喷墨记录头和喷墨记录设备.pdf

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摘要
申请专利号:

CN02105630.7

申请日:

2002.02.19

公开号:

CN1373042A

公开日:

2002.10.09

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效|||公开|||实质审查的生效

IPC分类号:

B41J2/14; H01L41/00

主分类号:

B41J2/14; H01L41/00

申请人:

精工爱普生株式会社;

发明人:

矢崎士郎

地址:

日本东京都

优先权:

2001.02.19 JP 41471/01; 2002.01.29 JP 19812/02

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司

代理人:

章社杲

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内容摘要

一种喷墨记录头,它包括通道形成基片,振动板以及多个通过振动板设在通道形成基片的一侧上的压电元件,所述通道形成基片具有多个以与喷嘴口相通并且通过多个腔室壁相互隔开的方式形成在其中的压力产生室,所述多个压电元件每个都包括下电极、压电层和上电极。振动板承受张力;每英寸上布置的压力产生室数目n大于200,并且如由(w+d)=1英寸/n所示一样与压力产生室的宽度w和腔室壁的厚度d有关;腔室壁的厚度d大于10μm并且如由(d×3)≤h≤(d×6)所示一样与通道形成基片的厚度h有关。因此,可以保持腔室壁的刚度。

权利要求书

1: 一种喷墨记录头,它包括:通道基片(10),它具有多个与相应喷嘴口(21) 相通并且通过多个隔壁(11)相互分开的压力产生室(12);以及多个压电元件, 它们通过振动板设在所述通道基片(10)的一个侧面上并且每个都包括有下电 极(60)、压电层(70)和上电极(80),其特征在于,所述振动板承受拉伸应力; 每英寸上布置的所述压力产生室(12)的数目n大于200,并且如由(w+d)=1英 寸/n所表示的一样与所述压力产生室(12)的宽度w和所述隔壁(11)的厚度d 有关;并且所述隔壁(11)的厚度d大于10μm,并且如由(d×3)≤h≤(d×6) 所示的一样与通道形成基片(10)的厚度h有关。
2: 一种如权利要求1所述的喷墨记录头,其中所述通道基片(10)的厚度h 和所述隔壁(11)的厚度d如由(d×4)≤h≤(d×5)所示一样相关。
3: 一种如权利要求1或2所述的喷墨记录头,其中所述隔壁(11)的弯曲 量与所述压力产生室(12)的百分比不大于10%。
4: 一种如权利要求1-3任一所述的喷墨记录头,其中所述通道基片(10) 的厚度h大于所述压力产生室(12)的宽度w。
5: 一种如权利要求1-4任一所述的喷墨记录头,其中所述压电层(70)的 晶体具有优选的取向。
6: 一种如权利要求5所述的喷墨记录头,其中所述压电层(70)的晶体具 有相对于(100)晶面的优选取向。
7: 一种如权利要求5或6所述的喷墨记录头,其中所述压电层(70)的晶 体为菱面体形。
8: 一种如权利要求5-7任一所述的喷墨记录头,其中所述压电层(70)的 晶体是圆柱形。
9: 一种如权利要求1-8任一所述的喷墨记录头,其中所述压电层(70)厚 度为0.5μm-2μm。
10: 一种如权利要求1-9任一所述的喷墨记录头,其中所述振动板的应力 和所述每个压电元件(300)的分层的应力的总和等于拉伸应力。
11: 一种如权利要求10所述的喷墨记录头,其中所述振动板的应力和所 述下电极(60)的应力的总和等于拉伸应力。
12: 一种如权利要求10或11所述的喷墨记录头,其中所述压电层(70)承 受拉伸应力。
13: 一种如权利要求10-12任一所述的喷墨记录头,其中振动板包括在面 对着所述压力产生室(12)的侧面上承受压缩应力的压缩层。
14: 一种如权利要求1-13任一所述的喷墨记录头,其中当形成所述压力 产生室(12)时,所述压电元件(300)可以朝着相应的压力产生室(12)中凸地挠 曲。
15: 一种如权利要求1-14任一所述的喷墨记录头,其中所述通道基片(10) 由单晶硅基片形成,并且通过抛光其另一侧而形成预定的厚度。
16: 一种如权利要求1-14任一所述的喷墨记录头,其中所述通道基片(10) 由单晶硅基片形成,并且可以通过从其另一侧上除去预先设置的牺牲基片而 形成预定的厚度。
17: 一种如权利要求1-16任一所述的喷墨记录头,其中通过各向异性蚀 刻来形成所述压力产生腔室(12),并且可以通过薄膜沉积和光刻来形成所述 压电元件(300)的分层。
18: 一种包括有如权利要求1-17任一所述的喷墨记录头的喷墨记录设 备。

