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液体喷射头

阅读：0发布：2022-05-22

专利汇可以提供液体喷射头专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且液体喷射头包括：喷嘴；通道构件，包括多个压力腔室，每一个压力腔室与一个对应的喷嘴连通；以及与压力腔室对应的多个压电元件。每一个压电元件包括：振动膜，覆盖对应的压力腔室；压电膜，其相对于振动膜而言与压力腔室相反地定位；第一电极，介于振动膜与压电膜之间；以及第二电极，具有压缩应力且相对于压电膜而言与振动膜相反地定位。压电膜的(001) 配向与(100)配向的比率等于或大于50％。在第一电极与第二电极之间不产生电位差的同时，振动膜和压电膜朝向对应的压力腔室凸出地挠曲。，下面是液体喷射头专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种液体喷射头，包括：
多个喷嘴；
通道构件，所述通道构件包括多个压力腔室，每一个压力腔室与所述多个喷嘴中的一个对应的喷嘴连通；以及
多个压电元件，每一个压电元件被设置用于所述多个压力腔室中的一个对应的压力腔室，所述多个压电元件中的每一个压电元件包括：
振动膜，所述振动膜覆盖所述对应的压力腔室；
压电膜，所述压电膜相对于所述振动膜而言与所述对应的压力腔室相反地定位；
第一电极，所述第一电极介于所述振动膜与所述压电膜之间；以及
第二电极，所述第二电极相对于所述压电膜而言与所述振动膜相反地定位，其中所述振动膜、所述压电膜、所述第一电极及所述第二电极与所述对应的压力腔室竖直重叠，其中所述第二电极具有压缩应力，
其中所述压电膜的(001)配向与(100)配向的比率等于或大于50％，并且其中在所述第一电极与所述第二电极之间不产生电位差的同时，所述振动膜和所述压电膜朝向所述对应的压力腔室凸出地挠曲。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中所述压电膜是根据溶胶-凝胶过程形成的膜。
3.根据权利要求2所述的液体喷射头，其中所述压电膜的厚度小于所述振动膜的厚度。
4.根据权利要求3所述的液体喷射头，其中所述压电膜的厚度小于或等于2.0μm。
5.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中每一个所述压力腔室限定深度和宽度，所述深度与所述宽度的比率在一倍与三倍之间。
6.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中每一个所述压力腔室限定在50μm和150μm之间的深度。
7.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在所述第一电极与所述第二电极之间不产生电位差的同时，所述振动膜和所述压电膜朝向所述对应的压力腔室凸出地挠曲以提供挠曲量，所述挠曲量小于或等于所述对应的压力腔室的宽度的1％。
8.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在所述第一电极与所述第二电极之间不产生电位差的同时，所述振动膜和所述压电膜朝向所述对应的压力腔室凸出地挠曲以提供挠曲量，所述挠曲量在400nm-500nm的范围内。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的液体喷射头，其中所述压电膜被极化，使得所述压电膜中的(001)配向与(100)配向的比率是80％或更大。

说明书全文

液体喷射头

技术领域

[0001] 本公开涉及一种从喷嘴喷射液体的液体喷射头。

背景技术

[0002] 作为用于从喷嘴喷射液体的传统液体喷射头，日本专利申请公布特开2000-094688公开了一种用于从喷嘴喷射墨的喷墨记录头。该传统喷墨记录头具有与喷嘴连通的压力腔室、覆盖该压力腔室的弹性膜、布置在弹性膜的与压力腔室相反的表面上的压电膜、在弹性膜与压电膜之间形成的下电极膜以及布置在压电膜的与弹性膜相反的表面上的上电极膜。压电膜根据溶胶-凝胶过程形成。上电极膜具有压缩应力，该压缩应力导致弹性膜、压电膜、下电极膜和上电极膜朝向与压力腔室相反的一侧凸出地挠曲。

[0003] 已知具有钙钛矿结构(用化学式ABO3表达)的锆钛酸铅(PZT)中的晶体配向极大地影响材料的压电性质。该压电性质响应于施加的电压在晶体中产生应变。获得优先沿着c轴线配向即(001)配向的薄膜，特别是在具有四方钙钛矿结构的PZT中，被认为对产生强压电性质是有效的。虽然当施加强电场以将c轴线的配向从与基板表面平行改变为与该表面垂直时，a轴线即(100)优先配向的薄膜等可能产生大的变形，但是由于它们的变形量趋向于不规则，所以在实现稳定驱动方面存在问题。

[0004] 利用上述传统技术，因为上电极膜具有压缩应力，所以在压电膜中产生拉伸应力，并且因此压电膜趋向于(100)配向。在根据传统技术中使用的溶胶-凝胶过程形成的压电膜中，(100)配向也是常见的。然而，如上所述，当电压施加在它们的上电极膜和下电极膜之间时，高度(100)配向的压电薄膜不趋向于产生良好的压电性质。

[0005] 此外，在传统技术中的弹性膜和振动膜通过在上电极膜中的压缩应力朝向与压力腔室相反的一侧凸出地挠曲。然而，具有弹性膜和朝向与压力腔室相反的一侧凸出地挠曲的振动膜的喷墨记录头在驱动期间容易产生串扰，如将在后面描述的那样。

[0006] 鉴于上述情况，本公开的目的是提供一种液体喷射头，其在抑制串扰的同时实现良好的压电性质。发明内容

[0007] 为了实现上述目的和其它目的，根据一种形态，本公开提供了一种液体喷射头，该液体喷射头包括多个喷嘴、一个通道构件和多个压电元件。所述通道构件包括多个压力腔室，每一个压力腔室与所述多个喷嘴中的一个对应的喷嘴连通。所述多个压电元件中的每一个压电元件被设置用于所述多个压力腔室中的一个对应的压力腔室。所述多个压电元件中的每一个压电元件包括：振动膜，所述振动膜覆盖所述对应的压力腔室；压电膜，所述压电膜相对于所述振动膜而言与所述对应的压力腔室相反地定位；第一电极，所述第一电极介于所述振动膜与所述压电膜之间；以及第二电极，所述第二电极相对于所述压电膜而言与所述振动膜相反地定位。所述振动膜、所述压电膜、所述第一电极及所述第二电极与所述对应的压力腔室竖直重叠。所述第二电极具有压缩应力。所述压电膜的(001)配向与(100)配向的比率等于或大于50％。在所述第一电极与所述第二电极之间不产生电位差的同时，所述振动膜和所述压电膜朝向所述对应的压力腔室凸出地挠曲。

