CN1744990A - 液体喷头和液体喷射装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种能够防止串扰发生并获得稳定的液体喷射性能的液体喷头以及液体喷射装置。在压力产生腔(12)宽度方向上的两侧处的隔断(11)被设置成延伸到储液室部分(32)在压力产生腔(12)侧的端部附近。通过由隔断(11)(壁部分11a)针对每个压力产生腔(12)进行划分来设置液体供应通路(14)和连通通路(100)。具体地，各个液体供应通路(14)与压力产生腔(12)连通并形成为具有小于压力产生腔(12)的宽度，各个连通通路(100)允许液体供应通路(14)和连通部分(13)彼此连通并形成为具有大于液体供应通路(14)的宽度。于是，可以防止串扰发生并可以获得稳定的液体喷射性能。

Description

液体喷头和液体喷射装置

技术领域

本发明涉及喷射液滴的液体喷头和液体喷射装置。具体而言，本发明涉及从喷嘴孔喷射墨滴的喷墨记录头和喷墨记录装置。

背景技术

以下喷墨记录头已经投入实用。具体地，在该喷墨记录头中，与用于喷射墨滴的喷嘴孔相连通的压力产生腔的一部分由振动板形成，该振动板被压电元件变形，压力产生腔中的墨水受压，于是从喷嘴孔中喷出墨滴。例如，如同上述喷墨记录头一样，有这样一种记录头，其中通过使用沉积技术在振动板的整个表面上形成均匀的压电材料层，通过使用光刻方法将该压电材料层切成与压力产生腔相对应的形状，并且压电元件形成为对于各个压力产生腔是独立的。有这样的问题，即这样的压电元件由于诸如水分(湿度)之类的外部环境而易于受损。例如，在作为压力产生腔的共用液体腔的储液室中，填充了含有水分的墨水。于是，要求在储液室和压电元件之间保持一定的距离。

此处，作为用于防止对压电元件产生这种损害的结构，例如日本专利早期公开No.2000-296616公开了一种结构，其中具有压电元件保持部分的储液室形成板与其中形成有压力产生腔的通道形成衬底接合，并且压电元件密封在此压电元件保持部分中。具体地，该结构包括：通道形成衬底，其中设有多个与喷嘴孔连通的压力产生腔；导致各个压力产生腔中的压力变化的若干压电元件；储液室形成板，其中设有构成储液室至少一部分的储液室部分，所述储液室作为压力产生腔的共用液体腔；以及喷嘴板，其与通道形成衬底的相对表面侧接合并具有喷嘴孔。此外，在储液室形成板面对压电元件的区域中，设有压电元件保持部分，该部分在保证一定空间而不阻碍压电元件移动的状态下可以密封该空间。注意，在各个压力产生腔纵向上的一端处，设有用于将储液室中的墨水供应到各个压力产生腔的墨水供应通路。

但是，即使在其中压电元件形成在压电元件保持部分中的上述头结构中，如果水分渗入通道形成衬底和储液室形成板之间的接合部分并进入压电元件保持部分，压电元件也可能由于储液室中的墨水所含的水分而损坏。因此，在任一情况下，都要求在压电元件和储液室部分之间保证足够的距离，更具体而言，保证压电元件保持部分和储液室之间的接合部分的足够长度。同时，为了提高墨水供应性能，要求缩短墨水供应通路的长度。于是，如果试图充分保证压电元件保持部分和储液室之间的接合部分，则在墨水供应通路和储液室之间沿压力产生腔的布置方向形成仅由通道形成衬底所形成的空间。

在具有上述结构的喷墨记录头中，在喷射墨水时，因为压力产生腔中所产生的压力变化，压力产生腔中的墨水在喷墨的同时通过墨水供应通路向着储液室流出。于是，如果在各个墨水供应通路和储液室之间存在仅由通道形成衬底所形成的空间，则从各个压力产生腔向着储液室流出的墨水在该空间内的两个方向上流动，包括压力产生腔的布置方向(喷嘴布置方向)和压力产生腔的纵向(与喷嘴布置方向正交的方向)。于是，有这样的问题，即从相邻压力产生腔流出的墨水的流动彼此干扰而引起所谓的串扰，从而无法获得稳定的喷墨性能。

注意，如果压电元件保持部分和储液室之间的接合部分根据墨水供应通路的长度而缩短，则通道形成衬底和储液室形成板之间的接合面积减小。于是，无法获得足够的接合强度。而且，如果为了保证压电元件保持部分和储液室之间的接合部分而将墨水供应通路形成得相对较长，则大大增加了墨水供应通路的横截面积。于是，出现了这样的问题，即降低了弯月面的润湿性质并且高速驱动变得无法进行。