说明书


喷墨记录头和喷墨记录设备

    【技术领域】

    本发明涉及一种如此构成的喷墨记录头:振动板部分地构成与喷嘴口相通的压力产生室,墨水滴通过所述喷嘴口喷射出,并且压电元件借助于振动板设置以便通过其位移运动来喷射墨水滴,本发明还涉及一种采用该喷墨头的喷墨记录设备。相关背景技术

    喷墨记录头是如此构成的,振动板部分地构成与喷嘴口相通的压力产生室,墨水滴通过所述喷嘴口喷射出,并且压电元件使振动板变形,从而挤压装在压力产生腔室中的墨水,由此通过喷嘴口喷射出墨水滴。实际使用的喷墨记录头分成以下两种类型:采用了以纵向振荡模式操作的压电促动器的喷墨记录头,即沿着压电元件的轴向方向膨胀和收缩;以及采用以挠曲振荡模式操作的压电促动器的喷墨记录头。

    前面的记录头的优点在于可以通过邻接振动板的压电元件的端面来执行改变压力产生室体积的功能,从而能够良好适用于高密度打印。但是,前面的记录头的缺点在于,生产工艺复杂;具体地说,生产涉及一种将压电元件以与喷嘴口地布置相对应的间隔分开的梳齿状段的难度较大的工艺,以及使压电段固定成与相应的压力产生室对齐的工艺。

    后面的记录头的优点在于,可以通过相对简单的工艺将压电元件形成在振动板上;具体地说,压电材料的生片叠放在振动板上从而在形状和位置上对应于压力产生室,之后烘干。但是,后面的记录头的缺点在于压电元件必须使用一定量的面积以便利用挠曲振荡,因此难以高密度地布置压力产生室。

    为了解决后面记录头的缺点,如在例如日本特许申请No.5-286131中所披露的一样,曾经提出以下工艺。通过采用薄膜沉积技术在振动板的整个表面上形成均匀的压电材料层。通过光刻技术将压电材料层分成这样的样式,即,在形状和位置上对应于压力产生室,从而形成与压力产生室对应的单独的压电元件。

    近年来,为了实现高质量打印,要求喷墨记录头以更高的密度布置喷嘴口。

    但是,为了高密度布置喷嘴口,必须高密度布置压力产生室。压力产生室的高密度布置使得压力产生室之间的腔室壁的厚度减小,从而导致腔室壁刚度不够并且因此使得相邻压力产生室之间产生串扰。发明概述

    根据以上情况,本发明的目的在于提供一种喷墨记录头,该记录头使得压力产生室能够高密度布置并且能够防止串扰,本发明还提供一种采用所述记录头的喷墨记录设备。

    为了实现上述目的,本发明提供一种喷墨记录头,它包括通道形成基片,振动板以及多个通过振动板设在通道形成基片的一侧上的压电元件,所述通道形成基片具有多个以与喷嘴口相通并且通过多个腔室壁相互隔开的方式形成在其中的压力产生室,所述多个压电元件每个都包括下电极、压电层和上电极。振动板承受张力;每英寸上布置的压力产生室数目n大于200,并且如由(w+d)=1英寸/n所示一样与压力产生室的宽度w和腔室壁的厚度d有关;腔室壁的厚度d大于10μm并且如由(d×3)≤h≤(d×6)所示一样与通道形成基片的厚度h有关。

