专利名称：压电元件形成部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及压电元件形成部件，其中当向压电材料层施加电压时发生变形的压电元件是一体形成的；还涉及包含这样的压电元件形成部件的压电元件形成单元、压电致动器单元以及液体喷头。具体而言，本发明涉及喷墨记录头，其中，供应给与喷嘴孔连通的压力腔的墨水由压电元件加压，以允许喷嘴孔喷射墨滴。
背景技术：
作为喷墨记录头，其中与用于喷射墨滴的喷嘴孔连通的应力生成室，部分地由振动板构成以允许由压电元件将此振动板变形，使得压力腔中的墨水被加压而从喷嘴孔喷射墨滴。使用纵向振动模式的压电致动器的喷墨记录头是公知的，纵向振动模式的压电制动器在压电元件的轴向上膨胀或者收缩。
例如，日本公开专利NO.2001-277525A(比较图2与图3、8-10页)公开了此类压电致动器单元，其包括致动器阵列和其上安装有致动器阵列的固定板，所述致动器阵列中排列着多个层叠类型的压电元件。通过将内部公共电极与内部个体电极交替地层叠起来同时在它们之间夹入压电体，来形成致动器阵列。此致动器阵列在其表面上具有外部个体电极和外部公共电极。外部个体电极连接到暴露到致动器阵列的远端面的内部个体电极上。另一方面，外部公共电极连接到暴露到致动器阵列的近端面的内部公共电极上。在每个外部个体电极和每个外部公共电极上形成触点。柔性电缆的连接终端通过焊接或类似方法安装到触点上。
然而，在具有这种结构的压电致动器单元中，设置在每个压电元件的表面上的外部个体电极和外部公共电极在压电元件的纵向方向上被分隔开。因此，其上安装有柔性电缆的连接终端的外部个体电极的触点和外部公共电极的触点，被放置在压电元件纵向方向上的不同位置处。在实际情况中，通过设置例如抗蚀剂(resist)的绝缘层而将外部电极的触点和柔性电缆的连接终端隔离开。因为很难精确控制这种绝缘层的厚度，所以在触点和连接终端之间可能会由于绝缘层厚度的误差而发生不良连接。
此外，日本公开专利NO.2000-94677A(比较图1至图4与3-4页)公开了一种结构，其中通过钢丝锯在压电隔膜中形成狭缝，所述压电隔膜在其表面上形成有导电层，由此分割导电层以形成外部个体电极和外部公共电极。
根据该结构，可以用相对满意的方式来连接柔性电缆，但是生产效率低下。也就是说，因为必须在形成狭缝之后再进行外部个体电极和外部公共电极之间的连接失效的检查，因此不但生产效率低，成品率也很低。这类问题不只是在喷射墨水的喷墨记录头中发生，在喷射除墨水以外的液体的液体喷头中也会发生。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种压电元件形成部件，其在减小结构尺寸的同时提高了生产效率。
本发明的另一个目的是提供包含这种压电元件形成部件的压电元件形成单元、压电致动器单元和液体喷头。
为了达到上述目的，根据本发明，提供了一种压电元件形成部件，包括衬底，其中第一内部电极层和第二内部电极层交替层叠同时在两者之间夹入压电层，所述第一内部电极层至少暴露到所述衬底的第一端面，并且第二内部电极层至少暴露到所述衬底的与所述第一端面相对的第二端面；第一外部电极层，形成在所述第一端面和连接所述第一端面与所述第二端面的第三端面上，所述第一外部电极层电连接到所述第一内部电极层；以及第二外部电极层，至少形成在所述第二端面和所述第三端面上，所述第二外部电极层电连接到所述第二内部电极层，并且与所述第一外部电极层电独立，其中所述第一外部电极层和所述第一内部电极层被狭缝分割开，以形成在第一方向上排列的多个压电元件，所述狭缝从所述第一端面延伸出；以及所述第一外部电极层的一部分和所述第二外部电极层的一部分在所述第一方向上在所述第三端面的第一区域处相邻。
在这种结构中，触点可以在所述第一方向上直线排列，由此减小所述压电元件形成部件的尺寸，其中在所述触点处用于提供驱动压电元件的信号的驱动接线和所述外部电极层电连接。
优选地，在所述第三端面上形成的所述第二外部电极层延伸到所述第一端面的附近。
在这种结构中，将成为外部公共电极的所述第二外部电极层的面积增大了，使得可以降低所述外部公共电极的电阻。因此，可以避免在驱动所述压电元件期间的电压降。
此处，进一步优选的是所述第二外部电极层延伸到所述第一端面中在所述第一端面的两侧末端附近的区域，并且形成在所述第一端面上的所述第一外部电极层位于所述区域之间。
在这种结构中，可以进一步增大所述第二外部电极层的面积。
