CN105142914B - 喷墨头及其制造方法和喷墨打印机 - Google Patents

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Abstract

喷墨头(10)具备位移膜(17)、基板(11)和墨排出部(21)。位移膜(17)包括沿与厚度方向垂直的方向伸缩的作为驱动膜的压电薄膜(14)，沿厚度方向弯曲变形。基板(11)具有沿厚度方向形成的作为孔部的挖入部(11a)，为了利用压电薄膜(14)的伸缩使位移膜(17)在与挖入部(11a)对应的区域沿厚度方向弯曲变形，而以覆盖挖入部(11a)的方式保持位移膜(17)。墨排出部(21)具有收容墨的墨室(21a)，通过利用位移膜(17)的弯曲变形对墨施加压力来向外部排出墨，墨排出部(21)相对于位移膜(17)设于与基板(11)的挖入部(11a)相反的一侧。

Description

喷墨头及其制造方法和喷墨打印机
技术领域
本发明涉及一种向外部排出墨的喷墨头及其制造方法和具备该喷墨头的喷墨打印机。
背景技术
一直以来，已知一种具备喷墨头的喷墨打印机，该喷墨头具有排出墨的多个通道。通过一边使喷墨头相对于纸张、布等记录媒介相对地移动，一边控制墨的排出，能够相对于记录媒介输出二维的图像。墨的排出可以通过利用致动器(压电式、静电式、热变形等)、或是利用热量使管内的墨产生气泡来进行。其中，尤以压电式的致动器具有输出大、能够进行变调、响应性高、不挑墨等优点，近年来经常被利用到。
另外，压电式的致动器包括使用块状的压电体的致动器和使用薄膜的压电体(压电薄膜)的致动器。前者输出大，因此能够排出大的液滴，但外型大且成本高。与之相对，后者输出小，因此液滴量不能太大，但外型小且成本低。可以说，为了实现高分辨率(利用小液滴即可)且外型小、低成本的打印机，使用压电薄膜来构成致动器较为合适。
图8是对使用压电薄膜的以往的致动器100的概略结构进行表示的俯视图和沿A-A’线朝箭头方向观察的剖视图。该致动器100通过将绝缘层102、下部电极103、作为压电薄膜的压电膜104、上部电极105按照这一顺序层叠在具有压力室101a的基板101上而构成。基板101中的压力室101a的上壁101b构成从动膜，伴随压电膜104的伸缩而发生位移。
即，若从驱动电路106向下部电极103及上部电极105施加电压，使压电膜104沿与厚度方向垂直的方向(与基板101的面平行的方向)伸缩，则由于压电膜104与从动膜的长度的不同，会使得从动膜产生曲率，从动膜会沿厚度方向发生位移(弯曲)。
图9是对具备图8的致动器100的通道200的概略结构进行表示的剖视图。如该图所示，通过利用喷嘴板201封闭致动器100的下部的空间(压力室101a)而形成了墨室。如果在压力室101a内收容了墨，则能够如上所述那样利用与压电膜104的伸缩相伴的从动膜的位移，对压力室101a内的墨施加压力，将墨从喷嘴孔201a作为液滴向外部排出。通过将这样的压电式的致动器100(通道200)沿横向排列，构成喷墨头。
在用于上述那种压电式的致动器的压电体中，广泛使用BaTiO3、被称作PZT的Pb(Ti/Zr)O3等钙钛矿型的金属氧化物。在使用压电薄膜的致动器中，将例如PZT成膜在基板上来进行制作。PZT的成膜可以使用溅射法、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法、溶胶-凝胶法等各种方法进行。注意，压电材料的晶化需要高温，因此在基板中经常使用Si。
喷墨头的性能指标包括液滴量、射出速度、驱动频率，各个致动器的输出及响应性成为决定它们的因素。致动器的输出由施加电压、压电常数、压电体的体积决定，致动器的响应性由致动器的质量及刚性等决定。
另外，头的驱动频率还受墨的质量及弹性的影响。即，若压力室(墨室)的容积大，则存在于墨室之中的墨的质量变大，另外，墨整体的弹性变形也增加，因此致动器的响应性降低。因此，要想为了使头的驱动频率提高(增大)而使致动器的响应性提高，就需要减小墨室的容积。