注意，无须多言，上述问题类似地不仅存在于用于喷墨的喷墨记录头中，而且还存在于用于喷射除墨水之外的其他液体的另外的液体喷头中。

发明内容

考虑到上述情况，本发明的目的是提供一种能够防止串扰发生并获得稳定的液体喷射性能的液体喷头以及液体喷射装置。

用于解决以上目标的本发明的第一方面是一种液体喷头，其包括：通道形成衬底，其中排列有多个与喷嘴孔连通的压力产生腔；多个压电元件，其设置在所述通道形成衬底上，振动板插入所述压电元件和所述通道形成衬底之间，所述压电元件中的每一个都包括下电极、压电层和上电极；和储液室形成板，其与所述通道形成衬底在所述压电元件侧的表面接合并在其中设有储液室部分，所述储液室部分构成作为所述各个压力产生腔的共用液体腔的储液室的一部分。在该液体喷头中，所述储液室由所述储液室部分和设置在所述通道形成衬底中的连通部分形成。此外，在所述压力产生腔的宽度方向上的两侧处的隔断被设置成延伸到所述储液室部分在所述压力产生腔侧的端部附近。由此液体供应通路和连通通路在由所述隔断针对各个所述压力产生腔进行分隔开时被设置。具体地，各个所述液体供应通路与各个所述压力产生腔连通并具有小于所述压力产生腔的宽度的宽度。而且，各个所述连通通路允许所述液体供应通路和所述连通部分彼此连通并具有大于所述液体供应通路的宽度的宽度。

在第一方面中，因为分别在各个液体供应通路和储液室之间设置连通通路，所以防止了串扰发生并获得了稳定的液体喷射性能。

本发明的第二方面是根据第一方面的液体喷头，其特征在于所述连通通路的宽度w₁和所述压力产生腔的宽度w₂之间的关系满足w₁≥w₂。

在第二方面中，可以保证所期望的液体供应性能。

本发明的第三方面是根据第一和第二方面之一的液体喷头，其特征在于所述连通通路的宽度w₁和所述液体供应通路的宽度w₃之间的关系满足w₁≥2×w₃。

在第三方面中，因为连通通路形成为具有预定大小，所以可以保证所期望的液体供应性能。

本发明的第四方面是根据第一至第三方面中任一项的液体喷头，其特征在于所述连通通路的长度等于或长于所述通道形成衬底的厚度。

在第四方面中，通过设置长度等于或长于预定长度的连通通路，更有效地防止了串扰的发生。

本发明的第五方面是根据第一至第四方面中任一项的液体喷头，其特征在于每个所述隔断在所述储液室部分侧的端部和所述储液室部分之间的距离短于所述通道形成衬底的厚度。

在第五方面中，因为隔断在储液室部分侧的端部被设置成延伸到储液室部分在压力产生腔侧的端部附近，所以防止了串扰的发生。

本发明的第六方面是根据第一至第五方面中任一项的液体喷头，其特征在于所述压电元件用由无机绝缘材料制成的绝缘膜覆盖。

在第六方面中，因为压电元件用由具有低水分渗透率的无机绝缘材料制成的绝缘膜覆盖，所以在长时间段内可靠地防止了由于水分(湿度)对压电层(压电元件)造成的恶化(破坏)。

本发明的第七方面是根据第六方面的液体喷头，其特征在于所述绝缘膜由Al₂O₃制成。

在第七方面中，因为压电元件用由具有极低水分渗透率的金属氧化物制成的绝缘膜覆盖，所以可靠地防止了由于外部环境对压电层造成的破坏。

本发明的第八方面是根据第一至第七方面中任一项的液体喷头，其特征在于在所述储液室形成板中，能够保证一定空间而不阻碍所述压电元件移动的压电元件保持部分设置在面对所述压电元件的区域中。而且，所述压电元件保持部分和所述储液室形成板中的所述储液室部分之间的区域是所述储液室形成板和所述通道形成衬底之间的接合部分。

在第八方面中，通过将隔断设置成延伸到通道形成衬底和储液室形成板之间的接合部分在储液室部分侧的边界附近，保证了这两个构件的刚度。而且，通过在液体供应通路和连通部分之间分别设置连通通路，防止了串扰的发生。

本发明的第九方面是根据第八方面的液体喷头，其特征在于所述隔断在所述储液室部分侧的端部位于面对所述接合部分的区域中。

在第九方面中，因为隔断的端部在连通部分中突出，所以可以可靠地防止隔断阻碍储液室的形成。

本发明的第十方面是根据第八和第九方面中之一的液体喷头，其特征在于所述接合部分的长度等于或长于200μm。

在第十方面中，因为通道形成衬底和储液室形成板之间的接合部分形成为具有等于或长于预定长度的长度，该接合部分位于压力产生腔在纵向上一端处。因此，储液室中的液体所含的水分实际上从不穿透到压电元件保持部分中。于是，防止了压电元件的破坏。而且，提高了通道形成衬底和储液室形成板的刚度。

