提高驅(qū)動效率，并提高橋接部分的可靠性。
另外，做為對本實施例的補充研究，詳細(xì)研究Wc和Wp之間的關(guān)系。
圖8表示在壓電致動器的位置偏移δ時，通過改變寬度Wp而保持壓力腔平面形狀的寬度Wc恒定，而在水平軸上撓曲變形相對于(Wp-Wc)/2值的變化。水平軸上的值代表驅(qū)動部分和壓力腔外壁之間的空隙。當(dāng)該值為正時，表示驅(qū)動部分從壓力腔的外周伸出。當(dāng)該值為負(fù)時，驅(qū)動部分包含在壓力腔的外周之內(nèi)。將位置偏差δ設(shè)為20μm，假設(shè)這就是處于實際制造過程中。結(jié)果，很清楚的是可以通過把Wp設(shè)置在(Wp-Wc)/2≤-δ，或δ≤(Wp-Wc)/2，即Wp＜Wc-2δ，或Wc+2δ≤Wp。這些表達(dá)式表示，即使發(fā)生位置偏差時，也可以保持驅(qū)動部分外周支撐條件的恒定。換言之，在前一情況下，支撐條件總是無旋轉(zhuǎn)地支撐，哪怕是在發(fā)生位置偏差時也是如此。另一方面，在后一種情況下，支撐條件總是固定支撐。如上所述，撓曲變形受支撐條件的影響很大。但是，當(dāng)滿足此條件時，由于位置偏差，支撐條件不發(fā)生改變，并且因而可以抑制變化。
圖9表示在無位置偏差的情況下，保持Wc恒定的同時改變Wp時的撓曲變形。從該圖可以理解，Wp最好落在(Wc-2δ)×0.9≤Wp≤Wc-2δ的范圍內(nèi)，以使撓曲變形最大。這一表達(dá)式表示對于Wp有一最佳范圍，因為當(dāng)驅(qū)動部分小于壓力腔的外周時，提供一種對撓曲變形有力的無旋轉(zhuǎn)的支撐條件，但是當(dāng)驅(qū)動部分太小時，驅(qū)動面積變小，導(dǎo)致減弱的撓曲變小。當(dāng)采用一般的對準(zhǔn)方法時，位置偏差δ是約10μm-30μm。在這種情況下，當(dāng)將驅(qū)動部分的寬度Wp設(shè)置成比壓力腔的寬度Wc小約20μm-60μm時為最佳。
本實施例具有的結(jié)構(gòu)滿足這些要求。因此，可以提供一種相對于壓電致動器的位置偏差撓曲變形的變化較小的高精度噴墨記錄頭。還可以使撓曲變形本身最大化。
其它結(jié)構(gòu)在本實施例所示的結(jié)構(gòu)以外，還可以采用圖12A-12D中所示的一種結(jié)構(gòu)或者它們的組合結(jié)構(gòu)。在圖12A-12D中，橋接部分8在靠近隔膜小撓曲變形部位的位置處，或者在距離驅(qū)動部分連結(jié)區(qū)域側(cè)面的中心一定距離的位置處與驅(qū)動部分6連接。
圖12A表示正方形壓力腔2的一個頂點處設(shè)置一個橋接部分的情況。圖12B表示代替設(shè)置在壓力腔2連結(jié)區(qū)域每一側(cè)的中心，使橋接部分設(shè)置在類似的壓力腔2四個角部的情況。圖12C表示基本上只在壓力腔2的一個區(qū)域內(nèi)存在驅(qū)動部分6，并且通過截去對應(yīng)于壓力腔2連結(jié)區(qū)域每一側(cè)中心的部分，在兩個角部形成橋接部分的情形。圖12D表示橋接部分8的內(nèi)邊緣部分在與驅(qū)動部分6的連結(jié)區(qū)域，以及與電極墊片部分7的連結(jié)區(qū)域形成彎曲的情況。這些結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電極墊片部分對驅(qū)動部分的限制較小，并且可以進(jìn)一步提高驅(qū)動效率。另外，即使在壓電致動器和壓力腔之間出現(xiàn)位置偏差時，也可以減小隔膜的撓曲部分的面積(在對應(yīng)于壓力腔的區(qū)域之外沒有壓電致動器的隔膜的暴露部分)。因此，可以避免這樣的現(xiàn)象，即由于在驅(qū)動時墨水的內(nèi)部壓強而使該部分的變形消失，并由此喪失驅(qū)動效果。另外，根據(jù)圖12D所示的結(jié)構(gòu)，與圖10所示第二實施例的情形相比，連結(jié)部分附近的應(yīng)力集中得以解除。因此，可以避免壓電致動器的損壞。
