CN1880077A - 液体排放头和记录装置 - Google Patents

Abstract

一种液体排放头，包括：用于排放液体的排放口；与排放口连通的液体腔室；压电元件，所述压电元件包括一个电极层、另一个电极层、以及夹在对应于液体腔室独立布置的所述一个电极层和所述另一个电极层之间的压电膜，并包括压电驱动部分，在该压电驱动部分处压电膜对应于液体腔室变形和位移；以及振动板，所述振动板插在压电元件和液体腔室之间，其中，在所述一个电极层的布置方向上，振动板的与压电驱动部分相对应的部分的两端的抗弯刚性大于两端之间的区域的抗弯刚性。

Description

液体排放头和记录装置

技术领域

本发明涉及液体排放头和记录装置，该液体排放头包括用于排放液滴的排放口和与所述排放口连通的液体腔室，液滴通过改变液体腔室的容积来排放。本发明的液体排放头和记录装置可应用于：用于在纸、布、皮革、非织造布、OHP(投影仪)片及类似物上印刷的记录装置；图案形成装置；用于将液体涂敷到诸如衬底、板材等的固体物品上的涂敷装置。

背景技术

常规地，诸如喷墨打印机的记录装置由于其低噪音、低运行成本、及容易使装置小型化和调色而广泛用于记录装置，如打印机、传真机及类似物中。尤其是，使用压电致动机构或类似物作为专用于装置制造的图案形成装置的液体排放头，由于可以高度自由地选择排放液体应用越来越广泛。

如日本专利No.3379538所公开的，现在详细说明利用压电致动机构从液体排放头中的排放口排放液体的方法。用于使分液体腔室的容积收缩和膨胀的容积控制通过提供电信号施加位移进行，所述位移即时传递到构成部分分液体腔室的振动板上。因此，液体延伸并开始以液柱状态投射到外侧。此后，液体飞越间隙或记录间隙(在液体排放头和待记录的材料之间)，同时借助表面张力分离成多个液滴。

一方面，在喷嘴(液体排放口)线上的分辨率越高，则应用中运送到记录装置或图案形成装置的所排放的液体量越细。还实现了更高精度的液滴沉积精度。使分液体腔室的宽度变窄的方法正被研究作为获得更高分辨率的主要方法。

然而，当通过使分液体腔室的宽度变窄来增加分辨率时，尤其是，当使售货机型液体排放头中的分液体腔室的宽度变窄时，不能充分保证振动板的弯曲变形及由其产生的振动板的位移。因此，不能实现所希望的排放性能(排放量和排放速度)。

作为这个问题的对策，曾考虑使振动板的厚度尽可能薄。然而，从发明人的详细研究中发现了下列问题。

研究对象是称为单压电晶片型(售货型)压电记录头的液体排放头，所述压电记录头具有形成在振动板上的压电体和电极。制备了振动板的厚度改变的各种不同类型的压电记录头，以比较排放寿命。用于确定寿命的准则是其间由于振动板断裂而在振动板部分处产生液体漏泄的时间周期。评估达到该点的排放操作次数。可以很容易假定，在更薄的振动板中，由于振动板的断裂而导致寿命更短。

在公开待审的日本专利申请No.2000-272126中公开了一种致动装置，其中下电极的端部是起压电元件的主要驱动部分作用的压电体有效部分的端部，而膜厚度部分设在下电极的所述端部外侧上的绝缘层上。如后所述，在本发明的实施例中，与“膜厚度部分”相对应的部分所设置的位置明显与公开待审的日本专利申请No.2000-272126中的位置不同。

发明内容

本发明目的是提供一种液体排放头和一种记录装置，所述液体排放头中分液体腔室的宽度变窄以实现高分辨率，防止振动板断裂以延长寿命，并保证足够的排放寿命。

为了达到所述目的，本发明的液体排放头包括：排放口，所述排放口用于排放液体；液体腔室，所述液体腔室与所述排放口连通；压电元件，所述压电元件包括一个电极层、另一个电极层和夹在对应于液体腔室独立地设置的所述一个电极层和另一个电极层之间的压电膜，并包括压电驱动部分，在所述压电驱动部分处压电膜对应于液体腔室变形和位移；及振动板，所述振动板插在压电元件和液体腔室之间，其中，在所述一个电极层的布置方向上，振动板的与压电驱动部分相对应的部分的两端的抗弯刚性大于所述两端之间的区域的抗弯刚性。

按照本发明，在其中使液体腔室的宽度变窄以达到高分辨率的构造中，即使振动板变薄到充分保证振动板的位移，也可以通过增加振动板的周边区域的抗弯刚性防止振动板的断裂并延长寿命。从而提供了具有高分辨率和长寿命的液体排放头。

