液体喷射头、 液体喷射装置以及液体喷射头的制造方法 技术领域 本发明涉及将沿与基板面平行的方向极化的压电体与构成压力腔的凹部的侧壁 上表面接合并引发厚度滑移变形 ( 厚み滑り変形 ) 以喷出液体的液体喷射头、 液体喷射装 置以及液体喷射头的制造方法。
背景技术 近年来， 喷墨方式的液体喷射头得到利用， 该液体喷射头将墨滴喷出至记录纸等 来描绘文字、 图形， 或者将液体材料喷出至元件基板的表面来形成功能性薄膜的图案。 该方 式将墨水 ( 油墨 ) 或液体材料从液体罐经由供给管供给至液体喷射头， 将该墨水填充至形 成于液体喷射头的微小空间， 响应驱动信号而将微小空间的容积瞬间地缩小， 使液滴从与 该微小空间连通的喷嘴喷出。
这种液体喷射头被提出了多种方式， 其中， 利用压电元件的厚度滑移模式的液体 喷射头驱动效率良好， 能够高密度化。例如在专利文献 1 中， 记载了利用压电体的厚度滑移
模式的喷墨头。 预先准备由沿与板面垂直的方向施行了极化处理的压电体材料构成的底部 片， 使用切割刀片而在该底部片的表面形成多个并列的槽。在各槽的侧壁形成驱动用的电 极， 槽的上部开口由绝缘性的上部片堵塞。 然后， 如果将电压供与电极而沿与极化方向正交 的方向施加电场， 则构成槽的侧壁产生剪切型的应变， 由槽构成的微小空间的容积发生变 化。由于该容积变化从而填充至槽的液体从与槽连通的喷嘴喷出。
在专利文献 2 中， 记载了同样利用压电体的厚度滑移变形而使微小空间的容积发 生变化的墨水喷射头。在刚性赋予板之上层叠压力腔用板， 构成由凹部构成的压力腔。在 压力腔的上端开口部， 设置有由压电板构成的换能器 (transducer)。沿与板面平行的方向 压电板被施行极化处理， 极化方向以压力腔的中央部为界而互相朝向相反方向。在压电板 的压力腔侧及其相反侧的外侧的表面形成电极， 将电压供与该电极， 由此沿压电板的板厚 方向施加电场。由于板厚方向的电场施加， 压电板产生以压力腔的中央部为界而互相反向 的厚度滑移应力， 压电板进行向凹部侧或其相反侧变形的剪切运动。 由于该剪切运动， 填充 至压力腔的墨水从与压力腔连通的孔 (orifice) 喷出。
在专利文献 3 中， 记载了同样利用压电体的厚度滑移变形而使微小空间的容积发 生变化的喷墨打印机头。 在形成于通道主体的凹部的上端开口部设置陶瓷薄板， 构成通道。 陶瓷薄板具有相对于板面沿垂直方向极化的压电陶瓷层与内部电极层沿横方向 ( 板面方 向 ) 层叠的构造。陶瓷薄板以内部电极层位于凹部的两侧壁的上部和凹部上端的中央部的 方式粘接于凹部的侧壁上端部。所以， 相对于板面而沿垂直方向极化的压电陶瓷层具有由 位于凹部的上端中央部的内部电极层和位于凹部的两侧壁的上部的内部电极层夹着的构 造。对凹部上端的中央部的内部电极层和两侧壁的上部的内部电极层供与电压， 沿与压电 陶瓷层的极化方向正交的方向施加电场。对位于凹部上端的中央部的两侧的压电陶瓷， 施 加作为陶瓷薄板的板面方向的以凹部上端的中央部为界而彼此相反方向的电场。由此， 使 陶瓷薄板产生滑移变形， 由凹部构成的通道的容积缩小或增大， 填充至通道内的墨水被喷出。 在专利文献 4 中， 记载了同样利用压电体的厚度滑移变形而使微小空间的容积发 生变化的喷墨打印机头。在形成有凹部的主体板的上端开口部， 设置将压电部件粘接于非 压电部件之间的驱动板， 构成压力腔。 驱动板由薄板构成， 该薄板由非压电材料粘接由压电 材料构成的薄板的两端， 该粘接部位于凹部上端的中央部和凹部的侧壁上部。 而且， 侧壁上 部的非压电部件具有与侧壁的厚度相同的宽度， 中央部的非压电部件具有更窄的宽度。以 凹部上端的中央部为界， 左右的由压电材料构成的薄板沿板面内的相同方向极化或沿彼此 相反方向极化。 在由压电材料构成的薄板的压力腔侧的背面及其相反侧的表面以相向的方 式形成有一对驱动用的电极。通过将电压施加至该一对电极， 从而能够沿与极化方向正交 的方向施加电场， 压电材料产生剪力式 (share mode) 变形。在以凹部上端开口部的中央 部为界左右的压电材料的极化方向相同的情况下， 将相反方向的电场施加至左右的压电材 料， 在左右的压电材料的极化方向是相反方向的情况下， 将相同方向的电场施加至左右的 压电材料。 由此， 驱动板向压力腔侧或其相反侧变形， 填充至压力腔的墨水从与压力腔连通 的孔喷出。
专利文献 1 ： 日本专利 2666087 号公报
专利文献 2 ： 日本特公表 H02-501467 号公报
专利文献 3 ： 日本专利 2867437 号公报
专利文献 4 ： 日本特开平 05-50595 号公报