[0008] 利用根据所述一种形态的该结构，尽管压电膜由于第二电极的压缩应力而具有趋向于产生(100)配向的拉伸应力，但是通过极化压电膜实现了至少50％的(001)配向与(100)配向的比率。因此，压电膜具有良好的压电性质。

[0009] 此外，通过极化压电膜以增加(001)配向与(100)配向的比率，该压电膜能够被收缩，使得振动膜和压电膜朝向对应的压力腔室凸出地挠曲。采用该结构，与当振动膜和压电膜朝向背对对应的压力腔室的方向凸出地挠曲时相比，当振动膜和压电膜朝向对应的压力腔室凸出地挠曲时，不太可能发生串扰。

[0010] 在根据所述一种形态的液体喷射头中，优选地，压电膜是根据溶胶-凝胶过程形成的膜。

[0011] 通过溶胶-凝胶过程形成的压电膜通常趋向于具有(100)配向。因此，重要的是，通过极化压电膜来提高(001)配向与(100)配向的比率。当使用溶胶-凝胶过程时，压电膜能够被形成为2μm或更薄，从而当在第一电极和第二电极之间施加电压时，增加在压电膜中产生的电场的强度。因此，能够增加在压电膜中产生的位移量。

[0012] 在该液体喷射头中，进一步优选的是：压电膜的厚度小于振动膜的厚度。更具体地，压电膜的厚度可以优选小于或等于2.0μm。

[0013] 该结构能够降低串扰的可能性。

[0014] 此外，在根据所述一种形态的液体喷射头中，优选的是：每一个所述压力腔室限定深度和宽度，所述深度与所述宽度的比率在一倍与三倍之间。

[0015] 采用在一倍与三倍之间的比率，与其它情况相比，不太可能发生串扰。

[0016] 替代地，在根据所述一种形态的液体喷射头中，优选的是：每一个所述压力腔室限定在50μm和150μm之间的深度。

[0017] 采用这种结构，同样，与其它情况相比，不太可能发生串扰。

[0018] 此外，在根据所述一种形态的液体喷射头中，优选的是：在所述第一电极与所述第二电极之间不产生电位差的同时，所述振动膜和所述压电膜朝向所述对应的压力腔室凸出地挠曲以提供挠曲量，所述挠曲量小于或等于所述对应的压力腔室的宽度的1％。

[0019] 采用该结构，当在第一电极与第二电极之间施加电压时，振动膜和压电膜中的变形量能够被最大化，同时减小串扰的可能性。

[0020] 替代地，在根据所述一种形态的液体喷射头中，优选的是：在所述第一电极与所述第二电极之间不产生电位差的同时，所述振动膜和所述压电膜朝向所述对应的压力腔室凸出地挠曲以提供挠曲量，所述挠曲量在400nm-500nm的范围内。

[0021] 采用该结构，当在第一电极与第二电极之间施加电压时，振动膜和压电膜中的变形量能够被最大化，同时减小串扰的可能性。

[0022] 此外，在根据所述一种形态的液体喷射头中，优选地，所述压电膜被极化，使得所述压电膜中的(001)配向与(100)配向的比率是80％或更大。

[0023] 通过将在压电膜中的(001)配向与(100)配向的比率增加到80％或更大，能够进一步充分改善压电膜的压电性质。附图说明

[0024] 通过以下结合附图的描述，实施例以及其它目的的特定特征和优点将变得显而易见，在所述附图中；

[0025] 图1是根据本公开一个实施例的打印机的示意性平面图；

[0026] 图2是根据该实施例的打印机的喷墨头的平面图；

[0027] 图3是图2的喷墨头的后端部的局部放大视图；

[0028] 图4是由在图3中的虚线包围的部分A的放大视图；

[0029] 图5是沿着在图4中的线V-V截取的部分的剖视图；

[0030] 图6是沿着在图4中的线VI-VI截取的部分的剖视图；

[0031] 图7是示出制造根据第二实施例的喷墨头的步骤的流程图；

[0032] 图8是在压力腔室被形成在根据实施例的喷墨头的通道构件中的状态下与图6的部分相对应的视图；并且

[0033] 图9是示出在挠曲量与静电容量之间关系的曲线图。

具体实施方式

[0034] 在下文中，将参照图1至9描述本公开的一个实施例。

[0035] <打印机1的整体结构>

[0036] 如在图1中所示，根据该实施例的打印机1包括压板2、托架3、喷墨头4、传送机构5、控制器6和墨盒保持器7。

[0037] 托架3被安装在沿着扫描方向延伸的两条导轨10和11上。托架3经由环形带14被连接到托架驱动马达15。托架3被构造成由托架驱动马达15驱动，以在被支撑在压板2上的记录片材100上方在扫描方向上往复运动。在下面的描述中，将基于扫描方向定义如在图1中所示的向左方向和向右方向。

[0038] 喷墨头4被安装在托架3上。多个喷嘴24(见图2-6)被形成在喷墨头4的底部中。喷墨头4被构造成在从喷嘴24朝向被支撑在压板2上的记录片材100喷射墨的同时，与托架3一起在扫描方向上移动。墨盒保持器7能够容纳四个墨盒17，四个墨盒17容纳分别为黑色、黄色、青色和品红色的四种颜色的墨。墨通过对应的管(未示出)从墨盒17中的每一个墨盒供应到喷墨头4。