(第三實施例)圖13是本發(fā)明第三實施例噴墨記錄頭的分解透視圖。圖14是本發(fā)明第三實施例噴墨記錄頭的頂面透視圖。如這些圖中所示，第三實施例將多個壓力腔和對應(yīng)的噴嘴(噴嘴單元)設(shè)置為二維矩陣形式。每個噴嘴的結(jié)構(gòu)類似于第二實施例的情形。
如圖13和14所示，按基本垂直于噴墨記錄頭掃描方向41的方向以預(yù)定的間隔成行設(shè)置的八個噴嘴，沿近似掃描的方向被排列成三行。將每一行的單個噴嘴設(shè)置成一行中的噴嘴與相鄰行中的對應(yīng)噴嘴移位三分之一的預(yù)定間隔。
根據(jù)此種布置，當(dāng)這些噴嘴沿打印頭掃描方向噴射時，各噴嘴以三分之一預(yù)定間隔的窄間距42等同地排列成一行。結(jié)果，可以實現(xiàn)人造的高分辨率打印頭。在進(jìn)行打印的情形中，控制每一列噴射墨滴的時間，同時沿掃描方向移動打印頭。通過這種方式可以進(jìn)行基本上與噴嘴在打印頭中排列成一行時相同的打印。
按照本實施例，當(dāng)采用縱橫比約為1的寬度較大的壓力腔時，可以人工實現(xiàn)比此壓力腔寬度窄的間距的噴嘴(高分辨率)布置。換言之，可以實現(xiàn)高驅(qū)動效率和高分辨率的噴墨記錄頭。在本實施例中，只描述8×3矩陣的噴嘴布局。除這種噴墨記錄頭外，也制備單獨的記錄頭，在三個單元的布置中有780個噴嘴，每個單元中有一個26×10的矩陣布局。從這一結(jié)果中還可以獲得類似地效果。還可以選擇基于所需噴嘴數(shù)和所需記錄頭大小的各種布局。
(第四實施例)圖15A和15B是本發(fā)明第四實施例的壓電致動器頂面視圖。如圖所示，每個壓電致動器及其布置都與第三實施例中的情形相似。但是第四實施例與第三實施例的不同之處在于，將模擬圖案51設(shè)在壓電致動器區(qū)域的周圍，其中壓電致動器按多行設(shè)置，并處于單個的壓電致動器之間。在本實施例中，將每個壓電致動器與每個模擬圖案分開的凹槽的寬度設(shè)置為80μm。所有其它的結(jié)構(gòu)均與第三實施例相同。
如前所述，當(dāng)進(jìn)行噴砂時，側(cè)面的蝕刻量根據(jù)待處理的相鄰處理點之間的距離而不同，并且完成的測量結(jié)果不同。但是，根據(jù)本實施例，可以使所有壓電致動器的側(cè)面蝕刻均勻，導(dǎo)致加工處理的精度提高。
為了檢查本實施例的效果，對第三實施例和第四實施例測量以噴砂為基礎(chǔ)的壓電致動器的尺寸精度。測量結(jié)果證明，在第三實施例(沒有模擬圖案)中存在±20μm的尺寸精度偏差。另一方面，在設(shè)置模擬圖案的本實施例中，尺寸精度的偏差改進(jìn)到±5μm，從而，使本發(fā)明的效果得到證實。
(第五實施例)圖16是表示電連結(jié)本發(fā)明第五實施例噴墨記錄頭方法的透視圖。圖17是表示本發(fā)明第五實施例的兩個相鄰壓電致動器的截面圖。
撓性印刷電路基板64由三層厚度為25μm的聚酰亞胺基膜、銅信號線62和厚度為12.5μm的聚酰亞胺覆蓋層63組成。對應(yīng)于每個壓電致動器的電極墊片設(shè)置撓性印刷線路基板64上的各個信號電極65。通過電鍍，用焊料形成在銅芯表面上的凸出部通過加熱形成在單個信號電極上。
每個壓電致動器的電極墊片部分與撓性印刷線路基板的凸出部面對，并且通過壓力和加熱而相互連接。在本實施例中，通過在230℃下加熱以及每十秒逐級施加100Mpa的壓強而實現(xiàn)電連結(jié)和機械連結(jié)。