同样优选的是形成在所述第三端面上并靠近所述第一端面的所述第二外部电极层的宽度比形成在所述第三端面上并靠近所述第二端面的所述第二外部电极层的宽度窄。
在这种结构中，可以增大用于形成所述第一和第二外部电极层的掩模部件的面积。因为掩模部件具有足够的硬度，所以能够以高精度形成所述外部电极层。
优选地，形成在所述第三端面上并靠近所述第二端面的所述第一外部电极层的末端部分变窄。
在这种结构中，增大了将成为外部公共电极的所述第二外部电极层的面积，使得可以降低所述外部公共电极的电阻。因此，可以避免在驱动所述压电元件期间的电压降。
优选地，所述第二外部电极层连续地从所述第二端面延伸到所述第三端面。
在这种结构中，可以形成合格的第二外部电极层，由此稳定了所述压电元件的驱动特性。
优选地，所述第二外部电极层连续地从所述第三端面延伸到第四端面和第五端面，所述第四端面和所述第五端面分别连接所述第一端面、第二端面和所述第三端面。
在这种结构中，可以成功地将所述第二内部电极层和所述第二外部电极层电连接起来。此外，可以进一步降低所述外部公共电极的电阻，由此稳定所述压电元件的驱动特性。
优选地，所述第二端面和所述第三端面之间的转角被倒角。
在这种结构中，可以容易地形成合格的第二外部电极层。
优选地，形成在所述第二端面上的所述第二外部电极层的厚度向着与所述第三端面相对的第四端面减小。
在这种结构中，可以降低第二外部电极层的材料成本。
优选地，所述第二外部电极层形成在所述第二端面上，除了在其两侧末端附近并且在垂直于所述第三端面的第二方向上延伸的区域。
在这种结构中，将成为外部公共电极的所述第二外部电极层的面积增大，使得可以降低外部公共电极的电阻。因此，可以避免在驱动压电元件期间的电压降。
此处，进一步优选的是每个所述区域的宽度向着所述第三表面变窄。
在这种结构中，所述第二电极层形成在所述第二端面上和形成在所述第三端面上的部分可以顺利连接。
优选地，形成在所述第二端面上的所述第二外部电极层至少位于所述第二端面的两侧末端附近，并在垂直于所述第三端面的第二方向上延伸。
在这种结构中，可以避免所述第一和第二外部电极层之间的短路。此外，可以增强用于形成外部电极层的掩模部件的硬度。
此处，进一步优选的是所述第二外部电极层形成在所述第二端面上除了在连接所述第二端面和第四端面的转角附近的区域，所述第四端面与所述第三端面相对。
在这种结构中，可以成功地将所述第二内部电极层和所述第二外部电极层电连接起来。此外，可以进一步降低所述外部公共电极的电阻，由此稳定所述压电元件的驱动特性。
同样优选的是所述第二外部电极层整个形成在所述第二端面上。
在这种结构中，可以成功地将所述第二内部电极层和所述第二外部电极层电连接起来。此外，可以进一步降低所述外部公共电极的电阻，由此稳定所述压电元件的驱动特性。
同样优选的是所述第二外部电极层形成在所述第二端面上，除了在连接所述第二端面和所述第三端面的转角附近并与所述第一外部电极层相对的区域。
在这种结构中，可以进一步降低所述外部公共电极的电阻，由此稳定所述压电元件的驱动特性。此外，可以增强用于形成外部电极层的掩模部件的硬度。
优选地，形成在所述第二端面上的第二外部电极层部分地变薄。
在这种结构中，增大了将成为外部公共电极的所述第二外部电极层的面积，使得可以降低所述外部公共电极的电阻。因此，可以避免在驱动所述压电元件期间的电压降。
根据本发明，还提供了一种压电元件形成单元，其中上述压电元件形成部件的所述第三端面相对的第四端面以悬臂方式连接到固定板上，使得压电元件形成部件靠近所述第一端面的部分成为自由端面。
在这种结构中，可以在形成狭缝之前执行对所述第一和第二外部电极层之间的绝缘失效等的检查。因此，可以提高生产效率和成品率。
根据本发明，还提供了一种压电致动器单元，其中被上述固定板悬臂连接的所述压电元件形成部件的至少一部分被所述狭缝栉齿化。
优选地，所述狭缝至少延伸到所述第一外部电极层形成在所述第三端面上并靠近所述第二端面的末端。
在这种结构中，可以容易而顺利地形成所述压电元件。
根据本发明，还提供了一种液体喷头，包括
上述压电致动器单元；驱动接线，包括通过触点电连接到所述第一外部电极层和所述第二外部电极层被分割开的部分的多个驱动电极，以提供用于驱动所述压电元件的信号；和振动板，其形成为每个与喷射墨滴的喷嘴孔连通的压力腔的一部分，其中所述衬底的所述第二端面紧靠着所述振动板，使得所述压电元件的远端与各个压力腔相关联。
