專利名稱：液體輸送裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種液體輸送裝置，尤其是這樣一種液體輸送裝置，其中可以在低驅動電壓下驅動壓電元件以便向由液體腔室容納的液體施加高壓，由此從該腔室將液體輸送給腔室外面的位置。
背景技術：
傳統(tǒng)上已知有各種類型的液體輸送裝置，每種液體輸送裝置都通過采用壓電元件例如由噴墨記錄設備所采用的壓電式噴墨記錄頭來輸送液體。日本專利公開No.11-34341披露了生產傳統(tǒng)壓電式噴墨記錄頭的方法的示例。由所披露的方法生產出的該壓電式噴墨記錄頭包括作為彈性板的第一壓電層；印刷在第一壓電層的整個表面上的共用電極；以及疊置在共用電極上的第二壓電層。對這兩個壓電層和由這兩層夾著的共用電極進行真空擠壓然后烘烤，從而形成一個整體。在使第二壓電層極化之后，該整體和具有多個墨水腔室的空腔板彼此疊置，從而用膠粘劑將作為彈性板的第一壓電層粘接在空腔板上。最后，在第二壓電層上在與空腔板的墨水腔室對準的相應位置處形成多個帶狀單獨電極。因此，完成了一壓電促動器。而且，將噴嘴板和驅動電路連接在這樣裝配好的壓電促動器上，并且完成了該壓電式噴墨記錄頭。
當向這些單獨電極中的任意一個施加正電壓并且向共用電極施加負電壓時，與一個單獨電極對準的壓電促動器的帶狀部分變形，并且彎曲進入空腔板的墨水腔室中的相應一個。更具體地說，壓電促動器的帶狀部分沿著與壓電層的主表面平行的方向收縮，但是由于彈性板限制了帶狀部分的收縮，所以該帶狀部分朝著空腔板的墨水腔室彎曲。因此，由墨水腔室容納的墨水受到擠壓，并且從與該墨水腔室連通的噴墨噴嘴中噴射出一滴墨水，從而在記錄介質例如一張紙上記錄圖像。

發(fā)明內容
但是，上述方法是用于生產這樣一種噴墨記錄頭，該記錄頭采用了具有相當大厚度的壓電元件，因為該壓電元件是通過烘烤層疊的壓電層來形成的。
當從墨水腔室噴射出墨水時，需要向具有更大厚度即更大剛度的彈性板施加更大的應力。為了向該彈性板施加大應力，必須使壓電元件變形較大，因此必須向該壓電元件施加高驅動電壓。
由于彈性板越薄其剛度越小，所以越薄的彈性板可以在較低的驅動電壓下工作。但是，在上述噴墨記錄頭生產方法中，考慮到薄層成形的限制和/或其操作的限制，難以制作出其厚度為大約幾個微米(μm)至大約10μm的薄壓電層。從這一點看也必須向壓電元件施加高驅動電壓。
作為形成薄壓電層的普通方法，已知一種氣溶膠沉積方法，其中將作為壓電層材料的超細顆粒噴射并且沉積在作為基底的板構件上。但是，在采用該方法來在薄彈性板上形成壓電層的情況中，該薄彈性板在由以高速噴射在其上的細小顆粒的能量在其中產生出的應力作用下會受到嚴重損壞。
作為生產薄壓電層的另一種方法，已知一種溶膠凝膠方法，其中通過旋涂涂覆壓電層材料的溶液，對所涂覆的溶液加熱，并且重復溶液涂覆和對所涂覆的溶液進行加熱。但是，在采用該方法來在薄彈性板上形成壓電層的情況中，因為反復施加熱應力所以彈性板會容易翹曲。
因此本實用新型的一個目的在于提供一種沒有上述問題中的至少一個的生產液體輸送裝置的方法。本實用新型的另一個目的在于提供一種液體輸送裝置，其中可以在低驅動電壓下驅動壓電元件以便向由液體腔室容納的液體施加高壓，并且由此從腔室將液體輸送給腔室外面的位置。
根據(jù)本實用新型的第一方面，提供一種生產至少一個液體輸送裝置的方法，該液體輸送裝置通過使設在與至少一個液體腔室相對的位置處的其壓電元件變形并且由此向在至少一個液體腔室中的液體施加壓力，從而該裝置從其至少一個液體腔室將液體輸送給在該至少一個液體輸送裝置外面的位置。該方法包括以下步驟將具有至少一個限定了至少一個液體腔室的開口的第一板構件和覆蓋著該至少一個開口的第二板構件彼此疊置，從而形成一整體層疊體；用壓電元件的材料在與層疊體的第一板構件的該至少一個開口相對的層疊體的至少一部分第二板構件上形成一層；并且對形成在層疊體上的該層進行退火，由此使該層的材料結晶化，從而使該層變成壓電元件。
在根據(jù)本實用新型的第一方面的方法中，壓電層形成在與第一板構件成一整體的第二板構件上，因此其剛度高于在第二板構件與第一板構件分開的狀態(tài)中的剛度。因此，該第二板構件可以獲得改善的抗沖擊性，因此可以有效地防止由于壓電層的變形而受到損壞。
另外，由于壓電層在退火步驟中結晶化且層疊板構件沒有受到損壞，所以該壓電元件可以具有其適當?shù)奶匦曰蛘呱踔粮纳屏似溥m當?shù)奶匦浴?br> 在本方法中，可以形成能夠在低電壓下驅動以產生出大量變形的壓電元件。因此，本方法可以生產出能夠以更低的電能消耗工作的液體輸送裝置。
根據(jù)本實用新型的第二方面，提供一種液體輸送裝置，它包括第一板構件，它具有至少一個容納液體的液體腔室；第二板構件，它疊置在第一板構件上以覆蓋其至少一個液體腔室；以及一壓電元件，它設在與第一板構件的至少一個液體腔室相對的至少一部分第二板構件上，并且該壓電元件變形以向在該至少一個液體腔室中的液體施加壓力，由此從該至少一個液體腔室中將液體輸送給該液體輸送裝置外面的位置。通過擴散結合或陽極結合使第一和第二板構件彼此成一整體。