然而， 专利文献 1 所记载的喷墨头， 在压电体基板的表面使用切割刀片来形成槽， 由于切割刀片的刃的形状而受到槽的长度的制约， 槽的排列间距或其容积和由压电材料构 成的侧壁的厚度等较强地相关， 设计自由度小。另外， 专利文献 2 所记载的墨水喷射头在压 电板的表面和背面形成与驱动电极不同的带状的多个极性赋予电极， 沿基板表面的横方向 施加电场， 以压力腔的中央部为界而互相反向极化。因此， 压电板需要极化用的电极区域， 难以较窄地形成压力腔的宽度以使墨水喷出喷嘴的排列高密度化。专利文献 3 所记载的喷 墨头在形成层叠陶瓷时， 将压电陶瓷和热敏电阻 (thermistor) 材料交互地层叠而整体烧 成。然而， 为了形成例如一百个喷嘴的喷墨头， 必须层叠并烧结其 2 倍的 200 枚压电陶瓷材 料和热敏电阻材料， 变得难以准确地控制喷嘴间距， 实际上不能实现。另外， 专利文献 4 所 记载的喷墨打印机头， 与上述专利文献 3 同样地必须层叠庞大数量的压电部件和非压电部 件， 而且， 非压电部件需要将厚层和薄层交互地层叠形成， 实际上极难实现。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的， 其目的在于， 提供设计自由度大而且能够容易 地制造的液体喷射头。
本发明涉及的液体喷射头， 具备 ： 基体， 在表面沿既定方向排列多个由凹部构成 的压力腔 ； 压电体基板， 与所述凹部的侧壁上表面接合， 闭塞所述凹部的开口端 ； 液体供给 腔， 将液体供给至所述压力腔 ； 以及喷出孔， 从所述压力腔喷出液体， 所述压电体基板沿与 所述压电体基板的基板面平行的方向同样地极化， 在所述压电体基板的与所述压力腔相反 一侧的表面和所述压力腔侧的背面， 夹着所述压电体基板的一对驱动电极从所述开口端的 大致中央部延伸至所述凹部的侧壁部。另外， 将邻接的凹部的开口端闭塞的压电体基板在设置于邻接的凹部之间的侧壁 上表面分离。
另外， 所述喷出孔设置于所述凹部的侧壁侧。
另外， 接近所述喷出孔的凹部的底面以朝向所述喷出孔的开口部而深度逐渐变浅 的方式倾斜， 接近所述喷出孔的凹部的侧壁具有朝向所述喷出孔的开口部而宽度逐渐变窄 的漏斗形状。
另外， 所述液体供给腔， 经由在所述凹部的底面或侧壁面开口的开口部而与所述 压力腔连通， 沿着所述既定方向形成于所述基板， 与所述多个压力腔连通。
另外， 在所述基体的表面， 设置有用于将液体供给至所述液体供给腔的液体供给 口。
另外， 所述喷出孔设置于所述凹部的底部侧。
另外， 所述喷出孔设置于所述凹部的大致中央的底部侧。
另外， 还具备从所述压力腔排出液体的液体排出腔， 所述液体供给腔设置于构成 所述压力腔的凹部的端部， 所述液体排出腔与所述压力腔连通， 夹着所述压力腔而设置于 与所述液体供给腔相反一侧的端部。 另外， 所述液体排出腔， 经由在所述凹部的底面或侧壁面开口的开口部而与所述 压力腔连通， 沿着所述既定方向形成于所述基板， 与所述多个压力腔连通。
另外， 在所述基体的表面， 设置有用于从所述液体排出腔排出液体的液体排出口。
另外， 所述基体具有共同电极， 所述共同电极与在所述压电体基板的背面形成的 驱动电极电连接。
另外， 所述共同电极由以沿着所述既定方向的方式形成于所述基板的贯通孔和填 充至所述贯通孔的导电材料构成。
本发明涉及的液体喷射装置， 具备 ： 上述任一项所记载的液体喷射头 ； 移动机构， 使所述液体喷射头往复移动 ； 液体供给管， 将液体供给至所述液体喷射头 ； 以及液体罐， 将 所述液体供给至所述液体供给管。
本发明涉及的液体喷射头的制造方法， 具备 ： 层叠粘接工序， 将沿板厚方向极化的 压电体部件沿板厚方向层叠粘接， 形成压电体块 ； 切断工序， 沿所述极化方向成为与基板面 平行的方向切断分离所述压电体块， 得到压电体基板 ； 背面电极形成工序， 在所述压电体基 板的背面沿与所述极化方向正交的方向并列地形成细长的多个带状的背面驱动电极 ； 基体 形成工序， 形成在表面沿既定方向排列有多个由凹部构成的压力腔的基体 ； 接合工序， 将所 述压电体基板的所述层叠粘接的粘接面配置于所述凹部的侧壁上部， 将所述压电体基板与 所述凹部的上表面接合 ； 表面电极形成工序， 在所述压电体基板的表面沿与所述极化方向 正交的方向， 在夹着所述压电体基板与所述背面驱动电极相向的位置并列地形成细长的多 个带状的表面驱动电极 ； 以及压电体基板分割工序， 分割与所述凹部的侧壁上表面接合的 所述压电体基板。
另外， 包括在所述接合工序之后磨削所述压电体基板的磨削工序。
本发明的液体喷射头， 具备 ： 基体， 在表面沿既定方向排列多个由凹部构成的压力 腔； 压电体基板， 与凹部的侧壁上表面接合， 闭塞凹部的开口端 ； 液体供给腔， 将液体供给 至压力腔 ； 以及喷出孔， 从压力腔喷出液体。设为这样的构成 ： 压电体基板沿与该压电体基
板的基板面平行的方向同样地极化， 在压电体基板的与压力腔相反的一侧的表面和所述压 力腔侧的背面， 夹着所述压电体基板的一对驱动电极从上述开口端的大致中央部延伸至凹 部的侧壁部。由此， 由于能够与构成凹部的侧壁的厚度或长度无关地使压电体基板产生厚 度滑移变形， 因而能够提供这样的液体喷射头 ： 压力腔的驱动条件或压力腔的长度或排列 间距的设计自由度增大， 而且构造简单制造容易。 附图说明
图 1 是示出本发明的液体喷射头的基本的构成的剖面示意图。 图 2 是本发明的第一实施方式的液体喷射头的示意性的局部立体图。 图 3 是本发明的第一实施方式的液体喷射头的纵剖面示意图。 图 4 是用于说明本发明的第二实施方式的液体喷射头的图。 图 5 是本发明的第三实施方式的液体喷射头的示意性的局部立体图。 图 6 是本发明的第三实施方式的液体喷射头的纵剖面示意图。 图 7 是本发明的第四实施方式的液体喷射头的示意性的局部立体图。 图 8 是本发明的第四实施方式的液体喷射头的纵剖面示意图。图 9 是本发明的第五实施方式的液体喷射头的纵剖面示意图。
