专利名称：液体喷头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种从液体喷射口喷射液体的液体喷头，以及涉及一 种制造该液体喷头的方法。
背景技术：
为了通过喷射墨滴执行打印的喷墨型记录设备实现高分辨率打 印，有必要增加喷头中形成的喷嘴数目，以及此外以高密度布置喷嘴。 在使用压电元件的喷头中，压力室形成为对应于各个喷嘴。压力室的 数目随喷嘴数目增加而增加。以高密度布置压力室的一种可能方法是 减小压力室的平面面积。但是，仅仅减小压力室的平面面积导致驱动效率的退化。因此，例如，公开号2002-248765的日本未审査专利提出 设计一种平坦形状的压力室，由此在实现压力室的高密度布置的同时， 防止驱动效率的退化。发明内容但是，在上述公开文献中公开的喷头中，如从图1和2中清楚地 看出，电连接到驱动信号源的电衬垫被布置为与压力室的侧壁相对， 即，被布置在与压力室相对的区域外面。因此，在俯视图中，除用于 压力室的区域之外，还需要保证用于电衬垫的区域。这对于以高密度 布置压力室造成了困难。本发明的目的是提供一种有效地允许以高密度布置压力室的液体 喷头，以及提供一种制造该液体喷头的方法。根据本发明的第一方面，提供了一种液体喷头，包括通道部件、 一个或多个隔膜、多个压电层、多个单独电极和多个焊盘。该通道部件包括多个单独的液体通道和一平面，每个液体通道具有液体喷射开 口和对应于该液体喷射开口的压力室，并且在该平面上形成多个开口 以露出每个压力室的内部空间。 一个或多个隔膜被固定到该平面，以 便封闭该开口。多个压电层相对于沿该平面的方向互相隔开，并形成 在该隔膜上，以便与各个压力室相对。在各个压电层上形成多个单独 电极。多个焊盘被电连接到各个单独电极，并且多个焊盘距压电层表 面的高度高于单独电极距压电层表面的高度。在更远离该平面的部分 在每个压力室的侧壁形成突出，由此增加该内部空间沿该平面的长度。 当在垂直于该平面的方向上观看时，每个焊盘的至少一部分重叠于对 应于该焊盘的压力室的突出。在第一方面中，在该焊盘放置于该突出上面。与该焊盘放置于与 压力室相对的区域外面时的情况相比较，这使压力室能够以高密度布 置。根据本发明的第二方面，提供一种制造液体喷头的方法，包括以 下步骤制备包括多个单独的液体通道和一平面的通道部件，每个液 体通道的具有液体喷射开口和对应于该液体喷射开口的压力室，并且 在该平面上形成多个开口以露出每个压力室的内部空间；将一个或多 个隔膜固定到该平面，以便封闭该开口；在该隔膜上放置压电层，以 便与该压力室相对；在该压电层上放置多个单独电极，以便与各个压 力室相对；形成电连接到各个单独电极并且距压电层表面的高度高于 单独电极距压电层表面的高度的多个焊盘；以及将该压电层分为与各 个压力室相对的多个部分，且该多个部分相对于沿该平面的方向互相 隔开。在制备通道部件的步骤中，在每个压力室的侧壁上形成突出， 由此在更远离该平面的部分，增加该内部空间沿该平面的长度，此外 每个开口被安置在多个四边形区域的每一个内，该平面被多个四边形 区域切分为栅格。在形成焊盘的步骤中，每个焊盘整体地容纳在该四 边形区域内，以及当在垂直于该平面的方向上观看时，使每个焊盘的 至少一部分重叠于对应于该焊盘的压力室的突出，。在第二方面，焊盘被整体地容纳在该四边形区域内。因此，在划 分的步骤中，该压电层可以被笔直分开。由此，该压电层可以被切割 机容易地分开。
从以下结合附图的描述，将更完全地显示本发明的其他及更多目 的、特点和优点，其中图1是示出了包括根据本发明实施例的喷墨头的喷墨打印机的一 般结构的示意性侧视图；图2是图1所示的喷墨头的沿其宽度取得的剖面图；图3是图2所示的喷头主体的俯视图；图4是图3中由交替的长短虚线围绕的区域的放大视图； 图5是沿图4的线V-V取得的剖面图； 图6是图5中由交替长短虚线围绕的区域的放大视图； 图7是图6所示的致动器的俯视图；图8示出了一个致动器组内布置的部分致动器和压力室的说明性视图；图9示出了制造喷头主体的方法的流程图；图IO是对应于图6的示出了突出的第一变形的视图；图11是对应于图6的示出了突出的第二变形的视图；图12是对应于图6的示出了突出的第三变形的视图；图13是对应于图7的示出了焊盘位置的第一变形的视图；图14是对应于图7的示出了焊盘位置的第二变形的视图；图15A示出了单独电极的变形的俯视图；以及图15B是沿图15A中的线B-B的剖面图。具体实施方式
