CN101045382A - 压电促动器及其生产方法以及液滴喷射设备及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

移动成膜喷嘴，以使其上通过相对于振动板移动成膜喷嘴形成有压电材料层的多个区域的边界部分位于振动板的可变形部分外部并且与限制部分相重叠。这减少了对应于这些淀积区域的边界部分的一部分压电材料层上的应力集中，因此防止了压电材料层的损坏。

Description

压电促动器及其生产方法以及液滴喷射设备及其生产方法
相关申请的交叉参考
[0001]
该申请要求2006年3月20日提交的日本专利申请No.2006-075943号的优先权，其内容因而以参考的形式融入到本申请中。
技术领域
[0002]
本发明涉及压电促动器的生产方法，液滴喷射设备的生产方法，压电促动器，以及液滴喷射设备。
背景技术
[0003]
已知现有的压电促动器包括：衬底，由金属材料等制成；薄膜形式的压电材料层，由诸如PZT(钛锆酸铅)等铁电、压电陶瓷材料制成；以及电极，用于在压电材料层中产生电场。该压电促动器利用由电场活动而引起的压电材料层的膨胀/收缩来使衬底变形，从而驱动被驱动目标。
[0004]
作为在衬底的扁平表面上形成薄膜的一种方法，已知有气胶淀积方法(下面称之为AD方法)，其中将包含精细颗粒形式的薄膜材料和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到衬底上，并且通过此时的撞击能量来使颗粒淀积到衬底的表面上以形成薄膜。日本专利申请早期公开第2004-122341号中公开了通过使用AD方法来在衬底表面上形成薄膜形式的压电材料层的方法。根据该成膜方法，在相对于衬底来移动具有狭缝的成膜喷嘴的同时，将包含压电材料颗粒和载气的气胶从狭缝喷射到衬底上，并且将压电材料的颗粒淀积到衬底上，从而在衬底上形成压电材料层。
发明内容
[0005]
用于通过AD方法在衬底上形成薄膜层的最典型方法，是通过在相对于衬底的预定方向(扫描方向)上移动成膜喷嘴并喷射气胶，但是在这种情况下，在衬底上形成的带状薄膜层在垂直于扫描方向的宽度方向上容易具有厚度分布(参见日本专利申请早期公开第2004-122341号的图10)。这其中首先一个原因是由于从狭缝中喷射的气胶的速度分布不均匀而使颗粒的淀积速度有变化。另一个原因是以预定角度从狭缝喷射的气胶剃去了之前在衬底上形成的薄膜的部分，从而导致这些颗粒在该区域的淀积被延迟。
[0006]
因此，当通过AD方法来形成压电材料层时，所形成的压电材料层在垂直于成膜喷嘴的移动方向的方向上容易具有厚度分布。该厚度分布有时候会对压电促动器不利。
[0007]
本发明的一个目标是提出一种压电促动器以及生产这种压电促动器的方法，其中即使其通过由使用AD方法的成膜步骤所形成的薄膜层具有厚度陡然改变的部分，通过减少在该部分上的应力集中，也能尽可能地防止其损坏。
[0008]
根据本发明的第一个方面，提出了一种生产压电促动器的方法，其中的压电促动器包括：衬底，具有多个可变形部分和限定这些可变形部分的限制部分；以及多个薄膜层，位于衬底上并且具有与这些可变形部分和压电材料层相重叠的驱动电极。该方法包括：
提供衬底的步骤；以及
在衬底上形成薄膜层的步骤，
其中形成薄膜层的步骤包括：通过将包含形成至少一个薄膜层的颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到限定在衬底上并且彼此相邻的多个区域，并相对于这些区域来移动成膜喷嘴以使相邻区域的边界部分位于可变形部分外部，从而在这些区域上形成多个薄膜层中的至少一个薄膜层。
[0009]
当成膜喷嘴在以相对于衬底的一定方向上移动并喷射气胶以在衬底上形成薄膜层时，所形成的薄膜层在垂直于成膜喷嘴的移动方向的方向上容易具有厚度分布。因此，当相对于衬底上的多个相邻区域移动成膜喷嘴以便在这些区域上形成薄膜层时，成膜区域上的厚度分布，如果有的话，可能容易在薄膜层上淀积区域彼此相邻的部分(边界部分)引起陡然的厚度改变。因此，在薄膜层为例如压电材料层的情况下，当在生产阶段中进行极化处理时或者当压电促动器驱动被驱动目标时，当通过施加电场而使压电材料层发生变形时，在厚度陡然发生改变的边界部分上容易出现特别大的应力集中。本发明人已经发现这种应力集中是使边界部分破裂从而损坏压电材料层的一个原因。
[0010]
根据本发明的用于生产压电促动器的方法，压电促动器的至少一个薄膜层的多个区域的边界部分位于其中衬底的驱动电极和可变形部分彼此相互重叠的那些区域，也就是其中通过驱动电极将电场直接施加到压电材料层从而使衬底严重变形的那些区域(活性部分)的外部，并且不与那些区域发生重叠。因此，即使在成膜区域的边界部分薄膜层具有陡然厚度变化的情况下，在该部分上的应力集中也会较小，并且可以防止薄膜的损坏，从而增强了压电促动器的可靠性。
[0011]
根据本发明的用于生产压电促动器的方法，在成膜喷嘴中可以形成用于喷射气胶的狭缝，并且狭缝的尺寸大到可以使喷射到衬底的气胶所形成的喷射区域覆盖住至少一个压力室。当进行成膜时，使用这种大小的狭缝可以使成膜区域的边界部分位于活性部分的外部。