在根據(jù)本實用新型第二方面的裝置中，通過擴散結合或陽極結合使第一和第二板構件彼此成一整體。因此，即使可以在有機物質會分解這樣一個溫度下對層疊板構件進行退火，這些層疊板構件的結合表面也能保持高結合強度，并且這些層疊板構件不容易彼此分開。


通過結合以下附圖閱讀本實用新型優(yōu)選實施方案的以下詳細說明將更好地理解本實用新型的上述和任意的目的、特征和優(yōu)點，其中圖1為采用了由本實用新型方法生產出的壓電噴墨記錄頭的噴墨記錄設備的透視圖；圖2為該壓電記錄頭的分解透視圖；圖3為記錄頭的墨水容納部分的分解透視圖；圖4A為沿著在圖2中的4A-4A線剖開的處于沒有向記錄頭施加驅動電壓的狀態(tài)中的該記錄頭的剖視圖；圖4B為沿著在圖2中的4B-4B線剖開的處于向記錄頭施加了驅動電壓的狀態(tài)中的該記錄頭的剖視圖；圖5為一流程圖，顯示出根據(jù)本實用新型的記錄頭生產方法；圖6為一示意圖，用來說明作為其中一種PZT(即，鋯酸鈦酸鉛(Pb))層形成方法的氣溶膠沉積方法；并且圖7為一示意圖，用來說明作為另一種PZT形成方法的溶膠凝膠方法。
具體實施方式
下面將參照這些附圖對本實用新型的優(yōu)選實施方案進行說明。圖1顯示出采用了由本實用新型方法生產出的壓電噴墨記錄頭6的噴墨記錄設備100。首先，對該噴墨記錄設備100進行簡要說明。該壓電噴墨記錄頭6用于在作為一種記錄介質的一張紙62上記錄圖像，并且與墨盒61一起安裝在滑架64上。
將滑架64固定在環(huán)形皮帶75上，并且在皮帶輪73在電動機70的作用下向前或向后轉動時，環(huán)形皮帶75運動，并且因此滑架64沿著軸部件71和導板72線性往復運動。在滑架64運動期間，記錄頭6的噴墨噴嘴54(圖3)朝著紙張62噴射出相應的墨滴。紙張62從供紙盒(未示出)向設在記錄頭6和壓紙輥66之間的間隙輸送，并且在記錄頭6在紙張62上記錄圖像之后，將紙張62排出到收紙盒(未示出)中。在圖1中沒有顯示出紙張輸送和排出裝置。
清洗裝置67設在壓紙輥66旁邊上。該清洗裝置67用來除去堵塞著記錄頭6的噴嘴54的壞墨水。當滑架64設置在恢復位置處時，清洗帽81覆蓋著記錄頭6的噴嘴支撐表面，從而形成一氣密空間，其壓力通過與清洗帽81連通并且由凸輪83操縱的電動泵82的作用下降。因此，通過清洗裝置67除去可能堵塞記錄頭6的噴嘴54的壞墨水。
接下來將參照圖2和3對壓電噴墨記錄頭6的結構進行說明。如圖2所示，記錄頭6包括一墨水容納部分10和一加壓部分20。
除了將要在后面描述的噴嘴板43之外，該墨水容納部分10由通過將多個由無機材料形成的板構件相互層疊在一起獲得的整體提供。這些板構件例如為金屬板構件，并且這些金屬板構件是例如由不銹鋼、鈦、鈦合金、銅、銅合金、工具鋼、低合金鋼、鎳、鎳合金、鈷合金、鋁或鋁合金形成的軋制金屬板。
但是，這些板構件不限于金屬板構件。例如，這些板構件可以由通過將玻璃粉末例如硼硅酸鹽玻璃、鉛玻璃、鈉玻璃或堿石灰玻璃分散在膠粘劑例如丙烯酸樹脂中并且將這樣獲得的分散體形成為板材而獲得的生板形成。在當前實施方案中，在這些板構件由金屬板構件提供的情況中，采用不銹鋼板構件作為金屬板構件；并且在這些板構件由生板提供的情況中，采用硼硅酸鹽玻璃生板作為生板。用來形成生板的玻璃組分如此制備出，從而不會在當形成壓電層20b(后面描述)時(參見，PZT層形成步驟(S3，圖5)和退火步驟(S4))所采用的加熱條件下軟化。
在當前實施方案中，墨水容納部分10的一部分(即噴嘴板43)由合成樹脂形成，因此那個部分在那些步驟例如退火步驟(S4)之后與該墨水容納部分10的其它金屬或玻璃部分組裝在一起，該其它金屬或玻璃部分需要加熱，否則會使合成樹脂變形。
在其中墨水容納部分10采用了金屬板構件的情況中，金屬板構件相互成一整體，從而層疊的金屬板構件的相應界面通過固相擴散彼此結合在一起。在其中墨水容納部分10采用了玻璃板構件的情況中，這些玻璃板構件相互成一整體，從而這些層疊的生板的相應界面通過烘烤彼此結合在一起。因此，在當前實施方案中，在墨水容納部分10的層疊板構件的相應界面上沒有任何無機膠粘劑。接下來將參照圖3對該墨水容納部分10的結構進行詳細說明。
如圖3所示，該墨水容納部分10包括四個板構件，即兩個集管板11、12、間隔板13和空腔板14，它們如上所述一樣相互層疊并且結合，并且另外還包括噴嘴板43，它結合在成一體的層疊板11、12、13、14上。在當前實施方案中，每塊板構件11、12、13、14、43的厚度為大約50μm至大約150μm。
噴嘴板43由合成樹脂形成，并且構成墨水容納部分10的最下面層。噴嘴板43具有多個噴墨噴嘴54，每個噴嘴具有小直徑并且以之字形圖案沿著墨水容納部分10的縱向方向(適當時，下面被稱為第一方向)布置成兩個陣列。在噴嘴54的每個陣列中，如圖3中所示一樣，噴嘴54以距離為w的規(guī)則小間隔布置。