优选地，所述触点在所述第一区域处在所述第一方向上排列。
在这种结构中，可以获得尺寸变小的液体喷头。
通过参考附图而详细地描述本发明的优选示例性实施例，本发明的上述目的和优点将更加明显，其中图1是根据本发明第一实施例的压电致动器单元的透视图；图2A是图1的压电致动器单元的平面图；图2B是沿图2A中线IIB-IIB所取的截面图；图3是图1的压电致动器单元的第一修改示例的透视图；图4是用于图1的压电致动器单元的压电元件形成部件的透视图；图5A至图6B是示出如何制造图4的压电元件形成部件的截面图；图7是用于图1的压电致动器单元的压电元件形成单元的透视图；图8A是示出图1的压电致动器单元的制造的平面图；图8B是沿图8A中线VIIIB-VIIIB所取的截面图；图9A是示出图1的压电致动器单元的制造的平面图；图9B是沿图9A中线IXB-IXB所取的截面图；图10A是用于图1的压电致动器单元的第二修改示例的压电元件形成部件的透视图；图10B是用于图1的压电致动器单元的第三修改示例的压电元件形成部件的透视图；图11A和11B是示出如何制造用于图1的压电致动器单元的第四修改示例的压电元件形成部件的平面图；图12A和12B是示出如何制造用于图1的压电致动器单元的第五修改示例的压电元件形成部件的平面图；图13是示出如何制造图1的压电致动器单元的第六修改示例的截面图；图14是图1的压电致动器单元的第七修改示例的平面图；图15A是用于图1的压电致动器单元的第八修改示例的压电元件形成部件的透视图；图15B是用于图1的压电致动器单元的第九修改示例的压电元件形成部件的透视图；图16A是包含图1的压电致动器单元的液体喷头的截面图；图16B是示出图16A的液体喷头的重要部分的截面图；图17是根据本发明第二实施例的压电致动器单元的压电元件形成部件的透视图；图18A和18B是用于解释图17的压电致动器单元的截面图；图19是示出如何制造图17的压电元件形成部件的平面图；图20是用于图17的压电致动器单元的一个修改示例的压电元件形成部件的透视图；图21A是根据本发明第三实施例的压电致动器单元的压电元件形成部件的透视图；图21B是用于图21A的压电致动器单元的一个修改示例的压电元件形成部件的透视图；图22是根据本发明第四实施例的压电致动器单元的压电元件形成部件的放大截面图；图23是根据本发明第五实施例的压电致动器单元的压电元件形成部件的透视图；图24是图23的压电元件形成部件的拆卸状态透视图；图25是用于图24的压电致动器单元的第一修改示例的压电元件形成部件的透视图；
图26是用于图24的压电致动器单元的第一修改示例的压电元件形成部件的透视图；图27是用于图24的压电致动器单元的第一修改示例的压电元件形成部件的透视图；具体实施方式
以下将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
如图1和2所示，根据本发明第一实施例的压电致动器单元包括压电元件形成部件13，其中多个压电元件11排列以形成行12；和固定板14，压电元件形成部件13的近端部分以悬臂方式连接在所述固定板14上，使得其远端部分成为自由端。此压电致动器单元10例如可以安装在喷墨记录头中。
通过将内部个体电极16和内部公共电极17交替地层叠起来，同时将压电材料层15夹在它们之间，形成压电元件形成部件13，所述内部个体电极16和内部公共电极17将成为压电元件11的两极。一个压电元件11中的内部个体电极16被制造成与另一个压电元件11中的内部个体电极16电分离。一个压电元件11中的内部公共电极17被制造成与另一个压电元件11中的内部公共电极17电公用。
通过钢丝锯或类似工具在压电元件形成部件13的远端侧形成多个狭缝18，以形成栉齿形压电元件11的行12。在排列的压电元件11的两侧，设置有定位部件19，其宽度大于每个压电元件11宽度。当压电致动器单元10被安装在喷墨记录头中时，定位元件19用来将压电致动器单元10精确放置在预定位置。
如图2B所示，每个内部个体电极16整个在压电元件11的纵向方向上延伸，同时在固定板14的前端面附近的位置上被隔开。类似地，每个内部公共电极17整个在压电元件11的纵向方向上延伸，同时在压电元件11的远端附近的位置上被隔开。因此，压电元件11与固定板14相连接的区域变成非有源区，对致动操作没有贡献。当电压施加在内部个体电极16和内部公共电极17之间时，只有压电元件11的那些没有连接到固定板14的区域(远端侧)才变形。