[0012]
根据本发明的用于生产压电促动器的方法，在所限定区域中的一个内部可以形成可变形部分的任何一个。
[0013]
根据本发明的用于生产压电促动器的方法，在形成薄膜层的步骤中，可以相对于每一个区域来移动成膜喷嘴，以便当从垂直于衬底的方向来看时，边界部分与限制部分相重叠。根据该生产方法，其上通过相对于衬底移动成膜喷嘴形成薄膜的这些区域的边界部分与衬底的限制部分相重叠，并且不与可变形部分相重叠，因此，即使薄膜层在成膜区域的边界部分具有陡然厚度变化，在该部分上出现的应力集中也将较小。
[0014]
根据本发明的用于生产压电促动器的方法，衬底可以具有可变形部分行，其中可变形部分以预定方向排列；并且在形成薄膜层的步骤中，通过在预定方向上相对于衬底移动成膜喷嘴，可以在从垂直于衬底的方向来看时与可变形部分行相重叠的区域上一次性整个形成至少一个薄膜层。根据该生产方法，不存在薄膜层的成膜区域的边界部分与可变形部分相重叠的区域，并且在该部分上的应力集中较小。顺便说一下，为了在与一行可变形部分相重叠的区域上形成薄膜层，该生产方法包括有只移动一次成膜喷嘴的方法，以及相对于一个淀积区域移动多次成膜喷嘴以便在淀积区域上淀积多层颗粒的方法。
[0015]
根据本发明的用于生产压电促动器的方法，在形成薄膜层的步骤中，可以通过将包含压电材料颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到衬底上来形成压电材料层。根据该生产方法，可以减少在对应于成膜区域的边界部分的一部分压电材料层上出现的应力集中，从而防止压电材料层发生损坏。
[0016]
根据本发明的用于生产压电促动器的方法，衬底可以是导电的；薄膜层可以包括绝缘层；并且在形成薄膜层的步骤中，将衬底和驱动电极彼此绝缘开来的绝缘层可以通过将包含绝缘材料颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到衬底上来形成。根据该生产方法，可以减少在对应于成膜区域的边界部分的一部分绝缘层上出现的应力集中，从而防止绝缘层发生损坏。
[0017]
根据本发明的第二个方面，提出了一种生产液滴喷射设备的方法，其中液滴喷射设备包括：沟道单元，具有平面分布的多个压力室，以及分别与压力室连通的多个喷嘴；以及压电促动器，具有衬底，位于沟道单元的表面上以覆盖压力室并且包括有朝向压力室的可变形部分，压电促动器被接入到沟道单元所在的限制部分，以及位于衬底上并且包括压电材料层和位于压电材料层的一个表面上的驱动电极的多个薄膜层，并且这些驱动电极与这些可变形部分中的一个部分地重叠。该方法包括：
在衬底上形成薄膜层的步骤；以及
在衬底上提供沟道单元的步骤，
其中形成薄膜层的步骤包括：通过将包含形成至少一个薄膜层的颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到衬底上多个相邻的截面区域，并相对于这些区域来移动成膜喷嘴以使相邻区域的边界部分位于可变形部分外部，从而在这些区域上形成多个薄膜层中的至少一个薄膜层。
[0018]
根据用于生产液滴喷射设备的方法，压电促动器的至少一个薄膜层的区域的边界部分位于其中衬底的驱动电极和可变形部分彼此相互重叠的那些区域，也就是其中通过驱动电极将电场直接施加到压电材料层从而使衬底严重变形的那些区域的外部。因此，即使在成膜区域的边界部分薄膜层具有陡然厚度变化的情况下，在该部分上的应力集中也会较小，并且可以防止薄膜的损坏。
[0019]
根据本发明的用于生产液滴喷射设备的方法，在成膜喷嘴中可以形成用于喷射气胶的狭缝，并且狭缝的尺寸大到可以使喷射到衬底的气胶所形成的喷射区域覆盖住至少一个压力室。当进行成膜时，使用这种大小的狭缝可以使成膜区域的边界部分位于活性部分的外部。
[0020]
根据本发明的用于生产液滴喷射设备的方法，任何可变形部分可以在衬底上的一个限定区域内部形成。
[0021]
根据本发明的用于生产液滴喷射设备的方法，在形成薄膜层的步骤中，可以相对于每一个区域来移动成膜喷嘴，以便从垂直于衬底的方向上来看边界部分与限制部分相重叠。根据该生产方法，其上通过相对于衬底移动成膜喷嘴形成有薄膜的这些区域的边界部分与衬底的限制分布相重叠，并且不与可变形部分相重叠，因此，即使薄膜层在成膜区域的边界部分具有陡然厚度变化，在该部分上出现的应力集中也将较小。
[0022]
根据本发明的用于生产液滴喷射设备的方法，衬底可以具有可变形部分行，其中可变形部分以预定方向排列；并且在形成薄膜层的步骤中，通过在预定方向上相对于衬底移动成膜喷嘴，可以在从垂直于衬底的方向来看与可变形部分行相重叠的区域上一次性整个形成薄膜。根据该生产方法，不存在薄膜层的成膜区域的边界部分与可变形部分相重叠的区域，并且在该部分上的应力集中较小。顺便说一下，为了在与一行可变形部分相重叠的区域上形成薄膜层，该生产方法包括有只移动一次成膜喷嘴的方法，以及相对于一个淀积区域移动多次成膜喷嘴以便在淀积区域上淀积多层颗粒的方法。
[0023]
根据本发明的用于生产液滴喷射设备的方法，该至少一个薄膜层可以是压电材料层。根据该生产方法，可以减少在对应于成膜区域的边界部分的一部分压电材料层上出现的应力集中，从而防止压电材料层发生损坏。
