专利名称：喷墨头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷墨头，特别是涉及一种具有用于喷墨的压电致动器的的喷墨头。
背景技术：
这种喷墨头的例子公开在美国专利No.6,419,348中，其内容通过参考被结合于此。公开在上述美国专利中的喷墨头具有腔板，该腔板具有多个墨室和层压的压电致动器。压电致动器结合在该腔板以便覆盖墨室的开口。压电致动器由多个压电陶瓷层构成，每个压电陶瓷层由锆钛酸铅(PZT)制成。在压电陶瓷的每层上，内部电极分散地形成。而且，设置一公共电极以便覆盖该压电致动器的顶面。
当驱动信号传送给该内部电极时，该压电陶瓷层相应于该驱动信号而变形，以在该墨室内引起压力变化。基于这种压力变化，墨从喷墨头的喷嘴喷出，喷嘴与墨室流体地连通。
一般来说，用于喷墨头的压电致动器这样制造首先层压压电层的多个未烧结的片，该未烧结的片具有设置于其之间的内部电极，在已获得的未烧结的片的层压制件的顶面设置该公共电极，然后烧结该未烧结的片。然而，在烧结过程中由于压电层的未烧结片和形成电极的金属之间收缩的比例不同，该压电致动器产生波浪形的翘曲或变形。压电致动器的这种翘曲或变形可能在腔板和连接于其上的压电致动器之间形成间隙，并且这种间隙反过来又可能导致墨从该墨室中渗漏。
因此，需要一种具有压电致动器的喷墨头，该压电致动器在其烧结过程中不翘曲或变形。
发明内容
本发明提供的喷墨头在满足上述要求方面是有利的。
根据本发明的一方面的一种喷墨头包括，一个主体，该主体具有多个以固定间隔形成的墨压力室，并且一个压电片叠加在该主体上。该压电片是多个压电层和多个公共电极的层压制件。该压电片具有多个驱动电极，该驱动电极形成在其顶面对应于各自的一个压力室的位置上。该压电层和公共电极设置成使得在其层压方向上压电片的上半部和下半部基本上相互镜面对称。
在如上述设置的压电片中，由于压电层和公共电极之间收缩的比例不同所产生的力相互抵消，因此压电片在其烧结过程中不产生翘曲或变形成为波浪形，因而压电片叠加在喷墨头主体上能够在密封条件下封闭墨压力室的开口。
在特定情况下，压电片是多个压电片子单元的层压制件，每个包括一对压电层和一个设置在其之间的公共电极。
在其他情况下，该压电片包括偶数个压电层和奇数个公共电极，并且该压电层和公共电极相互交替地层压在一起。
仍然在其他情况下，该压电片包括一对设置在压电层之间的公共电极，使得从压电片中心到该对公共电极的各自一个电极的距离在层压方向大体上相同。
可选择地，每个公共电极可以大体上延伸在将公共电极夹在中间的压电层之间所限定的整个区域。如上构造的的公共电极在其整个区域增加压电片的韧性，并且因而有效地防止压电片受到损坏或破裂。
可选择地，每个公共电极可以具有暴露在压电片侧面的暴露部分。该暴露部分使公共电极能够从那里接地。一个导电图形可以形成在压电片的侧面，该导电图形与每个公共电极在暴露部分电连接。
该压电片还可以具有形成在其顶面周边区域的表面电极。导电图形可以延伸到将要与其电连接的该表面电极。
在一些特定情况下，压电片基本上为梯形，并且每个公共电极的暴露部分暴露在压电片的斜边上。
根据本发明的另一方面，用于喷墨头的压电致动器设置成包括一个多层片，该多层片包括多个压电层和多个公共电极以及形成在该多层片外表面的多个驱动电极。压电层和公共电极设置成使该多层片的上半部和下半部在其层压方向大体上成镜面对称。
参照附图描述本发明，其中图1是根据本发明实施例的喷墨头的分解透视图；图2示出图1所示的喷墨头的主体和压电片的部分透视图；图3示出图2所示的压电片的部分俯视图；图4示出图3所示的形成在压电片上的驱动电极的俯视图；图5示出图1所示的喷墨头的部分截面图；图6示出图1所示的喷墨头的另一个部分截面图；图7示意地示出图1所示的喷墨头的墨压力室、驱动电极和柔性印刷板之间的位置关系；图8示出压电片的部分透视图；以及图9示出改进的压电片的部分截面图。