根據(jù)本實施例，可以在沒有電連結(jié)部分的結(jié)構(gòu)中形成驅(qū)動部分。從而可以消除由于電連結(jié)部分的撓曲限制，并且將驅(qū)動效率提高到一個較高的水平。與此同時，可以消除因電連結(jié)的制造誤差(就連結(jié)的區(qū)域和位置而言)所致?lián)锨冃畏矫娉霈F(xiàn)的偏差。另外，因為電極墊片部分設(shè)置在具有高度剛性的壓力腔側(cè)壁上，所以可以避免由于電連結(jié)過程中電極墊片部分上的壓強所導(dǎo)致的電極墊片損壞，并實現(xiàn)穩(wěn)固的連結(jié)。因此，可以實現(xiàn)高可靠性和高效率的高分辨率噴墨記錄頭。
在本實施例中，對于壓電致動器的信號線存在于每個壓電致動器的平面之外。因此，不需要在致動器之間設(shè)置信號線。結(jié)果，可以制成與高密度噴墨記錄頭匹配的電連結(jié)。
另外，在本實施例中，形成半圓形的凸出部。因此，可以在連結(jié)每個壓電致動器與電極極板部分時進(jìn)行電連結(jié)和機械連結(jié)，并進(jìn)一步避免在此接觸時電極墊片部分的損壞。檢查在本實施例中進(jìn)行的每個壓電致動器的電連結(jié)，結(jié)果證明所以的致動器正常電連結(jié)，并且不會損壞壓電致動器。
另外，在本實施例中，因為芯部元件包含在凸出部中，所以在布線基板和壓電致動器的驅(qū)動部分之間形成空隙。因此，可以避免對驅(qū)動部分撓曲變形的影響，并通過流經(jīng)空隙的空氣進(jìn)一步消除驅(qū)動時所產(chǎn)生的熱量。當(dāng)實際對每個壓電致動器加給驅(qū)動電壓波形時，所有致動器均正常地發(fā)生撓曲變形。另外，還證明可以得到穩(wěn)定的驅(qū)動動作，不會有噴墨記錄頭被長時間(如在18kHz頻率下進(jìn)行24小時)驅(qū)動時因發(fā)熱所致的性能衰減。
另外，在本實施例中，可以避免甚至在熱已經(jīng)熱擴散或由于溫度變化所致的翹曲時凸出部的損壞，因為布線基板由聚酰亞胺制成并遵循熱變形。在實驗中，熱的溫度在-20℃～+40℃之間循環(huán)地反復(fù)變化。電檢查的結(jié)果是沒有出現(xiàn)故障。
另外，如圖18所示，把上述每個實施例的噴墨記錄頭安裝在噴墨記錄裝置上，并且在紙頁上進(jìn)行打印。這種記錄裝置由一個由頭部和給頭部供墨之墨池組成的車架101、往復(fù)移動車架的定時皮帶102、移動紙頁103用以打印的輥104和外殼105構(gòu)成。為了進(jìn)行打印，沿主掃描方向往復(fù)移動車架。與此同時，使墨滴選擇性地從頭部的多個噴嘴噴射到紙頁上，同時沿與主掃描方向垂直的副掃描方向移動紙頁。通過此項操作，墨滴粘附到紙頁上，由此在紙頁上形成字符和圖象。
在上述第一至第五實施例中，雖然把壓電致動器用作所述的致動器，但也可以采用其它驅(qū)動系統(tǒng)。例如，可以采用具有與隔膜不同熱膨脹系數(shù)的材料替代壓電致動器。將熱量加到這些材料上，做為驅(qū)動信號，并且可以利用以熱膨脹為基礎(chǔ)的撓曲變形。另外，可以對與隔膜相對形成的電極表面加給電壓，并可利用靜電力為基礎(chǔ)所產(chǎn)生的撓曲變形，而無需對隔膜連結(jié)任何東西。
無需贅述，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)對其它部分做各種改型。最好Wc為300～700μm，致動器的材料為鋯酸鉛鈦陶瓷，致動器的厚度為15～40μm。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，壓力腔平面形狀的縱橫比約為1。因此，可以獲得比常規(guī)情形大的撓曲變形。結(jié)果，可以實現(xiàn)高驅(qū)動效率的噴墨記錄頭和噴墨記錄裝置。