附图说明

图1A，1B和1C是示出按照例1所述的记录头的视图，其中图1A是示出记录头的主要部分的局部剖视图，图1B示出记录头的示意平面图，图1C是说明制造振动板的方法的视图；

图2是说明振动板和图1A、1B和1C的记录头的分液体腔室的设置的示意平面图；

图3A和3B是示出振动板的位移的曲线图，其中图3A是现有技术的振动板的位移曲线，而图3B是实施例的振动板的位移曲线；

图4是示出按照第五例所述记录头的主要部分的局部剖视图；

图5是说明记录头的振动板和分液体腔室的设置的示意平面图；

图6是说明例6的记录头的振动板和分液体腔室的设置的示意平面图；

图7A和7B是说明例7的记录头的振动板和分液体腔室的设置的示意平面图；

图8是说明例8的记录头的振动板和分液体腔室的设置的示意平面图；

图9是说明按照本发明的例9所述的液体排放头的框架格式剖视图；

图10是说明按照本发明的例9所述的液体排放头的示意平面图；

图11A和11B的框架格式剖视图说明了用于形成按照本发明的例子所述的振动板的方法；

图12是说明按照本发明的例12所述的液体排放头的示意平面图；

图13是说明按照本发明的例13所述的液体排放头的示意平面图；

图14是说明按照本发明的例14所述的液体排放头的示意平面图；

图15是说明按照本发明的例15所述的液体排放头的示意平面图；

图16是说明整个记录装置的框架格式透视图；

图17是示出现有技术的记录头的主要部分的局部剖视图；和

图18是说明图17的装置的振动板和分液体腔室的布置的示意平面图。

具体实施方式

现在根据各附图说明本发明的实施例。

在本发明中，压电元件的“压电驱动部分”指压电元件与自变形部分相对应的部分，所述自变形部分夹在压电膜的一对电极层之间，该压电元件的所述部分可对应于液体腔室位移。本发明具有这样的特征：在两电极层其中一个的布置方向上，振动板的与压电驱动部分相对应的部分的两端的抗弯刚性大于所述两端之间的区域的抗弯刚性。在本发明中，压电驱动部分和振动板彼此完全接触。

在按照本发明所述的第一示例性实施例中，振动板的与两端相对应的部分的杨氏模量大于两端之间的区域的杨氏模量。在这种情况下，杨氏模量的差优选地大于或等于40GPa。这是由于本发明的效果在较高的水平处出现。

在按照本发明所述的第二示例性实施例中，振动板的与两端相对应的部分比两端之间的区域厚。在这种情况下，厚度差优选地大于或等于1μm。这是由于本发明的效果在较高的水平处出现。在本实施例中，振动板的两端的厚的部分凸出到液体腔室的内侧的形式比相关的厚的部分凸出到外侧的形式更优选。这是由于当凸出的部分位于液体腔室的内侧上时，排放头更容易制造(比如，容易使薄膜在振动板的外侧上生长)。

在本发明中，第一示例性实施例比第二示例性实施例更优选。这是由于第一示例性实施例的基本结构在振动板处没有凸出的部分，因而使排放头更容易制造。

在本发明中，振动板的厚度优选地小于或等于10μm。这是由于本发明的效果在较高的水平处出现。如图1A和1B所示，起液体排放头作用的记录头包括喷嘴2、连通口4和分液体腔室5，所述喷嘴2起形成在喷嘴板1中的排放口作用，而按照本发明，所述分液体腔室5起形成在基体3中的液体腔室的作用。另外，设置有起容积改变装置作用的压电元件6，用于通过控制(改变)分液体腔室5的容积来给分液体腔室5中的墨或液体加压。压电元件6的加压力通过振动板7传递到分液体腔室5内部的墨上。

振动板7内与分液体腔室5的中心部分相对应的第一区域(中心区域)7a由具有小杨氏模量的耐热玻璃及类似物制成，以便得到足够的振动板的位移。振动板7与分液体腔室5的周边部分相对应的第二区域(周边区域)7b用硅或类似物制成。也就是说，振动板7的周边区域或第二区域7b被构造成具有比内侧上的中心区域或第一区域7a更高的杨氏模量。

因为小型化利用更小的液体排放头喷嘴节距进行，所以振动板必需变薄，以得到足够的振动板的位移，这会引起在振动板处断裂，并缩短了液体排放头的寿命。因此，增加具有大位移量的振动板的周边区域的杨氏模量，以防止振动板的断裂并实现液体排放头的更长的寿命。

[例1]