    通过采用上述特征,即使压力产生室布置得相对密度较高,也能保持腔室壁的刚度,从而可以保持良好的喷墨特性。

    通道形成基片的厚度h可以由(d×4)≤h≤(d×5)所示一样和腔室壁的厚度d相关。

    通过采用上述特征,可以可靠地保持腔室壁的刚度,从而能够一直保持良好的喷墨特性。

    腔室壁的弯曲量与压力产生室的弯曲量的百分比不能大于10%。

    由于腔室壁的弯曲百分数相对较低,所以就可以将串扰的影响减小到较低的程度上。

    通道形成基片的厚度h可以大于压力产生室的宽度w。

    上述特征的采用约束了特征上的改变,这会导致通道形成基片的厚度h上的误差。

    压电层的晶体可以呈现优选的取向。

    由于压电层是通过薄膜沉积工艺形成的,所以晶体呈现优选的取向。

    压电层的晶体可以相对于(100)面呈现优选的取向。

    当压电层是通过预定的薄膜沉积工艺形成的时,晶体相对于(100)面呈现优选的取向。

    压电层的晶体可以是菱面体形的。

    当压电层是通过预定的薄膜沉积工艺形成的时,晶体变成菱面体形。

    或者,压电层的晶体可以是圆柱形。

    当压电层是通过薄膜沉积工艺形成的时,晶体变成圆柱形。

    压电层可以呈现0.5μm-2μm的厚度。

    由于压电层的厚度相对较小,所以就有可能进行高密度布置图案。

    振动板的应力和每个压电元件的分层的应力的总和等于拉伸应力。

    通过采用上述特征,由压电元件和振动板的应力而在每个腔室壁的振动板侧端部处引起的约束防止了串扰。

    振动板的应力和下电极的应力的总和等于拉伸应力

    通过采用上述特征,振动板和下电极的应力作用在于更可靠地约束腔室壁,从而可靠地防止串扰。

    压电层可以承受拉伸应力。

    通过采用上述特征,压电层的应力作用在于更可靠地约束腔室壁,从而可靠地防止串扰。

    振动板可以包括在面对着压力产生室的侧面上承受压缩应力的压缩层。

    即使振动板包括压缩层,如果整个振动板的应力为拉伸应力或者如果振动板的应力和每个压电元件的分层的应力的总和等于拉伸应力的话,也可以防止串扰。

    当形成压力产生室时,压电元件可以朝着相应的压力产生室中凸地挠曲。

    通过采用上述特征,振动板的应力作用就能更可靠地防止串扰。

    通道形成基片可以由单晶硅基片形成,并且可以通过抛光其另一侧而形成预定的厚度。

    通过采用上述特征,可以通过以相对容易的方式进行抛光来减小通道形成基片的厚度。

    通道形成基片可以由单晶硅基片形成,并且可以通过从其另一侧上除去预先设置的牺牲基片而形成预定的厚度。

    通过采用上述特征,相对薄的通道形成基片可以以相对容易的方式形成。

    可以通过各向异性蚀刻来形成压力产生腔室,并且可以通过薄膜沉积和光刻来形成压电元件的分层。

    采用上述特征使得能够以相对简单的方式高精度且高密度地形成压力产生室。

    本发明还提供一种包括如上所述的喷墨记录头的喷墨记录设备。

    采用了本发明的喷墨记录头的喷墨记录设备可以实现高速高质量打印。附图的简要说明

    图1为根据本发明的实施方案的喷墨记录头的透视图;

    图2A为图1的喷墨记录头的平面图;

    图2B为沿着图2A的直线A-A′剖开的剖视图;

    图3为沿着图2A的直线B-B′剖开的剖视图;

    图4A-4D的剖视图显示出生产图1的喷墨记录头的工艺;

    图5A-5D的剖视图显示出生产图1的喷墨记录头的工艺;并且

    图6为根据本发明的实施方案的喷墨记录设备的示意图。优选实施方案的说明

    下面将参照附图对本发明的实施方案进行说明。

    图1-3显示出根据本发明的实施方案的喷墨记录头。通道形成基片10由(110)晶面取向的单晶硅基片形成,并且包括通过热氧化预先形成在其一个侧面上的厚为1μm-2μm的二氧化硅弹性薄膜50。

    通过单晶硅基片的各向异性蚀刻在通道形成基片10中从其一个侧面形成多个压力产生室12,这些压力产生室12是以这样的方式形成的,即,用多个腔室壁11的方法将这些压力产生室12相互分开并且沿着通道形成基片10的宽度方向布置。在通道形成基片10的纵向向外的位置处形成有多个连通段13。连通段13通过相应的通孔51与容器形成板的容器31相通,这将在下面进行说明。连通段13在压力产生室12的纵向端部处通过相应的墨水供应通道14与相应的压力产生室12相通。