图 10 是示出本发明的液体喷射头的基本的制造方法的工序图。
图 11 是示出本发明的第六实施方式的液体喷射头的制造方法中的层叠粘接工序 的示意图。
图 12 是示出本发明的第六实施方式的液体喷射头的制造方法中的切断工序的示 意图。
图 13 是本发明的第六实施方式的液体喷射头的制造方法中的背面电极形成工序 之后的压电体基板的示意性的立体图。
图 14 是本发明的第六实施方式的液体喷射头的制造方法中的基体形成工序之后 的基体的剖面示意图。
图 15 是本发明的第六实施方式的液体喷射头的制造方法中的接合工序之后的基 体的剖面示意图。
图 16 是本发明的第六实施方式的液体喷射头的制造方法中的表面电极形成工序 之后的基体的剖面示意图。
图 17 是本发明的第六实施方式的液体喷射头的制造方法中的压电体基板分割工 序之后的基体的剖面示意图。
图 18 是本发明的第七实施方式的液体喷射装置的示意性的立体图。
附图标记说明
1 液体喷射头 ； 2 基体 ； 3 凹部 ； 4 压力腔 ； 5 压电体基板 ； 6 液体供给腔 ； 7 喷出孔 ； 9a 表面驱动电极 ； 9b 背面驱动电极 ； 10 侧壁 ； 12 压电体部件 ； 13 共同电极 ； 14 贯通孔 ； 15 导电材料 ； 17 液体排出腔 ； 18、 18a、 18b、 18’ 开口部 ； 19 液体排出口 ； 20 液体供给口 ； 30 液 体喷射装置。 具体实施方式< 液体喷射头 >
图 1 是示出本发明的液体喷射头 1 的基本的构成的剖面示意图。图 1(a) 是示出 沿既定方向排列有多个由凹部 3 构成的压力腔 4 的状态的剖面示意图， (b) 是 1 个压力腔 4 的剖面示意图， (c) 是对电极施加电压而产生厚度滑移变形的状态的示意图。本发明的液 体喷射头 1 具备基体 2 和压电体基板 5， 其中， 基体 2 在表面沿既定方向即 X 方向排列多个 由凹部 3 构成的压力腔 4， 压电体基板 5 与凹部 3 的侧壁 10 的上表面接合， 闭塞凹部 3 的开 口端。而且， 具备用于将液体供给至压力腔 4 的未图示的液体供给腔和从压力腔 4 喷出液 体的未图示的喷出孔。
压电体基板 5 沿与压电体基板 5 的基板面平行的方向同样地极化 ( 极化 P)。在压 电体基板 5 的与压力腔 4 相反的一侧的表面 FS 和压力腔 4 侧的背面 BS， 形成有夹着压电体 基板 5 的一对驱动电极 9a、 9b。一对表面驱动电极 9a、 9b 从凹部 3 开口端的大致中央延伸 至凹部 3 的侧壁 10。即， 一对驱动电极 9a、 9b 从凹部 3 开口端的大致中央夹着开口端的约 一半的区域的压电体基板 5。 如图 1(c) 所示， 对该一对驱动电极 9a、 9b 供与电压， 沿与极化 P 方向正交的方向施加电场。由此， 在压电体基板 5 产生厚度滑移应力， 压电体基板 5 向凹 部 3 的内侧变形 ( 如果使极性反转， 则向外侧变形 )， 填充至压力腔 4 的液体从与压力腔 4 连通的未图示的喷出孔喷出。 这样， 由于能够与侧壁 10 的厚度或长度无关地使压电体基板 5 产生厚度滑移变 形， 因而压力腔的驱动条件或者 X 方向的间距或长度的设计自由度增大。另外， 由于凹部 3 的开口端的压电体基板 5 同样地极化， 因而不必夹着分离极化方向的电极区域或粘接区 域， 构造简单且能够使各压力腔的驱动条件均等化。 另外， 由于也无需如极性赋予电极那样 的用于沿基板面的面内方向引发极化的电极， 因而能够高密度地排列压力腔 4。另外， 如图 1 所示， 由于由分割槽 24 分离与邻接的凹部 3 接合的压电体基板 5， 因而邻接的压力腔 4 与 压电体基板 5 之间的电容耦合下降， 能够减少由于驱动信号的泄漏而导致的串扰。
此外， 后面将详细地说明， 能够将与板面垂直地极化的压电体材料层叠粘接而形 成压电体块， 沿极化方向与板面成为平行的方向切断分离该压电体块而形成压电体基板 5。 在这种情况下， 由于以压电体基板的接缝即粘接面不进入凹部的驱动区域的方式将压电体 基板与侧壁的上表面接合， 因而能够使各压力腔的液滴喷出性能均等化。作为压电体基板 5， 能够使用锆钛酸铅 (PZT)、 钛酸钡 (BaTiO3) 等压电体材料。驱动电极 9a、 9b 能够通过蒸 镀法或溅射法而沉积金属材料并进行构图来形成。基体 2 能够使用陶瓷材料、 玻璃材料或 其他材料。在这种情况下， 优选使用与压电体基板 5 的热膨胀系数近似的材料。以下， 使用 附图， 对本发明的液体喷射头 1 的实施方式详细地进行说明。
( 第一实施方式 )
图 2 是本发明的第一实施方式的液体喷射头 1 的示意性的局部立体图。已说明的 图 1(a) 的纵剖面示意图是图 2 的局部 AA 的纵剖面图。图 3 是图 2 的局部 BB 的纵剖面示 意图。本第一实施方式是边缘斜槽 (edge chute) 型的液体喷射头 1。