具体实施例方式
下面，将参考附图描述根据本发明实施例的喷墨头1。
图1是根据本发明实施例的喷墨头的分解透视图，该喷墨头1包括主体2、四个板式的梯形压电片20以及四个柔性印刷板(FPC板)3。
主体2是多个大体上为矩形的薄金属板的层压制件。压电片20以交错结构成两排的形式连接在主体2的顶面上。
每个FPC板3具有一伸出部分3A，该伸出部分具有类似于压电片20的大体上为梯形的形状，其上形成有多个电极图形，这将在下面描述。每个FPC板3与相应的压电片20通过将伸出部分3A连接在其上而电连接。
每个大体上为梯形的压电片20具有短上边、平行于上边的长下边和两个斜边。压电片20这样设置在主体上，使得其上下边基本上平行于主体2的纵向并使得相邻的压电片的斜边在主体2的宽度方向相互重叠。
图2示出了主体2和将要连接于其上的压电片20的部分透视图。图3示出图2所示的压电片20的部分俯视图。主体2具有多个墨压力室19A，形成在压电片与其层压的面上。墨压力室19A设置成矩阵或多排，其密度相应于喷墨头1所要求的打印分辨率。每个墨压力室19A做成大体上具有一对锐角角落的菱形。墨压力室19A设置成使一排的每个墨压力室19A的锐角角落插入属于下一排的其他墨压力室之间。以这种方式，墨压力室可以高密度设置。
每个压电片20具有多个形成在其顶面上对应于各自一个墨压力室的位置处的驱动电极20A。
图4示出一个驱动电极20A的俯视图。该驱动电极的形状基本上为菱形，该菱形类似于但稍小于墨压力室19A的突出的形状(从上面看到的墨压力室19A的形状)。具有箭头形的焊盘图形20B从驱动电极20A的锐角角落伸出。而驱动电极20A 成在相应的墨压力室19A正上方的区域内，焊盘图形20B形成在该区域外面。应当注意，焊盘图形20B从驱动电极20A的锐角角落伸出，该锐角角落对应于墨压力室19A的锐角角落(设置在其上方)，墨通过该锐角角落供给到墨压力室19A内。
图5示出了的喷墨头1的部分截面图。喷墨头1的主体2具有九层结构，该九层结构是通过层压具有大体矩形的九个金属片而得到。该九个金属片从图5所示的主体2的底部起是喷嘴板11、盖板12、第一集流板13、第二集流板14和第三集流板15、供给板16、孔板17、间隔板18和基板19。
返回来参考图1，主体2具有多对供墨通道19B，形成在每个压电片20的上侧的前部(注意，其中两对在图1中未示出)。每个供墨通道19B包括分别形成在供给板16、孔板17、间隔板18和基板19上的多个开口。主体2还具有附加的两个供墨通道19B，形成在纵向靠近其各自的端部，更具体地说，分别靠近最左和最右压电片下侧的一端。
参考图5，供墨通道19B使来自外部墨盒的墨能供给到墨集流通道30内，这将在下面描述。参考图1，应当注意，没有示出的具有多个微小通孔的过滤器对每个供墨通道19B设置在基板19的下侧(基板面向间隔板18的那侧)，以防止墨以外的物质进入。
返回来参考图5，喷嘴板11具有多个微小直径的喷嘴11A，墨通过喷嘴喷出。
盖板12具有多个通孔12A，形成在对应于各自的一个喷嘴11A的位置。每个通孔12A与对应的喷嘴11A流体连通并用作墨通道。而且盖板12构成由第一集流板13、第二集流板14和第三集流板15形成的墨集流通道30的下表面，这将在下面描述。
第一集流板13具有多个通孔13A，形成在对应于盖板12的各自的一个通孔12A的位置，以便与其流体连通并用作墨通道。第一集流板13还具有沿第一集流板13纵向或墨压力室19A排的方向延伸的多个细长开口13B。注意，细长开口13B构成每个墨集流通道30的一部分。