[0024]
根据本发明的用于生产液滴喷射设备的方法，该至少一个薄膜层可以是绝缘层。根据该生产方法，可以减少在对应于淀积区域的边界部分的一部分绝缘层上出现的应力集中，从而防止绝缘层发生损坏。
[0025]
根据本发明的第三个方面，提出了一种压电促动器，包括：
衬底，具有多个可变形部分和限定这些可变形部分的限制部分；以及
多个薄膜层，位于衬底上，并且包括有压电材料层和位于压电材料层的一个表面上的驱动电极，其中每一个驱动电极至少与这些可变形部分中的一个部分地重叠，
其中薄膜层中的至少一个薄膜层具有彼此相邻的多个区域，并且相邻区域的边界部分位于可变形部分的外部。
[0026]
根据该压电促动器，在至少一个薄膜层中，其上通过相对于衬底移动成膜喷嘴形成有薄膜的区域的边界部分位于衬底的驱动电极和可变形部分彼此相互重叠的那些区域，也就是其中通过驱动电极将电场直接施加到压电材料层从而使衬底严重变形的那些区域的外部。因此，即使薄膜层在成膜区域的边界部分具有陡然厚度变化，在该部分上出现的应力集中也将较小，并且可以防止薄膜层的损坏，
[0027]
在本发明的压电促动器中，至少一个薄膜层可以是压电材料层。
[0028]
在本发明的压电促动器中，通过将包含形成至少一个薄膜层的颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到衬底上的相邻限定区域，并相对于这些限定区域的每一个来移动成膜喷嘴以使相邻区域的边界部分位于可变形部分外部，来在这些区域的每一个上形成至少一个薄膜层。
[0029]
根据本发明的第四个方面，提出了一种液滴喷射设备，包括：
沟道单元，具有平面分布的多个压力室，以及分别与压力室连通的多个喷嘴；以及
压电促动器，包括：衬底，位于沟道单元的一个表面上以覆盖压力室，并且具有朝向压力室的可变形部分以及压电促动器被接入到沟道单元所在的限制部分；以及多个薄膜层，位于衬底上并且包括有压电材料层和驱动电极，这些驱动电极位于压电材料层的一个表面上，分别与可变形部分相重叠，
其中压电促动器的薄膜层中有至少一个薄膜层具有彼此相邻的多个区域，并且相邻区域的边界部分位于可变形部分的外部。
[0030]
根据该液滴喷射设备，在压电促动器的至少一个薄膜层中，其上通过相对于衬底移动成膜喷嘴形成有薄膜的区域的边界部分位于其中衬底的驱动电极和可变形部分彼此相互重叠的那些区域，也就是其中通过这些驱动电极将电场直接施加到压电材料层从而使衬底严重变形的那些区域的外部。因此，即使在成膜区域的边界部分薄膜层具有陡然厚度变化的情况下，在该部分上的应力集中也会较小，并且可以防止薄膜的损坏。
[0031]
在本发明的压电促动器中，至少一个薄膜层可以是压电材料层。
[0032]
在本发明的液滴喷射设备中，通过将包含形成至少一个薄膜层的颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到衬底上的相邻区域，并相对于相邻区域的每一个来移动成膜喷嘴以使相邻区域的边界部分位于可变形部分外部，来在这些相邻区域上形成至少一个薄膜层。
[0033]
在本发明的液滴喷射设备中，液滴喷射设备可以是喷墨打印机。
附图说明
[0034]
图1为根据本发明实施例的喷墨打印机的示意结构图；
图2为喷墨头的平面图；
图3为图2的局部放大图；
图4为沿着图3中的线IV-IV的截面图；
图5为沿着图3中的线V-V的截面图；
图6A至6C为喷墨头的生产步骤的解释性视图；
图7为成膜设备的示意性结构图；
图8A示出了当形成压电材料层时在振动板的一定区域中振动板和成膜喷嘴的位置关系；
图8B示出了当形成压电材料层时在振动板的另一区域中振动板和成膜喷嘴的位置关系；
图8C为示出了喷射区域和活性部分之间关系的平面图；
图9A为喷墨头的平面图；
图9B为从扫描方向看的压电促动器的侧视图；
图9C为从纸张馈送方向看的压电促动器的侧视图；
图10为根据第一改进实施例的喷墨头的平面图；
图11为根据第二改进实施例的喷墨头的局部放大视图；
图12为沿着图11中的线XII-XII的截面图；
图13A为根据第三改进实施例的喷墨头的平面图；
图13B为根据第三改进实施例从扫描方向看的喷墨头的局部放大视图；以及
图14为第四改进实施例的喷墨头的对应于图4的截面图。
具体实施方式
[0035]
接下来说明本发明的实施例。本实施例是一个将本发明应用到用于在一个方向上移动记录纸的同时将墨水喷射到记录纸上来记录图像等的串联型喷墨头的例子。
[0036]
首先来简要说明包括有串联型喷墨头的喷墨打印机的结构。如图1所示，喷墨打印机100包括：托架4，可在图1中的向左和向右方向移动；串联型喷墨头1(液滴喷射设备)，位于托架4中以将液滴喷射到记录纸7上；传输滚筒5，在图1中的向前方向上传送记录纸7；以及其他部件。喷墨打印机100通过托架4在向右和向左方向(扫描方向)上整体移动喷墨头1的同时，将墨水从在喷墨头1的较低表面上所形成的喷嘴20(参见图2至图5)喷射到记录纸7，来记录期望的字符、图像等。
[0037]