外部电极20形成在压电元件形成部件13的外表面上。具体地，外部电极20包括连接到内部公共电极17的外部公共电极21，和连接到内部个体电极16的外部个体电极22。外部公共电极21和外部个体电极22被设置为电独立的。
外部公共电极21设置在压电元件形成部件13的近端面13a上，同时在近端面13a的两个横向末端附近形成非电极区域23。外部公共电极21电连接到暴露到近端面13a的内部公共电极17。每个非电极区域23整个地在压电元件形成部件13的厚度方向上延伸。在压电元件形成部件13的两个近侧转角附近，外部公共电极21连续地延伸到压电元件形成部件13的顶表面上的区域。每个非电极区域23的宽度小于外部公共电极21在压电元件形成部件13顶表面上的部分的宽度。外部公共电极21可以整个形成在近端面13a上。
每个外部个体电极22从压电元件形成部件13的远端面13b延伸到其顶表面上的区域，该区域在设置外部公共电极21区域的附近。在压电元件形成部件13的顶表面的近端部分处，由外部公共电极21和外部个体电极22界定出非电极区域24。
在本实施例中，非电极区域24延伸到每个定位部件19的远端部分。然而，如图3所示，压电元件形成部件13的顶表面上的外部公共电极21可以延伸到定位部件19的远端部分。
通过从压电元件形成部件13的远端侧形成狭缝18而延伸到非电极区域24，来制造压电致动器单元10。在此结构中，外部个体电极22排列在压电元件形成部件13的顶表面上，而外部公共电极21布置在排列的外部个体电极22的两侧。因此，可以在相对较窄的区域中形成与用于向各个压电元件11供应驱动信号的接线相对应的触点部分，由此减小了压电致动器单元10的大小。
以下将描述用于形成此类压电致动器单元10的方法。
首先，如图4所示，形成压电元件形成部件13，其中在该压电元件形成部件13的外表面上设置外部公共电极21和导电层22′，此导电层22′以后将被分割以形成外部个体电极22。
具体地，如图5A所示，内部个体电极16和内部公共电极17交替地层叠，同时夹入例如由钛酸铅锆盐(titanic acid lead zirconate)构成的压电材料层15(PZT)。
下一步，如图5B所示，在压电元件形成部件13的外表面上形成外部公共电极21和导电层22′。具体地，如图6A所示，将具有预定形状并由例如不锈钢(SUS)构成的掩模部件40放置在压电元件形成部件13上，然后在压电元件形成部件13上沉积或者溅射例如铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)之类的金属材料。因此，如图6B所示，形成了具有预定几何形状的外部公共电极21和导电层22′。
在形成外部电极期间，将压电元件形成部件13夹持在固定座(未示出)中。顺带地，图6A中所示的固定座的夹持凸起45紧靠着近端面13a将形成非电极区域23的部分。每个非电极区域23的宽度W1非优选地等于外部公共电极21设置在压电元件形成部件13顶表面上的部分的宽度W2的一半或更小。在此结构中，可以确保外部公共电极21有足够的面积，使得即使在外部公共电极21的厚度很薄的情况下也可以减小其电阻。
掩模部件40界定出非电极区域24，该非电极区域24使得外部公共电极21和导电层22′在物理上和电上都独立。
在本实施例中，在压电元件形成部件13的整个厚度方向上每个非电极区域23具有相同的宽度。然而，此宽度可以朝着压电元件形成部件13的顶表面而减小。例如，如图10A所示，非电极区域23的宽度是线性减小的。或者，如图10B所示，外部公共电极21和非电极区域23之间的边界可以是弯曲的。
在此结构中，可以在确保用于由夹持凸起45支承压电元件形成部件13的面积的同时，增大外部公共电极21在压电元件形成部件13的顶表面和近端面13a之间的转角处的宽度。因此，外部公共电极21可以精确地形成，同时防止由于外部公共电极21的断裂引起的连接故障。而且，可以确保外部公共电极21有足够的面积，使得即使在外部公共电极21的厚度很薄的情况下也可以减小其电阻。
掩模部件40的形状可以改变。例如，如图11A所示，可以在掩模部件40朝着压电元件形成部件13近端的一端形成用于支承掩模部件40的多个肋41。在此结构中，掩模部件40可以在外部电极形成期间被精确放置在预定位置。因此，能够以高精度形成外部公共电极21和导电层22′。