第二集流板14具有多个通孔14A，形成在对应于第一集流板13的各自的一个通孔13A的位置，以便与其流体连通并用作墨通道。第二集流板14还具有沿第二集流板14纵向或墨压力室19A排的方向延伸的多个细长开口14B。注意，细长开口14B构成每个墨集流通道30的一部分。
第三集流板15具有多个通孔15A，形成在对应于第二集流板14的各自的一个通孔14A的位置，以便与其流体连通并用作墨通道。第三集流板15还具有沿第三集流板15纵向或墨压力室19A排的方向延伸的多个细长开口15B。注意，细长开口15B构成每个集流通道30的一部分。
供给板16具有多个通孔16A，形成在对应于第三集流板15的各自的一个通孔15A的位置，以便与其流体连通并用作墨通道。供给板16还具有多个通孔16B。每个通孔16B与一个墨集流通道30流体连通以便用作墨通道。如图5所示，通孔16B形成在对应的细长开口15B侧边(在图5中为右侧边)附近。还有，如图4所示，每个通孔16B形成在相应的墨压力室19A对角线的延长部分，在与通孔16A相对的一侧靠近墨压力室19A的锐角角落的位置(见图5)。
如图5所示，每个墨集流通道30由盖板12的上表面、细长开口13B、14B和15B以及供给板16的下表面构成。每个墨集流通道30在主体的纵向是长的并用作共用墨室，用于将墨供给到墨压力室19A中。
孔板17具有多个微小直径的通孔17A，与相应的供给板16的一个通孔16A流体连通以便用作墨通道。孔板17还具有多个通孔17B，每个形成在其墨供给侧在墨压力室19A的锐角角落下面。多个细长槽17C形成在在孔板面向供给板16的一侧在相应的一个通孔17B的附近。每个槽17C从对应的通孔17B的下端延伸到面向供给板16的对应的通孔16B的位置。槽17C形成使其深度大体上是孔板17的厚度的一半。
间隔板18具有多个与各自的一个通孔17A流体连通的通孔18A，和多个与各自的一个通孔17B流体连通的通孔18B。
基板19具有多个大体上为菱形的开口，其用作墨压力室19A。墨压力室19A设置成使每个墨压力室在各自的锐角角落与相应的间隔板18的通孔18A和18B流体连通。注意，墨压力室19A的上侧被叠放在基板19上的压电片20所封闭。
接着，将描述压电片20的结构和用于电连接压电片20和FPC板3从电源电路(未示出)延伸的结构。
图6示出了喷墨头1的部分截面图，图7示意地示出了墨压力室19A、驱动电极20A和FPC板3之间的位置关系。
每个压电片20是包括四个压电层，即第一压电层21、第二压电层22、第三压电层23和第四压电层24的层压制件。
驱动电极20A和焊盘图形20B形成在第一压电层21的顶面。如前所述，驱动电极20A形成在对应于墨压力室19A的位置。每个驱动电极20A具有基本上是菱形的形状，其类似于但稍小于对应的墨压力室19A突出的形状。具有箭头形状的焊盘图形20B从对应的驱动电极20A的一个锐角角落延伸到对应的墨压力室19A的正上方形成的区域外面的位置。
公共电极22A形成在第二压电层22的顶面其大体整个区域上。公共电极22A用作多个驱动电极20A的共同的对应电极。公共电极22A的各端形成为以便暴露在第二压电层22(压电片20的斜边上，见图1)的两侧。
第三压电层23的顶面没有电极形成。
附加的公共电极24A形成在第四压电层24的顶面，大体在其整个区域上。共用电极24A的各端构成以便暴露在第四压电层24的两边(压电片20的斜边上，见图1)。
图8示出压电片20的部分透视图。第二压电层22的公共电极22A和第四压电层24的公共电极24A在压电层的各边通过例如形成在压电片20斜边上的附加导电图形相互电连接(在压电片20的斜边)。公共电极22A和24A经例如导电图形25进一步与形成在压电片20的顶面的表面电极26电连接。表面电极26形成在压电片20顶面的周边区域，以便不碰到墨压力室19A(或以便在墨压力室19A正上方形成的区域的外面)。