如图 2、 图 3 以及图 1(a)、 (b) 所示， 基体 2 具备在 Y 方向细长并沿 X 方向排列的 凹部 3。压电体基板 5 与构成凹部 3 的侧壁 10 的上表面和基体 2 的 -Y 方向侧的端部 ( 以 下， 称为基体 2 的后方端 ) 的 +Z 方向的上表面 ( 以下， 称为基体 2 的表面 ) 接合。由凹部 3 和将该凹部 3 的开口端闭塞的压电体基板 5 构成压力腔 4。压电体基板 5 沿与板面平行的
X 方向极化， 与邻接的凹部 3 的压电体基板 5 由分割槽 24 分离。压电体基板 5 在与该压力 腔 4 相反的一侧的表面 FS 和压力腔 4 侧的背面 BS 具备夹着压电体基板 5 的一对驱动电极 9a、 9b。该一对驱动电极 9a、 9b 从凹部 3 的开口端的大致中央延伸至 -X 方向侧的侧壁 10。 通过对一对驱动电极 9a、 9b 供与电压， 从而沿与压电体基板 5 的极化 P 正交的方向施加电 场， 使压电体基板 5 产生厚度滑移应力。基于该应力， 压电体基板 5 向凹部 3 侧或与凹部 3 侧相反的一侧变形。
喷嘴板 21 设置于在 Y 方向细长的凹部 3 的 +Y 方向侧的端部 ( 以下， 称为凹部 3 的前方端 )。喷嘴板 21 具有多个喷出孔 22， 各喷出孔 22 与各凹部 3 以连通的方式相对应。 即， 喷嘴板 21 在凹部 3 的前方端构成凹部 3 的侧壁， 所以， 能够视为喷出孔 22 设置在凹部 3 的侧壁。基体 2 具备液体供给腔 6。开口部 18 在沿 Y 方向细长的凹部 3 的 -Y 方向侧的 端部 ( 以下， 称为凹部 3 的后方端 ) 的底面开口， 与在其底部形成的液体供给腔 6 连通。使 液体供给腔 6 延伸至其他凹部 3 的后方端的底面下部而与其他凹部 3 连通。所以， 能够使 液体从液体供给腔 6 流入各凹部 3 并使液体填充至各压力腔 4。
基体 2 在其后方端的附近具备贯通孔 14， 导电材料 15 填充至贯通孔 14。关于贯 通孔 14， 以随着接近基体 2 的 -Z 侧的下表面 ( 以下， 对基体 2 称为背面 ) 而直径扩大的方 式对贯通孔 14 的侧壁赋予锥形， 容易进行模成形。贯通孔 14 沿 X 方向延伸， 导电材料 15 与在其他压电体基板 5 的背面 BS 形成的背面驱动电极 9b 电连接而构成共同电极 13。
液体喷射头 1 进行动作如下。将墨水等液体从液体供给腔 6 供给并填充至压力腔 4， 在共同电极 13 和表面驱动电极 9a 之间供与驱动信号。于是， 被表面驱动电极 9a 和背面 驱动电极 9b 夹着的压电体基板 5 产生厚度滑移变形。例如， 在吸入喷射 ( 引き打ち ) 法 中， 使压力腔 4 的容积暂且扩大接着缩小， 对液体施加压力， 从喷出孔 22 将液滴沿 +Y 方向 喷出。
将 PZT 陶瓷材料用作压电体基板 5。基体 2 使用绝缘性陶瓷材料。压电体基板 5 利用粘接剂与基体 2 的侧壁 10 的上表面接合。喷嘴板 21 能够使用由聚酰亚胺构成的薄 膜。液体喷射头 1 的形状如下。在基体 2 形成的凹部 3 的 Y 方向的长度设为 5mm ～ 8mm， X 方向的宽度为 0.2mm ～ 0.3mm， 深度为大致 0.2mm。凹部 3 的侧壁 10 的厚度为约 80μm。压 电体基板 5 的 Y 方向的长度设为 5mm ～ 10mm， 宽度为 0.25mm ～ 0.35mm， 厚度为 0.01mm ～ 0.1mm。此外， 这些材料或尺寸是一个示例， 本发明并不限定于这些材料或尺寸。
在本实施方式中， 由于能够与侧壁 10 的厚度几乎无关地设定压力腔 4 的间距或驱 动条件， 因而液体喷射头 1 的设计自由度大。另外， 由于凹部 3 的开口端的压电体基板 5 同 样地极化， 因而不必夹着分离极化方向的电极区域或粘接区域， 构造简单且能够使各压力 腔的驱动条件均等化。 另外， 由于也无需如极性赋予电极那样的极化形成用的电极， 因而能 够高密度地排列压力腔 4。 另外， 能够减少驱动压力腔的驱动信号泄露至邻接的压力腔的压 电体基板 5 而发生串扰。另外， 由于将在压电体基板 5 的背面形成的背面驱动电极 9b 与填 充至贯通孔 14 的导电材料 15 电连接并作为共同电极 13 而取出， 因而不必在基体 2 的表面 形成布线图案。
此外， 能够构成为 ： 预先在基体 2 的后方端附近的表面形成共同电极， 在将压电体 基板 5 与基体 2 的表面接合时， 将在各压电体基板 5 的背面形成的各背面驱动电极 9b 和在 基体 2 的表面形成的共同电极电连接， 以代替在基体 2 的后方端附近形成贯通孔 14 并填充导电材料 15 作为共同电极 13。由此， 能够将驱动用电极全部集约地形成于基体 2 的表面， 使与驱动电路的连接简单化。
( 第二实施方式 )
图 4 是用于说明本发明的第二实施方式的液体喷射头 1 的图， (a) 是纵剖面示意 图， (b) 是俯视示意图， 均仅示出 1 个压力腔 4。与第一实施方式不同的部分是具有压力腔 4 的前端部被缩小的构造这点， 其他构成与第一实施方式相同。