然而，在此情况下，外部公共电极21与肋41对应的部分21b变薄了。根据制造条件，部分21b可能是非电极区域。因为外部公共电极21的面积优选很大以减小内部公共电极17的电阻，从而稳定对压电元件11的驱动，因此每个肋41的宽度优选很窄。如果可以支承掩模部件40则肋41的数量优选很少。
考虑到上述问题，如图12A所示，优选地只在掩模部件40的横向中心处形成一个肋41。在此情况下，只在近端面13a上设置的外部公共电极21的横向中心处形成一个变薄的部分21b。在此结构中，施加到排列的压电元件11的电压不会根据在行12中的位置而变化，由此均一地驱动各个压电元件11。
在形成外部公共电极21和导电层22′后，如图7所示，固定板14连接到压电元件形成部件13的近端部分的底面，以形成压电元件形成单元30。固定板可以由具有很大重量的硬材料构成，例如不锈钢(SUS)或钨合金。
在压电元件形成单元30中，因为外部公共电极21和导电层22′是电独立的，因此可以在这个阶段执行对外部公共电极21和导电层22′之间的绝缘失效和静电电容等的检查。换句话说，此类检查可以在将导电层22′分割成外部个体电极22之前执行。因此，可以简化检查过程，由此提高检查效率。此外，因为可以从已经通过检查的合格的压电元件形成单元30来制造压电致动器单元10，所以可以提高成品率。
在本实施例中，检查是在装配压电元件形成单元30之后执行的。然而，该检查也可以在将压电元件形成部件13连接到固定板14之前进行。
此后，将已经通过检查的合格的压电元件形成单元30栉齿化，以形成压电致动器单元10。如图8A和8B所示，从压电元件形成部件13的远端部分应用多个钢丝锯100以同时形成狭缝18。具体地，使得每个钢丝锯100以预定角度θ接触压电元件形成部件13的远端部分，从而开始切割。持续此切割直到稍微切割到固定板14的角14a，由此形成压电元件11的行12和定位部件19。留在每个定位部件19的横向外侧的凸起26将在以后被切割掉。因为钢丝锯100与压电元件形成部件13的顶表面成角度，所以可以成功地形成内部个体电极16和外部个体电极22，而同时固定板14基本上不会遭到切割。
狭缝18形成为到达压电元件形成部件13的顶表面中形成的非电极区域24，由此使得各个压电元件11的外部个体电极22独立。
在本实施例中，狭缝18没有到达压电元件形成部件13的近端面13a。然而，狭缝可以到达近端面13a。在此情况下，因为外部公共电极21形成在近端面13a上(除了非电极区域23)，所以即使当内部公共电极17暴露到近端面13a的部分被狭缝18完全分割开时，也能够通过形成在近端面13a上的外部公共电极21确保内部公共电极17之间的导电性。
通过在近端面13a上至少形成排列的压电元件11的部分处形成外部公共电极21，可以减小压电致动器单元10的大小。具体地，如图13所示，可以减小固定板14的安装压电元件形成部件13的部分的尺寸L。
在本实施例中，因为导电层22′在比形成排列的压电元件11的区域稍宽的区域上形成，所以外部个体电极22也在定位部件19上形成。因此，允许狭缝18的形成中有微小误差的同时，肯定可以为各个压电元件11提供外部个体电极22。
在本实施例中，压电元件形成部件13的顶表面的近端几乎都形成为非电极区域24。然而，外部公共电极21可以整个地形成在顶表面的近端，如图4中标号25所标示的那样。
在本实施例中，外部公共电极21在压电元件形成部件13的近端面13a处与内部公共电极17电连接。然而，如图15A所示，多个外部公共电极21可以形成为从压电元件形成部件13的顶表面延伸到侧表面13c、13d，使得内部公共电极17在侧表面13c、13d处被电连接。此外，如图15B所示，外部公共电极21可以连续地从顶表面延伸到近端面13a和侧表面13c、13d。
此后，如图9所示，具有用于向各个压电元件11提供驱动信号的多个驱动电极51的驱动接线50被连接到这种结构的压电致动器单元10。具体地，通过例如焊接、各向异性导电剂，将例如TAB(柔性带自动连接)柔性带的驱动接线50与外部公共电极21和外部个体电极22的触点连接起来，所述TAB柔性带中在驱动电极51上安装有驱动IC 52。
如上所述，外部个体电极22向压电元件形成部件13的顶表面上形成外部公共电极21的区域延伸。换句话说，外部公共电极21布置在排列的外部个体电极22的两个外侧。在这种结构中，触点26被直线排列，由此减小了用于与驱动电极51相连接的区域，以减小压电致动器单元10的大小。
