专利名称：液滴排放头、液滴排放装置和成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液滴排放头、液滴排放装置和成像装置。
背景技术：
作为成像装置，具有包括液滴排放头的液滴排放装置的喷墨记录装置是公知的，如打印机、传真机、复印机和打印机、传真机、复印机多功能装置。
在喷墨记录装置中，记录液体的液滴从记录头喷到记录介质上，如纸、OHP(高射投影仪)胶片、记录介质或记录纸，因此可以进行诸如记录、打印或复制等成像。有可能通过喷墨记录装置在记录介质上高速记录高精度图像。另外，在喷墨记录装置中运行成本便宜，噪音小。此外，在喷墨记录装置中，利用多种颜色可以容易地记录彩色图像。
当喷墨头用于这样的喷墨记录装置时，具有诸如挤压室、挤压液体室、压力室、震动室和压电元件的液体室的喷墨头是公知的。液体室连接到用于排出液滴的喷嘴。震动板形成液体室侧面的一部分。压电元件可作为使震动板变形的机电转化元件。
如在日本待审公开的专利申请公开NO.2003-94652和NO.2003-237065和日本专利NO.3178414中公开的，通过在锆酸铅(PbZrO3)和钛酸铅(PbTiO3)固溶体中增加少量的添加剂如氧化铌形成的PZT组被用作形成用于这种喷墨记录装置的压电元件的压电材料。另外，通常称作“三元系”并通过将铅组化合物钙钛矿如Pb(Mg1/3Nb2/3)O3溶解到PZT中形成的固溶体也可用作形成用于这种喷墨记录装置的压电元件的压电材料。
因PZT的居里温度高(360℃)，所以在排放头的制造过程中，PZT不受热的影响。另外，因为PZT的烧结温度相对较低(900到1200℃)，因此可使用低成本金属作为内部层电极。
然而，上述的压电陶瓷材料包括占总重大约70％的对生态系统非优选的氧化铅。因此，在上述的压电陶瓷材料被丢弃的情况下，可以预期，由于酸性降水，铅化合物将扩散到自然环境，从而可以预期这将对人的身体或生态系统造成坏的影响。
此外，特别是对于使用所述压电元件的喷墨记录装置来说，还存在下列问题。即，因为喷墨打印机比其他成像类型的打印机便宜，所以大量的喷墨打印机通常由个人用户消费。在含铅的压电元件被用于这种廉价打印机的情况下，收集铅的成本和销售打印机获得的利润之比很高。另外，因为排放头部件以极高的精度机械定位，因此拆卸打印机的成本也高。因为这，制造商收集铅的负担也极高。
发明内容
因此，本发明的一般目的是提供一种新的和有用的液滴排放头、液滴排放装置和成像装置。
本发明的其他和更具体的目的是提供一种液滴排放头，所述液滴排放头利用不含铅成分的压电元件排出液滴从而降低了环境污染和拆卸成本，一种具有所述液滴排放头的液滴排放装置，以及成像装置。
本发明的上述目的通过一种液滴排放头实现，所述液滴排放头包括被构造成利用压电元件排出液滴的喷嘴；其中在所述压电元件中不含铅成分。
本发明的上述目的还通过一种液滴排放装置实现，所述液滴排放装置包括被构造成排出液滴的液滴排放头；其中所述液滴排放头包括利用压电元件排出所述液滴的喷嘴，和在所述压电元件中不含铅成分。
本发明的上述目的还通过一种成像装置实现，所述成像装置通过排出记录液体的液滴在记录介质上成像，所述成像装置包括用于排出所述液滴的液滴排放头；其中所述液滴排放头包括利用压电元件排出所述液滴的喷嘴，和在所述压电元件中不含铅成分。
通过阅读以下的详细说明并结合附图，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见。
图1是本发明第一实施例的液滴排放头外部的透视图；图2是本发明第一实施例的液滴排放头的分解透视图；图3是本发明第一实施例的液滴排放头的剖视图；图4是本发明第一实施例的液滴排放头的压电致动器的剖视图；图5是图4所示压电致动器部件的扩大透视图；图6是结构图，示出了包括本发明液滴排放装置的成像装置的机械部件实例；图7是本发明成像装置部件的俯视图。