如图 4(a) 和 (b) 所示， 细长的凹部 3 从基体 2 的前方端延伸至后方端， 压电体基板 5 以闭塞凹部 3 的开口端的方式利用粘接剂与凹部 3 的侧壁的上表面接合。喷嘴板 21 粘接 于基体 2 的前方端， 形成于喷嘴板 21 的喷出孔 22 与由凹部 3 构成的压力腔 4 连通。开口 部 18 在凹部 3 的后方端的底面开口， 与形成于该底部的液体供给腔 6 连通。基体 2 在其后 方端的附近具备贯通孔 14， 导电材料 15 填充至贯通孔 14。导电材料 15 与在压电体基板 5 的背面形成的背面驱动电极 9b 电连接而构成共同电极 13。此外， 相同构成的凹部 3 沿 ±X 方向排列。
如图 4(a) 所示， 凹部 3 的底面以朝向凹部 3 的前方端而逐渐地变浅的方式被赋 予倾斜 23。而且， 如图 4(b) 所示， 凹部 3 的宽度具有朝向凹部 3 的前方端而变窄的漏斗形 25。由此， 使填充至压力腔 4 内的液体所滞留的滞留区域减少， 使混入液体内的气泡或异物 残留于压力腔 4 内， 减少喷出不良的发生。其他构成与第一实施方式相同， 省略说明。 ( 第三实施方式 )
图 5 和图 6 是用于说明本发明的第三实施方式的液体喷射头 1 的图。图 5 是液体 喷射头 1 的示意性的局部立体图， 图 6(a)、 (b) 是局部 CC 的纵剖面示意图， (c) 是局部 DD 的纵剖面示意图。本第三实施方式是侧面斜槽 (side chute) 型的液体喷射头 1。对相同的 部分或具有相同的功能的部分标记相同的符号。
如图 5 和图 6 所示， 基体 2 具备由在 Y 方向细长的凹部 3 构成并沿 X 方向排列的 多个压力腔 4。凹部 3 的 Y 方向的两端部由基体 2 的侧壁 10 包围。将压电体基板 5 与构成 各凹部 3 的侧壁 10 的上表面和基体 2 的后方端侧的表面接合， 并闭塞各凹部 3 的开口端而 构成压力腔 4。在各凹部 3 的上端开口部设置的压电体基板 5 沿与板面平行的 X 方向极化 ( 极化 P)， 而且由分割槽与接合于邻接的凹部 3 的上部的压电体基板 5 分离。压电体基板 5 在与凹部 3 相反的一侧的表面 FS 和凹部 3 侧的背面 BS 以夹着压电体基板 5 的方式具备 一对表面驱动电极 9a 和背面驱动电极 9b。该一对表面和背面驱动电极 9a、 9b 从凹部 3 的 开口端的大致中央延伸至 -X 方向的侧壁 10。对该一对表面和背面驱动电极 9a、 9b 供与电 压， 由此， 沿与压电体基板 5 的极化 P 正交的方向施加电场， 在压电体基板 5 产生厚度滑移 应力， 基于该应力， 压电体基板 5 向凹部 3 侧或与凹部 3 侧相反的一侧变形。
基体 2 具备喷嘴板 21， 所述喷嘴板 21 利用粘接剂与接合有压电体基板 5 的表面的 相反一侧的背面粘接。基体 2 在凹部 3 的后方端附近的底面具有开口部 18， 在前方端附近 的底面具有另一开口部 18’ 。开口部 18 与被其下部的喷嘴板 21 和基体 2 包围的液体供给 腔 6 连通， 开口部 18’ 与在其下部的喷嘴板 21 形成的喷出孔 22 连通。所以， 喷出孔 22 设 置于凹部 3 的前方端附近的凹部 3 的宽度方向的宽度的中央部的位置的喷嘴板 21。液体 供给腔 6 延伸设置至其他凹部 3 的后方端附近的底面下部并与其他压力腔 4 连通， 与在基 体 2 的 -X 方向的端部附近的表面形成的液体供给口 20 连通。由此， 能够从基体 2 的表面
侧供给液体。
基体 2 在后方端附近具备贯通孔 14。将导电材料 15 填充至贯通孔 14， 电连接至 在压电体基板 5 的背面 BS 形成的背面驱动电极 9b 而构成共同电极 13。在基体 2 的背面侧 以直径扩大的方式对贯通孔 14 的侧壁赋予锥形。贯通孔 14 沿 X 方向延伸， 导电材料 15 与 在其他压电体基板 5 的背面 BS 形成的背面驱动电极 9b 电连接而构成共同电极 13， 在基体 2 的 -X 方向的端部附近的表面外露。所以， 能够将驱动信号从基体 2 的表面侧供给至共同 电极 13。
液体喷射头 1 进行动作如下。将由墨水等构成的液体供给至设于基体 2 的表面的 液体供给口 20， 经由液体供给腔 6 而填充至压力腔 4。在共同电极 13 和形成于各压电体基 板 5 的个别的表面驱动电极 9a 之间供与驱动信号。被表面驱动电极 9a 和背面驱动电极 9b 夹着的压电体基板 5 产生厚度滑移变形， 压力腔 4 的容积瞬间地变化， 将液滴从喷出孔 22 喷出。将液滴沿与凹部 3 的长度方向正交的基体 2 的背面侧的 -Z 方向喷出。此外， 由于压 电体基板 5 及基体 2 的材料和凹部 3 及压电体基板 5 的形状与第一实施方式相同， 因而省 略说明。