    压力产生室12以相对高的密度例如高于每英寸200个腔室布置,并且在本发明中以每英寸360个腔室布置。

    各向异性蚀刻利用了单晶硅基片的以下特性:当单晶硅基片浸泡在碱溶液例如KOH溶液中时,单晶硅基片逐渐地腐蚀,从而显现出垂直于(110)晶面的第一晶面(111)和与第一晶面(111)成大约70度夹角并与(110)晶面成大约35度夹角的第二晶面(111);并且以蚀刻晶面(110)大约1/180的速度蚀刻(111)晶面。基于在由两个第一晶面(111)和两个倾斜的第二晶面(111)限定的平行四边形中加工的深度通过这种各向异性蚀刻,可以进行精确的加工,从而压力产生室12可以布置成高密度。

    根据本发明,第一晶面(111)限定了每个压力产生室12的长边,第二晶面(111)限定了每个压力产生室12的短边。通过沿着基本上整个厚度蚀刻通道形成基片10直到达到弹性薄膜50来形成压力产生室12。要注意的是,弹性薄膜50被用于蚀刻单晶硅基片的碱溶液稍微地腐蚀。在腔室12的一个端部处与相应压力产生室12相通的墨水供应通道14形成得比压力产生室12更浅,从而使墨水流进压力产生室12保持稳定的流动阻力。也就是说,通过沿着基片的厚度方向蚀刻单晶硅基片的一半(半蚀刻)来形成墨水供应通道。通过调节蚀刻时间来进行半蚀刻。

    使用粘接剂将喷嘴板20粘接到通道形成基片10的另一侧上,从而形成在喷嘴板20中的喷嘴口21在对着墨水供应通道14的侧面处与相应的压力产生室12相通。根据本发明,喷嘴板20由单晶硅基片形成并且具有通过干蚀刻形成在其中的多个喷嘴口21。每个喷嘴口21包括:喷嘴段21a,通过该喷嘴段21a喷射墨水滴;以及其直径大于喷嘴段21a并且在喷嘴段21a和压力产生腔室12之间建立连通的喷嘴连通段21b。

    因为如上所述喷嘴板20和通道形成基片10由相同的材料形成,所以喷嘴板20和通道形成基片10在与粘接相关的加热过程以及在与安装相关的后加热过程中不会出现挠曲或应力,从而没有裂纹。

    根据所要喷射的墨水滴量、墨水滴喷射速度以及墨水滴喷射频率来优化适用于把墨水滴喷射压力施加在墨水上的压力产生室12的尺寸和适用于从中喷射墨水滴的喷嘴口21的尺寸。例如,当以每英寸360滴墨水的速度喷射进行记录时,喷嘴口21必须精确地形成为直径几十个微米。

    下电极薄膜60、压电层70以及上电极薄膜80通过将在下面描述的工艺层叠地形成在设在通道形成基片10上的弹性薄膜50上,从而形成压电元件300。下电极薄膜60其厚度例如大约为0.2μm;压电层70其厚度例如大约为0.5μm-2μm;并且上电极薄膜80其厚度例如大约为0.1μm。这里,压电元件300包括下电极薄膜60、压电层70和上电极薄膜80。一般来说,下电极或上电极都采取共同电极的形式,以便在压电元件300之间使用,而其它电极和压电层70通过形成图案为每个压力产生腔室12形成。在这种情况中,由电极中任一个构成的部分和其上进行形成图案的压电层70以及通过在两个电极上施加电压产生的压电应力的位置被称为压电活动部分。根据本发明,下电极薄膜60用作在压电元件300中使用的共同电极,而上电极薄膜80用作供压电元件300使用的单独电极。但是,根据驱动电路和布线的需要可以使该结构反过来。在任一种情况中,压电活动部分形成用于单独的压力产生室。这里,压电元件300和由压电元件300驱动从而变形的振动板构成压电促动器。根据本发明,弹性薄膜50和下电极薄膜60用作振动板。但是,下电极薄膜也可以用作弹性薄膜。为了使得在振动板中产生出的应力成为拉伸应力,可以在弹性薄膜50上形成由例如二氧化锆(ZrO2)支撑的加强层。