[0039] 传送机构5包括两个传送辊18和19，其被构造成在与扫描方向正交的传送方向上使记录片材100在压板2上被传送。在下面的描述中，基于该传送方向，如在图1中所示的那样定义向前方向和向后方向。

[0040] 控制器6被构造成从个人计算机或其它外部设备输入的打印命令来控制喷墨头4、托架驱动马达15等的操作，以便在记录片材100上打印图像等。

[0041] <喷墨头4>

[0042] 接下来，将参照图2至图6详细描述喷墨头4的结构。注意的是，图3和图4中省略了在图2中所示的保护构件23。

[0043] 该实施例的喷墨头4被构造成喷射上述所有四种颜色(黑色、黄色、青色和品红色)的墨。如在图2至6中所示，喷墨头4包括喷嘴板20、通道构件21和包括压电致动器22的致动器设备25。注意，在该实施例中的致动器设备25不是简单地指压电致动器22，而是在概念上包括保护构件23和被布置在压电致动器22的顶部上的被称为膜上芯片(COF)50的布线构件。

[0044] <喷嘴板20>

[0045] 喷嘴板20由例如硅形成。喷嘴24在喷嘴板20中被形成为在传送方向上延伸的行。

[0046] 更具体地说，如在图2和3中所示，形成在喷嘴板20中的喷嘴24被分成在扫描方向上并置的四个喷嘴组27。所述四个喷嘴组27中的每一个喷嘴组都喷射不同于其它喷嘴组的颜色的墨。每一个喷嘴组27均包括两个左右喷嘴行28。在每一个喷嘴行28中的喷嘴24在传送方向上以间距P布置。此外，在每一个喷嘴组27的两个喷嘴行28中的喷嘴24的位置在传送方向上彼此偏移P/2。换句话说，构成单个喷嘴组27的喷嘴24被布置成两行，使得喷嘴24在传送方向上的位置在所述行之间交错。

[0047] 当在下面的描述中适当的时候，表示黑色的符号“k”、表示黄色的符号“y”、表示青色的符号“c”和表示品红色的符号“m”中的一个将被附加到分配给喷墨头4的与对应的墨颜色黑色(K)、黄色(Y)、青色(C)和品红色(M)相关联的部件的附图标记。例如，喷嘴组27k表示喷射黑色墨的喷嘴组27。

[0048] <通道构件21>

[0049] 通道构件21是单晶硅基板。如图在2至6中所示，多个压力腔室26被形成在通道构件21中。每一个压力腔室26均与多个喷嘴24中的一个喷嘴连通。所述压力腔室26中每一个压力腔室均具有在扫描方向上伸长的矩形平面形状。压力腔室26被布置成用于每种墨颜色的两行，总共八行压力腔室，其中在每行中的压力腔室26在传送方向上在与喷嘴24相对应的位置处并置。通道构件21具有由喷嘴板20覆盖的底表面。此外，每一个压力腔室26的在与相同颜色相对应的扫描方向上的外端与所述喷嘴24中的一个喷嘴竖直重叠。

[0050] 每一个压力腔室26在扫描方向上均具有大约500μm-1000μm的长度L、大约65μm的宽度W(在传送方向上的尺寸)和大约125μm的深度D(在50和μm150μm之间)。因此，在该实施例中，压力腔室26的深度D与宽度W的比率大约为两倍(在一至三倍之间)。

[0051] 这里，压力腔室26在扫描方向上的长度L是压力腔室26在扫描方向上的两个内壁的表面之间的距离。此外，压力腔室26的宽度W是压力腔室26在传送方向上的两个内壁表面之间的距离。由于在压力腔室26的顶表面上形成的振动膜30(稍后描述)的挠曲，因此压力腔室26的竖直尺寸在压力腔室26的不同区域中变化。因此，在本文中描述的压力腔室26的深度D表示在相邻压力腔室26之间的区域(非挠曲区)中，喷嘴板20的顶表面与振动膜30在压力腔室26侧上的表面(底表面)之间的距离。

[0052] 注意，构成稍后描述的压电致动器22的部件的单个振动膜30被布置在通道构件21的顶表面上，以便覆盖多个压力腔室26。振动膜30没有特别的限制，并且可以是覆盖压力腔室26的任何绝缘膜。在本实施例中，振动膜30例如通过使硅基板的表面氧化或氮化而形成。供墨孔30a被形成在振动膜30的在扫描方向上覆盖压力腔室26的内端(与喷嘴24相反的端部)的区域中。振动膜30具有大约1μm-3μm的厚度E1。这里，振动膜30的厚度E1表示在振动膜
30的在通道构件21侧上的表面(底表面)与振动膜30的与通道构件21相反的表面(顶表面)之间的距离。

[0053] <致动器设备25>

[0054] 致动器设备25被布置在通道构件21的顶表面上。如前所述，致动器设备25包括压电致动器22，压电致动器22包括多个压电元件31、保护构件23和两个COF50。

[0055] 压电致动器22被布置在通道构件21的整个顶表面上。如在图3和4中所示，压电致动器22包括多个压电元件31，所述压电元件31各自被布置在与所述多个压力腔室26中的一个对应的压力腔室重叠的位置。压电元件31构造八个压电元件行38。在每一个压电元件行38中的压电元件31在传送方向上在与压力腔室26的位置一致的位置处并置。多个驱动触点
46和两个接地触点47从在左侧的四个压电元件行38被向左引导。如在图2和3中所示，这些触点46和47沿着通道构件21的左边缘布置。类似地，多个驱动触点46和两个接地触点47从在右侧的四个压电元件行38被向右引导，并且沿着通道构件21的右边缘布置。压电致动器
22的详细结构将在后面描述。