图1A，1B，1C和2示出了例1。采用这样一种方法：对应于喷嘴2设置压电元件6，并通过将与记录信息相对应的驱动信号提供给压电元件6来从喷嘴2排放液滴。设置有电极接线用于将电力提供给压电元件6。压电元件6包括上电极(一个电极层)6b、下电极(另一个电极层)6c、和夹在一对电极之间的压电膜6a。振动板7和下电极6c跨过相邻液体腔室设在衬底的整个表面上，而压电膜6a和上电极6b按分别对应于液体腔室5的方式设置，如图1B(图1A的平面示意图)所示。振动板7布置成插在压电元件6和液体腔室5之间。

附图标记5a是用于将液体供给到液体腔室5的供给路径。供给路径5a设置成沿垂直于图1A的表面的方向延伸。液体通过供给路径5b供应到多个液体腔室5的每一个。

在图1B中，附图标记5代表液体腔室的外周边。附图标记6f是压电驱动部分，压电膜6a在压电驱动部分处变形和位移。如上所述，压电元件6的压电驱动部分6f指与自变形部分相对应的部分，所述自变形部分夹在压电元件6的电极对6b，6c之间，所述部分(与图1B中阴影线部分相对应的部分)可对应于液体腔室5位移。在上电极6b的布置方向(图1B中左右方向)上，振动板7的与压电驱动部分6f相对应的部分的两端(对应于6e)的抗弯刚性大于两端之间的区域(相应于6d)的抗弯刚性。

现在说明用于制造记录头的方法。首先，基体3用下述方式制造。蚀刻掩膜用光刻法形成在硅衬底上。厚度为1μm的氧化物膜或类似物用于蚀刻掩膜。采用ICP(感应耦合等离子体)蚀刻装置作为蚀刻装置，并且蚀刻气体采用SF₆、C₄F₈。

用于形成分液体腔室5的图案的蚀刻掩膜设在硅衬底的前表面上，所述硅衬底的厚度为400μm，并利用ICP蚀刻装置形成分液体腔室5，所述分液体腔室5的深度为100μm，宽度(D)为100μm，且长度(L)为2500μm，如图2所示。分液体腔室5通过分液体腔室间隔壁3a间隔开。

用于形成连通口4的图案的蚀剂掩膜设在厚度为400μm的硅衬底的背面上。深度为300μm的连通口4用ICP蚀刻装置形成。

此后，将振动板7附接到硅衬底的表面上。

然后在振动板7上形成压电元件6，并将喷嘴板1附接到硅衬底的背面侧上，所述喷嘴板1通过冲压法或类似方法由SUS板等独立地加工。

用于制造振动板的方法如下所述。如图1C所示，在将杨氏模量为130GPa的(100)硅衬底7B和杨氏模量为87GPa的SD2耐热玻璃7A(由HOYA制造的阳极粘结玻璃)通过阳极粘结法粘结之后，实施抛光使之变薄，得到了厚度为3μm的振动板7。

制备下列样品用于比较。

(比较例1)

如图17和18所示，制造了喷嘴(排放口)密度为150dpi的记录头。记录头包括带有喷嘴1002的喷嘴板1001、带有连通口1004和分液体腔室1005的基体1003、压电元件1006和振动板1007。分液体腔室1005的宽度为约100μm，分液体腔室1005的长度为约2500μm，振动板1007的板厚为约3μm。将矩形电压波形施加到记录头上，重复液体排放操作。结果，在大约第3×10⁹次排放操作，在振动板1007的一部分处观察到液体漏泄。

(比较例2)

与比较例1相似，制造了喷嘴(排放口)密度为150dpi的记录头。分液体腔室的宽度为约100μm，分液体腔室的长度为约2500μm，振动板的板厚为约5μm。

将矩形电压波形施加到记录头上，重复液体排放操作。结果，在大约第5×10⁹次排放操作，在振动板的一部分处观察到液体漏泄。

(比较例3)

与比较例1相似，制造了喷嘴(排放口)密度为150dpi的记录头。分液体腔室的宽度为约100μm，分液体腔室的长度为约2500μm，及振动板的板厚为约7μm。

将矩形电压波形施加到记录头上，重复液体排放操作。结果，在大约第7×10⁹次排放操作，在振动板的一部分处观察到液体漏泄。

仔细地审查各比较例的结果以找出原因，并显示出下列几点：

首先，在比较例1的分液体腔室的纵向方向上2500μm内的几点处，用非接触式位移计采集振动板的表面的位移随时间变化的数据，以掌握振动板的位移形状。因为压电元件中压电体和电极的厚度是显微的，所以压电元件表面的表面位移被假定为基本上与振动板的位移相同。