作为减小墨室的容积的方法，可考虑例如两种方法。一种是对保持压电体的基板进行研磨，使形成于上述基板的墨室的高度变小的方法。并且，另一种被认为是向预先加工出容积小的墨室的薄基板上转印形成在另一基板上的压电膜，之后除去上述另一基板的方法。注意，目的是不同的，对于如前者那样对基板进行研磨而使之变薄的方法，例如被专利文献1公开，对于如后者那样转印压电膜的方法，例如被专利文献2公开。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)专利第5013025号公报(参照权利要求1、第〔0012〕段、图1等)
专利文献2：(日本)特开2005-169965号公报(参照权利要求1、第〔0019〕段、图3(a)、(b)等)
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在减小墨室的容积时，在对基板进行研磨的情况下，担心由于基板在加工过程中(研磨过程中)的碎裂或缺损、成膜或加工时的翘曲等原因而导致成品率降低、并且作为致动器的性能变差。另外，在向薄基板上转印压电膜的情况下，会产生转印时的压电膜的损伤及其导致的性能降低、以及因使用两片基板而导致的成本上升。因此，迫切期望构成一种在不进行基板研磨和膜的转印的情况下就能够减小墨室的容积的喷墨头。
本发明是为了解决上述问题点而做出的，其目的在于提供一种在不进行基板研磨和膜的转印的情况下就能够减小墨室的容积、由此能够使头的驱动频率提高的喷墨头及其制造方法和具备该喷墨头的喷墨打印机。
解决技术问题的技术手段
本发明一方面的喷墨头具备：位移膜，其包括沿与厚度方向垂直的方向伸缩的驱动膜，该位移膜沿厚度方向弯曲变形；基板，其具有沿厚度方向形成的孔部，为了利用所述驱动膜的伸缩使所述位移膜在与所述孔部对应的区域沿厚度方向弯曲变形，该基板以所述位移膜覆盖所述孔部的方式保持所述位移膜；墨排出部，其具有收容墨的墨室，通过利用所述位移膜的弯曲变形对所述墨施加压力，将所述墨向外部排出；所述墨排出部相对于所述位移膜设于与所述基板的所述孔部相反的一侧。
本发明另一方面的喷墨头的制造方法具有：在基板上形成驱动膜的工序；在所述基板上在与所述驱动膜的形成侧相反的一侧形成孔部，并为了利用所述驱动膜的与厚度方向垂直的方向的伸缩使包括所述驱动膜的位移膜在与所述孔部对应的区域沿厚度方向弯曲变形，而以覆盖所述孔部的方式保持所述位移膜的工序；将利用所述位移膜的弯曲变形向外部排出墨室内的墨的墨排出部，相对于所述位移膜形成在与所述基板的所述孔部相反的一侧的工序。
发明效果
由于墨排出部相对于位移膜设于与基板(孔部)相反的一侧，且独立于基板而设置，因此，无论基板如何，都能够利用单独的墨排出部进行减小墨室的容积的设计。由此，能够在不进行基板研磨和膜的转印的情况下减小墨室的容积，使头的驱动频率提高。
附图说明
图1是对本发明所实施的一方式的喷墨打印机的一部分进行放大表示的立体图。
图2是对上述喷墨打印机所具备的喷墨头的一个通道的概略结构进行表示的俯视图和沿该俯视图中的A-A’线朝箭头方向观察的剖视图。
图3是对上述喷墨头的多个通道的结构进行表示的俯视图和沿该俯视图中的A-A’线朝箭头方向观察的剖视图。
图4是对上述通道的其他结构进行表示的剖视图。
图5是对上述通道的另一其他结构进行表示的剖视图。
图6是对图2的结构的喷墨头的制造工序进行表示的剖视图。
图7是对图5的结构的喷墨头的制造工序进行表示的剖视图。
图8是对使用压电薄膜的以往的致动器的概略结构进行表示的俯视图和沿A-A’线朝箭头方向观察的剖视图。
图9是对具备上述致动器的通道的概略结构进行表示的剖视图。
具体实施方式
基于附图对本发明所实施的一方式说明如下。
〔喷墨打印机的结构〕
图1是对本实施方式的喷墨打印机1的一部分进行放大表示的立体图。喷墨打印机1在一部分开口的壳体1a内具有能够沿左右方向(图中B方向)移动的托架1b。与多种颜色(例如黄色、品红、青绿色、黑色这四种颜色)各自对应的喷墨头10排成一列安装于该托架1b。通过一边从打印机的里侧朝近前侧(图中A方向)输送未图示的记录媒介，一边使托架1b左右移动而使各色的墨从对应的喷墨头10排出，能够在记录媒介上形成彩色图像。