参考图7，每个从未示出的电源电路延伸的FPC板3连接与对应的压电片20的顶面。如图7所示，FPC板3包括底膜31，例如聚酰亚胺膜。底膜31具有多个粘接于其顶面的导电图形32，导电图形32由铜箔制成并延伸到对应于各自的一个形成在压电片20上的焊盘图形20B的位置。底膜31的顶面和与其粘接的导电图形32用抗蚀层覆盖，其用作绝缘层。底膜31具有多个通孔33，形成在对应于各自的导电图形32的各端的位置。每个通孔33被形成为稍小于形成在压电片20上的焊盘图形20B。
如图6所示，预制的焊料36设置在压电片20的每个焊盘图形20B上，它有助于将焊盘图形20B连接于FPC板3的导电图形32。也就是，焊盘图形20B和导电图形32通过通孔33能够相互电连接，具体说，通过将FPC板3的伸出部分3A放置在压电片20上，使得通孔33位于各自的焊盘图形20B上，然后用例如热压焊加热该预制的焊料，使其相互电连接。
应当注意，形成在压电片20上并电连接于公共电极22A和24A的表面电极26通过通孔33同样地电连接于FPC板3的一个导电图形32。
在压电片20中，工作部分限定在驱动电极20A和形成在第二压电层22上的公共电极22B之间的第一压电层21中。因此，当驱动电压加在公共电极(22A、24A)和一个驱动电极20A之间时，压电片20变形，并从而对相应于该驱动电极20A的墨压力室19A中的墨施加压力。
应当注意，压电片20在第一到第四压电层(21、22、23和24)的烧结过程中由于构成压电层的陶瓷和构成电极的金属的收缩比例不同可能翘曲或变形成波浪形。形成在第四压电层24顶面的公共电极24A防止压电片20如上所述的翘曲或变形。因此生产的压电片能够具有高平整度。
除了上述以外，第二、第三和第四压电层22、23和24用做约束层，它使第一压电层21的工作部分只能朝墨压力室变形。
还有，由于公共电极22A和24A分别形成在压电层22和24的整个区域之上，压电片20的韧性是均匀的并且不发生局部变化。层压的并且烧结的压电片20的韧性是形成公共电极22A和24A的金属材料的韧性和形成每个压电层21至24的压电陶瓷(例如锆钛酸铅)的韧性之和。因此，压电片20的韧性大于仅用压电陶瓷的压电片的韧性。
下面将参考图5描述按照上述构成的喷墨头1的操作。
通过供墨通道19B(见图1)供给到墨集流通道30的墨通过通孔16B、槽17C、通孔17B和通孔18B流入墨压力室19A。当驱动电压施加在驱动电极20A和公共电极(22A、24A)时，压电片20朝着墨压力室19A变形。结果，墨从墨压力室19A被压出，流过通孔18A至12A以从喷嘴11A喷出。
如上所述，在根据本实施例的喷墨头1中，喷墨头1的主体2具有包括九个薄金属板11至19的层压结构。构成主体2的多个板之一的基板19具有多个设置成矩阵的大体上为菱形的墨压力室19A。墨压力室19A的上侧用叠放在主体2的顶面的压电片20封闭。
如图6和图7所示，每个压电片20是通过使公共电极22A在第一压电层21和第二压电层22之间限定的整个区域上形成在其之间、公共电极24A在第三压电层23和第四压电层24之间限定的整个区域上形成在其之间、层压四个压电层(即第一压电层21、第二压电层22、第三压电层23和第四压电层24)、然后烧结所获得的层压制件而获得的。换句话说，压电片20是作为多个压电片子单元的层压制件而构成的，每个子单元包括一对压电层(21和22，或23和24)和设置在其之间的公共电极(22A、24A)中的一个。