第一集管板11為位于噴嘴板43的上表面上的板構件。第一集管板11在其上表面上具有兩個集管孔道11a、11a，它們向上打開并且分別沿著噴墨噴嘴54的兩個陣列延伸。
第二集管板12層疊在第一集管板11的上表面上。第二集管板12具有兩個集管孔道12a、12a，它們形成穿過板12的厚度。第二集管板12的兩個集管孔道12a與第一集管板11的相應集管孔道12a對準，并且在其平面圖中具有與集管孔道11a基本上相同的形狀。因此，這兩個集管孔道12a與兩個集管孔道12a協(xié)作形成兩個集管腔室11a、12a；11a、12a，每個都作為墨水通道的一部分。這兩個集管腔室11a、12a在其平面圖中分別與兩個液體腔室16陣列(后面描述)對準，并且分別沿著那些陣列延伸。
空腔板14通過間隔板13層疊在第二集管板12上，并且構成墨水容納部分10的最上面層?？涨话?4具有多個液體腔室16，它們沿著其中心線在墨水容納部分10的縱向方向(即，第一方向)上以之字形方式布置成兩個陣列。在將四塊板構件11、12、13、14彼此層疊在一起的狀態(tài)中，液體腔室16在與間隔板13相對的空腔板14的上表面中向上打開。
這兩個液體腔室16陣列分別設在空腔板14的上述中心線的每一側上。一個陣列的液體腔室16沿著墨水容納部分10的縱向方向與另一個陣列的液體腔室16交替，并且每個液體腔室16具有沿著該部分10的寬度方向(適當時，下面被稱為第二方向)延伸的細長形狀，所述寬度方向與該部分10的縱向方向(即，第一方向)和空腔板14的中心線垂直。
每個液體腔室16的內端部分16a通過形成穿過間隔板13和兩個集管板11、12的相應厚度的相應小直徑通孔17與噴嘴板43的噴墨噴嘴54中的相應一個連通。每個液體腔室16的外端部分16b通過形成穿過間隔板13的厚度的小直徑通孔18與兩個集管腔室11a、12a；11a、12a中的相應一個連通。如在圖3中的“b”所表示的放大圖中所示一樣，每個液體腔室16的外端部分16b只在空腔板14的下表面中打開。該空腔板14在其縱向端部中的相應一個中具有兩個第一供應孔19a、19a，并且間隔板13在其縱向端部中的相應一個中具有兩個第二供應孔19b、19b，它們分別與兩個第一供應孔19a、19a對準。兩個第一供應孔19a和兩個第二供應孔19b分別與兩個集管腔室11a、12a；11a、12a連通。
因此，從其中一個墨盒61提供的墨水通過第一和第二供應孔19a、19b流進兩個集管腔室11a、12a；11a、12a的每一個中，然后通過通孔18的相應一個從每個集管腔室11a、12a將墨水輸送給每個液體腔室16。最后，如圖4A和4B中所示一樣，通過間隔板13和兩個集管板11、12的相應通孔17從每個液體腔室16將墨水輸送給噴墨噴嘴54的相應一個。
加壓部分20用來改變墨水容納部分10的每個液體腔室16的體積，并且由在向其上施加電壓時工作的壓電促動器提供。該加壓部分20層疊在墨水容納部分10的上表面、即作為墨水容納部分10的最上面層的空腔板14的上表面上，并且具有一矩形形狀，這確保了加壓部分20能夠覆蓋所有液體腔室16的相應上開口。加壓部分20包括由軋制金屬板形成的振動板20a、形成在與液體腔室16相對的振動板20a的一個主表面上的壓電層20b以及多個單獨電極24(后面描述)。
振動板20a由金屬板構件例如厚度為10μm至50μm的軋制不銹鋼金屬板或者由與用來形成墨水容納部分10的金屬板構件相同的金屬中的任一種形成的軋制板材提供。在當前實施方案中，振動板20a由厚度為30μm的軋制不銹鋼板提供。該振動板20a層疊并且一體地結合在空腔板14的上表面上，從而所有液體腔室16的相應上開口由該振動板20a封閉。
可以不使用有機膠粘劑來將振動板20a和空腔板14彼此結合在一起。換句話說，在振動板20a和空腔板14的結合表面上只存在無機物質。
更具體地說，在墨水容納部分10由金屬板構件構成的情況中，通過固相擴散結合使振動板20a與部分10成一體；并且在墨水容納部分10由玻璃板構件構成的情況中，通過陽極結合使振動板20a與部分10成一整體。在固相結合或陽極結合中，基本上不必將墨水容納部分10和振動板20a直接彼此結合在一起。例如，可以使用作為插入件的其熔點低于用來形成墨水容納部分10和振動板20a的熔點的合金或玻璃，并且通過使插入件熔融來使這兩個元件10、20a間接地相互結合。
在當前實施方案中，振動板20a的厚度為10μm至50μm，并且比普通振動板更薄。因此，振動板20a可以用更低的電壓操作即振動，即壓電層20b的變形更小。因此，該加壓部分20可以節(jié)約電能。