注意，也可以沿记录媒介的整个宽度方向形成喷墨头10并且沿记录媒介的输送方向排列各色的喷墨头10来构成喷墨打印机1。该情况下，通过使各喷墨头10静止而仅使记录媒介移动，能够在记录媒介上形成彩色图像。
〔喷墨头的结构〕
接着，对喷墨头10的结构进行说明。图2一并示出了对喷墨头10的一个通道的概略结构进行表示的俯视图和沿该俯视图中的A-A’线朝箭头方向观察的剖视图。注意，在图2的俯视图中，为了方便，省略了喷嘴基板23的图示。注意，这种图示方法在以下出现的俯视图中也是相同的。
喷墨头10在基板11上依次具有热氧化膜12、下部电极13、压电薄膜14、上部电极15及墨排出部21。
基板11利用由厚度为例如200～700μm(若考虑加工时的碎裂难易度等，则优选300μm以上)左右的单晶Si(硅)单体构成的半导体基板或SOI(Silicon on Insulator：绝缘体上硅)基板构成。注意，在图2中，示出了利用SOI基板构成基板11的情况。SOI基板是将两片Si基板隔着氧化膜接合而成的。
基板11具有挖入部11a和从动膜11b，其中，挖入部11a作为沿厚度方向形成(挖入)的孔部或凹部，从动膜11b的厚度方向的一部分成为挖入部11a的上壁、即在挖入部11a中位于压电薄膜14侧的壁。从动膜11b由SOI基板中的一个Si基板构成，该从动膜11b在其周缘部与挖入部11a的侧壁11c(SOI基板中的另一个Si基板)隔着氧化膜连结。从动膜11b、下部电极13及热氧化膜12伴随压电薄膜14的与厚度方向垂直的方向(与基板11的面平行的方向)的伸缩而沿厚度方向弯曲变形。压电薄膜14也伴随从动膜11b、下部电极13及热氧化膜12的这种弯曲变形沿厚度方向弯曲。出于这种原因，可以说成是：沿厚度方向弯曲变形的位移膜17构成为包括压电薄膜14、下部电极13、热氧化膜12、从动膜11b。为了使位移膜17在与挖入部11a对应的区域(位于挖入部11a的上方的区域)沿厚度方向弯曲变形，基板11以覆盖挖入部11a的方式保持位移膜17。
热氧化膜12例如由厚度为0.1μm左右的SiO2(氧化硅)构成，它是出于保护基板11及绝缘的目的而形成的。
下部电极13是层叠Ti(钛)层与Pt(铂)层而构成的。Ti层是为了使热氧化膜12与Pt层的紧贴性提高而形成的。Ti层的厚度例如为0.02μm左右，Pt层的厚度例如为0.1μm左右。下部电极13与电路基板16连接。
如上所述，压电薄膜14是沿与厚度方向垂直的方向伸缩的驱动膜，由PZT(锆钛酸铅)的薄膜构成，PZT是PTO(PbTiO3；钛酸铅)与PZO(PbZrO3；锆酸铅)的固溶体。压电薄膜14的膜厚例如为3～5μm。
上部电极15是层叠Ti层与Pt层而构成的。Ti层是为了使压电薄膜14与Pt层的紧贴性提高而形成的。Ti层的厚度例如为0.02μm左右，Pt层的厚度例如为0.1～0.2μm左右。上部电极15以比压电薄膜14小的尺寸形成，其一部分沿压电薄膜14的表面向墨排出部21的外部引出而与电路基板16连接。下部电极13及上部电极15从厚度方向夹着压电薄膜14设置。
墨排出部21通过利用位移膜17的弯曲变形对墨施加压力，将墨向外部排出。该墨排出部21相对于位移膜17(特别是压电薄膜14)设于与基板11(挖入部11a)相反的一侧，具有分隔壁部22和喷嘴基板23。
分隔壁部22与喷嘴基板23相比更加位于压电薄膜14侧，形成墨室21a的侧壁。即，在分隔壁部22的内侧，比喷嘴基板23更靠压电薄膜14侧的空间(由喷嘴基板23与压电薄膜14夹着的空间)成为墨室21a。在图2中，分隔壁部22的开口宽度B(mm)宽于基板11的挖入部11a的开口宽度C(mm)，但分隔壁部22的开口宽度B和高度(厚度)可以设定为任意值。喷嘴基板23具有用于向外部排出墨室21a内的墨的喷嘴孔23a。
分隔壁部22及喷嘴基板23由于与墨室21a内的墨直接接触，因此优选利用耐墨性优异的材料构成，另外优选利用容易加工的材料构成。作为这种材料，例如可以使用环氧系的感光性材料、丙烯酸系材料、聚酰亚胺系材料那样的树脂材料。另外，除此之外，还可以使用铁、铜、镍、SUS等金属材料、玻璃、陶瓷等构成分隔壁部22及喷嘴基板23。