依据该构成， 能够与侧壁 10 的厚度或长度无关地使压电体基板 5 产生厚度滑移变 形， 因而压力腔的驱动条件的设定或者 X 方向的间距或长度设计的自由度大。另外， 由于凹 部 3 的开口端的压电体基板 5 同样地极化， 因而不必夹着分离极化方向的电极区域或粘接 区域， 构造简单并能够使各压力腔的驱动条件均等化。 另外， 由于也无需如极性赋予电极那 样的极化形成用的电极， 因而能够高密度地排列压力腔 4。另外， 由于设置于邻接的压力腔 4 的压电体基板 5 由分割槽 24 分离， 因而能够减少驱动信号泄露至邻接的压力腔侧的串扰。 另外， 由于液体供给口 20 和共同电极 13 配置于基体 2 的表面， 因而能够使基体 2 的背面平 坦化， 使与被记录介质之间的距离接近。 ( 第四实施方式 )
图 7 和图 8 是用于说明本发明的第四实施方式的液体喷射头 1 的图。图 7 是液体 喷射头 1 的示意性的局部立体图， 图 8 是局部 EE 的纵剖面示意图。与第三实施方式不同的 部分是构成通流 (through flow) 型的液体喷射头 1 这点， 其他构成大致与第三实施方式相 同， 其中， 所述通流型的液体喷射头 1 将喷出孔 22 设置于压力腔 4 的长度方向的大致中央 的下部， 在凹部 3 的前方端附近的底部设置开口部 18b 和液体排出腔 17， 将从液体供给腔 6 流入压力腔 4 的液体从液体排出腔 17 排出。对相同的部分或具有相同的功能的部分标记 相同的符号。
如图 7 和图 8 所示， 基体 2 具备由在 Y 方向细长的凹部 3 构成并沿 X 方向排列的 多个压力腔 4。凹部 3 的 Y 方向的两端部由基体 2 的侧壁 10a、 10b 包围。压电体基板 5 与 构成各凹部 3 的侧壁 10 的上端开口部接合， 压电体基板 5 沿与板面平行的 X 方向极化， 由 分割槽 24 与在邻接的凹部 3 设置的压电体基板 5 分离。压电体基板 5 在与凹部 3 相反的 一侧的表面 FS 和凹部 3 侧的背面 BS 以夹着压电体基板的方式具备一对表面驱动电极 9a 和背面驱动电极 9b。 该一对表面和背面驱动电极 9a、 9b 从凹部 3 的开口端的大致中央延伸 至 -X 方向的侧壁 10。对该一对表面和背面驱动电极 9a、 9b 供与电压， 由此， 沿与压电体基 板 5 的极化 P 正交的方向施加电场， 在压电体基板 5 产生厚度滑移应力， 基于该应力， 压电 体基板 5 向凹部 3 侧或与凹部 3 侧相反的一侧变形。
基体 2 具备粘接于其背面的喷嘴板 21。基体 2 在凹部 3 的后方端的底部具有开口 部 18a， 在凹部 3 的前方端的底部具有开口部 18b， 而且， 在凹部 3 的长度方向的中央部的底 部具有开口部 18’ 。开口部 18a 与被其下部的喷嘴板 21 和基体 2 包围的液体供给腔 6 连 通， 开口部 18b 与被其下部的喷嘴板 21 和基体 2 包围的液体排出腔 17 连通， 开口部 18’ 与 在其下部的喷嘴板 21 形成的喷出孔 22 连通。液体供给腔 6 和液体排出腔 17 延伸至其他 凹部 3 的后方端和前方端的各自的底部并与其他凹部 3 连通， 而且， 与在基体 2 的 -X 方向 的端部附近的表面形成的液体供给口 20 和液体排出口 19 分别连通。由此， 从基体 2 的表 面侧供给的液体经由液体供给腔 6 而流入压力腔 4， 从压力腔 4 流出至液体排出腔 17 的液 体从液体排出口 19 排出。将导电材料 15 填充至在基体 2 的后方端附近形成的贯通孔 14 并电连接至在各压电体基板 5 的背面形成的背面驱动电极 9b， 进而电连接至在基体 2 的 -X 方向的端部附近的表面外露的共同电极 13。
液体喷射头 1 进行动作如下。从液体供给口 20 供给的液体经由液体供给腔 6 而 流入所有压力腔 4。然后， 将从各压力腔 4 流出至液体排出腔 17 的液体从液体排出口 19 排 出。这样， 构成为液体在所有压力腔 4 中循环。如果在共同电极 13 和形成于各压电体基板 5 的个别的表面驱动电极 9a 之间供与驱动信号， 则被表面和背面驱动电极 9a、 9b 夹着的压 电体基板 5 产生厚度滑移变形， 压力腔 4 的容积瞬间地发生变化， 将液滴从喷出孔 22 喷出。 这样， 液体在压力腔 4 内循环， 因而气泡难以滞留， 始终供给新鲜的液体， 所以， 能 够构成能够可靠性高地进行高品质的记录的液体喷射头 1。此外， 由于能够与侧壁 10 的厚 度几乎无关地设定压力腔 4 的间距或驱动条件， 因而液体喷射头 1 的设计自由度大。另外， 由于凹部 3 的开口端的压电体基板 5 同样地极化， 因而不必夹着分离极化方向的电极区域 或粘接区域， 构造简单并能够使各压力腔的驱动条件均等化。 另外， 由于无需如极性赋予电 极那样的极化形成用的电极， 因而能够高密度地排列压力腔 4。另外， 由于设置于邻接的压 力腔 4 的压电体基板 5 由分割槽 24 分离， 因而电容耦合减少， 能够减少由于驱动信号的泄 漏而导致的串扰。
( 第五实施方式 )
图 9 是本发明的第五实施方式的液体喷射头 1 的纵剖面示意图。与第四实施方式 不同的部分是扩大液体供给腔 6 和液体排出腔 17 的容积这点， 其他构成与第四实施方式相 同。所以， 以下对液体供给腔 6 和液体排出腔 17 进行说明， 其他省略说明。对相同的部分 或具有相同的功能的部分标记相同的符号。