壓電層20b形成在振動板20a上，并且提供了用于在振動板20a中產生應力由此使之20a變形的應力產生部件。該壓電層20b基本上由鋯酸鈦酸鉛(下面縮寫為“PZT”)形成，鋯酸鈦酸鉛是鈦酸鉛、鋯酸鉛和鐵介電物質形成的固溶體。壓電層20b的厚度為大約3μm至大約20μm。由于PZT為鐵介電性的，所以它在其上施加有電壓時沿著一個方向極化，并且在停止施加電壓之后，該極化(即，殘余介電極化)保留在該PZT中。當向這樣極化的PZT施加電壓時，PZT變形。在當前實施方案中，PZT如此極化，從而該PZT的極化方向與振動板20a的相對主表面垂直。
壓電層20b相對于振動板20a的厚度(或剛度)的厚度具有最優(yōu)的范圍。振動板20a的厚度越大(即，剛度越高)，則使該加壓部分20變形所需要的應力越大。如果壓電層20b具有更大的厚度，則在該壓電層20b中可以產生出更大的應力，但是，需要更高的電壓來驅動該層20b。
同時，在用于生產壓電促動器的傳統(tǒng)方法例如刮片方法或絲網(wǎng)印刷方法中，在將PZT糊劑形成為PZT生片中，形成了其厚度大于幾十個微米(μm)的壓電層。也就是說，傳統(tǒng)方法不適用于形成厚度為幾個微米(μm)至大約10μm的壓電層。因此，傳統(tǒng)壓電促動器需要高驅動電壓。另外，化學汽相沉積方法或濺射方法被認為是形成厚度大約為1μm的層的方法，但是不適用于當前實施方案。但是，可以產生足夠大應力的壓電層優(yōu)選通過將在下面參照圖5、6和7所述的方法來形成。
在當前實施方案中，壓電層20b通過氣溶膠沉積方法(在下面縮寫為“AD方法”，參見在圖5中的S31)或溶膠凝膠方法(參見S32)形成。
在與振動板20a相對的壓電層20b的上表面上設有多個細長單獨電極24，它們分別與在墨水容納部分10上沿著層20b的層疊方向位于壓電層20b下面的液體腔室16對準。因此，單獨電極24沿著部分10的第一方向(即，縱向方向)以之字形方式布置成兩個陣列，如在圖2中的“a”處所示的放大圖中所示的一樣。每個單獨電極24具有帶狀形狀，并且從壓電層20b的寬度中間部分沿著與第一方向垂直的第二方向延伸出。在當前實施方案中，每個單獨電極24在其平面圖中具有比每個液體腔室16的寬度稍短的寬度。
振動板20a由導電金屬材料形成，并且與單獨電極24合作以夾著與相應液體腔室16對應的壓電層20b的相應帶狀部分。因此，振動板20a提供了為所有液體腔室16所共有的共用電極。
柔性扁平電纜40與加壓部分20的上表面連接。柔性扁平電纜40具有多根導線(未示出)，它們分別相互獨立地與單獨電極24電連接。因此這些單獨電極24通過相應的導線與電源和信號源(兩者都未示出)電連接。
當通過柔性扁平電纜40向所有單獨電極24和振動板20a施加比通常用來操作加壓部分20的電壓更高的電壓時，由單獨電極24和振動板20a夾著的壓電層20b的相應帶狀部分被極化。壓電層20b的這樣被極化的部分提供了多個活性部分，每個活性部分在向其上施加電壓時變形以通過相應一個噴嘴54從相應一個液體腔室16噴射出一滴墨水。
接下來，將參照作為沿著在圖2中的4A(4B)-4A(4B)向剖開的剖視圖的圖4A和4B對如上所述構成的壓電噴墨記錄頭6的噴墨操作進行說明。
圖4A顯示出這樣一種狀態(tài)，其中沒有向單獨電極24和振動板20a施加任何電壓。
空腔板14的每個液體腔室16裝有墨水，并且裝滿每個液體腔室16的墨水通過形成在間隔板13和兩個集管板11、12中的相應通孔17輸送給噴嘴板43的相應噴嘴54的下孔道附近。
同時，由壓電噴墨記錄頭6容納的墨水(即，在從頭6噴射之前的墨水)受到沿著與其從頭6噴射出的方向相反的方向作用在墨水上的負壓。因此，在其中沒有施加電壓的上述狀態(tài)中，沒有墨水從向下打開的噴嘴54中噴射出，因此輸送給噴嘴54的墨水形成一彎液面Z，在圖4A中所示。
由相應單獨電極24和振動板20a夾著的壓電層20b的每個相應活性部分與相應一個液體腔室16對準。在當前實施方案中，每個活性部分沿著與壓電層20b的相對主表面垂直、即與層20b的厚度方向平行的方向(在“P”處所示)極化，并且將該極化從層20b的上表面朝著其下表面或振動板20a引導。用作共用電極的振動板20a接地。
圖4B顯示出這樣一種狀態(tài)，其中向壓電噴墨記錄頭6施加驅動電壓，從而每個單獨電極24為一正電極，并且振動板20a接地。當通過柔性扁平電纜40向任意一個單獨電極24施加驅動電壓時，在相應一個活性部分中沿著與活性部分的極化方向P平行的方向產生出一電場。因此，該活性部分沿著由圖4B中的“X1”、“X2”所示的方向收縮，這些方向與極化方向P垂直。但是由于振動板20a沒有收縮，所以振動板20a和壓電層20b朝著液體腔室16凸形彎曲。
因此，選擇地給液體腔室16加壓，并且腔室16的體積降低。因此，在腔室16中的墨水壓力增加，并且將增加的壓力傳遞給噴嘴54，從而從該噴嘴54中噴射出一滴墨水。當停止施加驅動電壓時，彎曲的振動板20a和壓電層20b回到其初始狀態(tài)，從而腔室16的體積回到其初始數(shù)值。由于在腔室16中的壓力變低，腔室16從供墨部分(即，適當一個墨盒61)吸入一些墨水。因此，記錄頭6回到在圖4A中所示的其初始狀態(tài)。