在上述构成中，若从电路基板16向下部电极13及上部电极15施加电压，则压电薄膜14沿与厚度方向垂直的方向伸缩。并且，由于压电薄膜14与从动膜11b的长度的不同，会使得从动膜11b产生曲率，从动膜11b会沿厚度方向弯曲变形，与之相伴，压电薄膜14也会沿厚度方向弯曲变形。由于位移膜17(包括压电薄膜14、从动膜11b)的这种弯曲变形，会使得墨室21a内的墨被施加压力，使墨被从喷嘴孔23a向外部排出。
在本实施方式中，墨排出部21为相对于位移膜17设于与基板11的挖入部11a相反的一侧且独立于基板11而设置的结构，因此，无论基板11如何，都能够单独设计墨排出部21，通过这种设计能够减小墨室21a的容积。
要想使压电薄膜成膜就需要基板，在将墨室形成于该基板的以往结构中，在减小墨室的容积时，不得不采用对形成墨室的基板进行研磨、或是向形成有墨室的薄基板转印压电薄膜的方法。但是，在本实施方式中，不将墨室形成于基板11，因此能够在不进行基板研磨和膜的转印的情况下，利用墨排出部21的单独设计容易地减小墨室的容积。由此，能够使头的驱动频率提高而实现高性能的喷墨头10。另外，在减小墨室21a的容积时，可以不进行基板研磨和膜的转印，因此也不会产生在进行基板研磨和膜的转印的情况下产生的那种问题(成品率降低、性能变差、膜的损伤、成本上升)。
特别是，在墨排出部21如本实施方式那样具有喷嘴基板23和分隔壁部22的构成中，上部电极15十分薄，因此墨室21a的容积由分隔壁部22的开口宽度B和厚度(高度)确定。因此，通过减小分隔壁部22的开口宽度B及高度中的至少一方的设计，能够容易地减小墨室21a的容积。
例如，以往结构中的墨室的尺寸为半径200μm、高度500μm，与之相对，根据本实施方式的结构，能够使墨室的尺寸为半径250μm、高度50μm左右，能够使墨室的容积为以往的约六分之一。
另外，本实施方式的喷墨头10除了作为驱动膜的压电薄膜14之外，还具有伴随压电薄膜14的伸缩而沿厚度方向弯曲的从动膜11b。即使是这样具有从动膜11b的结构，在能够利用单独的墨排出部21进行减小墨室21a的容积的设计这一点也是不变的。因此，即使是具有从动膜11b的结构，也能够在不进行基板研磨和膜的转印的情况下减小墨室21a的容积，使头的驱动频率提高。特别是，在如图2那样使基板11的厚度方向的一部分作为从动膜11b发挥功能的结构中，不需要相对于基板11单独形成(成膜)从动膜，因此能够简化结构，能够通过这种简单的结构获得上述效果。
另外，在本实施方式中，由于使用压电薄膜14作为用于排出墨的驱动膜，因此，与通过静电式等其他方式排出墨的情况相比，能够通过外型小且成本低的结构获得上述效果。
另外，由于以从厚度方向夹着压电薄膜14的方式设置上部电极15及下部电极13，因此，通过相对于压电薄膜14从厚度方向施加电压，能够使压电薄膜14沿与厚度方向垂直的方向伸缩。因此，能够在这样驱动压电薄膜14的结构中，获得上述效果。
图3一并示出了对上述喷墨头10的多个通道的结构进行表示的俯视图和沿该俯视图中的A-A’线朝箭头方向观察的剖视图。也可以在基板11上形成用于向墨室21a供给墨的墨流路31。墨流路31经由连通路32与墨室21a连通，在头的周缘部与墨储存部(未图示)连接。另外，墨流路31共同设于多个通道，从一个墨流路31向多个通道的各墨室21a供给墨。
一般来说，在喷墨头中，在排出墨的一侧(记录媒介侧)形成墨流路是妨碍墨排出孔(喷嘴孔)的高密度配置的主要原因。但是，通过如本实施方式那样，在相对于压电薄膜14位于与墨排出部21相反的一侧的基板11上形成墨流路31，墨排出侧的喷嘴孔23a的高密度配置将变得容易，能够进行高精细度的绘图(图像形成)。
另外，通过将墨流路31形成于对压电薄膜14等进行保持的基板11，能够有效利用基板11，能够通过基板11的加工(例如蚀刻)而容易地形成墨流路31。而且，由于基板11具有300～500μm左右的厚度，因此能够充分地确保墨流路31的容积，即使是将一个墨流路31与多个通道的墨室21a连通，也能够切实地向各墨室21a供给墨。