在下面，将参考附图描述本发明的特定优选实施例。如图1所示，根据本发明实施例的喷墨打印机101是包括四个喷 墨头1的彩色喷墨打印机。喷墨打印机101分别具有在图1中的左右部分的送纸托盘11和出纸托盘12。在喷墨打印机101中，纸张P通过 纸张运输路径从送纸托盘11传送到出纸托盘12。在夹住该纸张P的同 时，从送纸托盘11馈送纸张P到图1中的右侧的一对输纸辊5a和5b 被直接地设置送纸托盘11的下游。在纸张输送路径的中间设置有带式输送机构13。该带式输送机构 13包括两个皮带辊6和7、辊6和7之间缠绕的环形输送带8以及位 于由输送带8围绕的区域中并位于与喷墨头1相对位置的压纸巻筒15。 压纸巻筒15支撑输送带8，以防止输送带8在与喷墨头1相对的图像 形成区中向下弯曲。在与皮辊7相对的位置布置压辊4。压辊4将通过 输纸辊5a和5b已经从送纸托盘11馈送出的纸张P，挤压到输送带8 的外表面8a上。因为在图1中皮带辊6通过传送电机(未示出)顺时针方向旋转， 输送带8沿箭头X的行进。结果，保持在外表面8a上的同时，通过压 辊4挤压到输送带8的外表面8a上的纸张P朝着出纸托盘12的方向 传送。相对于纸输送路径，剥离板14被直接地设置在皮辊6的下游。剥 离板14将在输送带8的外表面8a上保持的纸张P剥离离开外表面8a 并朝着出纸托盘12的方向送出纸张P。四个喷墨头1相对于纸张输送方向被平行布置，分别喷射品红色 墨水、黄色墨水、青色墨水以及黑色墨水。因此，喷墨打印机101是 线型打印机。每个喷墨头1在其下端具有喷头主体2。喷头主体2具有 在垂直于纸张输送方向的方向上延伸的长方体形状。喷头主体2的下 表面用作与外表面8a相对的墨水喷出表面2a。当由输送带8传送的纸 张P依次正好在四个喷头主体2a通过时，从喷头主体2的墨水喷出表面2a朝向纸张P的表面喷出各种颜色的墨水，以便在纸张P的表面上 形成希望的彩色图像。接下来，将描述喷墨头l。如图2所示，设置在喷墨头1的下端的喷头主体2包括通道单元 9和四个致动器组21 (在图3中用实线和在图4中用交替的一长和两 短虚线图示的区域)。如图3和4所示，在对应于每个致动器组21的 通道单元9的上表面9a的区域中，以矩阵形成多个压力室110。在通 道单元9的下表面，即，喷墨表面2a，对应于每个致动器组21的区域 用作以矩阵布置多个喷嘴108的喷墨区域。每个喷嘴108的远端形成 喷墨开口。多个喷嘴108被布置为对应于各个压力室110。致动器组 21包括为各个压力室110分别设置的多个致动器21a。致动器21a有选 择地施加喷射能量到压力室110中包含的墨水。致动器21a被固定到通 道单元9的上表面，由此每个致动器21a闭合相应压力室110的开口(参 见图5)。再次参考图2， COF (薄膜覆晶封装)50的一端被固定在每个致 动器组21中包括的所有致动器21a的上表面上方。COF 50的每个端子 (未示出)被电连接到每个致动器21a。 COF50是安装有驱动器IC52 的扁平型柔性电路板。COF50的另一端被电连接到控制板54。控制板 54通过驱动器IC 52控制致动器21a的驱动。驱动器IC 52产生用于驱 动致动器21a的驱动信号。提供墨水到通道单元9的贮存器单元71被固定到喷头主体2的上 表面。致动器组21、贮存器单元71、 COF 50和控制板54由侧盖53 和顶盖55覆盖。侧盖53是金属板，并在通道单元9的纵向上延伸。 侧盖53被固定到接近通道单元9的两横向端部的通道单元9的上表面。 顶盖55被固定到两个侧盖53的上端部，以便遍布在两个侧盖53上。贮存器单元71包括互相层叠的四个板91、 92、 93和94。在贮存 器单元71内，形成墨水流入通道(未示出)、墨水贮存器61和十个墨 水流出通道62 (在图2中仅仅示出其中一个)，以便互相连通。来自如 墨水槽的墨水供应源(未示出)的墨水流入墨水流入通道中。墨水贮 存器61在其中临时地贮存墨水。墨水流出通道62经由十个墨水供应 开口 105b与通道单元9连通，墨水供应开口 105b形成在通道单元9 的上表面上(参见图3)。从墨水供应源提供的墨水顺序地通过墨水流 入通道、墨水存贮器61以及墨水流出通道62，然后该墨水通过墨水供 应开口 105b提供到通道单元9。板94的下表面被制得不平坦，以便在 板94和COF 50之间呈现间隙。COF 50在侧盖53和存贮器单元71之间向上延伸，并且其另一端 被连接到安装在控制板54的连接器54a。驱动器IC 52通过粘附到存 贮器单元71侧面的海绵体82偏向于侧盖53，并被固定到侧盖53，插 入有散热片81。接下来，将参考图3， 4， 5， 6， 7和8更详细地描述喷头主体2。 如上所述，喷头主体2包括通道单元9和四个致动器组21(参见图3)。 这里，在图3和4中，致动器组21中包括的致动器21a未被示出，仅 仅示出了致动器组21的区域。虽然因为孔112和喷嘴108分别形成在 通道单元9内和通道单元9的下表面上，所有它们实际应该用虚线图 示，但是在图4中，利用实线图示孔112和喷嘴108。通道单元9具有长方体形状，并且其俯视图大致与存贮器单元71 的板94相同。