但是，通常可以將驅動電壓施加在所有單獨電極24上以減小相應液體腔室16的相應體積。在該情況中，當任意一個噴嘴54將從相應一個液體腔室16輸送出的一滴墨水噴射出時，停止向與一個腔室16對應的單獨電極24施加驅動電壓，從而由于加壓部分20的彈性所以增加了一個腔室16的體積，之后再次向單獨電極24施加驅動電壓，從而向在腔室16中的墨水施加壓力以便從一個噴嘴54中噴射出一滴墨水。
接下來，將對生產如上所述構成的壓電噴墨記錄頭6的方法進行說明。
圖5顯示出生產壓電噴墨記錄頭6的方法的步驟，即應用了本實用新型的記錄頭生產步驟。這些記錄頭生產步驟包括墨水容納部分制作步驟(S1)；振動板結合步驟(S2)；PZT層形成步驟(S3)；退火步驟(S4)；電極印刷步驟(S5)；極化步驟(S6)；以及組裝步驟(S7)。
墨水容納部分制作步驟(S1)用來制作或生產墨水容納部分10，并且包括層疊步驟(S11)。該層疊步驟用來層疊多個板構件以生產出墨水容納部分10。兩塊集管板11、12、間隔板13和空腔板14相對于彼此定位，并且按照上述說明的順序彼此疊置在一起，從而集管板11、12和間隔板13的各個通孔17與空腔板14的液體腔室16的相應內端部分16a對準。
在將金屬板構件疊置以生產出墨水容納部分10的情況中，層疊的金屬板構件暫時相互固定在一起以便防止它們相對于彼此偏移，并且隨后轉到振動板結合步驟(S2)中。同時，在將玻璃生板彼此層疊在一起以生產出墨水容納部分10的情況中，這些層疊的玻璃生板在層疊步驟(S11)之后進入烘烤步驟(S12)。
烘烤步驟(S12)用來對層疊的玻璃生板進行烘烤由此使這些板相互結合在一起。在該步驟中，首先層疊的玻璃生板受到真空擠壓以便使得板11、12、13、14相互緊密接觸。隨后，除去這些板11至14的油脂并且進行烘烤，因此制作出墨水容納部分10。使這樣制作出的墨水容納部分10進入振動板結合步驟(S2)。
振動板結合步驟(S2)用于將振動板20a結合在由墨水容納部分制作步驟(S1)制作出的墨水容納部分10上。在該步驟中，在擴散結合步驟(S21)或陽極結合步驟(S22)中進行振動板20a的結合。
對作為墨水容納部分10的層疊金屬板構件進行擴散結合步驟(S21)。在該步驟中，在真空中或在惰性氣體例如氮氣或氬氣中將層疊的金屬板構件加熱至其再結晶溫度(即，從1000℃至1300℃的溫度)或更高的溫度，并且在4.9MPa至19.6MPa的壓力下對它進行擠壓0.5個小時至24個小時。
對作為墨水容納部分10的玻璃體進行陽極結合步驟(S22)。在該步驟中，將在墨水容納部分制作步驟(S1)中制作出的玻璃體加熱至低于玻璃軟化點的溫度，并且向作為陰極的振動板20a和作為陽極的墨水容納部分10施加幾百伏特的直流電壓。
在擴散結合步驟(S21)或陽極結合步驟(S22)中，將振動板20a和墨水容納部分10相互結合在一起。更具體地說，將振動板20a和作為一部分墨水容納部分10的空腔板14相互結合在一起。因此，該空腔板14與第一板構件對應；并且振動板20a與第二板構件對應。但是，空腔板14不可以為與其它板構件無關的板構件，而可以是作為一個或多個其它板構件的組成部分的板構件。
因此，在將墨水容納部分10的板構件相互結合在一起并且將部分10和振動板20a相互結合在一起中沒有使用任何有機膠粘劑。因此，這些板構件和振動板20a的結合表面獲得改善的耐熱性。
PZT層形成步驟(S3)用來在振動板20a的上表面上形成壓電層20b。在該步驟中，使用AD(氣溶膠沉積)方法(S31)或溶膠凝膠方法(S32)來形成厚度為約3μm至約20μm的致密壓電層20b。下面將分別參照圖6和7對AD方法和溶膠凝膠方法進行說明。
首先，將參照圖6對作為其中一個PZT層形成方法的AD方法(S31)進行說明。在該方法中，用氣流朝著目標表面噴射其平均直徑為亞微米(小于1μm)的PZT超細顆粒，并且使之與該目標表面結合在一起。如圖6所示，PZT粉末存儲在罐120中，并且通過從氣罐124經管道123提供的作為傳輸介質的壓縮氣體吹出，并且通過該壓縮氣體經開口125和管道127輸送給層形成腔室130。作為傳輸介質的壓縮氣體例如為氮氣或氦氣。
層形成腔室130用于將PZT粉末噴射到振動板20a上。該層形成腔室130在其天花板部分中具有一噴嘴部件132，它將從罐120通過管道127提供的PZT粉末向下噴射。
在噴嘴部件132正下方的位置處設有一工作臺(未示出)，其上安放著通過在振動板結合步驟(S2)中將墨水容納部分10和振動板20a相互結合在一起而獲得的結合體。該工作臺可以沿著工作臺與噴嘴部件132相對的方向垂直的水平X-Y平面運動。將結合體如此安放在工作臺上，從而使結合體的振動板20a與噴嘴部件132相對。
真空泵133與層形成腔室130連接，以便從中將氣體除去。當噴射PZT粉末時，真空泵133操作以將在層形成腔室130中的壓力降低至預定數(shù)值。