图4是对喷墨头10的一个通道的其他结构进行表示的剖视图。如该图所示，压电薄膜14优选在基板11的挖入部11a的上方(墨室21a侧)以比挖入部11a的开口宽度C(mm)小的宽度D(mm)形成。也就是说，压电薄膜14优选使跨越挖入部11a与侧壁11c的交界的区域被除去。该情况下，在分隔壁部22的内侧，比喷嘴基板23更靠压电薄膜14侧的空间成为由喷嘴基板23与下部电极13夹着的空间，该空间成为墨室21a。另外，在该结构中，在位移膜17中，从动膜11b以覆盖挖入部11a的方式保持于基板11。
注意，为了在向外部引出上部电极15时防止上部电极15与下部电极13电接触，也可以在下部电极13上的除去压电薄膜14的区域形成未图示的保护膜，沿保护膜的表面向外部引出上部电极15。另外，也可以以跨越上述交界的方式留下压电薄膜14的一部分，沿其表面向外部引出上部电极15。
这样，通过在挖入部11a的开口宽度的内侧形成压电薄膜14，能够抑制挖入部11a上的压电薄膜14的变形被周围(例如侧壁11c上的压电薄膜14)束缚。由此，能够使压电薄膜14的位移增大，使头的输出提高。
注意，在图4中，利用单一的Si基板构成基板11，并以留下基板11的厚度方向的一部分的方式形成挖入部11a。在该结构中，基板11的厚度方向的一部分成为伴随压电薄膜14的伸缩而沿厚度方向弯曲的从动膜11b，该一部分是挖入部11a的上壁、即在挖入部11a中位于压电薄膜14侧的壁。
图5是对喷墨头10的一个通道的另一其他结构进行表示的剖视图。如该图所示，喷墨头10也可以为不具有从动膜的结构。也就是说，喷墨头10也可以为如下结构：位移膜17由作为驱动膜的压电薄膜14、下部电极13、热氧化膜12构成，并且，挖掘部11a横跨基板11的整个厚度方向形成。在该结构中，压电薄膜14的端部经由热氧化膜12及下部电极13保持、束缚于基板11，因此若压电薄膜14通过电压的施加而沿与厚度方向垂直的方向伸缩，则其自身会沿厚度方向弯曲变形，与之相伴，下部电极13、热氧化膜12也会弯曲变形，对墨室21a内的墨施加压力。也就是说，在该结构中，利用作为驱动膜的压电薄膜14的伸缩使压电薄膜14自身沿厚度方向弯曲变形，由此，使位移膜17沿厚度方向发生位移。
在图2、图4及图5的任一种结构中，在能够利用单独的墨排出部21进行减小墨室21a的容积的设计这一点是不变的，能够在不进行基板研磨和膜的转印的情况下减小墨室21a的容积，使头的驱动频率提高。
特别是，在图4及图5的结构中，能够在不使用SOI基板作为基板11的情况下构成喷墨头，由于不使用SOI基板，因此成本低。而且，在没有从动膜的图5的结构中，从动膜的负荷减小，因此头的输出增加。
注意，在图5的结构中，热氧化膜12是为了保护下部电极13而设置的，由于较薄，因此不能作为从动膜发挥功能。但是，通过使热氧化膜12的膜厚增大，也能够使热氧化膜12作为从动膜发挥功能。
〔喷墨头的制造方法〕
接着，对本实施方式的喷墨头10的制造方法的一例进行以下说明。图6是对图2的结构的喷墨头10的制造工序进行表示的剖视图。注意，在图6中利用与图2的A-A’剖面垂直的剖面进行表示，没有显示上部电极15的引出部分。另外，制造工序的顺序是从图6的左起第一列的上到下、从左起第二列的上到下、从左起第三列的上到下、从左起第四列的上到下的顺序。
首先，准备基板11。作为基板11，可以使用在MEMS(Micro Electro MechanicalSystems：微机电系统)中利用较多的结晶硅(Si)，在此，使用了使两片Si基板11d、11e隔着氧化膜11f接合的SOI构造的基板。基板11的厚度由规格等确定，在6英寸大小的情况下，厚度是600μm左右。
将基板11放入加热炉中，以1500℃左右保持规定时间，在Si基板11d、11e的表面分别形成由SiO2构成的热氧化膜12a、12b。一个热氧化膜12a相当于图2的热氧化膜12。接着，在一个热氧化膜12a上，通过溅射法依次将钛及铂的各层成膜，形成下部电极13。
接下来，将基板11再次加热到600℃左右，使用锆钛酸铅(PZT)，通过溅射法将压电薄膜14成膜，该压电薄膜14成为驱动膜。然后，通过溅射法依次将钛、铂层在压电薄膜14上成膜，形成层15a，该层15a成为上部电极15的基础。接下来，通过旋转涂布法在层15a上涂布感光性树脂41，通过经由掩模进行曝光、蚀刻，除去感光性树脂41的不需要的部分，转印将要形成的上部电极15的形状。之后，将感光性树脂41作为掩模，使用反应性离子蚀刻法对层15a的形状进行加工，形成上部电极15。