图3A是曲线图，图中在水平轴上绘出分液体腔室的纵向方向上的坐标，而在垂直轴上绘出位移量。针对位移，将时间周期t₁、t₂、t₃期间、在分液体腔室的中心横截面的位置处测量的振动板表面的位移结果示出为曲线T₁、T₂、T₃，分液体腔室在所述时间周期t₁、t₂、t₃内扩张。

振动板的位移没有变形成单峰凸形，而是变形成在两端处具有角的双峰形。尽管在程度上有差别，但在所有比较例1-3中都观察到这种状态。两端处的角的部分比其它部分受到更大的弯曲，并且重复地增加对薄的振动板来说是严重的弯曲状态，因而可能发生断裂。

抑制形成在分液体腔室的纵向方向上两端处的两个有角峰的方法包括将振动板的材料换成具有大杨氏模量的材料。然而，这种方法也降低了在分液体腔室的纵向方向上中心部分的振动板的位移量，不能保证令人满意的排放。

因此，在本例中，将具有大杨氏模量的振动板材料用于分液体腔室的纵向方向上两端处的部分，而将具有小杨氏模量的振动板材料用于分液体腔室的纵向方向上的中心部分，以抑制在分液体腔室的纵向方向上两端处产生的两个角形峰。用于测量杨氏模量的方法包括已知的“膜变形法”，“推挤试验法”、“Brillouin散射法”，“超声显微镜法”，“谐振法”，“表面弹性波法”等。

现在观察振动板的杨氏模量的优选范围。杨氏模量的下限必需是足够使“以某一质量(或重量)存在的液体”流动(抵抗液体的重量的流动)到分液体腔室中的数值。至于杨氏模量的上限，为了防止振动板的损坏起见，数值越大越合适。尽管它似乎受到位移量下降的限制，但位移量的下降通过使分液体腔室的宽度变宽来改善，并可以通过使振动板的厚度进一步变薄来改善。因此，只要是材料适合于制造记录头，则在本实施例中可以使用具有世界上现有的最大杨氏模量的材料。

例1的实验结果如下。将矩形电压波形施加到例1的记录头上，并重复液体排放操作。结果，在大约第2×10¹⁰次排放操作，在振动板的一部分处观察到液体漏泄，但与比较例1相比，使用寿命增加了。与比较例1相似，在分液体腔室的纵向方向上2500μm内的几个点处，利用非接触式位移计采集振动板的表面的位移随时间变化的数据。结果，抑制了形成在分液体腔室的纵向方向上两端处的两个角形峰，如图3B中所示，因而没有增加严重的弯曲状态，并且寿命延长。

例2

在将杨氏模量为130GPa的(100)硅与杨氏模量为87GPa的SD2(由HOYA制造的阳极粘结玻璃)通过阳极粘结法粘结之后，进行抛光使之变薄，得到了厚度为5μm的振动板。其它制造方法与比较例2相同。

将矩形电压波形施加到记录头上，并重复液体排放操作。结果，在大约第3×10¹⁰次排放操作，在振动板的一部分处观察到液体漏泄，但与对比较例2相比，寿命增加。在采集振动板的表面的位移随时间变化的数据的结果中，抑制了形成在分液体腔室纵向方向上两端处的两个角形峰，因此没有增加严重的弯曲状态，并且寿命延长。

例3

在将杨氏模量为130GPa的(100)硅与杨氏模量为87GPa的SD2(由HOYA制造的阳极粘结玻璃)通过阳极粘结法粘结之后，进行抛光使之变薄，得到了厚度为7μm的振动板。其它制造办法与比较例3相同。

将矩形电压波形施加到记录头上，并重复液体排放操作。结果，在大约第4×10¹⁰次排放操作，在振动板的一部分处观察到液体漏泄，但与比较例3相比，使用寿命增加。在采集振动板的表面的位移随时间变化的数据的结果中，抑制了形成在分液体腔室的纵向方向上两端处的两个角形峰，因此没有增加严重的弯曲状态，并且寿命延长。

例4

在将杨氏模量为190GPa的(111)硅与杨氏模量为87GPa的SD2(由HOYA制造的阳极粘结玻璃)通过阳极粘结法粘结之后，进行抛光使之变薄，得到了厚度为5μm的振动板。其它的制造方法与比较例2相同。

将矩形电压波形施加到记录头上，并重复液体排放操作。结果，在大约第5×10¹⁰次排放操作，在振动板的一部分处观察到液体漏泄，但与比较例2相比，使用寿命增加。在采集振动板的表面的位移随时间变化的数据的结果中，抑制了形成在分液体腔室的纵向方向上两端处的两个角形峰。因此没有增加严重的弯曲状态，并且寿命延长。