從罐120輸送出的PZT粉末以高速從噴嘴部件132向作為目標的振動板20a噴射。所噴射的PZT粉末的動能在該粉末與振動板20a碰撞時轉換成熱能，并且該熱能使得粉末相互成一體，由此在振動板20a的上表面上形成壓電層20b。安放在工作臺上的結合體沿著X-Y平面運動。因此，將PZT粉末均勻地噴射到振動板20a的上表面上，并且因此形成均勻致密的壓電層20b。沒有被振動板20a覆蓋的墨水容納部分10的暴露部分可以用適當?shù)恼趽醪考谧　?br> 在AD方法(S31)中，由于PZT粉末以高速朝著目標噴射，所以在該目標上施加了強沖擊。但是，在當前生產壓電噴墨記錄頭6的方法中，PZT層形成步驟(S3)緊接著在墨水容納部分制作步驟(S1)和振動板結合步驟(S2)之后。因此，可以不將壓電層20b形成在作為單獨構件的振動板20a上，而是形成在與墨水容納部分10組裝在一起并且具有較高剛度的振動板20a上。因此，雖然振動板20a可能薄至具有10μm至50μm的厚度，但是該振動板20a可以抵抗PZT粉末的強沖擊。
接下來將參照圖7對作為另一個PZT層形成方法的溶膠凝膠方法(S32)進行說明。在該方法中，使可以用來形成壓電層20b的金屬氫氧化物的水合絡合物即使溶膠脫水以獲得凝膠，并且對該凝膠進行加熱以制備出無機氧化物。
在該溶膠凝膠方法(S32)中，如下形成壓電層20b首先將水和乙醇加入到相應的鈦、鋯、鉛和其它金屬組分的醇鹽中，從而制備出前體PZT溶液。該溶液為溶膠組合物。
然后，在前體PZT溶液旋涂步驟(S321)中，通過旋涂向振動板20a涂覆前體PZT溶液。由于已經在振動板結合步驟(S2)中將振動板20a結合在墨水容納部分10中，所以該前體PZT溶液被涂覆到結合在墨水容納部分10的振動板20a的表面上?？梢圆捎眯恳酝獾钠渌椒ɡ缃?、輥涂、棒涂、絲網(wǎng)印刷、噴涂或其它通常使用的涂覆方法來涂覆該溶液。
在干燥步驟(S322)中，在75℃至200℃的溫度下對這樣涂覆的前體PZT溶液干燥5分鐘以便使溶劑氣化?？梢远啻螌⑶绑wPZT溶液涂覆到這樣干燥(或者加熱)的層上，以便加厚該層。
在干燥步驟之后，在烘烤步驟(S323)中烘烤該層。在該步驟中，在足夠高的溫度下加熱該層足夠長的時間，以使該層的溶膠組分成為凝膠并且從該層中除去有機物質。在當前實施方案中，在350℃至450℃的溫度下烘烤該層5分鐘。重復進行前體PZT溶液旋涂步驟(S321)、干燥步驟(S322)和烘烤步驟(S323)不少于預定次數(shù)，例如不少于4次，從而形成具有所要求厚度的前體壓電層。由于因此對該層進行了干燥和除去油脂，所以溶液中的金屬醇鹽形成金屬—氧化物—金屬網(wǎng)絡。
然后在預退火步驟(S324)，將前體壓電層進行預退火，其中通過加熱使前體壓電層再結晶。在該步驟，在氧氣中在700℃下烘烤前體壓電層1分鐘。因此該前體壓電層轉變?yōu)榫哂锈}鈦礦晶體結構的金屬氧化物層即壓電層20b。
在上述溶膠凝膠方法(S32)中，重復進行熱處理。因此在將壓電層20b形成在厚度為10μm至50μm的振動板20a上的情況中，層20b可能會因為層20b和振動板20a的各自熱膨脹系數(shù)相互不同而翹曲。但是，在當前實施方案中，壓電層20b不是形成在與其它構件分開的振動板20a上，而是形成在與墨水容納部分10組裝在一起并且具有較高剛度的振動板20a上。因此，即使振動板20a可以薄至具有10μm至50μm的厚度，但是也防止壓電層20b的翹曲。
如果經過處理的元件翹曲，難以處理該翹曲元件。另外，必須校正該元件的翹曲或變形。這導致記錄頭6的生產效率降低。另外，如果該元件的翹曲程度太高，則該元件不能生產出最終產品。但是，在當前的生產方法中，PZT層形成步驟(S3)緊接著在墨水容納部分制作步驟(S1)和振動板結合步驟(S2)之后，因此可以有效防止PZT層的翹曲和變形。因此，可以以較高的產出率生產出好的產品。
回到圖5，退火步驟(S4)用于使在PZT層形成步驟(S3)中形成的構成壓電層20b的PZT晶體生長。在該步驟中，在高溫下對層20b進行熱處理。根據(jù)形成PZT層的具體方法來選擇退火條件。例如，在用AD方法(S31)形成PZT層的情況中，在600℃至700℃的溫度下對該層加熱一個小時。在用溶膠凝膠方法(S32)使用RTA(快速熱退火)爐形成PZT層的情況中，在600℃至1200℃的溫度下對該層進行加熱0.1分鐘至10分鐘。
在退火步驟(S4)中，沒有采用烘烤傳統(tǒng)生板所采用的一千幾百度(℃)的高溫，因此墨水容納部分10的板構件沒有變形或受損。該部分10的板構件由能夠承受退火處理的材料形成。在該退火步驟中，在形成該層時在壓電層中產生出的應力得到釋放，并且使該層再結晶以給出并且改善其適當?shù)膲弘娞匦?。因此，該壓電層可以得到很好的驅動并且變形較大。