如图3所示，在通道单元9的上表面9a上设置总共十个 对应于存贮器单元71 (参见图2)的墨水流出通道62的墨水供应开口 105b。在通道单元9内形成与墨水供应开口 105b连通的歧管通道105， 以及从歧管通道105分支的副歧管通道105a。在本实施例中，如图4所示，以规则间隔布置的多个压力室形成在通道单元9的纵向上延伸的多行压力室110，并且在一个致动器组 21中有十六行压力室110。当压力室行更靠近致动器组21的梯形区域 的较长边(下底)时，压力室行中包括的压力室110的数目增加，而 当压力室行更靠近致动器组21的梯形区域的较短边(上底)时，压力 室行中包括的压力室110的数目减小。喷嘴108的情况也如此。在俯视图中，每个压力室IIO具有菱形形状，该菱形形状具有圆 润的拐角。菱形形状的较长对角线平行于通道单元9的横向方向。每 个压力室110的一端对应于与喷嘴108连通的压力室110的一个锐角部 分，并且其另一端对应于通过孔112与副歧管通道105a连通的另一锐角部分。如图5所示，通道单元9包括由如不锈钢的金属制成的九个板， 即，从顶部依次是空腔板122、底板123、孔板124、电源板125、三 个歧管板126， 127， 128、盖板129以及喷嘴板130。在俯视图中，每 个板122至130具有在主扫描方向上延伸的矩形形状。空腔板122是其中形成多个大致平行四边形开口的金属板，该开 口用作压力室110。底板123是其中形成将空腔板122的每个压力室110 连接到孔112的连通孔和将每个压力室IIO连接到喷嘴108的连通孔的 金属板。孔板124是其中形成孔112的金属板，每个孔对应于空腔板 122的每个压力室110。此外，在孔板124中也形成将每个压力室110 连接到喷嘴108的每个连通孔。供电板125是金属板，在其中形成每 个对应于空腔板122的每个压力室110以及每个将孔112连接到副歧管 通道105a的连通孔，以及每个将每个压力室110连接到喷嘴108的连 通孔。歧管板126， 127和128是其中形成连通孔的金属板，除副歧管 通道105a之外，每个连通孔还将空腔板122的每个压力室110连接到 喷嘴10S。盖板129是其中形成连通孔的金属板，每个连通孔将空腔板 122的每个压力室110连接到喷嘴108。喷嘴板130是其中形成孔的金 属板，每个孔对应于空腔板122的每个压力室110并用作喷嘴108。板122至130呈层状放置，由此在通道单元9内形成歧管通道105、 副歧管通道105a和多个单独墨水通道132。每个单独墨水通道132通 过用作节流阀的孔112和压力室110，从副歧管通道105a的出口延伸 到喷嘴108 (参见图5)。为各个压力室110分别地设置单独墨水通道 132。单独墨水通道132从副歧管通道105a向上延伸，然后在孔112 中水平地延展，然后进一步向上延伸，且因此与压力室110连通。在 压力室110中，单独墨水通道132再次水平地延展，然后倾斜地向下 延伸和略微地远离孔112，然后垂直向下延伸到喷嘴108。如图6所示，在空腔板122中形成在剖面图上具有曲线形状的突 出51。突出51被设置在对应于在俯视图中具有菱形形状的压力室110 的每个锐角部分附近的部分。由于突出51，压力室110的内部空间具 有以下形状，其沿通道单元9的上表面9a的长度(即，图6中的沿水 平方向的长度)在上表面9a和略微下部之间的区域内最小，而该长度 在更远离上表面9a的更下部增加。在空腔板122中，突出51指夹在压 力室110的环形曲面51b和侧面51a之间的部分空腔板122。通过在空 腔板122的厚度方向上延伸压力室110的底板123和侧面51a之间的交 叉线，限定环形曲面51b。如图7所示，在俯视图中，突出51被限定 为被环形曲面51b的外缘和内缘51al围绕的区域，内缘51al是侧面 51a和上表面9a之间交叉线。接下来，将描述致动器组21。如图3所示，在主扫描方向中以Z字形图形布置四个致动器组21， 以便远离墨水供应开口 105b，每个致动器组21具有梯形区域。致动器 组21的梯形区域的平行对边在通道单元9的纵向上延伸。每个相邻致 动器组21的梯形区域的斜边相对于副扫描方向互相重叠。如图6所示，致动器组21的每个致动器21a具有四个压电片41，42， 43和44、单独电极35、大约2/rni厚度的公共电极34以及圆形形 状的焊盘37。在最上压电片41的上表面上形成单独电极35。在压电 片41和压电片41下面布置的压电片42之间形成公共电极34，以便遍 布压电板41和42的整个表面。焊盘37被电连接到单独电极35。在压 电片42和43之间以及在压电片43和44之间没有电极。压电片41至44由具有铁电性的锆钛酸铅(PZT)基陶瓷材料制 成。每个压电片41至44具有约15/rni的厚度，以及具有对应于一个压 力室110的区域的平行四边形形状，如图7所示。