接下来参照图2至图5来说明喷墨头1。喷墨头1包括：沟道单元2，其中形成了包括有喷嘴20和压力室14的墨水沟道；以及压电促动器3，位于沟道单元2的上表面上，以将喷压施加到每一个压力室14中的墨水。
[0038]
首先来说明沟道单元2。如图4和5所示，沟道单元2包括空腔板10、基底板11、歧管板12和喷嘴板13，并且这四个板10至13是以堆叠状态相接的。在这些板中，空腔板10、基底板11和歧管板12是不锈钢板，并且通过蚀刻可以很容易地在这三个板10至12中形成诸如集总管17(稍后进行说明)和压力室14等的墨水沟道。进而，喷嘴板13可以由诸如例如聚酰亚胺等高分子合成树脂材料来形成，并且与歧管板12的下表面相接。可选情况下，该喷嘴板13还可以由诸如不锈钢等类似于板10至12的金属材料来形成。
[0039]
如图2至5所示，在四个板10至13中最上层的空腔板10中，平面分布的压力室14是由穿透板10的孔形成的，并且这些压力室14被振动板30(稍后进行说明)和基底板11从上侧和下侧所覆盖。进而，压力室14在纸张馈送的方向上(图2中的向上和向下方向)进行分布，形成四行。进而，在平面图中，每一个压力室14基本上具有椭圆形状，其长径在扫描方向上(图2中的向左和向右方向)。顺便提一下，本发明的“在平面图中”指的是从垂直于振动板(衬底)30的方向上所看到的视图。
[0040]
如图3所示，在基底板11中，连通孔15、16分别形成于在平面图中与压力室14的两个终端部分相重叠的位置上。在该例子中，连通孔15、16的每一个的半径约为0.05mm。进而，在歧管板12中，形成在纸张馈送方向上(图2中的向上和向下方向)延伸的四个集总管17，以与在平面图中在纸张馈送方向上所分布的压力室14的连通孔15的一侧部分相重叠。这四个集总管17与在稍后待说明的振动板30中所形成的供墨端口18(见图2)相通，并且经由供墨端口18从墨盒(图中未示出)将墨水供应给集总管17。在歧管板12中，与连通孔16相通的多个连通孔19也形成于在平面图中与位于集总管17相对一侧上的压力室14的终端部分相重叠的位置上。
[0041]
进而，在喷嘴板13中，喷嘴20形成于在平面图中与连通孔19相重叠的位置上。如图2所示，在集总管17的相对一侧上，喷嘴20与分布于四行中的压力室14的终端部分相重叠，并且在与集总管17不重叠的区域中以等间距在纸张馈送方向上(图2中的向上和向下方向)进行分布，以形成在扫描方向上进行分布的四个喷嘴行21a、21b、21c和21d。这四个喷嘴行21a至21d是由相同个数的喷嘴20构成的，并且在这些喷嘴行21a至21d中，在分布方向上喷嘴20之间的间距(间隔P)都是相等的。进而，四个喷嘴行21a至21d依次以P/4朝着纸张馈送方向的下游侧(图2中的向下方向)进行移动。因此，通过四个喷嘴行21a至21d，在记录纸7上可以形成在纸张馈送方向上以间距P/4进行分布的多个点。
[0042]
顺便提一下，喷嘴20和与喷嘴20相对应的压力室14不仅分布在纸张馈送方向(第一分布方向)上，而且分布在与纸张馈送方向呈θ角的方向(第二分布方向)上，并且结果沿着这两个方向以矩阵形式进行分布。注意，在第一分布方向上分布的喷嘴20和压力室14的个数(10)大于在第二分布方向上分布的喷嘴20和压力室14的个数(4)，并且第一分布方向中的间距较小(分布密度较高)。也就是说，第一分布方向与其中以较高的清晰度在记录纸7上形成多个点行的方向相对应。
[0043]
如图4所示，集总管17经由连通孔15与压力室14相通，并且压力室14进而经由连通孔16、19与喷嘴20相通。以这种方式，在沟道单元2中，形成了多个独立墨水沟道25，每一个都经由压力室14从集总管17延伸到喷嘴20。
[0044]
接下来说明压电促动器3。如图2至5所示，压电促动器3具有：金属振动板30(衬底)，分布于沟道单元2的上表面上；压电材料层31，连续形成于振动板30的上表面上，以覆盖压力室14；以及多个单个电极32(驱动电极)，形成于压电材料层31的上表面上，以分别与压力室14相对应。压电材料层31和单个电极32都是厚度约为几μm到约十几μm的薄膜形式的层(薄膜层)。如图3所示，单个电极32的每一个的宽度(在图3中的纸张馈送方向上的长度)可以是约0.16mm。
[0045]
振动板30是由金属材料制成的导电板，并且在平面图中具有接近矩形的形状。振动板30是由例如诸如不锈钢等铁合金、铜合金、镍合金和钛合金等制成。振动板30分布于空腔板10的上表面上，以覆盖压力室14，并且与空腔板10相接。振动板30中朝向压力室14的部分为在向上和向下方向上可弯曲变形的可变形部分30a，而振动板30中与空腔板10相接的部分为其变形受到限制的限制部分30b。振动板30一直被保持在地电势上，并且面向单个电极32，以便振动板30还可以作为共用电极，用于在厚度方向上产生电场，以作用于被夹在单个电极32和振动板30之间的压电材料层31。
[0046]
在振动板30的上表面上，形成了压电材料层31。压电材料层31主要包含作为钛酸铅和锆酸铅的固体溶剂并且作为铁电材料的钛锆酸铅(PZT)。连续形成压电材料层31，以覆盖压力室14。压电材料层31是通过其中包括有非常精细颗粒和载气的气胶被喷射到衬底上以在衬底上淀积颗粒的气胶淀积方法(AD方法)形成的。稍后将详细说明用于通过AD方法来形成压电材料层31的步骤。