接着，在上部电极15上粘贴用于形成分隔壁部22的树脂膜22a(例如环氧系树脂)。树脂膜22a的厚度例如是50～200μm，可以根据所需的响应性和墨的流动性等进行选择。然后，通过旋转涂布法在树脂膜22a的表面涂布感光性树脂42，通过经由掩模进行曝光、蚀刻，除去感光性树脂42的不需要的部分，转印将要形成的分隔壁部22的形状。之后，将感光性树脂42作为掩模，使用溶剂蚀刻法进行树脂膜22a的除去加工，形成分隔壁部22。
接下来，在分隔壁部22的表面粘贴用于形成喷嘴基板23的树脂膜23b(例如环氧系树脂)。树脂膜23b的厚度例如是5～20μm，可以根据所需的液滴量和速度进行选定。然后，通过旋转涂布法在树脂膜23b的表面涂布感光性树脂43，通过经由掩模进行曝光、蚀刻，除去感光性树脂43的不需要的部分，转印将要形成的喷嘴孔23a的形状。之后，将感光性树脂43作为掩模，使用溶剂蚀刻法进行树脂膜23b的除去加工，加工成具有喷嘴孔23a的喷嘴基板23。在分隔壁部22的内侧，比喷嘴基板23更靠压电薄膜14侧的空间成为收容墨的墨室21a，而具有这种墨室21a的墨排出部21相对于压电薄膜14形成于与基板11相反的一侧。
注意，通过使用感光性的树脂膜作为上述分隔壁部22和喷嘴基板23的材料，还能够兼作上述感光性树脂42、43。另外，除了树脂膜以外，还可以粘贴由金属、玻璃、陶瓷等构成的薄板，并加工成分隔壁部22和喷嘴基板23的形状。而且，也可以将树脂、金属、玻璃、陶瓷等的薄板预先加工成分隔壁部22和喷嘴基板23的形状，并粘贴经过加工的薄板。
接着，通过旋转涂布法在基板11的背面(热氧化膜12b上)涂覆感光性树脂44，通过经由掩模进行曝光、蚀刻，除去感光性树脂44的不需要的部分，转印所要形成的挖入部11a和墨流路的形状。然后，将感光性树脂44作为掩模，使用反应性离子蚀刻法进行基板11的除去加工，形成挖入部11a等。也就是说，挖入部11a是通过从与压电薄膜14的形成侧相反的一侧挖入基板11而形成的。此时，通过以留下基板11的厚度方向的一部分(Si基板11d)的方式形成挖入部11a，形成由Si基板11d构成的从动膜11b，并且，位移膜17(包括压电薄膜14、从动膜11b)以覆盖挖入部11a的方式被基板11保持，位移膜17利用压电薄膜14的伸缩而在与挖入部11a对应的区域沿厚度方向弯曲变形。通过以上加工，完成喷墨头10。
图7是对图5的结构的喷墨头10的制造工序进行表示的剖视图。在没有从动膜的喷墨头10的制造中，除了使用通常的(单一的)Si基板作为基板11以外，可以通过与图6相同的工序制造喷墨头10。此时，在最后的挖入工序中，沿整个厚度方向挖入基板11而形成挖入部11a，由此，能够获得没有从动膜的喷墨头10。
如上，本实施方式的喷墨头10的制造方法具有：在基板11上形成作为驱动膜的压电薄膜14的工序；从与压电薄膜14的形成侧相反的一侧挖入基板11而形成挖入部11a，并为了利用压电薄膜14的与厚度方向垂直的方向的伸缩在与挖入部11a对应的区域沿厚度方向弯曲变形，而以覆盖挖入部11a的方式对包括压电薄膜14的位移膜17进行保持的工序；将利用位移膜17的弯曲变形向外部排出墨室21a内的墨的墨排出部21，相对于位移膜17形成在与基板11的挖入部11a相反的一侧的工序。
这样，通过独立于基板11地形成墨排出部21，能够以可减小墨室21a的容积的方式单独地设计墨排出部21。通过这种设计，能够在不进行基板研磨和膜的转印的情况下减小墨室21a的容积，使头的驱动频率提高。
可以说，以上说明的本实施方式的喷墨头及其制造方法和喷墨打印机也可以表现如下。
本实施方式的喷墨头也可以具备：位移膜，其包括沿与厚度方向垂直的方向伸缩的驱动膜，该位移膜沿厚度方向弯曲变形；基板，其具有沿厚度方向形成的孔部，为了利用所述驱动膜的伸缩使所述位移膜在与所述孔部对应的区域沿厚度方向弯曲变形，该基板以所述位移膜覆盖所述孔部的方式保持所述位移膜；墨排出部，其具有收容墨的墨室，通过利用所述位移膜的弯曲变形对所述墨施加压力，将所述墨向外部排出；所述墨排出部相对于所述位移膜设于与所述基板的所述孔部相反的一侧。