[0056] 保护构件23被布置在压电致动器22的顶表面上，以便覆盖压电元件31。具体地，保护构件23具有八个凹入的保护区23a，所述保护区23a单独地覆盖对应的八个压电元件行38。注意，保护构件23不覆盖压电致动器22的左边缘和右边缘。因此，驱动触点46和接地触点47暴露在保护构件23的外部，如在图2中所示。保护构件23还具有四个储存器23b，它们被分别连接到在墨盒保持器7中的四个墨盒17。在储存器23b中的墨沿着供墨通道23c(图5)并通过形成在振动膜30中的供墨孔30a被供应到对应的压力腔室26。

[0057] 在图2-5中所示的COF50是柔性布线构件。每一个COF50均具有由电绝缘材料(诸如聚酰亚胺膜)形成的电路板56。驱动器IC 51被安装在电路板56上。每一个COF50的一个端部被连接到被设置在打印机1中的控制器6(见图1)，而另一个端部被连接到压电致动器22的对应的左端或右端。如在图4中所示，每一个COF50均包括被连接到驱动器IC 51的多条单独导线52和两条接地导线53。单独触点54被设置在每一个单独导线52的前端。单独触点54与在压电致动器22上的对应驱动触点46连接。接地连接触点55被设置在每一个接地导线53的前端。接地连接触点55与在压电致动器22上对应的接地触点47连接。驱动器IC 51被构造成经由单独触点54和驱动触点46向在压电致动器22中的压电元件31中每一个压电元件输出单独驱动信号。

[0058] <压电致动器22>

[0059] 接下来，将更详细地描述压电致动器22。如在图2至图6中所示，除了上述振动膜30之外，压电致动器22还包括公共电极36(多个第一电极32)、压电膜33和多个第二电极34。注意，为了简化，图3和图4中已经省略了在图5和图6的截面图中所示的保护膜40、绝缘膜41和布线保护膜43。

[0060] 如图在5和6中所示，第一电极32被形成在振动膜30的与压力腔室26相反的顶表面上的区域中。如在图6中所示，第一电极32经由导电部35连接，导电部35被布置在振动膜30的顶表面上的不与压力腔室26竖直地重叠的区域中。以这种方式经由导电部35连接多个第一电极32形成公共电极36，以便大致覆盖振动膜30的整个顶表面。公共电极36例如由铂(Pt)形成，并且例如具有0.1μm的厚度。

[0061] 压电膜33由压电材料(诸如PZT)形成。替代地，压电膜33可以由无铅压电材料形成。压电膜33的厚度E2诸如1.0μm-2.0μm(小于或等于2.0μm)，该厚度E2小于振动膜30的厚度E1。这里，压电膜33的厚度E2表示在压电膜33的在振动膜30侧上的表面(底表面)与压电膜33的在振动膜30相反侧上的表面(顶表面)之间的距离。

[0062] 如在图3、4和6中所示，压电膜33被布置在振动膜30的形成有公共电极36的顶表面上。为每一个压力腔室行设置一个压电膜33，并且压电膜33在传送方向上穿过构成压力腔室行38的多个压力腔室26延伸。总共有八个压电膜33。

[0063] 第二电极34被布置在压电膜33的顶表面上，每一个第二电极34位于与一个对应的压力腔室26对应的位置处。第二电极34具有略小于压力腔室26的矩形平面形状，并且与对应压力腔室26的中央区域竖直重叠。与第一电极32不同，第二电极34彼此分离。换句话说，第二电极34是为压力腔室26中的每一个压力腔室单独设置的单独电极。第二电极34例如由铱(Ir)或铂(Pt)形成。第二电极34具有例如0.1μm的厚度。第二电极34根据稍后描述的溅射方法形成，并且具有压缩应力。

[0064] 此外，介于一个第一电极32与一个第二电极34之间的每一个压电膜33的一部分被极化，使得在压电膜33中的(001)配向与(100)配向的比率为50％或更大。在压电膜33中的配向比率更优选是至少80％。

[0065] 在上述压电致动器22中，第二电极34具有压缩应力，并且在压电膜33中的(001)配向与(100)配向的比率为50％或更大。利用该压电致动器22，在第一电极32和第二电极34之间不产生电位差的同时，振动膜30和压电膜33的与压力腔室26竖直重叠的部分(形成压电元件31的部分)朝向压力腔室26凸出地挠曲。此时振动膜30和压电膜33提供大约450nm(在400和500nm之间)的挠曲量T。这里，挠曲量T表示在压力腔室26的侧壁表面与振动膜30交汇的边界K与在振动膜30的底表面上与压力腔室26在传送方向上的中心竖直重叠的点之间的竖直距离(见图6)。

[0066] 在具有该构造的压电致动器22中，振动膜30和压电膜33的与每一个压力腔室26竖直重叠的部分，以及与压电膜33的该部分竖直重叠的第一电极32和第二电极34一起形成一个压电元件31。因此，多个压电元件31在传送方向上并置，与压力腔室26的并置相一致。因此与喷嘴24和压力腔室26的布置相一致，压电元件31为每种颜色的墨构造两个压电元件行38，从而使得总共有八个压电元件行38。这里，形成用于一种颜色墨的两个压电元件行38的一组压电元件31将被称为压电元件组39。如在图3中所示，与四种墨颜色性对应的四个压电元件组39k、39y、39c和39m在扫描方向上并置。

[0067] 如在图5和6中所示，压电致动器22还包括保护膜40、绝缘膜41、导线42和布线保护膜43。

[0068] 如在图5中所示，保护膜40被布置成以便覆盖对应的压电膜33的顶表面，不包括与第二电极34的中央部分相对应的区域。保护膜40的主要功能是防止在空气中的湿气进入压电膜33。保护膜40由具有低透水性的材料形成。例如，保护膜40可以由诸如氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiOx)、氧化钽(TaOx)等的氧化物；或者诸如氮化硅(SiN)的氮化物形成。