[0047]
在压电材料层31的上表面上，形成了单个电极32。每一个单个电极都具有略小于压力室14的接近椭圆平面的形状。这些单个电极32形成于在平面图中分别与相应的压力室14的中心部分相重叠的位置上。进而，单个电极32是由诸如金、铜、银、钯、铂、钛等导电材料制成的。进而，多个接触部分35从单个电极32的图2中的左端部分导出。诸如柔性印刷电路(FPC)等的柔性布线组件(图中未示出)的接触与接触部分35相接，并且接触部分35电气连接到用于经由布线组件将驱动电压有选择地供应到单个电极32的驱动器IC(图中未示出)。在压电材料层31中，与单个电极32相重叠的区域31b为通过稍后所述的驱动电压进行变形的区域，并且区域31b被称为“活性部分”。图3示出了在该例子中所使用的喷墨头中压力室14的尺寸(长度为0.6mm，宽度为0.25mm)以及活性部分31b和单个电极32的尺寸(长度为0.5mm，宽度为0.16mm)的例子。
[0048]
接下来说明当喷墨时压电促动器3的操作。当驱动器IC将驱动电压有选择地施加到单个电极32时，被施加了驱动电压并且分布于压电材料层31的上侧上的单个电极32的电势变得与作为被保持在地电势上的共用电极并且分布于压电材料层31的下侧上的振动板30的电势不同。结果，在夹在单个电极32和振动板30之间的压电材料层31在厚度方向上生成了电场。这里，在其中压电材料层31的极化方向和电场的方向相同的情况下，压电材料层31在作为其极化方向的厚度方向上膨胀，并且在水平方向上收缩。然后，根据压电材料层31的收缩变形，振动板30弯曲凸向压力室14侧，以减少压力室14内部的容量，并且结果将压力施加到压力室14中的墨水，以使与压力室14相通的喷嘴20喷射液滴。
[0049]
接下来说明用于生产喷墨头1的方法。图6A至6C示意性地示出了喷墨头1的生产步骤。首先，如图6A所示，形成沟道单元2的四个板10至13和压电促动器3的振动板30通过粘合剂接合和金属扩散接合等被接合在一起(用于准备衬底的步骤)。
[0050]
接下来，通过以下步骤来生产压电促动器3。如图6B所示，压电材料层31通过AD方法形成于振动板30的上表面(与连接至沟道单元2的表面相对的表面)上。确切地说，包含压电材料的超精细颗粒和载气的气胶被喷射到振动板30，从而以较高的速度与振动板30相撞，并且这些颗粒稠密地淀积在振动板30的上表面上，从而形成薄膜形状的压电材料层31。之后，如图6C所示，单个电极32和接触部分35通过丝网印刷、溅射方法、淀积方法等方法形成于压电材料层31的上表面上。
[0051]
下面来更加详细地说明用于通过AD方法来形成压电材料层31的步骤。图7为用于形成压电材料层31的成膜装置50的示意性结构图。成膜装置50包括成膜室51；成膜喷嘴52，经由气胶供应管64被连接到气胶生成器60并且分布于成膜室51中；以及平台53，用于在成膜室51中在预定方向上移动振动板30。
[0052]
气胶生成器60生成作为超精细颗粒形式(例如，1μm颗粒大小或者更小)的压电材料M和载气的混合物的气胶Z。该气胶生成器60包括气胶室61，能够将材料颗粒M存储其中；以及振动器62，被附着到气胶室61以使气胶室61进行振动。用于供应载气的气筒G经由进气管63被连接到气胶室61。使用干燥空气、氮气、氩气、氧气和氦气等来作为载气。在成膜室51中，分布了成膜喷嘴52和平台53，并且成膜室51进一步经由排气管54被连接到真空泵P。成膜喷嘴52在顶端部分上具有狭缝55(见图8A、8B)，其开口朝向平台53上的振动板30并且始终在一个方向上具有矩形。进而，平台在狭缝55的宽度方向(图7中的水平方向)上移动振动板30。
[0053]
在成膜装置50中，通过真空泵P来降低成膜室51中的压力，并且在将气胶生成器60中所生成的气胶从成膜喷嘴52的狭缝55朝着振动板30的上表面进行喷射的同时，相对于成膜喷嘴52来移动平台53上的振动板30，从而在振动板30的预定区域上形成压电材料层31(用于形成薄膜层的步骤)。
[0054]
下面来进一步详细说明当形成压电材料层31时振动板30和成膜喷嘴52的相对移动。图8A和8B示出了在形成膜之时振动板30和成膜喷嘴52之间的位置关系。实际上，振动板30相对于如上所述的成膜喷嘴52与平台53一起移动，但是在以下说明中，出于方便，假设成膜喷嘴52相对于振动板30进行移动。
[0055]
如图8A所示，成膜喷嘴52相对于振动板30的上表面的特定区域在狭缝55的宽度方向(与狭缝55的纵向相垂直的方向；图8A和8B中的向前和向后方向)上移动的同时，将气胶喷射到振动板30，从而在该区域上形成压电材料层31。在其中压电材料层31需要形成于该区域之外的区域上的情况下，如图8B所示，同样，当成膜喷嘴52在狭缝55的宽度方向上进行移动的同时，还将气胶喷射到其他区域，从而在该区域上形成压电材料层31。顺便提一下，直到在成膜喷嘴52到达该其他区域之上的位置时为止，可以停止喷射，并且当成膜喷嘴52到达该其他区域的喷射起始位置时，可以重新开始喷射。图8C示出了在衬底上由处于停止状态的成膜喷嘴52喷射的气胶所覆盖的区域31a(下面将其称为“喷射区域”)。在该例子中，喷射区域31a为矩形，宽度为约0.4mm，并且其长度完全囊括了在压电材料层31中在扫描方向上进行分布的两个活性部分31b。顺便提一下，也可以使用用于形成其长度可囊括一个活性部分31b或三个活性部分31b或者更多活性部分31b的喷射区域31a的成膜喷嘴52。以这种方式，通过在相对于这些区域来移动成膜喷嘴52的同时将气胶喷射到振动板30的上表面上，可以在振动板30的上表面的较宽区域之上形成压电材料层31。