具体实施例方式
现在参考包括本发明实施例的图1-图7给出本发明的说明和相关技术缺点的细节。首先，参考图1-图3讨论本发明液滴排放头的第一实施例。图1是液滴排放头外部的透视图。图2是液滴排放头的分解透视图。图3是液滴排放头的剖视图。
所述液滴排放头具有用来排放液滴的喷嘴1；连接到喷嘴1的压力室2；形成压力室2侧面部分的震动板3(未示出)；压电元件4，所述压电元件4可作为致动器装置，如经由震动板3压缩压力室2中的液体的压力产生装置或驱动装置。液滴排放头还具有公共液体室8和供给口部分9。公共液体室8经由液体供给通路6和液体供给口7将作为记录液体的墨水供给到多个压力室2。供给口部分9从外侧为公共液体室8供给墨水。
在喷嘴板11上平行地布置了两排喷嘴1。例如，可使用由镍电铸法或相似方法形成的板作为喷嘴板11。然而，其他的板材料也可用作喷嘴板11。例如，每个压力室2都形成在由硅基片制成的通道板12内。形成震动板3的震动板部件13连接到通道板12的背面侧。
在这种结构下，从外部供给到公共液体室8的作为记录液体的墨水经由液体供给通路6和液体供给口7供给到多个压力室2。通过压电元件4的变形经由震动板3压缩压力室2的内部，因此液滴从喷嘴1中排出。
压电元件4连接在底座14上从而对应喷嘴1的所述排。更具体地，如图4和图5所示，通过在连接在底座14上的两个压电部件15上制造梳齿状的槽16使得槽16对应于所述喷嘴1，形成了压电元件4。
压电元件4是叠层型压电元件，通过相互堆叠由压电材料(压电陶瓷)形成的压电层形成，不包括铅和内部电极层。内部电极相互地拉出到端面从而连接到端面电极(外侧部分电极)。用来提供驱动信号的FPC18经由各向异性的导电薄膜连接到作为单独电极的端面电极(外侧部分电极)17和作为公共电极(未示出)的其他端面电极。
公共液体室8形成在框架部件20中。供给口部分9形成在框架部件20中作为外部液体供给装置，因此墨水从墨水仓或副罐供给。另外，开口部分21形成在框架部件20中，因此包括压电元件4、底座14和FPC18的压电单元25(见图4)容纳在开口部分21中。此外，震动板部件13的周围边缘部分连接到框架部件20。
例如在所述排放头处的压电元件4的压电材料，使用了不包括铅成分的压电材料。更具体地，使用了主要成分为不包括铅的钙钛矿型晶体结构材料作为压电材料，如其中溶解有锆酸钡(BaZrO3)的钛酸钡(BaTiO3)。
其中溶解有锆酸钡的钛酸钡具有与PZT的机电耦合系数相似的0.5的机电耦合系数。此外，其中溶解有锆酸钡的钛酸钡具有钙钛矿型晶体结构，因此有可能得到良好的压电性质，如小的晶体各向异性。
因为其中溶解有锆酸钡的钛酸钡的居里温度较低(大约130℃)，所以通过各向异性的导电薄膜实现了电连接，由此可在比焊接更低的温度下实现电连接。可以通过其他方法如引线接合实现连接。
在本实施例中，使用了其中溶解有锆酸钡的钛酸钡。然而，也可以使用其中包括少量Fe或K的钛酸钡。
因此，因为在液滴排放头中，根本没有在作为致动器装置的压电元件中包括铅，因此有可能使得环境污染的风险降低，并且使得分解费用降低。
下面，讨论本发明液滴排放头的第二实施例。因为第二实施例的结构与第一实施例的结构相同，因此省略了对第二实施例结构的解释。
在第二实施例中，使用了主要成分为铌酸钾(KNbO3)的陶瓷作为压电元件4的压电材料(压电陶瓷)，其中铌酸钾是一种不含铅的具有钙钛矿型晶体结构的材料。