在俯视图中，整个 压力室110落入相应的压电片41至44。单独电极35和公共电极34由，例如，Ag-Pd基金属材料制成。 如图7所示，单独电极包括主电极部分36和延伸部分38。在俯视图中， 主电极部分36具有类似于但是略微地小于压力室110的大致平行四边 形形状。延伸部分38是在主电极部分36的纵向上从主电极部分36的 一个锐角部分延伸的部分。主电极部分36被放置在与相应压力室110 相对的区域内。延伸部分38从主电极部分36的一端延伸到不与压力 室110相对的区域。主电极部分36和延伸部分38具有大约的厚 度。焊盘37由包括例如玻璃粉的金制成，并且具有大约160/im的直 径。焊盘37被结合到延伸部分38的远端的表面上。因此，焊盘37距 压电片41表面的高度高于主电极部分36和延伸部分38距压电片41 表面的高度(参见图6)。 COF50的端子(未示出)被按压结合到每个 焊盘37。在俯视图中，整个焊盘37重叠于突出51。每个公共电极34和单独电极35，通过在COF 50上设置的导线， 连接到驱动器IC 52 (参见图2)。保持在地电位的信号从驱动器IC 52 提供到公共电极34。根据将被印刷的图像图形，交替地采用地电位和 正电位的驱动信号被从驱动器IC 52提供到单独电极35。这里，将描述致动器21a的驱动模式。压电片41在其厚度方向上 被极化。即，致动器21a具有所谓的单压电晶片(imimorph)结构，其 中距压力室110最远的压电片41是包括有源部分的层，以及靠近压力 室110下面的三个压电片42至44是无源层。当单独电极35被设置为 预定正或负电位，以便在厚度方向上的电场被施加到夹在单独电极35 和公共电极34之间的压电片41的有源部分时，因为横向压电效应， 有源部分在垂直于厚度方向的方向上縮短，即，在其平面方向上。另 一方面，由于压电片42至44未受电场影响，它们不单独变形。因此， 在上压电片41的平面方向中的变形和下压电片42至44的平面方向中 的变形之间发生差异。结果，压电片41至44总体上变形为朝向压力 室110 (即，单压电晶片形变)凸出的凸面形状。这里，压电片41至 44被固定到限定压力室110的空腔板122的上表面。因此，对应于有 源部分的压电片41至44的区域变形为朝向压力室110凸出的凸面形 状。这种形变减小了压力室110的容积，换言之，因此压力喷射能量 被施加到压力室110中包含的墨水。因此，墨滴从喷嘴108喷出。然 后，当单独电极35返回到与公共电极34相同的电位时，压电片41至 44恢复它们的原始形状，并且压力室110恢复其原始容积。因此，墨 水从歧管通道105吸收到压力室110中。在另一种可能的驱动方法中，单独电极35被预先保持不同于公共 电极34电位的电位。基于每个喷射请求，单独电极35被一度设置在 与公共电极34相同的电位，然后，在预定时间，单独电极35被再次 设置为不同于公共电极34电位的电位。在此情况下，在初始状态中， 对应于有源部分的压电片41至44的区域变形为朝向压力室110凸出 的凸面形状。当发出喷射请求时，在单独电极35和公共电极34具有 相同电位时，压电片41至44恢复它们的原始平面形状，因此与初始 状态相比较，压力室110的容积增加。结果，墨水从歧管通道105吸 收到压力室110中。然后，在单独电极35被再次设置为不同于公共电 极34电位的电位时，对应于有源部分的压电片41至44区域变形为朝向压力室110凸出的凸面形状，以减小压力室110的容积，且因此提高 由此喷出的墨水的压力。图8示出了布置在一个致动器组21内的部分致动器21a和压力室 110的说明性视图。平行四边形区域10是通过以网格图形切分通道单 元9的上表面9a获得的虚拟区域。在每个区域10内布置压力室110 和对应于各个压力室110的致动器21a。在俯视图中，致动器21a中包 括的压电片41至44具有大致与由区域IO的外缘限定的形状相同的平 行四边形形状。相邻致动器21a的压电片41至44以一 定距离互相隔开。 在俯视图中，致动器21a以矩阵来布置，以便对应于压力室110。焊盘 37被布置在两个相邻致动器21a的主电极部分36之间的位置。如上所述，在本实施例的喷墨头1中，在突出51上面布置焊盘 37，如图6所示。与在与压力室110相对的区域外面布置焊盘37时相 比较(即，当在图6中的曲面51b的左侧上布置焊盘37时)，这使得 能够以高密度布置压力室110。在压电片41至44遍布在多个压力室110上的情况下， 一旦施加 电压，与单独电极35相对的压电片41至44的区域以及焊盘37变形， 导致相邻压力室110之间的串扰。但是，在本实施例中，由于与一个 压力室110相对的压电片41至44和与另一压力室110相对的压电片 41至44隔开，因此几乎不发生串扰。