[0056]
顺便提一下，在振动板30的上表面上的多个区域的每一个上形成压电材料层31的情况下，成膜喷嘴52相对于这些区域的移动方向可以是相同的(从图8A和8B中的前侧到后侧)，如图8A和8B所示。可选情况下，为了能够将气胶连续喷射到这些区域，以成膜喷嘴52相对于一些区域从前侧移动到后侧以及成膜喷嘴52相对于相邻区域从后侧移动到前侧这种方式，可以交替改变成膜喷嘴52的移动方向。
[0057]
当通过以如图8A和8B所示的相对于振动板30的一个方向上移动用于喷射气胶的成膜喷嘴52来形成带状压电材料层31时，带状压电材料层31几乎具有均匀的厚度，并且在纵向方向上也就是在成膜喷嘴52的移动方向(图8A和8B中的向前和向后方向)上很少具有厚度分布。另一方面，在带状压电材料层31的宽度方向(与成膜喷嘴52的移动方向相垂直的方向：图8A和8B中的向右和向左方向)上，压电材料层31由于诸如从狭缝55喷射出的气胶的速度分布不均匀等原因而容易具有厚度分布。
[0058]
在本实施例的压电材料层31的成膜步骤中，如图9A中的虚线箭头所示，成膜喷嘴52在压力室14的分布方向(振动板30中分别与压力室14相对应的可变形部分30a的分布方向)上相对于振动板30移动，以在振动板30的上表面上形成压电材料层31。更为具体地说，成膜喷嘴52相对于振动板30中作为在扫描方向上相邻的两个区域A1、A2，在压力室14的分布方向上移动。区域A1覆盖位于扫描方向上的一侧(图9A中的左侧)上的两个压力室行，并且区域A2覆盖位于扫描方向上的另一侧(图9A中的右侧)上的两个压力室行。确切地说，成膜喷嘴52相对于区域A1在压力室14分布方向上移动，从而一次全部在用于覆盖左边的两个压力室行(可变形部分30a行)的区域A1之上形成压电材料层31。随后，成膜喷嘴52相对于区域A2在压力室14分布方向上移动，从而一次全部在用于覆盖右边的两个压力室行的区域A2之上形成压电材料层31。顺便提一下，在区域A1、A2上形成压电材料层31的过程中，成膜喷嘴52相对于每一个成膜区域可以只移动一次，或者成膜喷嘴52相对于一个成膜区域可以移动多次，以在层中淀积颗粒。
[0059]
如上所述，通过成膜喷嘴52在压力室14的分布方向上移动而形成的压电材料层31在作为与成膜喷嘴52的移动方向相平行的方向的纸张馈送方向上的厚度基本均匀，如图9B所示。另一方面，如图9C所示，在作为与成膜喷嘴52的移动方向相垂直的方向的喷墨头1的扫描方向上，压电材料层31具有一些厚度分布。顺便提一下，如果用于在振动板30的两个区域A1、A2上形成压电材料层31的成膜条件，例如成膜喷嘴52的移动速度(也就是平台53的移动速度)和从狭缝55中喷射的气胶的量等条件都是相同的，则两个区域A1、A2几乎具有相同的厚度分布。
[0060]
因此，如图9C所示，根据两个区域A1、A2的厚度分布，压电材料层31的厚度在区域A1、A2的边界部分B(接合部分)中有时发生陡然改变。如果其中厚度陡然改变的部分存在于压电材料层31中，则当由在成膜之后进行极化处理之时或者在当将喷射压力施加到压力室14中的墨水之时将预定电压施加到单个电极32引起电场作用于压电材料层31而使压电材料层31变形时，存在在该部分上发生应力集中从而使压电材料层31发生断裂这一风险。
[0061]
在本实施例中，另一方面，如图9A所示，成膜喷嘴52相对于振动板30在纸张馈送方向上移动，以便在平面图中，其上形成了压电材料层31的区域A1、A2的边界部分B与振动板30中与沟道单元2相接并且位于压力室14(可变形部分30a)和单个电极32之外的限制部分30b相重叠。也就是说，两个区域A1、A2的边界部分B位于两个中心压力室行之间，并且不与压力室14(可变形部分30a)重叠。
[0062]
通过这种结构，即使压电材料层31的厚度在区域A1、A2的边界部分B上陡然改变，但是由于边界部分B与当通过单个电极32将电场施加到压电材料层31时会发生变形的可变形部分30a不重叠，因此压电材料层31中与边界部分B相对应的部分上发生的应力集中较小。因此，防止了压电材料层31发生断裂，这提高了压电促动器3的可靠性。
[0063]
接下来说明其中对上述实施例进行了各种改变的改进实施例。与上述实施例中具有相同结构的部件用相同的标号来表示，并且省略了对其的说明。
第一改进实施例
[0064]
当由于将电压施加到单个电极32的一个而使厚度方向上的电场作用于压电材料层31时，在与压力室14相重叠的部分中，在与单个电极32相重叠的部分中压电材料层31的变形最大。因此，如图10所示，在平面图中，其上通过成膜喷嘴52的相对移动形成了压电材料层31的区域A1、A2的边界部分B只能位于至少单个电极32之外，并且可以略微与压力室14(可变形部分30a)相重叠。第一改进实施例还可以提供用于减少在区域A1、A2的边界部分B上发生应力集中的效果。