在这种情况下，不论部分覆盖驱动电极51的绝缘层53的厚度如何，驱动电极51都连接到触点26，由此增强了可靠性。此外，提高了生产效率，因此降低了成本。
此后，如图16A和16B所示，压电致动器单元10安装到包括通道形成衬底60的喷墨记录头中，所述通道形成衬底60由单晶硅衬底制成。通道形成衬底60形成有由多个分隔壁61界定的多个排列的压力腔62。经由用于向各个压力腔62供墨的供墨端口64，墨池63与每个压力腔62的一个纵向末端连通。振动板65通过粘合剂、热焊膜或类似手段连接到通道形成衬底60的上表面，以密封在该处开口的压力腔62。形成有喷嘴孔66的喷嘴板67通过粘合剂、热焊膜或类似手段连接到通道形成衬底60的下表面，以密封在该处开口的压力腔62。
形成有与墨盒(未示出)连通的供墨通道(未示出)的喷头壳体68固定在振动板65上。上述压电致动器单元10精确放置在喷头壳体68内的预定位置。具体地，压电致动器单元10被固定成每个压电元件11的远端紧靠着孤岛部分69，所述孤岛部分69形成在振动板65与相关联的压力腔62相对的部分上。
在这种结构的喷墨记录头中，经由喷头壳体68中的供墨通道从墨盒向墨池供墨，并且经由供墨端口64将墨水分配到各个压力腔62。当向一个压电元件11施加电压时，该元件收缩以拉动振动板65，由此扩大相关联的压力腔62的容积。在引入的墨水填充压力腔62之后，解除所施加的电压，使得压电元件11延伸到初始状态。包含在压力腔62中的墨水因此被压缩并以墨滴形式从喷嘴孔66喷射出去。
图17示出了本发明的第二实施例。在本实施例中，在压电元件形成部件13上两侧末端13c、13d附近区域设置有一对外部公共电极21。在每个外部公共电极21中，形成在近端13a上的部分的宽度和形成在顶表面上的部分的宽度相同。其他任何方面都与第一实施例中描述的那些相同，此处省略了重复的解释。
在第一实施例的结构中，因为外部公共电极21形成在近端面13a上除了压电元件形成部件13的两侧末端13c、13d附近的区域(非电极区域23)，必须在驱动接线50面对压电元件形成部件13的近端的部分上形成覆盖驱动电极51的绝缘层53(见图16A)。如果不在该部分形成绝缘层53，则会顾虑到当驱动接线50变形时外部公共电极21和外部个体电极22会短路。当然，如果以足够精度设置绝缘层53，则不会有这样的顾虑。
在本实施例中，在近端面13a中，外部公共电极21至少没有在与形成外部个体电极22的区域相对应的一部分上形成。因此，如图18A和18B所示，即使当其中没有在与压电元件形成部件13的近端相对的部分上形成绝缘层的驱动接线50变形时，也没有外部公共电极21和外部个体电极22短路的顾虑。而且，因为不需要以高精度设置绝缘层53，可以简化驱动接线50的制造。
通过图19所示的掩模部件40A来形成上述外部公共电极21和导电层22′。因为由支承部件41A来支承掩模部件40A，所述支承部件41A具有与一对外部公共电极21的间距相等的宽度，因此掩模部件40A能够以足够稳定性保持在预定位置。因此，外部公共电极21和导电层22′以高精度形成。
根据用于沉积或溅射金属材料以形成外部公共电极21的条件，可能在近端面13a与支承部件41A相对的部分上形成较薄的电极层。在此情况下，如上所述，绝缘层53必须以足够精度设置在驱动接线50上。
在本实施例中，外部公共电极21形成在近端面13a上两侧末端13c、13d附近的区域中。然而，如图20所示，单个的外部公共电极21可以设置成延伸穿过近端面13a底端。换句话说，仅有的要求是至少在近端面13a的顶端中形成非电极区域23A。
图21A示出了本发明的第三实施例。在本实施例中，连接压电元件形成部件13的近端面13a和顶表面的转角13e被倒角。任何其他方面都与第一实施例中描述的那些相同，此处将省略重复的解释。
在这种结构中，可以顺利地形成外部公共电极21，使得可以避免由于外部公共电极21的断裂而引起的连接故障。具体地，因为在带角的转角上沉积或溅射金属材料相对困难，因此在带角的转角上形成的外部公共电极21可能变薄，使得存在可能发生上述断裂的顾虑。然而，在本实施例中，因为在转角13e上也形成了具有期望厚度的外部公共电极21，所以不但可以消除这样的顾虑，而且即使外部公共电极21的厚度被整体地减小了也可以降低外部公共电极21的电阻。或者，如图21B所示，转角13e可以被倒圆。
图22示出了本发明的第四实施例。在本实施例中，在压电元件形成部件13的近端面13a上形成的外部公共电极21的厚度向着其底面减小了。任何其他方面都与第一实施例中描述的那些相同，此处将省略重复解释。