本发明的第十一方面是根据第八至第十方面中任一项的液体喷头，还包括一端与所述压电元件保持部分连通并且另一端开放到大气的空气释放孔。

在第十一方面中，因为压电元件保持部分通过空气释放孔开放到大气，所以不会在压电元件保持部分中出现露水凝结。于是，可靠地防止了由于露水凝结导致对压电元件的破坏。

本发明的第十二方面是根据第一至第十一方面中任一项的液体喷头，其特征在于所述通道形成衬底的厚度等于或短于100μm。

在第十二方面中，压力产生腔可以相对密集地排列，同时保持相邻压力产生腔之间的隔断的刚度。

本发明的第十三方面是根据第一至第十二方面中任一项的液体喷头，其特征在于通过使单晶硅衬底受到各向异性刻蚀处理来形成所述压力产生腔。

在第十三方面中，可以相对容易制造具有高密度喷嘴孔的液体喷头。

本发明的第十四方面是包括根据第一至第十三方面中任一项的液体喷头的液体喷射装置。

在第十四方面中，可以实现具有基本上稳定的液体喷射性能和提高的可靠性的液体喷射装置。

附图说明

图1是根据实施例1的头的分解立体图。

图2(a)和2(b)是根据实施例1的头的平面图和剖视图。

图3是示出根据实施例1的头的通道结构的剖视图。

图4是根据实施例1的另一个头的剖视图。

图5是示出同时喷射数量和串扰率之间的关系的曲线图。

图6(a)至6(d)是示出制造根据实施例1的头的步骤的剖视图。

图7(a)至7(d)是示出制造根据实施例1的头的步骤的剖视图。

图8是示出记录头示例的示意图。

具体实施方式

下面将基于实施例来描述本发明。

(实施例1)

图1是根据实施例1的喷墨记录头的分解立体图。图2(a)是图1的示意平面图，图2(b)是沿图2(a)中的线A-A’的剖视图。如图1和2所示，在本实施例中通道形成衬底10由面取向(110)的单晶硅衬底制成。在衬底的两个表面上，分别设有由之前通过热氧化形成的二氧化硅制成的弹性膜50，以及在后述形成压力产生腔时用作掩模的掩模图案51。

在上述通道形成衬底10中，在衬底的宽度方向上，即平行于喷嘴布置方向排列压力产生腔12。具体地，压力产生腔12通过使衬底从其相对表面侧受到各向异性刻蚀处理而形成，并通过多个隔断11而彼此隔开。而且，在压力产生腔12纵向上(与喷嘴布置方向正交的方向上)的一端处，除压力产生腔12之外还形成有墨水供应通路14、连通通路100和连通部分13，该连通部分13形成作为各个压力产生腔12的共同墨水腔的储液室110的一部分。

每个墨水供应通路14都与压力产生腔12在纵向上的一端连通，并具有比压力产生腔12更小的横截面积。例如，在本实施例中，墨水供应通路14以这样的方式形成为具有比压力产生腔12更小的宽度，使得在储液室110和压力产生腔12之间压力产生腔12侧的通道在压力产生腔的宽度方向上变窄。注意，如上所述在本实施例中，通过使该通道的宽度从一侧变窄来形成墨水供应通路14。但是，可以通过使该通道的宽度从两侧都变窄来形成墨水供应通路。而且，每个连通通路100都以这样的方式形成，即将在压力产生腔12的宽度方向上的两侧处的隔断11设置成向着连通部分13延伸，并且墨水供应通路14和连通部分13之间的空间被分隔。注意下面将详细描述连通通路100。

此处，通过利用单晶硅衬底刻蚀速率的不同来进行各向异性刻蚀。例如，在本实施例中，当将单晶硅衬底浸入诸如KOH之类的碱性溶液中时，衬底逐渐被腐蚀并出现与(110)面垂直的第一(111)面以及第二(111)面。第(111)面与第一(111)面相交而形成的角度约为70度，第二(111)面与前述(110)面相交而形成的角度约为35度。因此，将(111)面的刻蚀速率与(110)面的进行比较。于是，通过利用(111)面的刻蚀速率约为(110)面的1/180的特性来进行各向异性刻蚀。通过使用各向异性刻蚀，可以通过深度处理形成平行四边形作为其基础来进行高精度处理，所述平行四边形由两个第一(111)面和两个斜的第二(111)面形成。因此，可以以高密度排列压力产生腔12。

在本实施例中，每个压力产生腔12的长侧都由第一(111)面形成，而其短侧都由第二(111)面形成。通过进行刻蚀直到弹性膜50而几乎穿透通道形成衬底10，来形成此压力产生腔12。此处，将弹性膜50的极小一部分浸入在刻蚀单晶硅衬底时所使用的碱性溶液中。

可以根据压力产生腔12的排列密度来将上述通道形成衬底10的厚度选择为最优。例如在每英寸布置约180个压力产生腔12(180dpi)的情况下，可以将通道形成衬底10的厚度设为约220μm。而且，在相对密集到例如200dpi或更大地布置压力产生腔12的情况下，优选的是将通道形成衬底10形成为相对薄到100μm或更小，特别是70μm。这是因为可以在保持相邻压力产生腔12之间的隔断11的刚度的同时增加压力产生腔12的排列密度。