第二改进实施例
[0065]
如图11和图12所示，在平面图中，在与压力室14相重叠的区域中，压电促动器3B的单个电极32B沿着压力室14的边沿可以形成为环状。在压电促动器3B中，当将驱动电压施加到单个电极32B时，在与压力室14的边沿部分相重叠的部分上的压电材料层31进行膨胀/收缩变形，以引起振动板30的弯曲变形。以这种方式，压电促动器3B将压力施加到压力室14中的墨水。为了制造这种压电促动器3B，移动成膜喷嘴52，以便其上通过成膜喷嘴52相对于振动板30进行移动而形成膜的多个区域的边界位于压力室14之外。
[0066]
进而，虽然单个电极32B的边缘和压力室14的边缘可以彼此相合，但是为了通过使压力室14内向右的区域中的压电材料层31变形得更剧烈来提高驱动效率，可以形成单个电极32B，从如图11和12所示的压力室14的边缘进一步延伸到区域之外。在这种情况下，其上通过成膜喷嘴52相对于振动板30进行移动而形成了压电材料层31的区域的边界只能位于至少单个电极32B中与压力室14(可变形部分30a)(也就是至少压力室14的边缘)相重叠的区域之外，并且与单个电极32B中位于压力室14之外的部分相重叠。
第三改进实施例
[0067]
如图13A所示，压力室14沿着两个方向，也就是纸张馈送方向(第一分布方向)和与纸张馈送方向成θ角的方向(第二分布方向)以矩阵形式进行分布。这里，成膜喷嘴52可以相对于振动板30在第二分布方向上进行移动，从而一次性在振动板30中的用于覆盖在第二分布方向上排列的一行或多行压力室14(可变形部分30a)的区域上形成压电材料层31。在这种情况下，压电材料层31有时具有厚度分布，如图13B所示，以在成膜区域A3、A4的边界部分中具有陡然厚度改变。不过，通过移动成膜喷嘴52以便成膜区域A3、A4的边界位于压力室行之间，可以减少边界部分上的应力集中。
第四改进实施例
[0068]
在上述实施例中，作为构成压电促动器3的薄膜层之一的压电材料层31是通过AD方法形成的，但是除了压电材料层31之外的薄膜层也可以通过AD方法来形成。例如，如图14所示的结构的优势是用于将驱动电压供应给单个电极32的布线可以容易地分布在振动板30的上表面上。在这种结构中，单个电极32分布于振动板30的上表面(压电材料层31的下表面)上，并且共用电极34分布于压电材料层31的上表面上，以朝向共用的单个电极32。不过，在其中振动板30为这种结构的导电金属板的情况下，有必要在振动板30和单个电极32之间提供绝缘层36，以使其相互绝缘。绝缘层36需要具有与振动板30相似的某个硬度，以确保将压电材料层31的变形传送到压力室14中的墨水。例如，绝缘层36是由诸如矾土或氧化锆等绝缘陶瓷材料制成。
[0069]
与之前所说明的压电材料层31的成膜步骤一样，由诸如矾土等陶瓷材料制成的绝缘层36也可以通过AD方法来形成。确切地说，在相对于振动板30的预定方向上移动具有狭缝55的成膜喷嘴52的同时，包含用于形成绝缘层36的陶瓷材料的精细颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴52的狭缝55被喷射到振动板30上(参见图8A和8B)，从而形成绝缘层36。此时，与上述实施例一样，移动成膜喷嘴52，以便其上通过成膜喷嘴52相对于振动板30进行移动而形成膜的多个区域的边界位于单个电极32中与压力室14(可变形部分30a)相重叠的区域之外。
[0070]
在第四实施例中，绝缘层36和压电材料层31都可以通过使用AD方法的上述成膜步骤来形成，或者压电材料层31可以通过除了AD方法之外的方法来形成。
[0071]
上述实施例和改进实施例都是其中将本发明应用到用于喷墨头的压电促动器的例子，但是本发明的适用形式并不限于此。也就是说，只要其结构可以通过使衬底的可变形部分发生变形来驱动被驱动的物体，本发明还可以应用到除了喷墨头领域之外的领域中所使用的压电促动器。液滴喷射装置不仅适用于喷墨打印机，还适用于在诸如医疗领域和分析领域等各种领域中所使用的用于喷射液滴的装置。

Claims (21)

1.一种生产压电促动器的方法，其中的压电促动器包括：衬底，具有多个可变形部分和限定这些可变形部分的限制部分；以及多个薄膜层，位于衬底上并且具有与这些可变形部分和压电材料层相重叠的驱动电极，该方法包括：
提供衬底的步骤；以及
在衬底上形成薄膜层的步骤，
其中形成薄膜层的步骤包括：通过将包含形成至少一个薄膜层的颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到限定在衬底上并且彼此相邻的多个区域，并相对于这些区域来移动成膜喷嘴以使相邻区域的边界部分位于可变形部分外部，从而在这些区域上形成多个薄膜层中的至少一个薄膜层。
2.如权利要求1所述的生产压电促动器的方法，其中在成膜喷嘴中形成用于喷射气胶的狭缝，并且狭缝的尺寸大到可以使喷射到衬底的气胶所形成的喷射区域覆盖至少一个压力室。
3.如权利要求1所述的生产压电促动器的方法，在所限定区域中形成这些可变形部分的任何一个。