主要成分为铌酸钾的陶瓷具有与PZT机电耦合系数相似的0.5的机电耦合系数。此外，主要成分为铌酸钾的陶瓷具有钙钛矿型晶体结构，因此有可能得到良好的压电性质，如小的晶体各向异性。因为主要成分为铌酸钾的陶瓷的居里温度较高(大约435℃)，所以有可能通过焊接和PZT安装FPC。
因此，在第二实施例和第一实施例中，因为在液滴排放头中，根本没有在作为致动器装置的压电元件中包括铅，因此有可能使得环境污染的风险降低，并且使得分解费用降低。
下面，讨论本发明液滴排放头的第三实施例。因为第三实施例的结构与第一实施例的结构相同，因此省略了对第三实施例结构的解释。
在第三实施例中，使用了主要成分为钛酸铋钠((Bi0.5Na0.5)TiO3)的陶瓷作为压电元件4的压电材料(压电陶瓷)，其中钛酸铋钠是一种不含铅的具有钙钛矿型晶体结构的材料。
因为主要成分为钛酸铋钠的陶瓷的烧结温度等于或小于1200℃，因此在内部层电极中，有可能降低非常贵重的金属钯的量，所以有可能低成本生产压电元件4。
因此，在第三实施例和第一、第二实施例中，因为在液滴排放头中，根本没有在作为致动器装置的压电元件中包括铅，因此有可能使得环境污染的风险降低，并且使得分解费用降低。
下面，讨论本发明液滴排放头的第四实施例。因为第四实施例的结构与第一实施例的结构相同，因此省略了对第四实施例结构的解释。
在第四实施例中，使用了主要成分为钛酸镍钠(BBi(Ni0.5Ti0.5)O3)的陶瓷作为压电元件4的压电材料(压电陶瓷)，其中钛酸镍钠是一种不含铅的具有钙钛矿型晶体结构的材料。
因为主要成分为钛酸镍钠的陶瓷的居里温度相对较高(大约250℃)，所以有可能通过焊接和PZT安装FPC。
因此，在第四实施例和上述实施例中，因为在液滴排放头中，根本没有在作为致动器装置的压电元件中包括铅，因此有可能使得环境污染的风险降低，并且使得分解费用降低。
下面，讨论本发明液滴排放头的第五实施例。因为第五实施例的结构与第一实施例的结构相同，因此省略了对第五实施例结构的解释。
在第五实施例中，使用了主要成分为Ba2NaNb5O15的陶瓷作为压电元件4的压电材料(压电陶瓷)，其中Ba2NaNb5O15是一种具有钨青铜型晶体结构的材料。
在主要成分为具有钨青铜型晶体结构材料的Ba2NaNb5O15材料组中，压电应变d33系数较大(250pC/N)因此有可能以低电压驱动该材料。因此，有可能降低驱动电路的成本并形成高性能低成本的成像装置。
因此，在第五实施例和上述实施例中，因为在液滴排放头中，根本没有在作为致动器装置的压电元件中包括铅，因此有可能使得环境污染的风险降低，并且使得分解费用降低。
下面，讨论本发明液滴排放头的第六实施例。因为第六实施例的结构与第一实施例的结构相同，因此省略了对第六实施例结构的解释。
在第六实施例中，使用了主要成分为Bi4Ti3O12的陶瓷作为压电元件4的压电材料(压电陶瓷)，其中Bi4Ti3O12是一种铋层状结构化合物材料。
在主要成分为铋层状结构化合物材料的Bi4Ti3O12材料组中，压电应变d33系数相对较大，因此有可能以低电压驱动该材料。因此，有可能降低驱动电路的成本并形成高性能低成本的成像装置。因为没有使用碱金属作为化合物元素，所以有可能在燃烧时得到良好的化合物可控制性，因此获得良好的大规模生产。
因此，在第六实施例和上述实施例中，因为在液滴排放头中，根本没有在作为致动器装置的压电元件中包括铅，因此有可能使得环境污染的风险降低，并且使得分解费用降低。
主要成分具有钙钛矿型晶体结构且不含铅的材料不限于上述的钛酸钡、铌酸钾、钛酸铋钠、钛酸镍钠。相似地，具有钨青铜型晶体结构的材料也不限于上述的Ba2NaNb5O15。相似地，具有铋层状结构化合物型晶体结构的材料也不限于上述的Bi4Ti3O12。
另外，本发明不仅可用于使用所述叠层型压电元件的上述排放头而且可用于使用双压电晶片型压电元件的排放头。此外，本发明还可用于使用了沿d33方向或d31方向变形的叠层型压电元件的排放头。