如图 9 所示， 液体供给腔 6 位于凹部 3 的后方端的底部， 液体排出腔 17 位于凹部 3 的前方端的底部。液体供给腔 6 是将凹部 3 的后方端侧的侧壁 10a 挖掘至背面侧的区域 和凹部 3 的后方端侧的底面贯通至背面侧的区域相加的区域， 被喷嘴板 21 包围。液体排出 腔 17 同样地是将凹部 3 的前方端侧的侧壁 10a 挖掘至背面侧的区域和凹部 3 的前方端侧 的底面贯通至背面侧的区域相加的区域， 被喷嘴板 21 包围。液体供给腔 6 经由开口部 18a 而与压力腔 4 连通， 液体排出腔 17 经由开口部 18b 而与压力腔 4 连通， 喷出孔 22 经由开口 部 18’ 而与压力腔 4 连通。
这样， 利用基体 2 的厚度并将构成凹部 3 的后方端和前方端的侧壁 10a、 10b 的一 部分挖出而形成液体供给腔 6 和液体排出腔 17。因此， 液体供给腔 6 和液体排出腔 17 的容 积扩大， 能够在大致相同的条件下进行液体的流入 / 流出至所有压力腔 4。因此， 能够使多
个喷出孔 22 的喷出条件均等化。
< 液体喷射头的制造方法 >
图 10 是示出本发明的液体喷射头 1 的基本的制造方法的工序图。本发明的液体 喷射头 1 的制造方法具备 ： 层叠粘接工序 S1， 将沿板厚方向极化的压电体部件沿板厚方向 即极化方向层叠粘接而形成压电体块 ； 切断工序 S2， 沿极化方向与基板面成为平行的方向 切断分离该压电体块而得到压电体基板 ； 背面电极形成工序 S3， 在压电体基板的背面沿与 极化方向正交的方向并列地形成细长的多个带状的背面驱动电极 ； 基体形成工序 S4， 形成 在表面沿既定方向排列多个由凹部构成的压力腔的基体 ； 接合工序 S5， 将在压电体基板的 层叠粘接工序 S1 中层叠粘接的粘接面配置于凹部的侧壁上部， 将压电体基板与凹部的上 表面接合 ； 表面电极形成工序 S6， 在压电体基板的表面沿与极化方向正交的方向， 在夹着 压电体基板与背面驱动电极相向的位置并列地形成细长的多个带状的表面驱动电极 ； 以及 压电体基板分割工序 S7， 分割与凹部的侧壁上表面接合的压电体基板。
作为压电体部件， 能够使用例如锆钛酸铅等强介电性的陶瓷材料。在本发明的液 体喷射头的制造方法中， 由于层叠的压电体部件的 1 枚与多个凹部即多个压力腔相对应， 因而即使在喷出孔数增大、 喷出孔间距变窄的情况下， 压电体部件的层叠枚数也并不那样 增加。例如， 如果设 1 枚压电体部件的厚度为 15mm， 喷出孔间距即凹部形成间距为 0.28mm， 则 1 枚压电体部件与 50 多个凹部相对应。即， 为了形成 520 个间距 0.28mm 的喷出孔， 层叠 10 枚 15mm 的压电体部件即可。 这样， 与现有例相比， 能够大幅减少压电体部件的层叠枚数。
此外， 上述制造工序的步骤 S1......S7 不一定必须是工序顺序。 基体形成工序 S4 也可以是最初的工序。表面电极形成工序 S6 也可以在背面电极形成工序 S3 之前， 也可以 在压电体基板分割工序 S7 之后。另外， 也可以在基体形成工序 S4 中形成液体供给腔或液 体排出腔或者共同电极用的贯通孔。另外， 能够在接合工序 S5 之后， 磨削压电体基板而进 行薄膜化， 其后， 通过表面电极形成工序 S6 而形成表面驱动电极。由此， 压电体基板的处理 等变得容易。以下， 使用附图， 对本发明具体地进行说明。
( 第六实施方式 )
图 11 ～图 17 是用于说明本发明的第六实施方式的液体喷射头 1 的制造方法的 图。对相同的部分或具有相同的功能的部分标记相同的符号。
图 11 是示出层叠粘接工序 S1 的示意图。将由沿板厚方向的下侧方向极化的 5 枚 PZT 陶瓷构成的压电体部件 12 沿板厚方向层叠粘接而形成压电体块 26。1 枚压电体部件 12 的厚度是 15mm， 厚度以 ±5μm 以下的精度研磨。各压电体部件 12 隔着粘接剂一边加压 一边粘接。
图 12 是示出切断工序 S2 的示意图。沿极化 P 方向与基板面成为平行的方向切断 分离在层叠粘接工序 S1 中层叠粘接 5 枚压电体部件 12 而形成的压电体块 26。由切割机或 线锯将压电体块 26 切断分离而得到压电体基板 5。在切断分离后磨削并研磨表面， 制成板 厚为 0.25mm 以上的平坦的表面的压电体基板 5。 板厚制为 0.25mm 以上， 防止在此后的电极 形成、 构图、 向基体 2 的接合时的破裂或缺损， 提高操作性。
图 13 是背面电极形成工序 S3 之后的压电体基板 5 的示意性的立体图。通过溅射 法或蒸镀法在压电体基板 5 的背面形成金属膜。接着， 通过光刻和蚀刻法沿与极化方向 P 正交的方向并列地形成细长的多个带状的背面驱动电极 9b。1 根背面驱动电极 9b 与形成于基体 2 的 1 个凹部 3 相对应。在本实施方式中， 由于将 5 枚压电体部件 12 层叠粘接， 因 而在 1 枚压电体基板 5 形成有 4 个粘接面 27。由于 1 枚压电体部件 12 的厚度是 15mm， 因 而 1 枚压电体基板 5 的长度是 75mm， 例如， 在喷出孔间距为 0.282mm 的情况下， 在 1 枚压电 体基板 5 之上能形成约 260 根背面驱动电极 9b。此外， 背面驱动电极 9b 也可以通过剥离法 而形成， 该剥离法为预先由抗蚀剂等形成电极图案， 接着沉积金属膜， 接着将抗蚀剂膜与金 属膜同时剥离。