而且，在通道形成衬底10的开口面侧，接合了其中钻有喷嘴孔21的喷嘴板20。如上所述的喷嘴板20由厚度为例如0.05至1mm的玻璃陶瓷、单晶硅衬底、不锈钢等等制成。喷嘴板20用其一个表面完全覆盖通道形成衬底10的所述一个表面，并且还用作保护通道形成衬底10不受冲击和外力的加强板。此处，根据所要喷射的墨滴的量、喷射速度和喷射频率，来优化用于向墨水施加墨滴喷射压力的压力产生腔12的尺寸和用于喷射墨滴的喷嘴孔21的尺寸。例如，在每英寸记录360个墨滴的情况下，就要求以高精度将喷嘴孔21形成为具有几十μm的直径。

同时，在与通道形成衬底10的开口面相对一侧处厚度为例如约1.0μm的弹性膜50上，在后面所描述的处理中层叠厚度为例如约0.2μm的下电极膜60、厚度为例如约1.0μm的压电层70以及厚度为例如约0.05μm的上电极膜80。这些电极膜和压电层在厚度为例如约0.4μm的绝缘膜55插入其间的情况下层叠在弹性膜50上，而构成压电元件300。此处，压电元件300指的是包括下电极膜60、压电层70和上电极膜80的部件。一般而言，通过使用其电极中的任一个作为公共电极并将另一电极以及压电层70针对各个压力产生腔12图案化，来形成压电元件300。结果此处，包括压电层70和图案化的电极中的任一个并且其中由于对两个电极都施加电压而产生压电应变的部件被称为压电活性部分。在本实施例中，下电极膜60用作压电元件300的公共电极，并且上电极膜80用作其单个电极。但是，即使因为驱动电路和配线而颠倒此顺序，也不会由此产生问题。在任一情况下，压电活性部分都形成在各个压力产生腔中。而且此处，压电元件300和通过压电元件300的驱动而移位的振动板一起被称为压电致动器。注意，在上述示例中，弹性膜50、绝缘膜55和下电极膜60起到振动板的作用。

作为压电层70的材料，例如可以使用松弛铁电物质等等，其通过向诸如锆钛酸铅(PZT)之类的铁电压电材料加入诸如铌、镍、镁、铋和镱之类的金属而得到。可以考虑压电元件的特性、其用途等来适当地选择其成分。例如，列举以下成分，包括PbTiO₃(PT)、PbZrO₃(PZ)、Pb(Zr_xTi_1-x)O₃(PZT)、Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMN-PT)、Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PZN-PT)、Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PNN-PT)、Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃(PIN-PT)、Pb(Sc_1/3Ta_1/2)O₃-PbTiO₃(PST-PT)、Pb(Sc_1/3Nb_1/2)O₃-PbTiO₃(PSN-PT)、BiScO₃-PbTiO₃(BS-PT)、BiYbO₃-PbTiO₃(BY-PT)等等。

因此，在作为压电元件300的单个电极的各个上电极膜80的一端包括上述压电层70的情况下，连接引导电极90。具体地，引导电极90由例如金(Au)等制成，并具有延伸到与后述通孔33相对应区域的一端。而且，压电元件300用由无机绝缘材料制成的绝缘膜200覆盖。例如，在本实施例中，包括构成压电元件300的各个层以及引导电极90在内的图案区域用绝缘膜200覆盖，除了面对下电极膜60和引导电极90的连接部分60a和90a的区域之外，连接部分60a和连接部分90a通过未图示的驱动IC和连接配线连接。具体地，图案区域中下电极膜60、压电层70、上电极膜80和引导电极90的表面(上表面和端表面)用绝缘膜200覆盖。

此处，如上所述的绝缘膜200的材料并不特别受限，只要该材料是无机绝缘材料就可以。虽然列举了例如氧化铝(Al₂O₃)、五氧化钽(Ta₂O₅)、二氧化硅(SiO₂)等，但是优选的是使用氧化铝(Al₂O₃)。特别地，在使用氧化铝的情况下，即使绝缘膜200形成为薄到约100nm，也可以充分地防止高湿度环境下的水分渗透。注意，当例如使用诸如树脂之类的有机绝缘材料来作为绝缘膜的材料时，无法用与由上述无机绝缘材料制成的绝缘膜相同的厚度来充分防止水分渗透。而且，如果为了防止水分渗透而增加绝缘膜的膜厚，则可能出现阻碍压电元件的移动的问题。

由如上所述的无机绝缘材料制成的绝缘膜200具有极低的水分渗透性，即使膜很薄。于是，通过用上述绝缘膜200覆盖下电极膜60、压电层70、上电极膜80和引导电极90的表面，可以防止由于水分(湿度)所导致的压电层70的破坏。而且，通过覆盖引导电极90和构成压电元件300的各个层除连接部分60a和90a之外的表面，即使水分从这些层和绝缘膜200之间的空间进入，也可以防止水分到达压电层70。因此，可以更加可靠地防止由于水分所导致的压电层70的破坏。