例5

如图4和5中所示，厚度为5μm且杨氏模量为130GPa的(100)硅衬底27a可以考虑作为振动板27的基底。SiN薄膜27b(杨氏模量为267GPa)通过溅射法或类似方法生长和堆叠在第二区域上，所述第二区域位于硅衬底27a的第一区域的两端，该第一区域接触分液体腔室5的中心部分处的液体。堆叠结构不仅通过总体地增加杨氏模量来增强抗弯刚性，而且目的是通过总体地增加厚度来增强抗弯刚性。该振动板27通过阳极粘结法与硅基体3粘结。其它的制造方法与比较例2相同。

将矩形电压波形施加到记录头上，并重复排放操作。结果，与(100)硅的单个基体制成5μm厚的振动板时相比，使用寿命增加。与比较例2相似，在分液体腔室5的纵向方向上2500μm内的几个点处，用非接触式位移计采集振动板的表面的位移随时间变化的数据。结果，抑制了形成在分液体腔室5的纵向方向上两端处的两个角形峰，因此没有增加严重的弯曲状态，并且寿命延长。

例6

如图6所示，将喷嘴密度制成80dpi(分液体腔室5的宽度为270μm)，并制造包括具有500μm的短长度的分液体腔室35的记录头，目的是为了显著增加驱动频率。在这种情况下，即使振动板37的厚度不象例1-5中那样薄，但端部支撑距离在分液体腔室35的纵向方向和宽度方向(垂直于一个电极层的布置方向的方向)上都长。因此，在分液体腔室35的纵向方向和宽度方向上，都观察到了如图3A中所示的变形。

与例1-4相似，包括由硅制成的第一区域37a和由SD2制成的第二区域37b的振动板37通过重复粘结和抛光(100)硅或(111)硅和SD2制造，并制造记录头。在这种情况下，振动板37的第二区域37b由硅形成，并且所述部分的杨氏模量较大。

将矩形电压波形施加到记录头上，并重复液体排放操作。结果，与振动板仅用SD2制造的记录头相比，寿命增加。另外，在分液体腔室的纵向方向和宽度方向上的几个点处，用非接触式位移计采集液体腔室容积控制装置的表面的位移随时间变化的数据。结果，如图3B所示，抑制了在分液体腔室的纵向方向和宽度方向上两端处产生的两个角形峰，因此没有增加严重的弯曲状态，并且寿命延长。

在例1-4和例6中，振动板通过粘结技术和抛光法制造，但也可以用其它技术制造。

例7

如图7A和7B中所示，如果分液体腔室45和面向液体腔室45的振动板47的外部形状是圆形或基本上是圆形，则将具有大杨氏模量的第二区域47b相对于中心处的第一区域47a同心设置。

例8

如图8所示，象例1-3中那样，通过将具有比第一区域57a更大杨氏模量的材料用于振动板57的第二区域57b，即使分液体腔室55的端部为没有角的R形，也能得到同样的效果。在本例中，液体腔室5通过紧固部5c紧固。因此，使分液体腔室之间的压力干扰(pressurecross talk)更小。

例9

现在，将根据相应附图说明本发明的实施例。

如图9和10所示，按照本发明所述的液体排放头具有形成在基体3中的分液体腔室5或者液体腔室，所述分液体腔室5或液体腔室通过连通口4与形成在喷嘴板1中的多个排放口2连通。

在每个分液体腔室5中都设置有压电元件6，而用于将压电元件6的位移传送到分液体腔室5中液体的振动板7插在压电元件6和分液体腔室5之间。

振动板7包括厚的厚度部分7d和薄的厚度部分7c，所述厚的厚度部分7d设在接触分液体腔室5中液体的区域中，该区域与分液体腔室5的纵向方向上的两端相对应，而所述薄的厚度部分7c设在接触分液体腔室5中液体的区域中，该区域与分液体腔室5的中心区域相对应。厚的厚度部分7d的厚度设定为比薄的厚度部分的厚度7c更厚，以防止振动板7的断裂。

本例示出用作图9和10所示液体排放头的记录头，所述记录头用下述方法制造。

首先，通过光刻法在厚度为400μm的硅衬底或类似物的基体3的表面上形成用于分液体腔室5的图案形成的蚀刻掩膜，所述蚀刻掩膜由厚度为1μm的氧化物膜制成。此后，用SF₆，C₄F₈作为蚀刻气体，通过使用ICP(感应耦合等离子体)蚀刻装置形成分液体腔室5，所述分液体腔室5由间隔壁8间隔开，并且深度为100μm。