因此，即使当与相邻压力室IIO 连通的喷嘴108同时喷出墨水时，希望数量的墨水以希望的墨水喷射 速度从每个喷嘴108喷出。因此，打印质量被提高。此外，在俯视图中，焊盘37重叠于突出51。由此，在将COF50 的端子结合到焊盘37中，在将压电片41至44固定到通道单元9中， 等，施加到焊盘37的压力被传递到突出51，使压电片41至44很难被 损坏。如果，例如，为了可以以高密度布置压力室110，在更靠近主电 极部分36并且不重叠于突出51的位置布置焊盘压力室110之间仅仅存在四个压电片41至44。在此情况下，在将压电 片41至44固定到通道单元9中等，为了防止由将COF 50的端子结合 到焊盘37中施加的压力导致的损坏，因为由陶瓷材料制成的压电片41 至44是易碎的，必须施加减小的压力。结果，焊盘37和COF50的端 子之间，或压电片41至44和通道单元9之间的结合强度不够高。但 是，在本实施例中，在焊盘37和压力室110之间不仅存在压电片41 至44，而且存在突出51。因此，通过突出51的厚度，刚性增加，和 压电片41至44变得不可损坏。结果，在足够的压力下，焊盘37和COF 50的端子或压电片41至44以及通道单元9可以被牢固地互相结合。如果，例如，部分焊盘37不重叠于突出51，而是重叠于压力室 110，那么在将COF50的端子结合到焊盘37中，在将压电片41至44 固定到通道单元9中，等等，与不具有突出51的压力室110的区域相 对的部分压电片41至44很可能被损坏。但是，在本实施例中，但是 在俯视图中，焊盘37没有不重叠于突出51而重叠于压力室110的部 分，如图7所示。因此，压电片41至44更难被损坏，它们可以以足 够的压力被稳固地互相结合。此外，由于焊盘37不重叠于超出突出51 的压力室110，压电片41至44的变形几乎不被阻碍。此外，在本实施例中，在俯视图中，整个焊盘37重叠于突出51。 与部分焊盘37位于突出51之外时(在图6中的曲面51b的左侧)相 比较，这使得压力室110能够以更高的密度布置。此外，在俯视图中，整个压力室110落入压电片41至44内，并 且在设置焊盘37的一个顶点，压力室110具有平行四边形形状。这允 许压力室110被有效地布置在通道单元9的上表面，以便以更高的密 度布置压力室110。突出51形成在压力室110的每个墨水入口和墨水出口，艮卩，分别 与孔112和喷嘴108的连通孔连通的压力室110的每个锐角部分。结果，墨水可以流畅地流入和流出压力室110，因此气泡难于停留在压力室110内。即使产生气泡，它们被容易地排出压力室110。压力室110内 存在的气泡可能导致从每个喷嘴108喷出的墨水变化，这会降低打印 质量。在上述结构中，这种问题可以被减轻。对应于突出51的压力室110的侧面51a具有如图6所示的曲线形 状。结果，墨水可以流畅地流入和流出压力室110，因此气泡更难于停 留在压力室110内。即使产生气泡，它们被更容易地排出压力室110。接下来，将参考图9描述本实施例的制造喷墨头1的方法。图9 示出了制造喷墨头1中包括的磁头主体2的方法的流程图。首先，分别地制备通道单元9和梯形部件，该梯形部件是致动器 组21的前体。为了制备通道单元9，首先，由如不锈钢的金属制成的九个板的 每一个利用构图光刻胶的掩模来蚀刻，以便在其中形成孔。因此，板 122至130被制备(Sl)。此时，刻蚀用作空腔板122的板，由此在多 个平行四边形区域10的每一个区域内形成作为压力室110的开口，多 个平行四边形区域IO被假定在该板的表面(参见图8)。更具体地说， 通过利用两个掩模，在一个表面上执行刻蚀两次，形成压力室110的 侧面51a， g卩，具有相对较小孔的掩模(抗蚀剂膜)，对应于图7所示 的内缘51al，以及具有相对较大孔的掩模(抗蚀剂膜)，对应于曲面51b 的外缘。通过执行刻蚀，由此在侧面51a可以容易地形成具有上述形状 的突出51。然后，通过插入环氧热固性粘合剂，以层状放置板122至130， 同时其被互相定位，以便形成图5所示的单独墨水通道132。然后，在 压力下加热它们直到等于或高于热固性粘合剂的固化温度的温度。结 果，热固性粘合剂被固化，以将板122至130互相固定。因此，可以获得通道单元9。为了制备梯形部件，该梯形部件是致动器组21的前体，首先，制 备由压电陶瓷制成的四个生片(green sheet)。考虑到将由预先烧结引 起的估计收縮量，制备该生片。在两个生片上，在单独电极35和公共 电极34的图形上丝网印刷导电膏。然后，放置两个未印刷的生片，同 时使用夹具互相定位生片。在其上放置印刷有公共电极34的图形的生 片，印刷侧向上。此外，在其上放置印刷有单独电极35的图形的生片， 印刷侧向上(S3)。因此类似于已知的制陶瓷工艺，S3中获得的层状结构被去污，并 在预定温度下烧结(S4)。因此，四个生片转变为压电片41至44，以 及导电膏转变为单独电极35和公共电极34。