由于在當前實施方案中壓電層20b形成在具有高剛度的振動板20a上，所以即使在退火步驟(S4)中進行了高溫熱處理，該層20b也不容易與振動板20a分開或者在其上變形。
電極印刷步驟(S5)用于在壓電層20b的上表面上形成單獨電極24。通過首先使具有與空腔板14的液體腔室16的圖案相對應的圖案的掩模相對于壓電層20b的上表面定位然后將電極糊劑涂覆到該掩模上，從而印刷出單獨電極24。因此，該糊劑被印刷在液體腔室16正上方的相應位置處。在預定條件下對這樣印刷出的糊劑進行干燥，然后烘烤以生產出包括這些單獨電極24的金屬層。
極化步驟(S6)用于使壓電層20b極化。在該步驟中，柔性扁平電纜40與壓電層20b的上表面連接，從而使在電極印刷步驟(S5)中形成的單獨電極24與柔性扁平電纜40的相應端子電連接。這些單獨電極24每個都用作正電極，而振動板20a用作負共用電極并且接地。在該狀態(tài)中，向壓電層20b施加比噴墨所使用的電壓更高的電壓。因此，使壓電層20b沿著與振動板20a的平面垂直的方向即層20b的厚度方向極化。該極化從層20b的上表面朝著振動板20a引導。因此，與單獨電極24對準的壓電層20b的相應部分轉換成用作壓電體的相應活性部分。
然后在組裝步驟(S7)中，將壓電噴墨記錄頭6裝配進噴墨記錄設備100。
從生產該壓電噴墨記錄頭6的方法的以上說明中可以看出，沒有使用任何有機膠粘劑將墨水容納部分10的板構件11、12、13、14和振動板20a相互結合在一起以獲得該記錄頭6。因此，記錄頭6的結合部分可以獲得改善的耐熱性。因此，雖然對部分10和振動板20a進行了熱處理以形成壓電層20b，但是它們的結合部分可以保持其原始的形狀。另外，由于壓電層20b形成在與墨水容納部分10結合在一起的振動板20a上，所以即使在嚴格的條件下形成層20a的情況下也可以防止振動板20a受損。而且，可以很容易操作其上已經形成有該層20b的振動板20a。
雖然在其優(yōu)選實施方案中對本實用新型進行了說明，但是要理解的是，本實用新型并不限于上述實施方案的細節(jié)，而是可以按照各種方式實施。
例如在上述生產方法中，所使用的板構件11、12、13、14為已經提前經過加工或機加工以具有設計成獲得單個壓電噴墨記錄頭6的相應形狀的板構件。但是，可以用獲得作為布置成矩陣形式的多個板構件中的一個的板構件代替那些板構件11-14中的每一個。在后一情況中，獲得了作為多個壓電噴墨記錄頭的整體。在極化步驟(S6)之后并且在裝配步驟(S7)之前可以對該整體進行切割，從而提供單獨的記錄頭6。
另外，在上述實施方案中，可以在PZT層形成部分(S3)之前對振動板20a進行清潔和/或施加底層的步驟，以便改善壓電層20b和振動板20a的結合程度。
另外，在上述實施方案中，通過擴散結合或陽極結合將振動板20a疊置在除了噴嘴板43之外的層疊的板構件11、12、13、14上，并且在這樣獲得的層疊體的振動板20a的上表面上形成壓電層20b。但是，在上述實施方案的改進形式中，壓電層20b可以形成在不同類型的層疊體例如由空腔板14和振動板20a構成的層疊體或由空腔板14、間隔板13和振動板20a構成的層疊體上。
在上述改進形式中，除了噴嘴板43之外的一個或多個元件可以由具有低熔點的材料例如塑料材料形成，這些元件經過或沒有經過其中形成了壓電層20b的PZT層形成步驟(S3)。另外，由于可以使用一種或多種有機膠粘劑，所以可以降低生產成本和/或生產時間。
另一方面，墨水容納部分10可以整個由一種或多種無機材料形成。也就是說，可以將該振動板20a結合在作為成品的墨水容納部分10上。在后一情況中，可以簡化該生產方法。
在上述實施方案中，通過金屬板構件來形成該振動板20a。但是，該振動板20a可以由硅基底形成。
上述實施方案涉及噴墨記錄頭6。但是，本實用新型也可以應用在各種設備上，每種設備都是通過使壓電元件變形由此向液體施加壓力來輸送液體。
在上述AD方法中，將壓電層20b材料的超細顆粒噴射沉積以形成層20b。因此，作為第二板構件的振動板20a受到嚴格的條件。但是，由于可以有效地防止第二板構件20a受損，所以可以獲得包括薄第二板構件20a和具有適當厚度并且形成在薄第二板構件20a上的壓電層20b。
在所述的溶膠凝膠方法中，通過例如采用旋涂方法涂覆壓電層20b材料的溶液、加熱所涂覆的溶液并且反復進行涂覆溶液和對所涂覆的溶液加熱來形成壓電層20b。因此，包括作為第一板構件的空腔板14和作為第二板構件的振動板20a的層疊體經歷了對層疊體重復加熱的加熱時期。因此，如果壓電層20b形成在例如與空腔板14或其它板構件11、12、13分開的薄振動板20a上的話，則該層20b容易翹曲或受損。但是，在當前方法中，即使振動板20a相當薄，也可以將壓電層20b形成在由空腔板14加強的振動板20a上。因此，可以防止壓電層20b翹曲或受損。因此，可以獲得薄壓電元件，即包括薄振動板20a和具有適當厚度并且形成在該薄振動板20a上的壓電層20b的壓電元件。