在基体3的背面上形成用于连通口4的图案形成的蚀刻掩膜之后，通过使用ICP蚀刻装置形成连通口4，所述连通口4由间隔壁8间隔开，并且深度为约300μm。

然后通过阳极粘结法将振动板7附接到基体3的表面上，并进行抛光，以获得所希望的板的厚度。

振动板7由阳极粘结玻璃SD2(由HOYA制造)并通过下述方法制造。

如图11A和11B所示，在衬底9上形成与振动板7的厚的厚度部分7d相对应的光刻胶9a、9b之后，进行蚀刻达到深度为2μm。低浓度的氢氟酸溶液用作蚀刻剂。

然后将残余的光刻胶除去，并通过阳极粘结法附接到基体3的表面上，并通过抛光制成所希望的厚度，如图11B所示。因此，得到了其中厚的厚度部分7d为5μm并且薄的厚度部分的厚度为3μm的振动板7。

压电元件6形成在振动板7上，而将通过冲压法及类似方法由SUS板及类似材料另外加工的喷嘴板1附接到基体3的背面上。

将矩形电压波形施加到按照本例所述的记录头上，并重复液体排放操作。结果，在大约第N₄＝2×10¹⁰(＞N₁)次排放操作，在振动板的一部分处观察到液体漏泄，但与后面所述的比较例相比，寿命延长了。

在分液体腔室5的纵向方向上2500μm内的几个点处，用非接触式位移计采集振动板的表面的位移随时间的变化数据的结果接近图3B所示的结果。如图3B所示，抑制了形成在振动板7与分液体腔室5的纵向方向上两端相对应的区域处的两个角形峰(见图3A)，因此没有增加严重的弯曲状态，并且寿命延长。

例10

在本例中，如图11A所示，在相对于衬底9形成与振动板7的纵向方向上两端的厚的厚度部分7d相对应的光刻胶9a、9b之后，进行蚀刻达到与振动板7的纵向方向上中心区域的薄的厚度部分7c相对应的4μm的深度。低浓度氢氟酸溶液用作蚀刻剂。

然后除去残留的光刻胶，并通过阳极粘结法附接到基体3的表面上，在此之后，进行抛光以获得所希望的厚度，如图11B所示。因此，得到其中振动板的厚的厚度部分7d的厚度为7μm而与分液体腔室5的纵向方向上中心区域相对应的薄的厚度部分的厚度为3μm的振动板7。其它步骤与例9相同，因此省略其说明。

将矩形电压波形施加到按照本例所述的记录头上，并重复液体排放操作。结果，在大约第N₅＝3×10¹⁰次(＞N₁)排放操作，在振动板7的一部分处观察到液体漏泄，但与各比较例相比，寿命延长。

在分液体腔室5的纵向方向上2500μm内的几点处，用非接触式位移计采集振动板的表面的位移随时间变化的数据的结果接近图3B所示的结果。如图3B所示，抑制了振动板7与分液体腔室5的纵向方向上两端相对应的区域处所产生的两个角形峰，因此没有增加严重的弯曲状态，并且寿命延长。

例11

在本例中，在相对于衬底9形成与振动板7的厚的厚度部分相对应的光刻胶之后，进行蚀刻以达到与振动板7的纵向方向上中心区域相对应的6μm的深度。低浓度氢氟酸溶液用作蚀刻剂。

然后除去残留的光刻胶，并通过阳极粘结法将其附接到基体3的表面上，以通过抛光获得所希望的厚度，如图11B所示。因此，获得了其中振动板7的厚的厚度部分7d的厚度为9μm且薄的厚度部分7c的厚度为3μm的振动板7。其它步骤与例9相同，因此省略其说明。

将矩形电压波形施加到按照本例所述的记录头上，并重复液体排放操作。结果，在大约第N₆＝4×10¹⁰(＞N₁)排放操作，在振动板的一部分处观察到液体漏泄，但与各比较例相比，寿命延长。

在分液体腔室5的纵向方向上2500μm内的几个点处，用非接触式位移计采集振动板的表面的位移随时间变化的数据的结果接近图3B所示的结果。如图3B所示，抑制了与分液体腔室5的纵向方向上的两端相对应的区域处所产生的两个角形峰，因此没有增加严重的弯曲状态，并且寿命延长。

例12

为了显著增加驱动频率以代替高密度地安装喷嘴(排放口)，用与例9相似的方法制造如图12所示具有极短的分液体腔室15的记录头(80dpi)。分液体腔室15的长度为500μm且宽度为270μm。在现有技术的这种模式中，在分液体腔室15的纵向方向和宽度方向上都观察到如图3A所示的变形。