[0069] 绝缘膜41被形成在相应保护膜40的顶部上。虽然对被用于形成绝缘膜41的材料的类型没有特别限制，但是绝缘膜41可以由例如二氧化硅(SiO2)形成。绝缘膜41用于增强在被连接到第二电极34的导线42(下面描述)与公共电极36之间的绝缘性质。

[0070] 在绝缘膜41上形成多根导线42。导线42从在多个压电元件31中的第二电极34引出。导线42例如由铝(A1)形成。如在图5中所示，每根导线42中的一个端部被布置在与在压电膜33的顶部上的对应的第二电极34的一个端部重叠的位置，并且通过穿透保护膜40和绝缘膜41的贯穿导电部48被电连接到对应的第二电极34。

[0071] 导线42能够被分为从压电元件31向左延伸的导线和向右延伸的导线。具体地，在图3中所示的四个压电元件组39中，导线42从构成在右侧的两个压电元件组39k和39y的压电元件31向右延伸，并且从构成在左侧的两个压电元件组39c和39m的压电元件31向左延伸。

[0072] 驱动触点46分别设置在导线42的与被连接到第二电极34的一个端部星饭的另一个端部上。在压电致动器22的左边缘和右边缘上，多个驱动触点46被布置成在传送方向上延伸的一行。在本实施例中，构成用于一种颜色的喷嘴组27的喷嘴24以600dpi(相当于42μm)的间距布置。此外，导线42从与用于两种颜色的喷嘴组27相对应的压电元件31向左或向右拉出。因此，在压电致动器22的左边缘和右边缘上的驱动触点46被以非常窄的间距布置，该间距是在单个喷嘴组27中的喷嘴24的间距的一半，或者大约21μm。

[0073] 此外，两个接地触点47被布置在所述驱动触点46的每一行的端部上，其中一个接地触点在前端，一个接地触点在后端。一个接地触点47比一个驱动触点46具有更大的接触面积。接地触点47通过导电部(未示出)被连接到公共电极36，该导电部穿透接地触点47正下方的保护膜40和绝缘膜41。

[0074] 如上所述，被布置在压电致动器22的左边缘和右边缘上的驱动触点46和接地触点47暴露在保护构件23的外部。COF50也被结合到压电致动器22的左边缘和右边缘。驱动触点
46经由单独触点54和单独导线52被连接到对应的COF50的驱动器IC 51，并且驱动信号从驱动器IC 51被供应到驱动触点46。利用该构造，驱动器IC 51能够选择性地向所述第二电极
34中的每一个第二电极单独施加接地电位或规定的驱动电位(例如，大约20V)。通过将接地触点47连接到COF50的接地连接触点55来施加接地电位。

[0075] 如在图5中所示，布线保护膜43被布置成以便覆盖导线42。布线保护膜43改善了在相邻导线42之间的绝缘。布线保护膜43还抑制构成导线42的布线材料(铝等)的氧化。布线保护膜43例如由氮化硅(SiNx)形成。

[0076] 注意，除了它们的周向边缘之外，在该实施例中，第二电极34暴露在保护膜40、绝缘膜41和布线保护膜43中，如在图5和6中所示。换句话说，保护膜40、绝缘膜41和布线保护膜43被构造成以便不妨碍压电膜33的变形。

[0077] <驱动压电致动器22的方法>

[0078] 接下来，将描述驱动压电致动器22(压电元件31)从喷嘴24喷射墨的方法。

[0079] 最初，在压电致动器22的所有压电元件31中的第二电极34被维持在驱动电位处。在该状态下，在第一电极32与第二电极34之间的电位差沿着压电膜33的厚度产生电场，该电场导致压电膜33在与压电膜33的厚度方向正交的方向上收缩。因此，振动膜30和压电膜
33的与压力腔室26竖直重叠的部分朝着压力腔室26侧(向下)凸出地挠曲，并且该挠曲量大于当在第一电极32与第二电极34之间没有产生电位差时的挠曲量。由于本实施例的压电膜
33薄(具有大约1.0μm-2.0μm的厚度)，所以在压电膜33中产生大的电场，从而在振动膜30和压电膜33中产生大的挠曲量。

[0080] 为了从某个喷嘴24喷射墨，在与该喷嘴24相对应的压电元件31中的第二电极34的电位被暂时切换到接地电位，并且然后返回到驱动电位。当第二电极34的电位被切换到接地电位时，第一电极32和第二电极34具有相同的电位，从而消除电场并由此减少在振动膜30和压电膜33中的挠曲量。当第二电极34的电位随后返回到驱动电位时，振动膜30和压电膜33的挠曲量增加，从而减小了压力腔室26的容量。容量的减小增加了在压力腔室26中的墨的压力，从而导致墨从与压力腔室26连通的喷嘴24喷射。

[0081] <串扰>

[0082] 这里，当驱动压电致动器22时，可能出现被称为串扰(位移串扰和喷射串扰)的现象。根据该现象，与某个压力腔室26相对应的压电元件31的驱动影响从与单独的压力腔室26连通的喷嘴24的墨的喷射速度。接下来将更详细地描述串扰的现象。

[0083] 为了描述串扰，一个压力腔室26将被称为压力腔室26A，与该压力腔室26A相对应的压电元件31将被称为压电元件31A，如在图6中所示。此外，在传送方向上的两侧上与压力腔室26A相邻的两个压力腔室26将被称为压力腔室26B，并且与压力腔室26B相对应的压电元件31将被称为压电元件31B。

[0084] 如上所述，当驱动电位被施加到在压电元件31B中的第二电极34时，形成压电元件31B的振动膜30的部分被挠曲。当振动膜30的形成压电元件31B的部分被挠曲的同时，在振动膜30的形成压电元件31A的部分中产生拉伸应力。该拉伸应力导致振动膜30的形成压电元件31A的部分伸长，并推压振动膜30和压电膜33的形成压电元件31A的部分朝向压力腔室
26A凸出地变形。