4.如权利要求1所述的生产压电促动器的方法，其中在形成这些薄膜层的步骤中，相对于这些区域的每一个来移动成膜喷嘴，以便当从垂直于衬底的方向来看时，边界部分与限制部分相重叠。
5.如权利要求4所述的生产压电促动器的方法，其中衬底具有可变形部分行，其中可变形部分以预定方向排列；并且在形成薄膜层的步骤中，通过在预定方向上相对于衬底移动成膜喷嘴，可以在从垂直于衬底的方向来看时，在与可变形部分行相重叠的区域上一次性整个形成至少一个薄膜层。
6.如权利要求1所述的生产压电促动器的方法，其中在形成这些薄膜层的步骤中，通过将包含压电材料颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到衬底上来形成压电材料层。
7.如权利要求1所述的生产压电促动器的方法，其中衬底是导电的；薄膜层包括绝缘层；并且在形成薄膜层的步骤中，将衬底和驱动电极彼此绝缘开来的绝缘层是通过将包含绝缘材料颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到衬底上来形成的。
8.一种生产液滴喷射设备的方法，其中的液滴喷射设备包括：沟道单元，具有平面分布的多个压力室，以及分别与压力室连通的多个喷嘴；以及压电促动器，具有衬底，位于沟道单元的一个表面上以覆盖多个压力室并且包括有朝向多个压力室的多个可变形部分，压电促动器被连接至沟道单元所在的多个限制部分，以及位于衬底上并且包括有压电材料层和位于压电材料层的一个表面上的多个驱动电极的多个薄膜层，并且这些驱动电极与这些可变形部分中的一个部分地重叠。该方法包括：
在衬底上形成薄膜层的步骤；以及
在衬底上提供沟道单元的步骤，
其中形成这些薄膜层的步骤包括：通过将包含形成至少一个薄膜层的颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到衬底上的多个相邻截面区域上，并且相对于这些区域移动成膜喷嘴以使这些相邻区域的边界部分位于可变形部分的外部，从而在这些区域上形成这些薄膜层中的至少一个薄膜层。
9.如权利要求8所述的生产液滴喷射设备的方法，其中在成膜喷嘴中形成用于喷射气胶的狭缝，并且狭缝的尺寸大到可以使喷射到衬底的气胶所形成的喷射区域覆盖至少一个压力室。
10.如权利要求8所述的生产液滴喷射设备的方法，其中任何可变形部分是在衬底上的截面区域中的一个内部形成的。
11.如权利要求8所述的生产液滴喷射设备的方法，其中在形成薄膜层的步骤中，相对于这些区域的每一个来移动成膜喷嘴，以便从垂直于衬底的方向上来看边界部分与限制部分相重叠。
12.如权利要求11所述的生产液滴喷射设备的方法，其中衬底具有可变形部分行，其中可变形部分以预定方向排列；并且在形成薄膜层的步骤中，通过在预定方向上相对于衬底移动成膜喷嘴，在从垂直于衬底的方向来看与可变形部分行相重叠的区域上一次性整个形成薄膜。
13.如权利要求8所述的生产液滴喷射设备的方法，其中至少一个薄膜层是压电材料层。
14.如权利要求8所述的生产液滴喷射设备的方法，其中至少一个薄膜层是绝缘层。
15.一种压电促动器，包括：
衬底，具有多个可变形部分和限定这些可变形部分的限制部分；以及
多个薄膜层，位于衬底上，并且包括有压电材料层和位于压电材料层的一个表面上的多个驱动电极，其中每一个驱动电极至少与这些可变形部分中的一个部分重叠，
其中这些薄膜层中的至少一个薄膜层具有彼此相邻的多个区域，并且相邻区域的边界部分位于可变形部分的外部。
16.如权利要求15所述的压电促动器，其中至少一个薄膜层是压电材料层。
17.如权利要求15所述的压电促动器中，其中在相对于每一个限制区域来移动成膜喷嘴以使这些相邻区域的边界部分位于可变形部分的外部的同时，通过将包含形成至少一个薄膜层的颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到这些区域上，来在衬底上相邻的每一个限定区域上形成至少一个薄膜层。
18.一种液滴喷射设备，包括：
沟道单元，具有沿平面分布的多个压力室，以及分别与压力室连通的多个喷嘴；以及
压电促动器，包括：衬底，位于沟道单元的一个表面上以覆盖这些压力室，并且具有朝向这些压力室的可变形部分以及压电促动器被连接至沟道单元所在的限制部分；以及多个薄膜层，位于衬底上并且包括有压电材料层和驱动电极，这些驱动电极位于压电材料层的一个表面上，分别与这些可变形部分相重叠，
其中压电促动器的薄膜层中有至少一个薄膜层具有彼此相邻的多个区域，并且这些相邻区域的边界部分位于可变形部分的外部。
19.如权利要求18所述的液滴喷射设备，其中至少一个薄膜层是压电材料层。
20.如权利要求18所述的液滴喷射设备，其中在相对于每一个相邻区域来移动成膜喷嘴以使这些相邻区域的边界部分位于可变形部分的外部的同时，通过将包含形成至少一个薄膜层的颗粒和载气的气胶从成膜喷嘴喷射到这些区域上，来在衬底上的相邻区域上形成至少一个薄膜层。
21.如权利要求18所述的液滴喷射设备是喷墨打印机。
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