然后，在每个单独电极 35的延伸部分38上印刷包括玻璃粉的金，以形成多个焊盘37 (S5)。 结果，获得具有在其最上表面上形成的多个单独电极35和焊盘37和 在其内部形成的公共电极34的板部件。然后，沿梯形形状切割该板部 件，该梯形形状对应于致动器组21的区域(S6)。以此方式，获得四 个梯形部件，该梯形部件是致动器组21的前体。然后，在图3所示的致动器组21的区域，在插入有热固性粘合剂 的通道单元9的上表面9a上分别布置四个梯形部件(S7)。此时，该 梯形部件被互相定位，由此单独电极35与各个压力室IIO相对，每个 焊盘37被全部容纳在平行四边形区域10内，并且焊盘37重叠于突出 51。然后，在梯形部件上放置诸如陶瓷加热器的加热和加压器件，以 便被焊盘37支撑，以施加压力到通道单元9和梯形部件的层状结构， 同时加热直到温度等于或高于热固性粘合剂(S8)的固化温度。在S9 中，该层状结构被自冷却，然后，使用切割机，将该梯形部件切分为 图8所示的多个平行四边形区域10 (SIO)。因此，该梯形部件被分为致动器组21中包括的多个致动器21a。因此形成相对于平面方向互相 隔开的致动器21a，每个致动器21a与压力室110相对并且封闭压力室 110的开口。通过上述步骤，完成喷头主体2。此后，在焊盘37上涂敷热固性 导电粘合剂。COF50上形成的端子和焊盘37被放置为互相重叠，以及 在COF 50被加热并朝向喷头主体2按压的这些状态中，由此将它们互 相结合。此外，存贮器单元71被固定到通道单元9的上表面9a，因此 完成喷墨头1。如至此描述，在本实施例的制造喷墨头的方法中，由于焊盘37被 全部容纳在平行四边形区域10内，如图8所示。因此，在S10中，梯 形部件可以被笔直地分开为栅格。例如，如果焊盘37被布置跨过相邻 的平行四边形区域10，那么不可能将梯形部件笔直的分为栅格，并且 S10中执行的工序变得困难。但是，在本实施例中，梯形部件可以被切 割机容易地分开。由于制备通道单元9的步骤和制备梯形部件的步骤被互相独立地 执行，其中梯形部件是致动器组21的前体，他们中的任何一个步骤可 以在另一个步骤之前，或者它们可以同时执行。作为制造方法的变形，可能的是，在该梯形部件被固定在通道单 元9上之后，在压电片41上形成单独电极35和/或焊盘37。也可以是 在通道单元9上顺序地放置压电片41至44并烧结。在固定梯形部件 到通道单元9上之前可以先分开该梯形部件，并且将通过该划分获得 的致动器21a分别固定到通道单元9上。接下来，将参考图10， 11和12描述突出的变形。没有特殊说明 时，如上所述的相同部件将由相同的附图标记表示。在图10所示的变形中，在通道单元9的上表面9a略微下面的位置，最大突出151的突出量最大，以及在更远离上表面9a向下的位置该量减小。具有突出151的压力室110可以通过刻蚀空腔板122的下表面形成，以便形成在与副歧管通道105a连通的连通孔上和与喷嘴108连通的连通孔上延伸的孔151a，此外刻蚀空腔板122的上表面，以便 形成具有形状类似于孔151a但是小于孔151a的孔151b。通过如此刻蚀空腔板122的两侧，可以在空腔板122中的精确位置形成压力室110。 因此，可以制造具有精确定位的压力室110的喷墨头。这是因为可以同时从空腔板122的两侧控制形成构成压力室110的两个孔151a和 151b的位置。除了空腔板122包括两个片22a和22b之外，图11所示的变形与图10所示的变形相同。在片材22a和22b上分别形成孔151a和孔151b。 通过使片材22a和22b互相粘附形成空腔板122，由此孔151a和151b 互相连通，以形成一个孔。如此，空腔板122包括两个片材22a和22b。 在决定压力室IIO的侧壁形状中，这提供高自由度。因此，压力室IIO 的侧壁可以容易地形成为不同于图11所示形状的形状。在图12所示的变形中，空腔板222包括三个片材222a， 222b和 222c。分别具有孔251a, 251b和251c的片材222a至222c呈层状放置， 以便使孔251a至251c互相重叠。孔251a至251c具有互相类似的大致 平行四边形形状。孔251a小于孔251b并且大于孔251c。从片材222b 凸出的最上的部分片材22a用作突出251。尽管片材222c也在与片材222a相同的方向上凸出，但是因为在片材222a和片材222c之间有间隙，施加到焊盘37的压力被传递到片材222a的凸出部分。因此，片材222c不会有助于增加用于结合到COF 50的端子的压力或用于结合压 电片41至44到通道单元9的压力。如类似于图12所示的变形，空腔板可以包括三个片材，在三个片材当中最上片材具有最大的孔，而较 低的片材具有相同尺寸的孔，或最底下的两个片材之一具有大于它们的另一个的孔。