而且，在其上形成有压电元件300的通道形成衬底10上，接合储液室形成板30。在此储液室形成板30中，构成储液室110一部分的储液室部分32设置在各个压力产生腔12纵向上的外侧。在本实施例中，储液室部分32形成为横跨所述多个压力产生腔12的宽度方向，同时在其厚度方向上穿透储液室形成板30。此外，储液室部分32通过设于弹性膜50和绝缘膜55中的穿透部分而与通道形成衬底10的连通部分13相连通，并形成将作为各个压力产生腔12的共用墨水腔的储液室110。注意，上述储液室形成板30的厚度为例如200到400μm。

而且，在本实施例中，在上述储液室形成板30中，能够保证一定空间而不阻碍压电元件300移动的压电元件保持部分31设置在面对压电元件300的区域中。具体地，压电元件300形成在压电元件保持部分31内。

另外，在本实施例中，在上述储液室形成板30中设置空气释放孔31a，其一端与压电元件保持部分31连通，而另一端开放到大气。具体地，压电元件保持部分31通过空气释放孔31a开放到大气，而不密封其中的压电元件300。于是，可以防止压电元件保持部分31中出现露水凝结。结果，可以可靠地防止由于露水凝结而导致压电元件300破坏。注意上述空气释放孔31a的另一端在这样的区域中释放到大气，所述区域不与例如设置在同储液室形成板30的压电元件保持部分31表面相对的表面上的配线、安装在配线等上的驱动IC发生干扰。

而且，上述储液室形成板30的储液室110和通道形成衬底10的各个压力产生腔12通过墨水供应通路14和连通通路100彼此连通。此处，将参考图3详细描述连通通路100。注意图3是示出根据实施例1的喷墨记录头的通道结构的剖视图。如图3所示，连通通路100设置成对于各个墨水供应通路14和连通部分13之间的每个压力产生腔12彼此隔开。连通通路100同墨水供应通路14一起形成各个压力产生腔12和储液室110之间的单独通道。

更具体而言，在压力产生腔12宽度方向上的两侧处的隔断11被设置成延伸到储液室部分32在压力产生腔12侧的端部附近。具体地，在本实施例中，在压力产生腔12的宽度方向上的两侧处的隔断11被设置成延伸到通道形成衬底10和储液室形成板30之间的接合部分在储液室部分32侧的端部附近。通过如上所述地延伸各个隔断11，在各个墨水供应通路14和连通部分13之间形成壁部分11a。因此，墨水供应通路14和连通部分13之间的空间被这些壁部分11a划分，从而形成各个连通通路100。

而且，优选的是将连通通路100的宽度形成得相对较宽。例如，优选的是连通通路100的宽度w₁和压力产生腔12的宽度w₂之间的关系满足w₁≥w₂。另外，优选的是连通通路100的宽度w₁和墨水供应通路14的宽度w₃之间的关系满足w₁≥2×w₃。如上所述，通过将连通通路100设置成具有预定尺寸，可以得到所期望的墨水供应性能。此处，作为墨水使用的是这样一种，其在温度为约10到40℃的范围内的环境中具有在约2.0到12.0mPa·sec范围内的粘度。更具体而言，作为通常的墨水列举了一种粘度在约2.0到6.5mPa·sec范围内的墨水，作为高粘度色素墨水列举了一种粘度在约8到11mPa·sec范围内的墨水。

如上所述，在本实施例中，连通通路100设有预定宽度，以通过使用在面对通道形成衬底10和储液室形成板30之间的接合部分的区域中的壁部分11a而针对每个压力产生腔12彼此隔开，所述区域位于压力产生腔12在纵向上的一端处。具体地，连通通路100设置在各个墨水供应通路14和储液室110之间。于是在喷墨时，从相邻的墨水供应通路14向着储液室110流出的墨水不会彼此干扰，从而可以防止串扰发生。因此，无论是否从相邻的喷嘴孔21喷射出墨滴，都可以获得稳定的喷墨性能。而且，可以缩短墨水供应通路的长度，而不产生串扰。因此，还使得可以大大提高弯月面的润湿性能并实现头的高速驱动。

而且，在本发明中，优选的是通过将壁部分11a设置成具有预定长度或更长，而将连通通路100的长度L₁(参见图3)设成预定长度或更长。具体地，优选的是将连通通路100的长度设成通道形成衬底10的厚度或更大。注意，连通通路100的长度L₁对应于连通通路100的宽度w₁被确保的区域。因此，在喷墨时，从相邻的墨水供应通路14向着储液室110流出的墨水，独立地沿着连通通路100流出到储液室110而不会彼此干扰。于是，可以有效地防止串扰的发生。例如，在本实施例中，将通道形成衬底10的厚度设成约70μm并将连通通路100的长度设成约100μm。注意，通过如上所述将连通通路100的长度设成通道形成衬底10的厚度或更大(尽管后面将详细描述)，可以保证储液室形成板30与通道形成衬底10在压电元件保持部分31和储液室部分32之间的接合部分的足够长度L。