如图12所示，本实施例的振动板17具有接触分液体腔室15中的液体的区域，该内侧区域对应于由薄的厚度部分17c所构成的排放口12，而薄的厚度部分17c的外侧被厚的厚度部分17d包围。在这种情况下，使厚的厚度部分17d比设在与排放口12相对应的内侧区域上的薄的厚度部分17c更厚。

将矩形电压波形施加到按照本例所述的记录头上，并重复液体排放操作。结果，与其中振动板以均匀厚度制造的记录头相比，寿命延长。在分液体腔室15的纵向方向和宽度方向上500μm内的几个点处，用非接触式位移计采集振动板的表面的位移随时间变化的数据的结果接近图3B所示的结果。如图3B所示，抑制了与分液体腔室15的纵向方向和宽度方向上两端相对应的区域处所产生的两个角形峰，因此严重的弯曲状态没有增加，并且寿命延长。

(比较例4)

本比较例的记录头在图17和18中示出。在本比较例中，排放口(喷嘴)202的密度为150dpi，分液体腔室205的宽度为约100μm，分液体腔室205的长度为约2500μm，振动板207的板厚为约3μm。

现在将说明用于制造按照本比较例所述记录头的方法的梗概。

首先，通过光刻法在厚度为400μm的硅衬底或类似物的基体203的表面上形成用于分液体腔室205的图案形成的蚀刻掩膜。在此之后，用SF₆，C₄F₈作为蚀刻气体，通过ICP蚀刻装置形成分液体腔室205，所述分液体腔室205由间隔壁208间隔开，并且深度为100μm。

在基体203的背面上形成用于连通口204的图案形成的蚀刻掩膜之后，使用ICP蚀刻装置形成连通口204，所述连通口204由间隔壁208间隔开，并且其深度为300μm。

然后将振动板207附接到基体203的表面上，并进行抛光以获得所希望的板厚。

阳极粘结玻璃SD2(由HOYA制造)用于振动板207。

在振动板207上形成容积改变装置(压电元件)206，并将通过冲压或类似方法由SUS板或类似材料另外加工的喷嘴板201附接到基体203的背面上。

将矩形电压波形施加到液体排放头上，并重复液体排放操作。结果，在大约第N₁＝3×10⁹次排放操作，在振动板207的一部分处观察到液体漏泄。

(比较例5)

按照本比较例所述的记录头除了振动板207的厚度为约5μm之外，其余与比较例4相同。

将矩形电压波形施加到记录头上，并重复液体排放操作。结果，在大约第N₂＝5×10⁹次(＞N₁)排放操作，在振动板207的一部分处观察到液体漏泄。

(比较例6)

按照本比较例所述的记录头除了振动板207的板厚度为约7μm之外，其余与比较例4相同。

将矩形电压波形施加到记录头上，并重复液体排放操作。结果，在大约第N₃＝7×10⁹(＞N₂＞N₁)次排放操作，在振动板207的一部分处，观察到液体漏泄。

所述比较例的结果和所预计的一样，但经过严格核查以便找到原因，并显示了下列几点：

首先，在分液体腔室的纵向方向上2500μm内的几个点处，用非接触式位移计采集容积改变装置的表面的位移随时间变化的数据，以掌握振动板的位移形状。因为容积改变装置中压电体和电极的厚度是显微的，所以容积改变装置的表面的位移假定与振动板的位移大体相同。

曲线图的结果接近图3A的结果，所述曲线图中，水平轴上绘出分液体腔室的纵向方向上的坐标，而在垂直轴上绘出位移量。关于图3A的位移，容积改变装置在分液体腔室的中心横截面的位置处的位移以时间周期t₁、t₂、t₃(t₁＜t₂＜t₃)示出，分液体腔室在这些时间周期中扩张。

容积改变装置的表面的位移(振动板的位移)不会变形形成一个单峰凸形，而是变形成在两端处具有角的两个峰形。尽管在程度上有差别，但在所有比较例4-6中全都观察到这种状态。在两端处的角的部分与其它部分相比受到更大的弯曲，并重复地增加对薄振动板来说是严重的弯曲状态，从而可能会发生断裂。

现在将说明按照本发明所述的液体排放头的另一些例子。

例13

如图13所示，本发明对于其中分液体腔室25的排放口一侧上的端部25a是没有角的弧形液体排放头的液体排放头也有效。在本例中，厚的厚度部分27d形成在振动板27的接触各个液体排放室中的液体的区域中，该区域与按照在所述图9和10中示出的例9的液体排放头的分液体腔室的纵向方向上两端相对应。薄的厚度部分27c设在振动板27的接触分液体腔室25中的液体的区域中，该区域与分液体腔室的纵向方向上的中心区域相对应。