另外，本实施方式的喷墨头也可以具备：位移膜，其包括沿与厚度方向垂直的方向伸缩的驱动膜，该位移膜沿厚度方向弯曲变形；基板，其具有沿厚度方向挖入的挖入部，为了利用所述驱动膜的伸缩使所述位移膜在与所述挖入部对应的区域沿厚度方向弯曲变形，该基板以所述挖入部被覆盖的方式保持所述位移膜；墨排出部，其具有收容墨的墨室，通过利用所述位移膜的弯曲变形对所述墨施加压力，将所述墨向外部排出；所述墨排出部相对于所述位移膜设于与所述基板的挖入部相反的一侧。
根据上述结构，具有墨室的墨排出部相对于包括驱动膜的位移膜设于与基板的孔部(挖入部)相反的一侧。通过利用位移膜的弯曲变形对墨室内的墨施加压力，向外部排出墨。驱动膜在位移膜保持于基板以覆盖孔部(挖入部)的状态下沿与厚度方向垂直的方向伸缩，由此实现位移膜的弯曲变形。
如上所述，墨排出部相对于位移膜设于与基板的孔部(挖入部)相反的一侧，也就是独立于基板而设置，因此，无论基板如何，都能够(利用单独的墨排出部)进行减小墨排出部的高度等减小墨室的容积的设计。由此，能够在不进行基板研磨和膜的转印的情况下减小墨室的容积，使头的驱动频率提高(增大)。另外，在减小墨室的容积时，可以不进行基板研磨和膜的转印，因此也不会产生在进行基板研磨和膜的转印的情况下产生的那种问题(成品率降低、性能变差、膜的损伤、成本上升)。
所述墨排出部也可以具有：喷嘴基板，其具有用于排出所述墨的喷嘴孔；分隔壁部，其与所述喷嘴基板相比更加位于所述位移膜侧，形成所述墨室的侧壁。
在这种结构中，通过减小分隔壁部的高度和开口宽度(分隔壁部的内径)的设计，能够减小与喷嘴基板相比更加位于位移膜侧的墨室的容积。
所述位移膜也可以进一步具有从动膜，该从动膜伴随所述驱动膜的伸缩而沿厚度方向弯曲。
这样，即使是位移膜除了驱动膜还具有从动膜的结构，在能够利用单独的墨排出部进行减小墨室的容积的设计这一点也是不变的。因此，即使是位移膜具有从动膜的结构，也能够在不进行基板研磨和膜的转印的情况下减小墨室的容积，使头的驱动频率提高。
所述从动膜也可以由所述基板的厚度方向的一部分构成，所述基板的厚度方向的该一部分成为在所述孔部中位于所述驱动膜侧的壁。另外，所述从动膜也可以由所述基板的厚度方向的一部分构成，所述基板的厚度方向的该一部分成为所述挖入部的上壁。该情况下，与相对于基板单独设置从动膜的情况相比，能够简化结构，能够通过这种简单的结构获得上述效果。
也可以通过利用所述驱动膜的伸缩使所述驱动膜自身沿厚度方向弯曲变形，使所述位移膜沿厚度方向发生位移。即使是位移膜不具有从动膜的结构，在能够利用单独的墨排出部进行减小墨室的容积的设计这一点也是不变的。因此，在上述结构中，也能够在不进行基板研磨和膜的转印的情况下减小墨室的容积，使头的驱动频率提高。
所述驱动膜优选为压电薄膜。该情况下，能够通过使用压电薄膜的外型小且成本低的结构获得上述效果。
上述喷墨头也可以进一步包括上部电极及下部电极，该上部电极及下部电极从厚度方向夹着所述压电薄膜设置，用于对所述压电薄膜施加电压。该情况下，能够通过从厚度方向对压电薄膜施加电压，使压电薄膜沿与厚度方向垂直的方向发生位移(伸缩)，在这种结构中，能够获得上述效果。
在所述基板上，优选形成有用于向所述墨室供给墨的墨流路。通过在相对于位移膜处于与墨排出部相反的一侧的基板上形成墨流路，容易高密度地形成墨排出侧的排出孔，能够进行高精细度的绘图。
本实施方式的喷墨打印机具备上述结构的喷墨头。由此，能够实现一种提高了打印速度及分辨率的高性能的喷墨打印机。
本实施方式的喷墨头的制造方法也可以具有：在基板上形成驱动膜的工序；从与所述驱动膜的形成侧相反的一侧挖入所述基板而形成挖入部，并为了利用所述驱动膜的与厚度方向垂直的方向的伸缩在与所述挖入部对应的区域沿厚度方向弯曲变形，而以覆盖所述挖入部的方式对包括所述驱动膜的位移膜进行保持的工序；将利用所述位移膜的弯曲变形向外部排出墨室内的墨的墨排出部，相对于所述位移膜形成在与所述基板的挖入部相反的一侧的工序。由此，能够在不进行基板研磨和膜的转印的情况下，通过墨排出部单独的设计减小墨室的容积，使头的驱动频率提高。