另外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可以將致動器的橋接部分和驅(qū)動部分之間連結(jié)部分的截面積做得很小。采用這種布置，可以減少當(dāng)驅(qū)動部分撓曲變形時對電極墊片部分的約束，同時允許有較大的撓曲變形。結(jié)果，可以實現(xiàn)具有較高驅(qū)動效率的噴墨記錄頭。
另外，根據(jù)本發(fā)明，即使在致動器的驅(qū)動部分相對于壓力腔從預(yù)定位置稍稍偏離時也不會改變驅(qū)動部分周圍的支撐條件。因此，撓曲變形方面不出現(xiàn)偏差。結(jié)果，可以實現(xiàn)高分辨率的噴墨記錄頭。另外，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)橋接部分本身的彎曲變形較小時，可以避免致動器的損壞，致使噴墨記錄頭具有很高的可靠性。通過設(shè)計橋接部分的平面形狀，并保持截面積較小，也可以避免致動器的損壞，并且因而提高可靠性。另外，本發(fā)明的噴墨記錄頭是以噴砂法為基礎(chǔ)形成的。因此，即使致動器具有復(fù)雜的形狀，也可以進(jìn)行簡易的精確處理。結(jié)果是可以實現(xiàn)低成本的高密度噴墨。
權(quán)利要求
1.一種噴墨裝置，其特征在于，包括排放墨滴的噴嘴；與噴嘴連接的壓力腔；用于將墨汁提供給壓力腔的墨汁供給路徑；由壓力腔的一個平面壁組成的隔膜；和包括與所述隔膜接觸之驅(qū)動部分的致動器，它設(shè)在壓力腔的上面，并與隔膜一起變形；電極墊片部分，設(shè)在壓力腔側(cè)壁的上面，并與信號源電連接；以及橋接部分，使驅(qū)動部分和電極墊片部分電連接；其中，橋接部分與驅(qū)動部分連接，在那里隔膜的變形是小的。
2.如權(quán)利要求1所述的噴墨裝置，其特征在于，驅(qū)動部分的外形包括角部，并且所述橋接部分與驅(qū)動部分的角部連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的噴墨裝置，其特征在于，包括驅(qū)動部分的外形相似于相應(yīng)壓力腔的平面形狀，并且所述驅(qū)動部分平面形狀的寬度Wp落在如下范圍內(nèi)Wp≤Wc-2δ，或Wc+2δ≤Wp，其中δ代表相應(yīng)壓力腔的中心位置和驅(qū)動部分的中心位置之間的位置偏移，Wc代表相應(yīng)壓力腔平面形狀的寬度。
4.一種噴墨記錄頭，包括多個權(quán)利要求1所述的噴墨裝置；和供墨源，用于把墨水供給所述多個噴墨裝置。
5.一種噴墨記錄裝置，包括權(quán)利要求1所述的噴墨裝置；墨池，將墨汁提供給所述噴墨裝置；和移送機構(gòu)，相對于所述噴墨裝置移送記錄介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可有高驅(qū)動效率并避免驅(qū)動效率偏差的噴墨記錄頭。對每個墨水噴嘴設(shè)置一個壓電致動器，每個致動器有一個設(shè)置在壓力腔對應(yīng)區(qū)域中的驅(qū)動部分，一個電極墊片部分，至少一個連結(jié)驅(qū)動部分和電極墊片部分的橋接部分。壓力腔具有縱橫比接近1的平面形狀，橋接部分與驅(qū)動部分連結(jié)區(qū)域的寬度小于驅(qū)動部分連結(jié)側(cè)的寬度。
文檔編號B41J2/14GK1739967SQ20051009969
公開日2006年3月1日 申請日期2001年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月19日
發(fā)明者中村洋文, 奧田真一, 大塚泰弘 申請人:富士施樂株式會社