如上所述，内部个体电极16和内部公共电极17在压电元件形成部件13中层叠起来，并且经由设置在外部公共电极21和外部个体电极22上的触点26(参见图9B)从驱动接线50向内部个体电极16和内部公共电极17之间施加电压。顺便提一句，随着外部公共电极21远离触点26，外部公共电极21中的电流值变小。因此，没有必要在压电元件形成部件13的厚度方向上使外部公共电极21的厚度一致。通过如上所述地向着压电元件形成部件13的底面减小外部公共电极21的厚度，可以降低材料成本。
图23示出了本发明的第五实施例。在本实施例中，外部公共电极21连续地延伸到压电元件形成部件13的远端面13b。如图24所示，每个内部公共电极层17A在压电元件形成部件13的两侧末端13c、13d附近暴露到近端面13a和远端面13b两者，使得在近端面13a和远端面13b两者处都建立与外部公共电极21的电连接。而且，每个内部公共电极层17A的位于排列的压电元件11与定位部件19之间的边界内的远端部分与暴露到远端面13b的部分隔离开。任何其他方面都与第一实施例中描述的那些相同，并且将省略重复解释。
在这种结构中，可以降低外部公共电极21和内部公共电极17A的电阻。因为即使同时驱动多个压电元件11也可以避免电压降，所以可以获得压电元件11的稳定致动。
在本实施例中，外部公共电极21形成在压电元件形成部件13顶表面上的部分的宽度和形成在远端面13b上的部分的宽度是相同的。然而，如图25所示，外部公共电极21形成在顶表面的近端部分上的宽度W3可以大于其形成在顶表面的远端部分和远端面13b上的部分的宽度W4。仅有的要求是外部公共电极21上具有用于驱动接线50的触点26的部分的宽度相对较宽。在这种结构中，因为掩模部件的面积相对较大，所以能够以高精度形成外部公共电极21和导电层22′。
如图26所示，导电层22′的近侧末端可以做得更窄，而外部公共电极21与此变窄部分相对的部分可以做得更宽。具体地，导电层22′的近端转角被倒角以形成变窄部分22a，而外部公共电极21被延伸为与变窄部分22a平行，以形成加宽部分21c。在这种结构中，降低了外部公共电极21的电阻，使得可以获得压电元件11的稳定致动。可以通过对导电层22′的近端转角倒圆角来形成变窄部分22a。
在本实施例中，外部公共电极21形成在压电元件形成部件13的近端面13a上，除了其两侧末端13c、13d附近的区域。然而，如图27所示，外部公共电极21也可以整个形成在近端面13a上，除了位于近端面13a的底端侧同时远离两侧末端13c、13d的非电极区域23B。
通过在金属材料的沉积或溅射期间用固定座(未示出)的夹持凸起夹持压电元件形成部件13，来形成非电极区域23B。
在这种结构中，可以降低具有相对较大面积的外部公共电极21的电阻。因为即使同时驱动多个压电元件11也可以避免电压降，所以可以获得压电元件11的稳定致动。
虽然每个非电极区域23B的位置不受限，但优选布置在一个部分之内，所述部分对应于形成在压电元件形成部件13的顶表面上的外部公共电极21的宽度中心。
在上述实施例中，将喷墨记录头作为液体喷头的示例。作为液体喷头的其他例子，可以举例的有安装在例如打印机之类的成像装置中的记录头、用于生产安装在液晶显示器或类似设备中的颜色过滤器的颜料喷头、用于形成安装在有机EL显示器或场发射显示器或类似设备中的电极的电极材料喷头、和用于生产生物芯片的有机化合物喷头。
权利要求
1.一种压电元件形成部件，包括衬底，其中第一内部电极层和第二内部电极层交替层叠，同时在两者之间夹入压电层，所述第一内部电极层至少暴露到所述衬底的第一端面，并且第二内部电极层至少暴露到所述衬底的与所述第一端面相对的第二端面；第一外部电极层，形成在所述第一端面和连接所述第一端面与所述第二端面的第三端面上，所述第一外部电极层电连接到所述第一内部电极层；以及第二外部电极层，至少形成在所述第二端面和所述第三端面上，所述第二外部电极层电连接到所述第二内部电极层，并且与所述第一外部电极层电独立，其中所述第一外部电极层和所述第一内部电极层被狭缝分割开，以形成在第一方向上排列的多个压电元件，所述狭缝从所述第一端面延伸出；以及所述第一外部电极层的一部分和所述第二外部电极层的一部分在所述第一方向上在所述第三端面的第一区域处相邻。
2.如权利要求1所述的压电元件形成部件，其中在所述第三端面上形成的所述第二外部电极层延伸到所述第一端面的附近。