    优选的是,其中每英寸布置的压力产生室12的数目n大于200,并且如由(w+d)=1英寸/n表示一样与压力产生室12的宽度w和腔室壁11的厚度d相关的喷墨记录头满足以下条件:振动板承受拉伸应力;并且腔室壁11的厚度d大于10μm,并且如由(d×3)≤h≤(d×6)和优选(d×4)≤h≤(d×5)所表示的一样与通道形成基片10的厚度h(压力产生室12的深度)相关。

    因此,即使压力产生室12以相当高的密度布置时,也能可靠地保持腔室壁11的刚度,从而可以防止串扰的出现。具体地说,当压力产生室12以高密度布置时,腔室壁11的厚度降低;但是,通过在确定压力产生室12的厚度w、分隔壁11的厚度d以及通道形成基片10的厚度h时满足上述要求,从而可以可靠地保持分隔壁11的刚度。

    当振动板是通过薄膜沉积工艺形成的并且承受拉伸应力时,位于振动板侧面上的分隔壁11的端部可以被认为不是自由端而是简单的支撑端。在这种情况中,上述要求的满足可靠地防止了串扰。

    根据本发明,由于振动板由弹性薄膜50和下电极薄膜60构成,所以振动板承受着拉伸应力;即弹性薄膜50的应力和下电极薄膜60的应力的总和等于拉伸应力。例如,根据本发明,弹性薄膜50承受着压应力,下电极薄膜60承受着拉伸应力,而整个振动板承受着拉伸应力。

    即使下电极薄膜60形成图案用于每个压电元件300并因此不用作振动板,当在面对着压力产生室12的区域中测量时,用作振动板的弹性薄膜50的应力和下电极薄膜60的应力的总和优选等于拉伸应力。由于振动板承受拉伸应力,所以当形成压力产生室12时;即在最初状态中,优选的是,压电元件300朝着相应的压力产生室12中凸地挠曲。

    由于振动板承受拉伸应力,所以拉伸应力产生出一种约束,约束位于振动板侧面上的每个腔室壁11的端部,从而防止串扰。

    根据本发明,用作振动板的弹性薄膜50的应力和下电极薄膜60的应力的总和等于拉伸应力,并且振动板的应力和每个压电元件300的分层的应力的总和等于拉伸应力,同时至少压电元件300的压电层70承受拉伸应力。这样,优选的是,振动板承受拉伸应力,振动板的应力和每个压电元件300的分层的应力的总和等于拉伸应力。但是,至少当振动板的应力和每个压电元件300的分层的应力的总和等于拉伸应力时,拉伸应力用来约束位于振动板侧面上的腔室壁11的端部,从而防止串扰。

    当腔室壁11的厚度d大于10μm最好大于10μm且不大于30μm并且如由h≤(d×6)所表示的一样与通道形成基片10的厚度h相关时,腔室壁11保持预定的刚度,从而可靠地防止了串扰。

    通道形成基片10的厚度h越小;即分隔壁11的高度越小,则分隔壁11的刚度越高,从而可以更可靠地防止串扰。但是,由于为了获得良好的喷墨特性压力产生室12的横向端面面积最好尽可能地大,所以通道形成基片10的厚度h(压力产生室12的深度)优选如由h≥(d×3)所表示的一样与腔室壁11的厚度d相关。还有优选的是,压力产生室12的宽度w尽可能地大。

    因此,当腔室壁11的厚度d大于10μm并且如由(d×3)≤h≤(d×6)所表示的一样与通道形成基片10的厚度h相关时,腔室壁11保持刚度,从而可靠地防止了串扰。

    在腔室壁11的厚度d和通道形成基片10的厚度h(压力产生室12的深度)之间的上述尺寸要求是基于以下在弯曲量方面的发现。当用来使压力产生室12相互分离的腔室壁11的弯曲量与压力产生室12的弯曲量即腔室壁11、振动板和压力产生室12中的墨水的总弯曲量的百分比不大于10%尤其是不大于5%时,可以抑制串扰的出现。