另外，本实施方式的喷墨头的制造方法也可以具有：在基板上形成驱动膜的工序；在所述基板上在与所述驱动膜的形成侧相反的一侧形成孔部，并为了利用所述驱动膜的与厚度方向垂直的方向的伸缩使包括所述驱动膜的位移膜在与所述孔部对应的区域沿厚度方向弯曲变形，而以覆盖所述孔部的方式保持所述位移膜的工序；将利用所述位移膜的弯曲变形向外部排出墨室内的墨的墨排出部，相对于所述位移膜形成在与所述基板的所述孔部相反的一侧的工序。该情况下，也能够获得与上述相同的效果。
工业实用性
本发明的喷墨头能够利用于喷墨打印机。
附图标记说明
1 喷墨打印机
10 喷墨头
11 基板
11a 挖入部(孔部)
11b 从动膜
13 下部电极
14 压电薄膜(驱动膜)
15 上部电极
17 位移膜
21 墨排出部
21a 墨室
22 分隔壁部
23 喷嘴基板
23a 喷嘴孔
31 墨流路

Claims (12)

1.一种喷墨头，其特征在于，具备：
位移膜，其包括沿与厚度方向垂直的方向伸缩的驱动膜，该位移膜沿厚度方向弯曲变形；
基板，其具有沿厚度方向形成的孔部，为了利用所述驱动膜的伸缩使所述位移膜在与所述孔部对应的区域沿厚度方向弯曲变形，该基板以所述位移膜覆盖所述孔部的方式保持所述位移膜；
墨排出部，其具有收容墨的墨室，通过利用所述位移膜的弯曲变形对所述墨施加压力，将所述墨向外部排出；
所述墨排出部相对于所述位移膜设于与所述基板的所述孔部相反的一侧，
在相对于所述位移膜处于与所述墨排出部相反的一侧的所述基板上形成有向所述墨室供给墨的墨流路。
2.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，
所述墨排出部具有：
喷嘴基板，其具有用于排出所述墨的喷嘴孔；
分隔壁部，其与所述喷嘴基板相比更加位于所述位移膜侧，形成所述墨室的侧壁。
3.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，
所述位移膜还具有从动膜，该从动膜伴随所述驱动膜的伸缩而沿厚度方向弯曲。
4.根据权利要求2所述的喷墨头，其特征在于，
所述位移膜还具有从动膜，该从动膜伴随所述驱动膜的伸缩而沿厚度方向弯曲。
5.根据权利要求3所述的喷墨头，其特征在于，
所述从动膜由所述基板的厚度方向的一部分构成，所述基板的厚度方向的该一部分成为在所述孔部中位于所述驱动膜侧的壁。
6.根据权利要求4所述的喷墨头，其特征在于，
所述从动膜由所述基板的厚度方向的一部分构成，所述基板的厚度方向的该一部分成为在所述孔部中位于所述驱动膜侧的壁。
7.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，
通过利用所述驱动膜的伸缩使所述驱动膜自身沿厚度方向弯曲变形，使所述位移膜沿厚度方向发生位移。
8.根据权利要求2所述的喷墨头，其特征在于，
通过利用所述驱动膜的伸缩使所述驱动膜自身沿厚度方向弯曲变形，使所述位移膜沿厚度方向发生位移。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的喷墨头，其特征在于，
所述驱动膜是压电薄膜。
10.根据权利要求9所述的喷墨头，其特征在于，还包括：
上部电极及下部电极，该上部电极及下部电极从厚度方向夹着所述压电薄膜设置，用于对所述压电薄膜施加电压。
11.一种喷墨打印机，其特征在于，具备权利要求1至10中任一项所述的喷墨头。
12.一种喷墨头的制造方法，其特征在于，具有：
在基板上形成驱动膜的工序；
在所述基板上在与所述驱动膜的形成侧相反的一侧形成孔部且在所述基板上形成向墨室供给墨的墨流路，并为了利用所述驱动膜的与厚度方向垂直的方向的伸缩使包括所述驱动膜的位移膜在与所述孔部对应的区域沿厚度方向弯曲变形，而以覆盖所述孔部的方式保持所述位移膜的工序；
将利用所述位移膜的弯曲变形向外部排出所述墨室内的墨的墨排出部，相对于所述位移膜形成在与所述基板的所述孔部及所述墨流路相反的一侧的工序。
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