3.如权利要求2所述的压电元件形成部件，其中所述第二外部电极层延伸到所述第一端面中在所述第一端面的两侧末端附近的区域，并且形成在所述第一端面上的所述第一外部电极层位于所述区域之间。
4.如权利要求2所述的压电元件形成部件，其中形成在所述第三端面上并靠近所述第一端面的所述第二外部电极层的宽度比形成在所述第三端面上并靠近所述第二端面的所述第二外部电极层的宽度窄。
5.如权利要求1所述的压电元件形成部件，其中形成在所述第三端面上并靠近所述第二端面的所述第一外部电极层的末端部分变窄。
6.如权利要求1所述的压电元件形成部件，其中所述第二外部电极层连续地从所述第二端面延伸到所述第三端面。
7.如权利要求1所述的压电元件形成部件，其中所述第二外部电极层连续地从所述第三端面延伸到第四端面和第五端面，所述第四端面和所述第五端面分别连接所述第一端面、第二端面和所述第三端面。
8.如权利要求1所述的压电元件形成部件，其中所述第二端面与所述第三端面之间的转角被倒角。
9.如权利要求1所述的压电元件形成部件，其中形成在所述第二端面上的所述第二外部电极层的厚度向着与所述第三端面相对的第四端面减小。
10.如权利要求1所述的压电元件形成部件，其中所述第二外部电极层形成在所述第二端面上，除了其两侧末端附近并且在垂直于所述第三端面的第二方向上延伸的区域。
11.如权利要求10所述的压电元件形成部件，其中每个所述区域的宽度向着所述第三端面变窄。
12.如权利要求1所述的压电元件形成部件，其中形成在所述第二端面上的所述第二外部电极层至少位于所述第二端面的两侧末端附近，并在垂直于所述第三端面的第二方向上延伸。
13.如权利要求12所述的压电元件形成部件，其中所述第二外部电极层形成在所述第二端面上，除了在连接所述第二端面和第四端面的转角附近的区域，所述第四端面与所述第三端面相对。
14.如权利要求12所述的压电元件形成部件，其中所述第二外部电极层整个形成在所述第二端面上。
15.如权利要求12所述的压电元件形成部件，其中所述第二外部电极层形成在所述第二端面上，除了在连接所述第二端面和所述第三端面并与所述第一外部电极层相对的转角附近的区域。
16.如权利要求1所述的压电元件形成部件，其中形成在所述第二端面上的第二外部电极层部分地变薄。
17.一种压电元件形成单元，其中与如权利要求1所述的压电元件形成部件的所述第三端面相对的第四端面以悬臂方式连接到固定板上，使得压电元件形成部件靠近所述第一端面的部分成为自由端面。
18.一种压电致动器单元，其中如权利要求17所述的被固定板悬臂连接的所述压电元件形成部件的至少一部分被所述狭缝栉齿化。
19.如权利要求18所述的压电致动器单元，其中所述狭缝至少延伸到所述第一外部电极层形成在所述第三端面上的末端并靠近所述第二端面。
20.一种液体喷头，包括如权利要求18所述的压电致动器单元；驱动接线，包括通过触点电连接到所述第一外部电极层的被分割开的部分和所述第二外部电极层的多个驱动电极，以提供用于驱动所述压电元件的信号；和振动板，其形成为每个与喷射墨滴的喷嘴孔连通的压力腔的一部分，其中所述衬底的所述第二端面紧靠着所述振动板，使得所述压电元件的远端与各个压力腔相关联。
21.如权利要求20所述的液体喷头，其中所述触点在所述第一区域处在所述第一方向上排列。
全文摘要
本发明公开了一种压电元件形成部件。其中，第一内部电极层和第二内部电极层交替层叠同时在两者之间夹入压电层。所述第一内部电极层至少暴露到所述衬底的第一端面，并且第二内部电极层至少暴露到所述衬底的与所述第一端面相对的第二端面。第一外部电极层形成在所述第一端面和连接所述第一端面与所述第二端面的第三端面上。所述第一外部电极层电连接到所述第一内部电极层。第二外部电极层至少形成在所述第二端面和所述第三端面上。所述第二外部电极层电连接到所述第二内部电极层，并且与所述第一外部电极层电独立。所述第一外部电极层和所述第一内部电极层被狭缝分割开，以形成在第一方向上排列的多个压电元件，所述狭缝从所述第一端面延伸出。所述第一外部电极层的一部分和所述第二外部电极层的一部分在所述第一方向上在所述第三端面上相邻。
文档编号H01L41/09GK1530232SQ20041000616
公开日2004年9月22日 申请日期2004年3月4日 优先权日2003年3月4日
发明者金谷宗秀, 北原强, 冈沢宣昭, 昭 申请人:精工爱普生株式会社