    压力产生室12的横断面的短边长度在压力产生室12的流动阻力上产生的影响比该横断面的长边长度所产生的影响大。压力产生室12的宽度w可以以比压力产生室12的深度(通道形成基片10的厚度h)更高的精度来控制。因此,优选的是,在喷墨特性上有很大影响的短边为压力产生室12的宽度w。也就是说,优选的是,压力产生室12的宽度w不大于通道形成基片10的厚度h,从而压力产生室12就可以具有良好的均匀的喷墨特性。

    在下面表1中所示的条件下生产出实施例1-4和对比实施例1-3的喷墨记录头。检测喷墨记录头的腔室壁11的弯曲量与压力产生室12的弯曲量的百分比。结果也显示在表1中。

    表1对比实施例1实施例1实施例2实施例3实施例4对比实施例2对比实施例3压力产生室的布置密度(dpi)360 360 3印360 360 360 360压力产生室的尺寸 w:宽度(μm)55 55 55 55 55 55 55 h:深度(μm) 30 45 60 75 90 105 120 d:腔室壁的厚度(μm)15 15 15 15 15 15 15 h/d2 3 4 5 6 7 8 w/h1.8 1.2 0.9 0.7 0.6 0.5 0.5腔室壁的弯曲量的百分比0.10% 0.60% 1.80% 3.90% 7.20% 11.80% 17.80%

    如表1中所示,在实施例和对比实施例中,每英寸布置的压力产生室12的数目n为360,压力产生室12的宽度w和腔室壁11的厚度d的总和大约为70μm((w+d)≈70μm))。由于压力产生室12的宽度w大约为55μm,所以腔室壁11的厚度d大约为15μm。

    在实施例1-4中,通道形成基片10的厚度h(压力产生室12的深度)在45μm到90μm的范围上改变,从而腔室壁11的厚度d和通道形成基片10的厚度h如由(d×3)≤h≤(d×6)所表示的一样相关。

    对比实施例1-3与实施例1-4类似,除了其通道基片10的厚度h分别设为30μm、105μm和120μm。

    形成具有上述尺寸的实施例1-4的喷墨记录头其腔室壁11的弯曲量的百分比为0.6%-7.2%,小于10%。压力产生室12的宽度w和压力产生室12的深度(通道形成基片10的厚度h)之间的比值w/h为0.6-1.2,表示压力产生室12的宽度基本上等于或小于压力产生室12的深度。因此,喷墨记录头不会出现串扰并且具有良好的喷墨特性。

    通过比较,对比实施例1的喷墨记录头其腔室壁的弯曲量的百分比非常小为0.1%,因此能够防止串扰。但是,由于压力产生室的深度和宽度之间的比值w/h非常大为1.8,所以该喷墨记录头不能具有均匀的喷射特性。

    对比实施例2和3的喷墨记录头其腔室壁的弯曲量的百分比较大,大于10%,因此出现串扰,从而导致不能具有良好的喷墨特性。

    从如上所述的检测结构中可以看出,当腔室壁11的厚度d和通道形成基片10的厚度h如由(d×3)≤h≤(d×6)尤其由(d×4)≤h≤(d×5)所表示的一样来确定时,可以防止串扰,因此可以获得良好的喷墨特性。

    下面将参照图4和5来对用于生产本发明的喷墨记录头的方法进行说明。图4和5是压力产生室12的纵向断面视图的系列。在图4B-4D、5A和5B中,由于腔室12还没有形成,所以压力产生室12由虚线表示。

    首先,如图4A所示,弹性薄膜50形成在通道形成基片10的一个侧面上。具体地说,例如,厚度为220μm的并且将变成通道形成基片10的单晶硅基片在扩散炉中在大约1100℃下被热氧化,从而在通道形成基片10的一个侧面上形成二氧化硅弹性薄膜50。

    接着,如图4B所示,通过溅射然后成形为预定图案,从而将下电极薄膜60沉积在弹性薄膜50的整个表面上。铂(Pt)对于下电极薄膜60是一种优选的材料,其原因如下:所要通过溅射工艺或溶胶凝胶工艺沉积的压电层70在沉积之后必须通过在大约600℃-1000℃的温度下在空气或氧气氛围中进行烘烤以结晶。也就是说,用于下电极薄膜60的材料必须在这种高温氧化氛围中保持导电性。尤其是,当锆钛酸铅(PZT)用作压电层70时,该材料优选具有由氧化铅的分散作用引起的导电性的稍微变化。。因此,铂是优选的。