下面，参考图6和图7像讨论具有本发明液滴排放头的液滴排放装置一样讨论作为本发明成像装置的喷墨记录装置。此处，图6是结构图，示出了包括本发明液滴排放装置的成像装置的机械部件实例。图7是本发明成像装置部件的俯视图。
在所述成像装置中，作为桥接在左、右侧板(未示出)之间的引导部件的导杆101和支杆102固定着托架103，从而托架能够沿主扫描方向滑动。在托架103处，在设置在主扫描马达104处的滑轮106a和设置在另一侧的滑轮106b之间设置了同步带。如图7所示，经由同步带105托架103被主扫描马达104在托架主扫描方向上移动并引起扫描。在托架103中，在横穿主扫描方向的多个喷墨口部分的方向上设置了喷墨记录头107。记录头107还被设置得使墨滴喷射方向向下。四个喷墨记录头107分别喷射颜色为黄(Y)、青(C)、品红(M)和黑(BK)的墨滴。
此外，在托架103处设置有各色副罐108，因此可为记录头107提供相应的墨水颜色。经由供墨管(未示出)从主罐即墨水仓向副罐108供给补充墨水。
此外，作为用于馈送堆叠在供纸盘110的堆纸部件(压板)111上纸112(不仅包括纸本身，还包括OHP(高射投影仪)胶片以及成像材料)的供纸部件，提供了半圆形辊(供纸辊)113和分离垫114。可通过半圆形辊113从堆纸部件111独立地馈送一张纸112。由大摩擦系数材料制成的分离垫114面对半圆形辊(供纸辊)113并被移动到半圆形辊113的侧面。
作为用于传送从记录头107下侧的供纸部件馈送来的纸112的传送部件，提供了传送皮带121、反作用辊122、传送导轨123和头端压辊125。传送皮带121通过静电粘附并传送纸112。经由导轨115从供纸部件传来的纸112被放到传送皮带121和反作用辊122之间从而被传送。通过传送导轨123，沿向上的方向传来的纸112然后被旋转大致90度，然后纸112被传送到传送皮带121。头端压辊125通过压部件124被推向传送皮带121侧。另外，提供了充电辊126作为给传送皮带121的表面充电的充电装置。传送皮带121是环形皮带。传送皮带121安装在传送辊127和张紧辊128之间。通过副扫描马达131经由同步带132和同步辊133转动传送辊127，传送皮带121沿皮带传送方向即副扫描方向旋转。
传送皮带121具有表面层和背面层。表面层121a(未示出)的功能是作为纸吸引表面，例如由厚度大约40μm并且电阻不被控制的纯树脂材料制成，例如ETFE(聚乙烯-四氟乙烯共聚物)纯材料。背面，如中间电阻层或接地层，由和表面层相同的材料制成。背面层的电阻由含碳量控制。
充电辊126开始与传送皮带121的表面层接触并随着传送皮带121的旋转转动。充电辊126给轴的两端施加2.5N的力作为加压力。传送辊127起到接地辊作用，从而接触用于接地的传送皮带121的中间电阻层(背面层)。
引导部件136安排在传送皮带121背面，与记录头107的打印区域对应。引导部件136的上表面突出到记录头107侧，比支撑传送皮带121的两个辊(传送辊127和张紧辊128)的切线更加凸起。在这种结构下，在打印区域，传送皮带121被引导部件136的上表面拖动以实现引导。
此外，作为用于排出由记录头107记录的纸112的纸排出部件，提供了用于从传送皮带121分离纸112的分离爪、排出辊142和排出辊143。设置排纸盘144用来支持排出的纸112。双面供纸单元151可拆卸地安排在所述装置主部分的背面部分。双面供纸单元151接收由传送皮带121反向旋转传来的纸112并将纸112翻转从而将纸112再次供入反作用辊122和传送皮带121之间。