在任何情况下，朝向压力室内部凸出的部分接收在层叠和固定致动器COF中施加的压力，以防止压力引起损坏致动器。接下来，将参考图13和14描述焊盘37的位置的变形。没有特殊 说明时，如上所述的相同部件将由相同的附图标记表示。在图13和14所示的变形中，焊盘37部分地、而不全部重叠于突 出51。与图7所示的实施例中相比，图13所示的焊盘37被布置更远 离压力室IIO。与图7所示的实施例中相比，图14所示的焊盘37被布 置更靠近压力室110。图13所示的延伸部分38长于图7所示的延伸部 分38，以及图14所示的延伸部分38短于图7所示的延伸部分38。如 此，在俯视图中至少部分焊盘37重叠于突出51就足够了。在图14所 示的结构中，在压力室110的开口上设置部分焊盘37。为了防止致动 器在层叠和固定致动器和COF中被损坏，优选地，至少焊盘37的中心 处于重叠于突出51的位置。接下来，将参考图15A和15B描述单独电极的变形。没有特殊说 明时，如上所述的相同部件将由相同的附图标记表示。在图15A和15B所示的变形中，单独电极135具有主电极部分136 和延伸部分138。主电极部分136具有在压力室110的纵向上延伸的U 形形状。延伸部分138从对应于压力室110的一个锐角部分的主电极 部分136的部分伸出。主电极部分136被布置为避开压力室110的中 心。在延伸部分138的远端表面上形成焊盘137。如上述实施例，在俯 视图中，焊盘137整体地重叠于突出51。当驱动电压被提供给单独电极135时，在极化方向上，即，在厚 度方向上，夹在主电极部分136和公共电极34之间的压电片41的有 源部分，即，图15B所示的区域Al的部分，被施加有电场。因为横向 压电效应，这使得压电片41的有源部分在垂直于偏振方向的方向上縮 短，即，在平面方向中縮短。另一方面，由于对应于区域Al的部分压电片42至44没有自身变形。因此，上压电片41的平面方向中的变形 和下压电片42至44的平面方向中的变形之间发生差异。结果，对应 于区域Al的部分压电片41至44整体地变形为朝向压力室110凸出的 凸面形状。这里，对应于区域A3的部分压电片41至44被固定到空腔 板122的上表面上。因此，对应于区域Al的部分压电片41至44变形， 以致反向于压力室IIO弯曲。由此，对应于没有自身变形的区域A2的 部分压电片41至44也变形，以致反向于压力室弯曲。结果，如图15B 所示，与压力室110相对的部分压电片41至44朝向与压力室IIO侧面 相对的侧面突出地变形。这增加压力室110的容积，以在压力室110 内产生负压力波。在压力波传播以沿压力室110的长度单程传播并转 变为正向压力波时，通过停止向单独电极135提供电压，压电片41至 44恢复它们的原始扁平状态，并且压力室110的容积减小。此时，当 压力室110的容积增加时产生的压力波，以及压电片41至44被恢复 它们的原始状态时产生的压力波被合成，由此高压被施加到压力室110 中包含的墨水以从喷嘴108喷射墨滴。在图15A和15B所示的变形中，压力室IIO的容积可以被有效地 改变，并且可以通过较低的驱动电压来驱动致动器21a。突出的形状不局限于上述形状，只要内部空间具有其沿通道单元 9的上表面9a的长度在更远离上表面9a的部分增加的这种形状。突出 可以被仅仅设置在压力室110的墨水入口和墨水出口之一，或者可替 换地可以被设置在不同于入口和出口的部分。在上述实施例中，公共电极34和压电片42至44用作隔膜，但是 可以采用其他各种隔膜。例如，可以用由导电材料制成的平板代替压 电片43和44。在此情况下，因为压电片42是绝缘材料，公共电极34 和平板没有被电连接。可替换地，也可以省略公共电极34和压电片42 和43，并且同时用由导电材料制成的平板来代替压电片44，该导电材 料作为公共电极被用作隔膜。在此情况下，该平板可以被布置在多个压力室110上方。也可以省略压电片43和44并且使压电板42延展遍 布在多个压力室110上。此时，可以为每个压力室110分别地形成公共 电极34,或可以形成在多个压力室IIO上方。压电片和致动器21a中包括的电极的材料不局限于上述材料。其 他已知的材料可以被使用。作为无源层，可以使用除压电片以外的绝 缘片。包括有源部分的层数目、无源层的数目等可以适当地改变。单 独电极和公共电极的数目可以根据压电片的数目适当地改变。在上述 实施例中，公共电极34被保持在地电位。但是，这不是限制，而只要 公共电极34的电位与压力室IIO相同。尽管在上述实施例中，无源层 被布置为比包括有源部分的层更靠近压力室110，但是包括有源部分的 层可以被布置为比无源层更靠近压力室110，或可替换地可以不设置无 源层。但是，通过在比包括有源部分的层更靠近压力室110的侧面设 置无源层，如上述实施例，可以预期的是致动器21a高效地变形。