    接着,如图4C所示,沉积压电层70。优选的是,压电层70具有晶体学取向。例如,根据本发明,通过采用溶胶凝胶工艺在晶体学取向条件中形成压电层70。具体地说,金属有机物质溶解并分散在催化剂中以获得所谓的溶胶。涂布该溶胶并使之干燥以获得凝胶。使该凝胶在高温下进行烘烤,从而产生出由金属氧化物制成的压电层70。在应用在喷墨记录头中,对于压电层70来说,锆钛酸铅是优选的材料。用于沉积压电层70的方法没有特别限制。例如,可以采用溅射工艺。

    或者,通过溶胶凝胶工艺或溅射工艺形成锆钛酸铅的前体,然后通过采用高压处理工艺使之在低温下在碱性水溶液中进行晶粒长大。

    与大多数沉积材料相比,这样沉积的压电层70具有优选的晶体学取向。例如,本实施方案的压电层70具有相对于(100)晶面的优选取向。优选取向指的是这样一种状态,其中晶体整齐地取向;即,某些晶面面对着相同的方向。

    在压电层70中,晶体具有圆柱形菱面体的形式。圆柱形晶体的薄膜指的是这样一种状态,其中基本上为圆柱形的晶体沿着平面方向被收集同时其轴基本上沿着其厚度方向延伸,从而形成薄膜。当然,薄膜可以由优选取向的粒状晶体形成。由这种薄膜沉积工艺沉积而成的压电层其厚度为0.2μm-5μm。

    接着,如图4D所示,形成上电极薄膜80。上电极薄膜80可以由任一高导电性材料制成,例如铝、金、镍、铂或类似金属,或者导电氧化物。根据本发明,通过溅射沉积铂。

    接着,如图5A所示,压电层70和上电极薄膜80进行形成图案,从而在面对着压力产生室12的区域中形成压电元件300。

    接着,如图5B所示,形成导线电极90。具体地说,由例如金(Au)制成的导线电极90沿着基片的整个宽度形成在通道形成基片10上,然后进行图案成形,从而被分成与压电元件300对应的单个导线电极90。

    在上述薄膜沉积工艺之后,如上所述,通过使用碱溶液来各向异性地蚀刻单晶硅基片,从而如图5C所示,同时形成压力产生室12、墨水供应通道14以及未示出的连通部分13。

    随后,如图5D所示,通道形成基片10上与压电元件元件300相反的表面被抛光,从而使通道形成基片10具有预定的厚度,例如在本实施方案中为大约70μm。

    根据本实施方案,对通道形成基片10进行抛光以便具有预定的厚度。但是,通道形成基片10可以在这之前就具有预定的厚度。在这种情况中,由于形成压电元件300的工艺在处理通道形成基片10中遇到困难,所以可以将例如厚度大约为200μm的牺牲薄膜粘接在通道形成基片10(硅薄膜)的一个侧面上,并且在某个后面的阶段处可以除去该牺牲薄膜。

    在生产中,可以通过一系列薄膜沉积工艺和随后的各向异性蚀刻工艺将许多包含有压电元件300和压力产生室12的片同时形成在单片薄膜上。然后,将喷嘴板20粘接在该薄膜上。将这样制备出的薄膜分成片状大小的通道形成基片10,如图1所示。随后把将在后面所描述的容器形成板30和柔性基片40粘接在每个通道形成基片10上。从而所得到的装置为喷墨记录头。

    如图1-3所示,包含有用来给压力产生室12共用的容器31的容器形成板30被粘接在包含有压力产生室12的通道形成基片10的压电元件300的侧面上。在本实施方案中,容器31以这样的方式形成在容器形成板30上,从而在基片30的厚度方向中延伸穿过容器形成板30同时沿着布置压力产生室12的方向延伸。

    优选的是,容器形成板30由其热膨胀系数基本上等于通道形成基片10的热膨胀系数的材料制成,例如,玻璃或陶瓷材料。在本实施方案中,容器形成板30和通道形成基片10由相同的材料形成;即单晶硅基片。因此,在喷嘴板20和通道形成基片10的粘接情况中,即使在通过使用热固性的粘接剂在高温下将容器形成板30和通道形成基片10粘接在一起时,它们也可以可靠地粘接在一起。因此,可以简化生产工艺。