图 14 是基体形成工序 S4 之后的基体 2 的剖面示意图。将陶瓷材料用作基体 2。 在基体 2 的表面形成抗蚀剂膜的图案， 通过喷砂或蚀刻法在基体 2 的表面沿着极化方向排 列多个凹部 3 而形成。凹部 3 的深度为 0.2mm， 间距为 0.282mm， 凹部 3 的侧壁 10 的厚度为 0.08mm。另外， 在凹部 3 的长度方向的端部的底部或端部的侧壁形成未图示的液体供给腔 和共同电极用的贯通孔。
图 15 是接合工序 S5 之后的基体 2 的剖面示意图。将压电体基板 5 的粘接面 27 配置于凹部 3 的侧壁 10 的上部， 利用粘接剂以背面驱动电极 9b 位于凹部 3 侧的方式将压 电体基板 5 与凹部 3 的上表面接合。各背面驱动电极 9b 从凹部 3 的开口端的大致中央部 延伸至凹部 3 的侧壁 10。接着， 通过磨削工序研磨压电体基板 5 的表面并将压电体基板 5 的厚度薄膜化为 0.05mm ～ 0.1mm。由于使压电体基板 5 的粘接面 27 与侧壁 10 的上表面对 准， 因而压电体基板 5 的接缝不进入凹部 3 的驱动区域， 能够使各压力腔 4 的液滴喷出性能 均等化。
图 16 是表面电极形成工序 S6 之后的基体 2 的剖面示意图。通过溅射法或蒸镀法 在压电体基板 5 的表面沉积金属膜， 接着， 通过光刻和蚀刻法对金属膜进行构图， 在夹着压 电体基板 5 与背面驱动电极 9b 相对应的位置形成表面驱动电极 9a。即， 表面驱动电极 9a 具有在与极化 P 方向正交的方向细长的多个带状的形状。另外， 能够代替光刻和蚀刻法而 通过剥离法形成表面驱动电极 9a。
图 17 是压电体基板分割工序 S7 之后的基体 2 的剖面示意图。使用切割刀片等来 分割与凹部 3 的侧壁 10 的上表面接合的压电体基板 5。由此， 驱动压力腔的驱动信号通过 电容耦合在压电体基板 5 中传递而对邻接的压力腔的驱动造成影响的串扰减少。
如上所述， 依照本发明的液体喷射头 1 的制造方法， 由于不必层叠粘接压力腔的 数量程度的枚数或其 2 倍的枚数的压电体部件 12， 因而即使是喷出孔数为 100 以上的高密 度的多个喷出孔的液体喷射头 1， 也能够容易地制造。另外， 由于凹部 3 的开口端的压电体 基板 5 同样地极化， 因而不必夹着分离极化方向的电极区域或粘接区域， 构造简单并能够 使各压力腔的驱动条件均等化。另外， 由于也无需如极性赋予电极那样的极化形成用的电 极， 因而能够高密度地排列压力腔 4。另外， 能够降低驱动压力腔的驱动信号泄露至邻接的 压力腔的压电体基板 5 而产生串扰的可能性。另外， 由于能够与侧壁 10 的厚度无关地设定 压力腔 4 的排列间距或其驱动条件， 因而设计自由度扩大。
< 液体喷射装置 >
( 第七实施方式 )
图 18 是本发明的第七实施方式的液体喷射装置 30 的示意性的立体图。
液体喷射装置 30 具备使搭载有液体喷射头 1、 1’ 的滑架单元 38 往复移动的移动 机构 43、 将液体供给至液体喷射头 1、 1’ 的液体供给管 33、 33’ 以及将液体供给至液体供给管 33、 33’ 的液体罐 31、 31’ 。各液体喷射头 1、 1’ 是本发明的第一～第五实施方式的液体喷 射头或通过第六实施方式的制造方法而制造的液体喷射头。
具体地说明。液体喷射装置 30 具备 ： 一对输送装置 41、 42， 将纸等被记录介质 34 沿主扫掠方向输送 ； 液体喷射头 1、 1’ ， 将液体喷出至被记录介质 34 ； 泵 32、 32’ ， 将存积于液 体罐 31、 31’ 的液体按压并供给至液体供给管 33、 33’ ； 以及移动机构 43， 将液体喷射头 1 沿 与主扫掠方向正交的副扫掠方向扫掠 ； 等等。
一对输送装置 41、 42 具备沿副扫掠方向延伸、 一边接触辊面一边旋转的栅格辊 (grid roller) 和夹送辊 (pinch roller)。由未图示的电动机使栅格辊和夹送辊围绕轴而 转动， 将夹入辊间的被记录介质 34 沿主扫掠方向输送。 移动机构 43 具备 ： 一对导轨 36、 37， 沿副扫掠方向延伸 ； 滑架单元 38， 能够沿着一对导轨 36、 37 滑动 ； 无接头带 39， 连结滑架单 元 38 并使其沿副扫掠方向移动 ； 以及电动机 40， 使该无接头带 39 经由未图示的滑轮而环 绕转动。
滑架单元 38 承载多个液体喷射头 1、 1’ ， 喷出例如黄色、 品红、 青色、 黑色的 4 个种 类的液滴。液体罐 31、 31’ 存积对应的颜色的液体， 经由泵 32、 32’ 、 液体供给管 33、 33’ 而供 给至液体喷射头 1、 1’ 。各液体喷射头 1、 1’ 响应驱动信号而喷出各种颜色的液滴。通过控 制使液体从液体喷射头 1、 1’ 喷出的定时、 驱动滑架单元 38 的电动机 40 的旋转以及被记录 介质 34 的输送速度， 从而能够在被记录介质 34 上记录任意的图案。