在具有上述结构的喷墨记录装置中，单独地从供入部分供入一张纸112。通过导轨115引导沿基本垂直的方向向上供入的纸112。纸112被放置在传送皮带121和反作用辊122之间从而实现传送。此外，纸112的头端部分通过传送导轨123引导并通过头端压辊125推到传送皮带121，因此纸112的方向改变了大致90度。
这时，通过控制电路(图中未示出)，从高压电源为充电辊126提供电压，因此正输出和负输出交替重复。结果是，在传送皮带121上形成了充电电压图案。即，沿副扫描方向也就是旋转方向进行指代宽度的带状的正充电和负充电。纸112正充电地和负充电地交替供入传送皮带121，因此纸112被传送皮带121静电粘附，并且纸112通过传送皮带121的旋转运动沿副扫描方向传送。
当托架103移动时，对应于图像信号驱动记录头107，因此墨滴喷射在停止的纸112上并记录一行。当纸112传送指定距离后，记录下一行。根据收到的记录完成信号或指示纸112的后端已经到达记录区域的信号来终止记录过程，从而纸112被排出到排纸盘114。
因此，因为成像装置具有本发明的液滴排放头并且在头中不含铅成分。因此，即使成像装置被丢弃，也有可能防止铅成分扩散，此外，收集和拆卸所述成像装置的成本较低，并且所述成像装置可容易地再利用。
本发明不限于上述实施例，可进行各种不脱离本发明范围的变形和修改。
例如，作为液滴排放装置讨论了喷墨记录装置，它是其中一种成像装置实例。然而，本发明不限于此。作为记录介质，可以使用各种类型的薄片，PHP薄片，塑料材料如光盘或用于装饰板、织物的塑料材料，金属材料如铝或铜，皮革材料如牛皮、猪皮或人造革，木质材料如木头或木板，竹质材料，陶瓷材料如瓷砖，三维结构体如海绵或相似物，其中液体是例如墨水。
此外，作为液滴排放装置，可以使用在各种类型薄片或OHP薄片上记录的打印机装置，在塑料材料如光盘上记录的记录装置，在金属板上记录的记录装置，在皮革材料上记录的记录装置，在木头上记录的记录装置，在陶瓷材料上记录的记录装置，在三维结构体如海绵上记录的记录装置，在织物上记录的记录装置或类似物。
权利要求
1.一种液滴排放头，包括构造成利用压电元件排出液滴的喷嘴；其中在所述压电元件中不含铅成分。
2.如权利要求1所述的液滴排放头，其中压电元件的主要成分为不含铅的具有钙钛矿型晶体结构的材料。
3.如权利要求2所述的液滴排放头，其中压电元件的主要成分为钛酸钡。
4.如权利要求2所述的液滴排放头，其中压电元件的主要成分为铌酸钾。
5.如权利要求2所述的液滴排放头，其中压电元件的主要成分为钛酸铋钠。
6.如权利要求2所述的液滴排放头，其中压电元件的主要成分为钛酸镍钠。
7.如权利要求1所述的液滴排放头，其中压电元件的主要成分为具有钨青铜型晶体结构的材料。
8.如权利要求7所述的液滴排放头，其中压电元件的主要成分为Ba2NaNb5O15。
9.如权利要求1所述的液滴排放头，其中压电元件的主要成分为具有铋层状结构化合物的材料。
10.如权利要求9所述的液滴排放头，其中压电元件的主要成分为Bi4Ti3O12。
11.一种液滴排放装置，包括构造成排出液滴的液滴排放头；其中所述液滴排放头包括利用压电元件排出所述液滴的喷嘴，和在所述压电元件中不含铅成分。
12.一种成像装置，其通过排出记录液体的液滴在记录介质上成像，所述成像装置包括构造成排出所述液滴的液滴排放头；其中所述液滴排放头包括利用压电元件排出所述液滴的喷嘴，和在所述压电元件中不含铅成分。
全文摘要
一种液滴排放头包括利用压电元件排出液滴的喷嘴。在所述压电元件中不含铅成分。
文档编号H01L41/09GK1771130SQ20058000019
公开日2006年5月10日 申请日期2005年2月23日 优先权日2004年3月2日
发明者山口清, 佐佐木隆文 申请人:株式会社理光