此处，优选的是通道形成衬底10与储液室形成板30在压电元件保持部分31和储液室110之间的接合部分的长度L(参见图2)为200μm或更长。因此，可以保证压电元件保持部分31和储液室部分32之间的距离。于是，可以防止储液室110中的墨水所含的水分进入压电元件保持部分31，并可以可靠地防止由于水分而导致压电元件300的破坏。而且，因为通道形成衬底10和储液室形成板30之间的接合区域增大，所以还有这样的效果，即可以充分地保证两个构件的刚度并可以提高头的耐久性。

注意，优选的是形成连通通路100的壁部分11a在储液室部分32侧的端部位于这样的区域中，所述区域面对通道形成衬底10和储液室形成板30接合处的接合部分。这是因为如果壁部分11a的端部在连通部分13中突出，则其端部将由于穿透弹性膜50和绝缘膜55而在后述制造过程中阻碍储液室110的形成，弹性膜50和绝缘膜55隔开连通部分13和储液室部分32。

而且在本发明中，优选的是将隔断11(壁部分11a)在储液室部分32侧的端部与储液室部分32之间的距离设置成较短。具体地，如图4所示，优选的是将隔断11在储液室部分32侧的端部与储液室部分32之间的距离S设置成短于通道形成衬底10的厚度。于是，隔断11被设置成延伸到储液室部分32在压力产生腔12侧的端部附近。因此，墨水供应通路14和连通部分13(储液室110)之间的空间，更具体而言是仅仅由通道形成衬底10形成并在压力产生腔12的宽度方向上延伸的空间，可以被壁部分11a划分并可以被减小。结果，可以减少从相邻连通通路100A流出的墨水之间的干扰，并可以防止串扰的发生。

而且，在与储液室形成板30的储液室部分32相反的区域中，设有在其厚度方向上穿透储液室形成板30的通孔33。从每个压电元件300引出的引导电极90的端部及其附近区域在通孔33中暴露。作为上述储液室形成板30，优选地使用具有与通道形成衬底10近似相同的热膨胀系数的材料，例如玻璃、陶瓷材料等等。在本实施例中，通过使用作为与通道形成衬底10相同的材料的单晶硅衬底来形成储液室形成板30。

注意，在与储液室形成板30的储液室部分32相对应的区域中，接合包括密封膜41和固定板42的柔性板40。此处，密封膜41由具有低刚度和柔性的材料(例如，厚度为6μm的聚苯硫醚物(PPS))制成，并且该密封膜41密封储液室部分32的一个表面。而且，通过使用诸如金属的硬材料(例如，厚度为30μm等的不锈钢(SUS))来形成固定板42。该固定板42对应于储液室110的区域是通过在该区域中其厚度方向上完全去除固定板42而得到的开口部分43。于是，储液室110的所述一个表面通过仅仅使用具有柔性的密封膜41来密封。

上述本实施例的喷墨记录头从未图示的墨水供应装置吸入墨水，并用墨水从储液室110到喷嘴孔21填充其内部。之后，根据来自未图示的驱动IC的驱动信号，所述头在与各个压力产生腔12相应的各个下电极膜60和上电极膜80之间施加驱动电压。因此，弹性膜50、绝缘膜55和压电元件300被移位。于是，各个压力产生腔12中的压力增大，并从喷嘴孔21中喷射墨滴。

(测试示例)

此处，准备了其中设有连通通路的头(示例)和其中未设有连通通路并横跨墨水供应通路和储液室之间的各个压力产生腔的布置方向设有仅由通道形成衬底形成的空间的头(对比示例)。于是，进行测试来比较这两种头的串扰率(％)。更具体而言，确定一个喷嘴作为参考(参考喷嘴)，将仅从参考喷嘴喷射墨水时的喷射速度设定为参考值“0”，并测量当同时从参考喷嘴和其两侧的喷嘴喷射墨水时从参考喷嘴喷射出的墨滴的喷射速度。之后，在将同时喷射墨水的喷嘴数量增大2的时候，检查参考喷嘴中喷射速度的改变(变化率)。图5示出了其结果。注意，在图5中，参考喷嘴中喷射速度的变化率被示为串扰率(％)。

如图5所示，对于对比示例的头，当同时喷射的数量达到约20时，参考喷嘴中喷射速度的增加率，即串扰率增加到约20％并最终增加到接近25％。另一方面，对于示例的头，当同时喷射的数量达到约20时，虽然串扰率与对比示例的改变相同而增加到约15％，但是其随后稳定保持在20％以下的范围内。如从上述结果很清楚地发现的，示例的头中的串扰率比对比示例的头低约10％。因此，和示例的头的情况一样，可以通过设置连通通路来减小喷墨时串扰的出现。

虽然以上已经描述了本发明的喷墨记录头的一个示例，但是其制造方法并不特别受限。注意，参考图6和7，下面将描述制造根据本实施例的喷墨记录头的方法的示例。图6和7是压力产生腔12在纵向上的剖视图。