而且，第一压电层21具有多个驱动电极20A，形成在其顶面对应于墨压力室19A的位置。每个驱动电极20A具有类似于每个墨压力室19A的大体上为菱形的形状。每个焊盘图形20B具有箭头形并从相应的驱动电极20A的一个锐角角落延伸到相应的墨压力室正上方所限定的区域的外面的位置。
如图7所示，FPC板3的延伸部分3A包括底膜31、设置在底膜31上的导电图形32，以及覆盖底膜31和导电图形32顶面的抗蚀层34。底膜31具有多个形成在导电图形32每端的通孔33。
FPC板3的延伸部分3A放置在压电片20上，使每个通孔33面向相应的焊盘图形20B，在焊盘图形上设有预制的焊料。然后，FPC板3通过热压焊焊接于压电片20。
应当注意，构成压电片20的压电层21至24和公共电极22A和24A被层压成使压电片20的上半部和下半部在其层压方向相互呈镜面对称。换句话说，公共电极22A和24A设置在压电层(21-24)之间，使得在压电片20的层压方向从压电片中心到相应公共电极(22A、24A)的距离大致相同。因此，压电片20在其烧结过程中由于压电层21至24和公共电极22A和24A之间的收缩比例不同而产生的弯曲能够被减小，并且生产的压电片20具有高尺寸精度。
另外，由于公共电极22A和24A构成为以便分别地基本上覆盖第二压电层22和第四压电层24的整个区域，因而压电片20的韧性增加，这反过来又防止了压电片20在处理过程中被损坏或破裂。
此外，由于公共电极22A和24A相互连接并在压电片20的侧面接地，能够防止由于经受电荷而使公共电极22A和24A不稳定地工作。
虽然参考具体实施例对本发明进行了详细描述，但很明显，对本领域的普通技术人员来说在不脱离本发明的精神和权利要求所限定的范围内可以做出各种改变和改进。
图9示出压电片200的部分截面图，它是压电片20改进的一个例子。注意，图9中与前述图中基本相同的零部件用相同的附图标记表示。
在改进的压电片200中，公共电极23A设置在第二和第三压电层22和23之间，以便延伸过在它们之间限定的整个区域。换句话说，除了设置在最上面的压电层(第一压电层)21和第二压电层22之间的公共电极22A、设置在最下面的压电层(第四压电层)24和紧靠第四压电层24之上的第三压电层23之间的公共电极24A之外，另一个公共电极23A在其层压方向设置在压电片20的中间。
如上构造的压电片的韧性是压电层21至24的压电陶瓷的韧性和公共电极22A、23A和24A的金属材料的韧性之和。该压电片的韧性大大地大于单独压电陶瓷的韧性，因而可以可靠地防止在处理过程中压电片的损坏和破裂。
权利要求
1.一种喷墨头，包括主体，具有多个以固定间隔形成的墨压力室；和压电片，叠放在所述主体上以封闭所述墨压力室的开口，所述压电片是多个压电层和多个公共电极的层压制件，所述压电片具有多个驱动电极，该驱动电极形成在其顶面上对应于各自一个所述的压力室的位置，其中所述压电层和所述公共电极设置成使所述压电片的上半部和下半部在其层压方向基本上相互镜面对称。
2.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，所述压电片是多个压电片子单元的层压制件，每个压电片子单元包括一对所述的压电层和设置在其之间的所述公共电极中的一个。
3.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，所述压电片包括偶数个所述的压电层和奇数个所述的公共电极，并且其中所述的压电层和所述的公共电极相互交替地层压在一起。
4.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，所述压电片包括一对所述的设置在压电层之间的公共电极，使得在层压方向从所述压电片的中心到所述一对公共电极的各自一个的距离基本上相同。