[0085] 此外，当多个压力腔室26在传送方向上被密集地布置时，通道构件21的分隔相邻压力腔室26的分隔壁21a在传送方向上具有较窄尺寸。在该情况下，当振动膜30的形成压电元件31B的部分如上所述挠曲时，在压力腔室26A与压力腔室26B之间的分隔壁21a容易由于振动膜30的拉动而朝向压力腔室26B侧收缩。作为结果，振动膜30的形成压电元件31A的部分趋向于在朝向平坦状态的方向上变形。

[0086] 由于这些现象，在当如上所述切换压电元件31A中的第二电极34的电位，以便从与压力腔室26A连通的喷嘴24喷射墨时，当在压电元件31B中的第二电极34的电位被同时切换时，振动膜30和压电膜33的与压力腔室26A竖直重叠的部分的变形量与当该电位不被同时切换时的变形量不同。变形量的这种差异产生从喷嘴24喷射的墨的喷射速度的差异，并且这种差异被称为位移串扰。

[0087] 这里，我们将考虑与如下实施例不相同的情况，在该实施例中，当在第一电极32与第二电极34之间不产生电位差时，振动膜30和压电膜33的形成压电元件31的部分朝向与压力腔室26相反的一侧凸出地挠曲。在该情况下，由于上述拉伸应力，振动膜30和压电膜33的形成压电元件31A的部分趋向于在朝向压力腔室26A凸出的方向上变形。此外，当分隔壁21a易于收缩时，振动膜30和压电膜33的形成压电元件31A的部分趋向于在变平方向(在压力腔室26侧上形成凸形的方向)上变形。换句话说，振动膜30和压电膜33的形成压电元件31A的部分由于拉伸应力而趋向于变形的方向和当分隔壁21a易于收缩时振动膜30和压电膜33的形成压电元件31A的部分趋向于变形的方向是相同的方向。因此，在该情况下，当驱动压电致动器22时，趋向于使这些部件变形的力被加在一起，从而增加了位移串扰。

[0088] 现在让我们考虑与如下实施例的情况向类似的情况，在该实施例的情况中，在第一电极32与第二电极34之间不产生电位差时，振动膜30和压电膜33的形成压电元件31的部分朝向压力腔室26侧凸出地挠曲。在该情况下，振动膜30和压电膜33的形成压电元件31A的部分趋向于在压力腔室26侧上形成凸形的方向上由上述拉伸应力变形。此外，当分隔壁21a易于收缩时，振动膜30和压电膜33的形成压电元件31A的部分趋向于在变平方向(在与压力腔室26相反的一侧上形成凸形的方向)上变形。换句话说，振动膜30和压电膜33的形成压电元件31A的部分由于拉伸应力而趋向于变形的方向与当分隔壁21a易于收缩时振动膜30和压电膜33的形成压电元件31A的部分趋向于变形的方向相反。因此，在该情况下，使这些部分变形的力彼此抵消，从而减少了位移串扰。

[0089] 此外，由于分隔壁21a在传送方向上的尺寸较短，并且压力腔室26的深度较大(分隔壁21a的竖直长度较长)，分隔壁21a更易于响应于在压力腔室26中的墨压力中的波动而变形(具有较大的顺应性)。因此，当如上所述驱动压电元件31以向在压力腔室26中的墨施加压力时，具有较高顺应性的分隔壁21a更容易变形，并且由分隔壁21a的变形引起的压力波动被传递到其它压力腔室26。如果压电元件31A和压电元件31B同时被驱动，则在压力腔室26A中的墨压力和在压力腔室26B中的墨压力将同时波动，从而抑制分隔壁21a的变形，并且因此抑制上述压力波动的传递。另一方面，如果在驱动压电元件31A的同时压电元件31B没有被驱动，则在压力腔室26A中的压力波动容易被传递到压力腔室26B。该压力波动如何传递以及上述位移串扰的差异导致从喷嘴24喷射墨的速度变化被称为喷射串扰。

[0090] <制造喷墨头的方法>

[0091] 接下来，将描述制造喷墨头4的方法。例如，喷墨头4能够根据遵循在图7中的流程图的工序来制造。

[0092] 这里，将详细描述在图7的流程图中的步骤。

[0093] 在S101中，在制造喷墨头4的过程开始时，成在将成为通道构件21的硅基板上形成振动膜30。振动膜30通过使所述硅基板的表面氧化或氮化而形成。在S102中，将用作公共电极36(第一电极32)的电极膜被形成在振动膜30的顶表面上。

[0094] 在S103中，在电极膜的顶表面上形成将成为压电膜33的压电材料膜。该压电材料膜根据溶胶-凝胶过程形成。更具体地说，压电材料膜通过重复执行以下步骤而形成：通过旋涂材料的溶液形成压电材料，并且然后通过退火过程使压电材料结晶。

[0095] 在S104中，在压电材料膜的顶表面上形成将成为第二电极34的电极膜。该电极膜通过溅射等形成，此时控制条件使得电极膜将具有压缩应力。

[0096] 在S105中，通过使用光刻、干法蚀刻等对在前述步骤中形成的电极膜和压电膜进行图案化而形成公共电极36(第一电极32)、压电膜33和第二电极34。此后，在S106中依次形成保护膜40、绝缘膜41、导线42、布线保护膜43、驱动触点46和接地触点47，并且在S107中将保护构件23结合到硅基板。

[0097] 在S108中，通过首先将硅基板抛光到适合于压力腔室26的深度D的厚度，并且随后从与保护构件23相反的一侧湿法蚀刻或干法蚀刻该硅基板来形成多个压力腔室26。在硅基板中形成压力腔室26之后，振动膜30和压电膜33的与压力腔室26竖直重叠的部分不再受到硅基板的限制。同时，如上所述，第二电极34具有压缩应力。如在图8中所示，在第二电极34中的压缩应力导致振动膜30和压电膜33的与压力腔室26竖直重叠的部分朝向与压力腔室26相反的一侧凸出地挠曲。