首先，如图6(a)所示，要成为通道形成衬底10的单晶硅衬底晶片在加热到约1100℃的扩散炉中被热氧化。于是，在整个晶片上形成弹性膜50。之后，如图6(b)所示，在弹性膜50上形成由氧化锆等制成的绝缘膜55。接着，如图6(c)所示，在绝缘膜55的整个表面上形成例如由铂和铱制成的下电极膜60之后，将下电极膜60图案化成预定形状。随后，如图6(d)所示，顺序层叠由例如锆钛酸铅(PZT)制成的压电层70和由例如铱制成的上电极膜80，并将这些层同时图案化来形成压电元件300。

接着，如图7(a)所示，在整个通道形成衬底10上形成由例如金(Au)等制成的引导电极90，并将其针对每个压电元件300图案化。上述步骤包括在膜形成处理中。接着，如图7(b)所示，形成由无机绝缘材料(在本实施例中为氧化铝(Al₂O₃))制成的绝缘膜200并图案化成预定形状。具体地，在整个通道形成衬底10上形成绝缘膜200，并在之后去除面对下电极膜60的连接部分60a和引导电极90的连接部分90a的区域中的绝缘膜200。注意，在本实施例中，同面对连接部分60a和90a的区域中的绝缘膜200一起，还去除在包括引导电极90和构成压电元件300的各个层在内的图案区域之外的区域中的绝缘膜200。无须多言，可以只去除面对连接部分60a和90a的区域中的绝缘膜200。在任一情况下，可以将绝缘膜200形成为覆盖包括引导电极90和构成压电元件300的各个层在内的图案区域，除了下电极膜60的连接部分60a和引导电极90的连接部分90a之外。而且，虽然用于去除绝缘膜200的方法并不特别受限，但是优选的是使用例如离子研磨的干法刻蚀。这样，可以很好地进行对绝缘膜200的选择性去除。

接着，如图7(c)所示，其中预先形成了压电元件保持部分31、储液室部分32等的储液室形成板30与压电元件300侧的通道形成衬底10用插入其间的粘结剂接合。注意，上述储液室形成板30还通过使通道形成衬底10在后述处理中受到各向异性刻蚀处理而起到这样的作用，即在形成压力产生腔12等等时保护各个压电元件300免受碱性溶液的影响。

之后，通过使用上述碱性溶液而使单晶硅衬底(通道形成衬底10)受到各向异性刻蚀处理。于是，形成压力产生腔12、连通部分13、墨水供应通路14和连通通路100。更具体而言，如图7(d)所示，在与通道形成衬底10和储液室形成板30的接合表面相反的表面上形成掩模图案51之后，通过使用掩模图案51而使通道形成衬底10受到各向异性刻蚀处理。于是，形成压力产生腔12、连通部分13、墨水供应通路14和连通通路100。注意，在进行如上所述的各向异性刻蚀时，在用保护性膜等密封储液室形成板30的表面的状态下进行刻蚀。而且此时，通过穿透位于储液室部分32和连通部分13之间的边界处的弹性膜50和绝缘膜55来形成储液室110。如上所述，在本实施例中，可以通过在其厚度方向上穿透通道形成衬底10来设置墨水供应通路14等。于是，通过以高精度图案化掩模图案51，可以以高精度来形成墨水供应通路14、连通通路100等。因此，获得了稳定的喷墨性能。

接着，其中钻有喷嘴孔21的喷嘴板20与通道形成衬底10和储液室形成板30相反的表面接合。注意之后，柔性板40接合在储液室形成板30上，驱动IC安装在储液室形成板30和下电极膜60的连接部分60a上，并且使用由键合线形成的连接配线将引导电极90的连接部分90a连接到驱动IC。因此，压电元件300和驱动IC彼此电连接。在如上所述将驱动IC安装在储液室形成板30上之后，将诸如通道形成衬底10和储液室形成板30之类的各个构件划分成芯片大小的块。于是，就制造了如图1所示的本实施例的喷墨记录头。

(其他实施例)

虽然以上已经描述了本发明的实施例，但是无须多言本发明并不限于上述实施例。例如在上述实施例中，通过在宽度方向上使通道变窄来形成墨水供应通路14。但是，并不限于此，可以通过在通道形成衬底的厚度方向上使通道变窄来形成墨水供应通路。注意在此情况下，例如通过使通道形成衬底在其厚度方向上受各向异性刻蚀(半刻蚀)处理来形成墨水供应通路。

此外，在上述实施例中，压电元件300形成在储液室形成板30的压电元件保持部分31内。但是，并不限于此，并不一定要设置压电元件保持部分31。而且在此情况下，引导电极90和压电元件300的表面用由无机绝缘材料制成的绝缘膜200覆盖。于是，可靠地防止了由于水分(湿度)对压电层70的破坏。

另外，在上述实施例中，压电元件300用绝缘膜200覆盖。但是，并不限于此，并不一定要用绝缘膜来覆盖压电元件。

另外，在上述实施例中，一端与压电元件保持部分31连通并且另一端开放到大气的空气释放孔31a设置在储液室形成板30中，并且压电元件保持部分31开放到大气。但是，并不限于此，可以不设置空气释放孔而密封压电元件保持部分。在此情况下，可靠地防止了由于来自空气释放孔的水分(湿度)对压电元件的破坏。