在上述实施例中，包括多个致动器21a的致动器组21以Z字形图 形布置。但是，致动器组21可以以单行布置，或以具有三行或更多行 的Z字形图形布置。致动器组21的区域不必需具有梯形形状。此外， 不必需致动器21a形成组。压力室110和对应于各个压力室110的单独电极35不必需以矩阵 布置，而是可以以单行布置。在俯视图中压力室110和单独电极35不必需具有平行四边形形 状。各种形状是可接受的。容纳压力室110的区域IO可以不必需具有 平行四边形形状，而是可以具有各种形状。根据本发明的喷墨头不局限于行式打印机，并且可以被应用于具 有往复喷头的串行打印机。此外，根据本发明的喷墨头的应用不局限 于打印机，它也可应用于喷墨型传真或复印机等等。尽管结合上面概述的具体实施例描述了本发明，但是本领域的技 术人员应当明白，许多替换、变形和变化是显而易见的。由此，如上 面阐述的本发明的优选实施例说明性的，而不是限制。在不脱离权利 要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可以进行各种改变。
权利要求
1.一种液体喷头，包括通道部件，包括多个单独的液体通道和一平面，每个所述液体通道具有液体喷射开口和对应于所述液体喷射开口的压力室，并且在所述平面上形成有多个开口，以露出每个压力室的内部空间；一个或多个隔膜，被固定到所述平面以便封闭所述开口；多个压电层，相对于沿所述平面的方向互相隔开，并且形成在所述隔膜上，以便与各个压力室相对；多个单独电极，形成在各个压电层上；以及多个焊盘，被电连接到各个单独电极并且所述多个焊盘距所述压电层的表面的高度高于所述单独电极距所述压电层的表面的高度，其中在更远离所述平面的部分在每个压力室的侧壁形成突出，由此增加所述内部空间沿所述平面的长度；以及当在垂直于所述平面的方向上观看时，每个焊盘的至少一部分重叠于对应于所述焊盘的压力室的所述突出。
2. 根据权利要求1的液体喷头，其中当在垂直于所述平面的方向 观看时，所述焊盘没有不重叠于所述突出而重叠于所述压力室的部分。
3. 根据权利要求2的液体喷头，其中当在垂直于所述平面的方向 观看时，所述焊盘整体地重叠于所述突出。
4. 根据权利要求1至3的任意一项的液体喷头，其中当在垂直于 所述平面的方向观看时，所述压力室整体地被容纳在与其对应的压电 层内。
5. 根据权利要求1至4的任意一项的液体喷头，其中当在垂直于 所述平面的方向观看时，在设置对应于所述压力室的所述焊盘的一个顶点处，所述压力室具有四边形形状。
6. 根据权利要求1至5的任意一项的液体喷头，其中在所述压力 室的液体入口和液体出口的至少一个上形成所述突出。
7. 根据权利要求6的液体喷头，其中在所述压力室的所述液体入 口和所述液体出口处都设置所述突出。
8. 根据权利要求6或7的液体喷头，其中对应于所述突出的所述 压力室的所述侧壁具有曲线形状。
9. 一种制造液体喷头的方法，包括以下步骤 制备包括多个单独的液体通道和一平面的通道部件，每个所述液体通道具有液体喷射开口和对应于所述液体喷射开口的压力室，并且在所述平面上形成有多个开口，以露出每个压力室的内部空间； 将一个或多个隔膜固定到所述平面，以便封闭所述开口； 在所述隔膜上放置压电层，以便与所述压力室相对； 在所述压电层上放置多个单独电极，以便与各个压力室相对； 形成电连接到各个单独电极的多个焊盘，并且所述焊盘距所述压电层的表面的高度高于所述单独电极距所述压电层的表面的高度；以及将所述压电层分为与各个压力室相对的，并且相对于沿所述平面 的方向互相隔开的多个部分， 其中在制备所述通道部件的步骤中，在更远离所述平面的部分，在每 个压力室的侧壁上形成突出，由此增加所述内部空间沿所述平面的长 度，此外每个开口被安置在多个四边形区域的每一个内，所述多个四 边形区域将所述平面切分为栅格；以及在形成焊盘的步骤中，每个焊盘整体地容纳在所述四边形区域内， 以及当在垂直于所述平面的方向上观看时，每个焊盘的至少一部分重 叠于对应于所述焊盘的压力室的所述突出。
全文摘要
一种液体喷头包括其中形成单独的液体通道的通道部件、固定到该通道部件的平面的隔膜、形成在该隔膜上的压电层、形成在各个压电层上的单独电极、电连接到各个单独电极的焊盘。该焊盘距压电层的表面的高度高于该单独电极距压电层的表面的高度。每个单独的液体通道具有液体喷射开口和压力室，其中在该平面上露出该压力室的内部空间。在更远离该平面的部分，在每个压力室的侧壁形成突出，由此增加该压力室的内部空间沿该平面的长度。当在垂直于该平面的方向观看时，焊盘的至少一部分重叠于该突出。
文档编号B41J2/16GK101274521SQ200810090738
公开日2008年10月1日 申请日期2008年3月31日 优先权日2007年3月29日
发明者渡边英年 申请人:兄弟工业株式会社