[0098] 在S109中，将其中形成有多个喷嘴24的喷嘴板20结合到硅基板。此时，可以在喷嘴板20的与通道构件21相反的一侧的表面上形成拒水膜。在S110中，执行切割过程，以将硅基板切成适合于通道构件21的尺寸。

[0099] 在S111中，通过在高温下在第一电极32与第二电极34上施加电压来执行极化过程，用于极化压电膜33。此时，压电膜33具有(001)优先配向，其中(001)配向与(100)配向的比率至少为50％，优选为80％或更大。通过提供具有(001)优先配向的压电膜33，振动膜30和压电膜33的与压力腔室26竖直重叠的部分(如在图8中所示原本朝向与压力腔室26相反的一侧凸出地挠曲)现在如在图6中所示朝向压力腔室26凸出地挠曲。

[0100] 在S112中，将COF50结合到压电致动器22的左边缘和右边缘。在S113中，在图中未示出的其它剩余部分被结合到该结构，由此完成喷墨头4的制造。

[0101] 注意，在S111中的极化过程可以在S110的切割过程之前或者在S112的COF50结合过程之后执行。

[0102] <示例>

[0103] 接下来，将描述本公开的各种示例。

[0104] 示例A1-A11和比较例A是位移串扰的实验的结果。在示例A1-A11和比较例A中，当在第一电极32与第二电极34之间没有产生电位差时，在振动膜30和压电膜33中的挠曲量是变化的。

[0105] 表1示出了示例A1-A11和比较例A的在上述挠曲量T与位移串扰(在表中的位移CT)之间的关系

[0106] [表1]

[0107] 挠曲量T(nm) 位移CT(％)
比较例A -167 14.0
示例A1 276 10.0
示例A2 258 9.5
示例A3 201 11.3
示例A4 203 11.4
示例A5 244 10.6
示例A6 300 11.0
示例A7 400 9.0
示例A8 483 6.6
示例A9 523 5.1
示例A10 595 3.3
示例A11 596 1.6

[0108] 在表1中，挠曲量T的正值指示朝向压力腔室26的凸出挠曲，而负值指示朝向与压力腔室26相反的一侧的凸出挠曲。此外，虽然在表1中的位移串扰的值都是正值，但是这指示当相邻压电元件31被同时驱动时的位移大于当相邻压电元件31没有被同时驱动时的位移。

[0109] 从表1中的结果可以清楚地看出，在示例A1-A11中的位移串扰比在比较例A中的位移串扰小，在所述示例A1-A11中，振动膜30和压电膜33朝向压力腔室26侧凸出地挠曲，在较例A中，振动膜30和压电膜33朝向压力腔室26的相反侧凸出地挠曲。

[0110] 示例B1-B6和比较例B1-B3是喷射串扰的实验结果。在示例B1-B6和比较例B1-B3中，当在第一电极32与第二电极34之间没有产生电位差时，在振动膜30和压电膜33中的挠曲量T是不同的。

[0111] 表2示出了每一个示例的挠曲量T与喷射串扰(在表中的喷射CT)之间的关系。

[0112] [表2]

[0113] 挠曲量T(nm) 喷射CT(％)
示例B1 483 2.0
示例B2 483 -1.0
示例B3 483 -3.0
示例B4 400 16.0
示例B5 400 15.0
示例B6 400 14.0
比较例B1 -167 33.0
比较例B2 -167 33.0
比较例B3 -167 35.0

[0114] 在表2中，挠曲量T的正值指示朝向压力腔室26侧的凸出挠曲，而负值指示朝向与压力腔室26相反的一侧的凸出挠曲。此外，在表2中的喷射串扰的正值指示当同时驱动相邻压电元件31时喷射速度比当不同时驱动相邻压电元件31时的喷射速度更快，负值指示当同时驱动相邻压电元件31时喷射速度比当不同时驱动相邻压电元件31时的喷射速度更慢。

[0115] 基于表2中的结果，明显的是，在示例B1-B6中的喷射串扰比在比较示例B1-B3中的喷射串扰低，在所述示例B1-B6中，振动膜30和压电膜33朝向压力腔室26侧凸出地挠曲，在比较示例B1-B3中，振动膜30和压电膜33朝向与压力腔室26相反的一侧凸出地挠曲。

[0116] 如在表1和表2中所示，在示例A1-A11和B1-B6中的挠曲量T都小于或等于压力腔室26的宽度W的1％(小于或等于约650nm)。因此，当挠曲量T不大于压力腔室26的宽度W的1％时，串扰能够保持足够低(位移串扰不大于12％，并且喷射串扰不大于16％)。

[0117] 此外，在表1中的示例A7和A8以及表2中的示例B1-B6中的结果表明，当挠曲量T在400nm和500nm之间时，串扰能够保持足够低(位移串扰不大于10％，喷射串扰不大于16％)。

[0118] 此外，对通过与被用于示例A1的极化过程相同的极化过程产生的朝向压力腔室侧挠曲的样品和朝向与压力腔室侧相反的一侧挠曲的样品(相当于比较例A)执行x光衍射，以基于在米勒指数中的(400)和(004)峰值的强度来评估(001)配向与(100)配向的比率。在该评估中，对于朝向与压力腔室侧相反的一侧挠曲的样品，观察到在(400)区域中的单个峰(在观察条件下，在(400)和(004)处的峰是不能够分割的)，而在朝向压力腔室侧挠曲的样品中观察到在(400)和(004)处的双峰，并且它们的积分强度之比为5.7：4.3。因此，在朝向向压力腔室侧挠曲的样品中，在(004)处的比率已经增加了大约50％。

[0119] 众所周知，PZT在(100)配向下比在(001)配向下具有更高的相对介电常数。换句话说，与(100)配向相比，(001)配向具有更低的电容(静电容量)，并且能够更好地降低功耗。图9是描绘挠曲量与电容之间的关系的曲线图。电容随着朝向压力腔室侧挠曲的量的增加而下降，从而指示(001)配向的比率随着挠曲量的增加而增加。在示例A1的条件下，(001)配向的比率约为50％，挠曲量为276nm。在挠曲量较大、更适合降低串扰的条件下，该比率会进一步增加。