此外，在上述实施例中，通过对其应用沉积和光刻处理而制造的薄膜喷墨记录头被作为示例。但是，无须多言本发明并不限于此。例如，本发明也可以在使用安装生胚片的方法而制造的厚膜喷墨记录头中采用。

另外，上述各个实施例的喷墨记录头构成记录头单元的一部分并安装在喷墨记录装置上，所述记录头单元包括与墨盒等连通的墨水通道。图8是示出喷墨记录装置示例的示意图。如图8所示，在具有喷墨记录头的记录头单元1A和1B中，构成墨水供应装置的盒2A和2B被设置成可拆除的。其上安装有记录头单元1A和1B的托架3设置在安装到装置主体4的托架轴5上，以能够在轴向上移动。这些记录头单元1A和1B例如分别喷射黑墨水成分和彩色墨水成分。

相应地，驱动电机6的驱动力通过多个齿轮(未示出)和调速带7传递到托架3。于是，其上安装有记录头单元1A和1B的托架3沿着托架轴5移动。同时，在装置主体4中沿着托架轴5设置滚筒8，并且在滚筒8上传送记录片材S，记录片材S是诸如纸之类的记录介质并由未图示的供纸辊等送入。

注意在上述实施例中，作为示例描述了作为液体喷头喷射墨水的喷墨记录头和喷墨记录装置。但是，本发明广泛地用于一般的液体喷头和液体喷射装置。作为液体喷头，例如列举如下：在诸如打印机之类的图像记录装置中使用的记录头；用于制造液晶显示器等的色彩过滤器的颜料喷头；用于形成有机EL显示器、场发射显示器(FED)等的电极的电极材料喷头；用于制造生物芯片的生物有机物质喷头等等。

Claims (14)

1.一种液体喷头，包括：

通道形成衬底，其中排列有多个与喷嘴孔连通的压力产生腔；

多个压电元件，其设置在所述通道形成衬底上，振动板插入所述压电元件和所述通道形成衬底之间，所述压电元件中的每一个都包括下电极、压电层和上电极；和

储液室形成板，其与所述通道形成衬底在所述压电元件侧的表面接合并在其中设有储液室部分，所述储液室部分构成作为所述各个压力产生腔的共用液体腔的储液室的一部分，

其中所述储液室由所述储液室部分和设置在所述通道形成衬底中的连通部分形成，在所述压力产生腔的宽度方向上的两侧处的隔断被设置成延伸到所述储液室部分在所述压力产生腔侧的端部附近，由此多个液体供应通路和多个连通通路在由所述隔断针对各个所述压力产生腔进行分隔时被设置，各个所述液体供应通路与各个所述压力产生腔连通并具有小于所述压力产生腔的宽度的宽度，各个所述连通通路允许所述液体供应通路和所述连通部分彼此连通并具有大于所述液体供应通路的宽度的宽度。

2.如权利要求1所述的液体喷头，其中所述连通通路的宽度w₁和所述压力产生腔的宽度w₂之间的关系满足w₁≥w₂。

3.如权利要求1和2中之一所述的液体喷头，其中所述连通通路的宽度w₁和所述液体供应通路的宽度w₃之间的关系满足w₁≥2×w₃。

4.如权利要求1至3中任一项所述的液体喷头，其中所述连通通路的长度等于或长于所述通道形成衬底的厚度。

5.如权利要求1至4中任一项所述的液体喷头，其中每个所述隔断在所述储液室部分侧的端部和所述储液室部分之间的距离短于所述通道形成衬底的厚度。

6.如权利要求1至5中任一项所述的液体喷头，其中所述压电元件用由无机绝缘材料制成的绝缘膜覆盖。

7.如权利要求6所述的液体喷头，其中所述绝缘膜由Al₂O₃制成。

8.如权利要求1至7中任一项所述的液体喷头，其中，在所述储液室形成板中，能够保证一定空间而不阻碍所述压电元件移动的压电元件保持部分设置在面对所述压电元件的区域中，并且所述压电元件保持部分和所述储液室形成板中的所述储液室部分之间的区域是所述储液室形成板和所述通道形成衬底之间的接合部分。

9.如权利要求8所述的液体喷头，其中所述隔断在所述储液室部分侧的端部位于面对所述接合部分的区域中。

10.如权利要求8和9中之一所述的液体喷头，其中所述接合部分的长度等于或长于200μm。

11.如权利要求8至10中任一项所述的液体喷头，还包括：

一端与所述压电元件保持部分连通并且另一端开放到大气的空气释放孔。

12.如权利要求1至11中任一项所述的液体喷头，其中所述通道形成衬底的厚度等于或短于100μm。

13.如权利要求1至12中任一项所述的液体喷头，其中通过使单晶硅衬底受到各向异性刻蚀处理来形成所述压力产生腔。

14.一种液体喷射装置，包括：

如权利要求1至13中任一项所述的液体喷头。

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