5.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，每个所述的公共电极基本上延伸过在所述的夹有所述公共电极的压电层之间限定的整个区域。
6.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，每个所述的公共电极具有暴露部分，所述暴露部分暴露在所述压电片的侧表面。
7.根据权利要求6所述的喷墨头，其特征在于，每个所述的公共电极通过所述的暴露部分接地。
8.根据权利要求6所述的喷墨头，其特征在于，还包括形成在所述压电片的侧表面上的导电图形，所述的导电图形与每个所述的公共电极在所述的暴露部分电连接。
9.根据权利要求8所述的喷墨头，其特征在于，所述压电片具有形成在其所述顶面的周边区域的表面电极，所述导电图形延伸到与其电连接的所述的表面电极。
10.根据权利要求6所述的喷墨头，其特征在于，所述压电片具有大体上梯形的形状，并且，其中每个所述公共电极的所述暴露部分暴露在所述压电片的斜边上。
11.一种用于喷墨头的压电致动器，包括多层片，其包含多个压电层和多个公共电极；多个驱动电极，其形成在所述多层片外表面；其中所述压电层和所述公共电极设置成使得所述多层片的上半部和下半部在其层压方向基本上相互镜面对称。
12.根据权利要求11所述的压电致动器，其特征在于，所述的多层片包括多个片子单元，每个片子单元包括一对所述的压电层和设置在其之间的所述的公共电极中的一个。
13.根据权利要求11所述的压电致动器，其特征在于，所述的多层片包括偶数个所述的压电层和奇数个所述的公共电极，并且其中所述的压电层和所述的公共电极相互交替地层压在一起。
14.根据权利要求11所述的压电致动器，其特征在于，所述的多层片包括一对设置在所述压电层之间的所述的公共电极，使得在层压方向从所述多层片的中心到所述一对公共电极中的相应一个的距离基本上相同。
15.根据权利要求11所述的压电致动器，其特征在于，每个所述的公共电极基本上延伸过在所述的夹有所述公共电极的压电层之间限定的整个区域。
16.根据权利要求11所述的压电致动器，其特征在于，每个所述的公共电极具有暴露部分，所述暴露部分暴露在所述多层片的侧表面。
17.根据权利要求16所述的压电致动器，其特征在于，每个所述的公共电极通过所述的暴露部分接地。
18.根据权利要求16所述的压电致动器，其特征在于，还包括形成在所述多层片的侧表面上的导电图形，所述的导电图形与每个所述的公共电极在所述的暴露部分电连接。
19.根据权利要求18所述的压电致动器，其特征在于，所述的多层片具有形成在其所述顶面的周边区域的表面电极，所述导电图形延伸到与其电连接的所述的表面电极。
20.根据权利要求16所述的压电致动器，其特征在于，所述的多层片具有大体上梯形的形状，并且，其中每个所述的公共电极的所述暴露部分暴露在所述多层片的斜边上。
全文摘要
一种喷墨头，包括主体和叠放在该主体上的压电片。该主体具有多个墨压力室和多个与相应的一个墨压力室流体连通的喷嘴。该压电片是四个压电层和两个公共电极的层压制件。该压电片具有多个驱动电极，该驱动电极形成在其顶面上对应于各自一个所述的压力室的位置。公共电极中的一个设置在最上面压电层和紧靠其下面的压电层之间，以便基本上延伸过在这两个压电层之间限定的整个区域。另一个公共电极位于最下面压电层和紧靠其上面的压电层之间，以便基本上延伸过在这两个压电层之间限定的整个区域。
文档编号B41J2/045GK1496826SQ03159
公开日2004年5月19日 申请日期2003年9月24日 优先权日2002年9月24日
发明者广田淳, 植木千岁, 岁 申请人:兄弟工业株式会社, 京瓷株式会社