[0120] <有利效果>

[0121] 由于该实施例的第二电极34具有压缩应力，所以压电膜33具有趋向于产生(100)配向的拉伸应力。然而，通过在该实施例中极化压电膜33，实现了至少50％(001)配向与(100)配向的比率。因此，压电膜33具有良好的压电性质。

[0122] 此外，通过极化压电膜33以增加(001)配向与(100)配向的比率，能够收缩压电膜33，使得振动膜30和压电膜33朝向压力腔室26侧凸出地挠曲。如上所述，与当振动膜30和压电膜33朝向与压力腔室26侧相反的一侧凸出地挠曲时相比，当振动膜30和压电膜33朝向压力腔室26侧凸出地挠曲时，不太可能发生串扰。

[0123] 通过进一步将在压电膜33中的(001)配向与(100)配向的比率增加到80％或更大，能够充分改进压电膜33的压电性质。

[0124] 虽然能够根据在实施例中描述的溶胶-凝胶过程形成精确的压电膜33，但是通过该溶胶-凝胶过程形成的压电膜33通常趋向于具有(100)配向。因此，如上所述，通过极化压电膜33来提高(001)配向与(100)配向的比率是重要的。

[0125] 当使用溶胶-凝胶过程时，压电膜33能够被形成为2μm或更薄，从而当在第一电极32与第二电极34之间施加电压时，增加在压电膜33中产生的电场的强度，并且因此，增加在压电膜33中产生的位移量T。

[0126] 此外，虽然压力腔室26的深度D与宽度W的比率大约是两倍，但是在一倍与三倍之间的比率也能够实现与在上述示例中所示的减少串扰的效果相同的效果。

[0127] 此外，虽然在该实施例中的压力腔室26的深度D大约为125μm，但是在50μm-180μm的范围内的深度能够实现与在上述示例中所示的相同的减少串扰的效果。

[0128] 在振动膜30和压电膜33朝向压力腔室26侧凸出地挠曲的结构下，如果该挠曲量T相对于压力腔室26的宽度W而言太大，则当在第一电极32与第二电极34之间施加电压时，振动膜30和压电膜33的变形量可能太小以至于不能获得足够的喷射速度。

[0129] 因此，在该实施例中，控制挠曲量T不大于压力腔室26的宽度W的1％。如在以上示例中所示，当在第一电极32和第二电极34之间施加电压时，该技术能够最大化振动膜30和压电膜33中的变形量T，同时使振动膜30和压电膜33朝向压力腔室26侧凸出地挠曲，以降低串扰的可能性。

[0130] 虽然在该实施例中上述挠曲量T大约为450nm，但是挠曲量T可以在400nm-500nm的范围内。如在以上示例中所示，当在第一电极32与第二电极34之间施加电压时，该技术能够最大化在振动膜30和压电膜33中的变形量T，同时使振动膜30和压电膜33朝向压力腔室26侧凸出地挠曲，以降低串扰的可能性。

[0131] 虽然已经参照其实施例进行了详细描述，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行许多变型和变体。

[0132] 例如，在上述实施例中，当在第一电极32与第二电极34之间不产生电位差时，虽然振动膜30和压电膜33的挠曲量T在400nm和500nm之间，但是该挠曲量T可以小于400nm或大于500nm。

[0133] 在上述实施例中，当在第一电极32与第二电极34之间不产生电位差时，虽然振动膜30和压电膜33的挠曲量T不大于压力腔室26的宽度W的1％，但是该挠曲量T可以大于压力腔室26的宽度W的1％。

[0134] 在上述实施例中，虽然压力腔室26的深度D在50μm和150μm之间，但是压力腔室26的深度D可以小于50μm或大于150μm。

[0135] 在上述实施例中，虽然压力腔室26的深度D与宽度W的比率在1至3倍之间，但是压力腔室26的深度D与宽度W的比率可以小于1倍或大于3倍。

[0136] 在上述实施例中，压电膜33的厚度E2被设定成2μm或更小，该厚度E2比振动膜30的厚度E1更薄。然而，本公开不限于该构造。例如，如果厚度E2比振动膜30的厚度E1更薄，则压电膜33的厚度E2可以被设定成大于2μm。替代地，压电膜33的厚度E2可以被设定成大于或等于振动膜30的厚度E1。

[0137] 在上述实施例中，虽然根据溶胶-凝胶过程形成压电膜33，但是压电膜33可以根据另一种方法(诸如溅射)形成。

[0138] 在上述实施例中，通过导电部35连结相邻的第一电极32，在压电膜33与振动膜30之间形成公共电极36，并且布置在压电膜33的顶表面上的第二电极34是为每一个单独压力腔室26设置的单独电极。然而，在压电膜33与振动膜30之间布置的第一电极32可以替代地是为每一个单独的压力腔室26设置的单独的电极，并且可以通过连结布置在压电膜33的顶表面上的相邻的第二电极34来形成公共电极。

[0139] 此外，虽然该实施例提供了用于将本公开应用于从喷嘴喷射墨的喷墨头的示例，但是本公开也可以被应用于喷射除了墨之外的液体(诸如液化金属或树脂)的液体喷射头。

[0140] <备注>

[0141] 喷墨头4是液体喷射头的示例。喷嘴24是喷嘴的示例。通道构件21是通道构件的示例。压力腔室26是多个压力腔室的示例。压电元件31是多个压电元件的示例。振动膜30(振动膜30的与每一个压力腔室26相对应的部分)是振动膜的示例。压电膜33(压电膜33的与每一个压力腔室26相对应的部分)是压电膜的示例。第一电极32是第一电极的示例。第二电极34是第二电极的示例。

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