在所述方法中，包括金屬板構件11、12、13、14、20a的層疊體可以獲得足夠高的強度并且因此可以承受在其上形成作為壓電元件的壓電層20b。另外，可以通過適用于其材料的結合方法來將金屬板構件11、12、13、14、20a相互結合在一起，并且因此包括集成在一起的板構件的層疊體可以獲得足夠高的結合強度。
在所述方法中，由于作為第一板構件的空腔板14與一個或多個其它金屬板構件11、12、13結合在一起，所以其上形成有壓電層20a的板構件20a、11至14具有比其在作為第二板構件的振動板20a只是層疊在空腔板14上的狀態(tài)中的剛度更高的剛度。因此，其上形成有壓電層20b的振動板20a可以獲得足夠高的強度并且可以承受在其上形成層20b。因此，該方法可以生產出優(yōu)異的液體輸送裝置。另外，由于在層疊步驟中的層疊體包括通過擴散結合相互結合在一起的金屬板構件11、12、13、14，所以層疊體的結合強度在退火步驟中沒有被削弱，并且該層疊體沒有熱變形至成為廢品并且不合格。
在所述實施方案中，由于作為第一板構件的空腔板14與通過對一個或多個玻璃生板進行烘烤得到的一個或多個玻璃板構件11、12、13結合在一起，所以其上形成有壓電層20b的板構件20a、11至14具有比其在振動板20a只是層疊在空腔板14上的狀態(tài)中的剛度更高的剛度。因此，其上形成有壓電層20b的振動板20a可以獲得足夠高的強度并且可以承受在其上形成層20b。因此，該方法可以生產出優(yōu)良的液體輸送裝置。另外，在層疊步驟中生產出的層疊體的結合強度在退火步驟中沒有被削弱，并且該層疊體沒有熱變形至成為廢品并且不合格。
要理解的是，在不脫離在所附權利要求中所限定的本實用新型的精神和范圍的情況下，本實用新型可以采用對于本領域普通技術人員而言顯而易見的各種改變和改進來實施。
權利要求1.一種液體輸送裝置，它包括第一板構件，它具有至少一個容納液體的液體腔室；第二板構件，它疊置在第一板構件上以覆蓋其至少一個液體腔室；以及一壓電元件，它設在與第一板構件的至少一個液體腔室相對的至少一部分第二板構件上，并且該壓電元件變形以向在至少一個液體腔室中的液體施加壓力，由此從至少一個液體腔室中將液體輸送給該液體輸送裝置外面的位置，該裝置的特征在于，通過擴散結合或陽極結合將第一和第二板構件相互結合在一起。
2.如權利要求1所述的液體輸送裝置，還包括至少一個通過壓電元件和第二板構件與至少一個液體腔室相對的單獨電極，其中所述第二板構件包括一共用電極，并且其中至少一個單獨電極和共用電極相互合作以夾著被極化的壓電元件的至少一部分，以形成至少一個相對于至少一個液體腔室變形的活性部分，從而向在至少一個液體腔室中的液體施加壓力。
3.如權利要求1所述的液體輸送裝置，其中所述第一和第二板構件分別包括第一和第二金屬板構件，它們通過擴散結合相互結合在一起。
4.如權利要求3所述的液體輸送裝置，還包括至少一個第三金屬板構件，該第三金屬板構件具有至少一個作為分別與至少一個液體腔室連通的至少一個流動通道的一部分的通道孔，并且該第三金屬板構件層疊在第一板構件上并通過擴散結合與第一金屬板構件結合在一起。
5.如權利要求1所述的液體輸送裝置，其中第一板構件包括第一玻璃板構件，并且第二板構件包括一金屬板構件或一硅基底，并且其中第一玻璃板構件和金屬板構件或者硅基底通過陽極結合相互結合在一起。
6.如權利要求5所述的液體輸送裝置，還包括至少一個第二玻璃板構件，它具有至少一個作為分別與至少一個液體腔室連通的至少一個流動通道的一部分的通道孔，并且該第二玻璃板構件通過烘烤與第一玻璃板構件結合在一起。
7.如權利要求1所述的液體輸送裝置，其中所述第一板構件具有大約為50μm至大約150μm的厚度。
8.如權利要求1所述的液體輸送裝置，其中所述第二板構件具有大約為10μm至大約50μm的厚度。
9.如權利要求1所述的液體輸送裝置，其中所述壓電元件具有大約為3μm至大約20μm的厚度。
10.如權利要求1至9中任一項所述的液體輸送裝置，其中由至少一個液體腔室容納的液體包括有墨水，并且其中該液體輸送裝置包括具有至少一個噴墨噴嘴的噴墨記錄頭，該噴嘴與至少一個液體腔室連通并且將墨滴噴射到噴墨記錄頭外面的位置。
專利摘要提供一種液體輸送裝置，它包括第一板構件，它具有至少一個容納液體的液體腔室；第二板構件，它疊置在第一板構件上以覆蓋其至少一個液體腔室；以及一壓電元件，它設在與第一板構件的至少一個液體腔室相對的至少一部分第二板構件上，并且該壓電元件變形以向在至少一個液體腔室中的液體施加壓力，由此從至少一個液體腔室中將液體輸送給該液體輸送裝置外面的位置，其中，通過擴散結合或陽極結合將第一和第二板構件相互結合在一起。
文檔編號H01L41/22GK2736166SQ20042007399
公開日2005年10月26日 申請日期2004年7月15日 優(yōu)先權日2003年7月15日
發(fā)明者小林和夫 申請人:兄弟工業(yè)株式會社