    还有,将包括密封膜41和固定板42的柔性基片40与容器形成板30粘接。密封膜41由具有柔性的低刚性材料(即,厚度为6μm的聚苯硫薄膜(PPS))形成。密封膜41密封着容器31的一个侧面。固定板42由硬质材料形成,例如金属(即,厚度为30μm的不锈钢(SUS)板)。沿着固定板42的厚度方向完全除去固定板42面对着容器31的区域,从而形成开口43。因此,容器31的一个侧面主要被柔性密封膜41覆盖,从而形成柔性部分32,该部分可以随着容器31的内部压力的改变而变形。

    用来将墨水供应给容器31的墨水入口35形成在柔性基片40中并且位于相对于容器31的纵向方向的基本上中央部分和相对于容器31的横向方向的外侧容器31处。另外,用于在墨水入口35和容器31之间建立连通的墨水引导通道36形成在容器形成板30中,同时延伸穿过容器31的侧壁。

    压电元件保持部分33如此形成在容器形成板30面对着压电元件300的区域中,从而提供处于密封状态中的空间以便让压电元件300自由运动。压电元件300被密封在压电元件保持部分33中,从而保护压电元件300不会压裂,而这会由环境原因例如空气中的水导致。

    这样构成的喷墨记录头以下面的方式工作。未示出的外部墨水供应装置与墨水入口35连接并且通过墨水入口35把墨水供应给喷墨记录头。这样供应的墨水充满了从容器31延伸到喷嘴口21的内部空间。根据来自未示出的外部驱动电路的信号,在上电极薄膜80和下电极薄膜60之间施加电压,从而使得弹性薄膜50、下电极薄膜60和相应的压电层70变形。因此,在相应压力产生室12内的压力增加,从而从相应的喷嘴口21中喷射出一滴墨水。

    虽然已经根据该实施方案对本发明进行了说明,但是喷墨记录头的基本结构并不限于该实施方案。

    例如,上面的实施方案描述了一种薄膜型喷墨记录头,其生产采用了一种薄膜沉积工艺和光刻工艺。但是,本发明并不限于此。例如,本发明可以应用在厚膜型喷墨记录头上,其生产采用了生片的粘贴。

    还有,上述实施方案描述了一种包括上述变形型压电元件的喷墨记录头。但是,本发明并不限于此。例如,本发明可以应用在包括以纵向振荡模式工作的压电元件的喷墨记录头上,这些压电元件构成为压电材料和电极材料布置成交替层叠的结构。在任一种情况中,振动板必须承受拉伸应力。

    在不脱离本发明的精神或范围的情况下,本发明可以应用于具有各种结构的喷墨记录头。

    如上所述的实施方案的喷墨记录头构成部分的记录头装置,该装置包括与墨盒或类似装置相通的墨水通道,从而被安装在喷墨记录设备上。图6大致地显示出这种喷墨记录设备的实施方案。

    如图6所示,每个都包括喷墨记录头的装置1A和1B分别带有可更换的用作墨水供应装置的墨盒2A和2B。带着记录头装置1A和1B的滑架3可轴向移动地安装在滑架轴5上,该滑架轴安装在设备主体4上。记录头装置1A和1B分别用来喷射例如黑色墨水组分和彩色墨水组分。

    驱动马达6的驱动力通过多个未示出的齿轮和同步带7传递给滑架3,从而承载着记录头装置1A和1B的滑架3沿着滑架轴5移动。压纸辊8以沿着滑架3的通道延伸的方式设在设备主体4上。该压纸辊8在未示出的送纸马达的驱动力的作用下转动,从而通过送纸辊将作为记录媒介的纪录片S例如纸张输送到所述压纸辊8上。

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一种喷墨记录头,它包括通道形成基片,振动板以及多个通过振动板设在通道形成基片的一侧上的压电元件,所述通道形成基片具有多个以与喷嘴口相通并且通过多个腔室壁相互隔开的方式形成在其中的压力产生室,所述多个压电元件每个都包括下电极、压电层和上电极。振动板承受张力;每英寸上布置的压力产生室数目n大于200,并且如由(w+d)=1英寸/n所示一样与压力产生室的宽度w和腔室壁的厚度d有关;腔室壁的厚度d大于10。

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