例14

如图14所示，本发明对于其中振动板37的接触分液体腔室中液体的区域是圆形或大体圆形的液体排放头也有效。在本例中，振动板37具有厚的厚度部分37d，所述厚的厚度部分37d同心地围绕中心区域的薄的厚度部分37c的外周边。

例15

在通过阳极粘结法将杨氏模量为130GPa的(100)硅与杨氏模量为87GPa的SD2(由HOYA制造的阳极粘结玻璃)粘结之后，进行抛光使之变薄，得到了厚度为5μm的振动板。另外，通过溅射法或类似方法将SiN薄膜(杨氏模量为267GPa)7e生长和堆叠在第二区域上，所述第二区域位于振动板的接触分液体腔室的中心部分处的液体的第一区域的两端上(图15)。堆叠结构不仅通过总体地增加杨氏模量来增加抗弯刚性，而且目的还在于通过总体地增加厚度来增加抗弯刚性。因此，生长和堆叠的SiN不限于(100)硅区域，并可以位于横跨(100)硅和SD2的区域中。该振动板通过阳极粘结法粘结到硅的基体上。其它的制造方法与比较例2相同。

将矩形电压波形施加到记录头上，并重复液体排放操作。结果，与当单个(100)硅体制成为5μm的振动板时相比，寿命增加。与比较例2相似，在分液体腔室的纵向方向上2500μm内的几个点处，用非接触式位移计采集振动板的表面的位移随时间变化的数据。结果，抑制了在分液体腔室5的纵向方向上两端处所产生的两个角形峰，因此没有增加严重的弯曲状态，并寿命延长。

图16是说明装有记录头的整个记录装置的剖开的透视图。将进给到记录装置的待记录的媒介P通过进给辊109、110输送到记录头单元100的可记录区域，所述进给辊109、110用作媒介输送装置。记录头单元100通过两个导轴107、102沿着延伸方向(主扫描方向)可动地引导，并以往复方式扫描记录区域。记录头单元100的扫描方向是主扫描方向，而待记录的媒介P的输送方向是副扫描方向。用于排放多种颜色的墨滴的记录头和用于将墨供应到每个记录头的墨盒101安装在记录头单元100中。在这个例子的喷墨记录装置中的多种颜色的墨是黑(BK)、青(C)、品红(M)和黄(Y)这四种颜色。每种颜色的位置处于随机顺序。

回收系统单元112设在一区域的右端下部处，其中记录头单元100可移动到该区域以在非记录操作期间在记录头的排出口上实施回收过程。

在这种情况下，用于黑、青、品红和黄中的每种颜色的墨(BK，C，M，Y)的墨盒全都可以独立地更换。记录头单元100安装有用于排出BK墨滴、C墨滴、M墨滴和Y墨滴的记录头组以及BK墨盒101B、C墨盒101C、M墨盒101M和Y墨盒101Y。每个墨盒都连接到记录头组上，并将墨水供给到与记录头组的排放口连通的喷嘴流动路径上。除了这种例子外，用于各种颜色的墨盒可以以任意组合整体地构造。

Claims (10)

1.一种液体排放头，包括：

用于排放液体的排放口；

与排放口连通的液体腔室；

压电元件，所述压电元件包括对应于液体腔室独立布置的一个电极层、另一个电极层和夹在所述一个电极层和所述另一个电极层之间的压电膜，并包括压电驱动部分，所述压电膜在所述压电部分处变形和位移，该压电驱动部分对应于液体腔室布置；和

振动板，所述振动板插在所述压电元件和液体腔室之间，所述压电驱动部分和振动板彼此完全接触；

其中，在所述一个电极层的布置方向上，所述振动板的与所述压电驱动部分相对应的部分的两端的抗弯刚性大于所述两端之间的区域的抗弯刚性。

2.按照权利要求1所述的液体排放头，其特征在于，所述一个电极层的所述布置方向与所述液体腔室的纵向方向相同。

3.按照权利要求1所述的液体排放头，其特征在于，在与所述一个电极层的所述布置方向垂直的方向上，所述振动板的两端的抗弯刚性大于两端之间的区域的抗弯刚性。

4.按照权利要求1所述的液体排放头，其特征在于，所述振动板的与两端相对应的部分的杨氏模量大于两端之间的区域的杨氏模量。

5.按照权利要求4所述的液体排放头，其特征在于，所述振动板通过将具有不同杨氏模量的两种材料接合而制造。

6.按照权利要求1所述的液体排放头，其特征在于，所述振动板的与两端相对应的部分比两端之间的区域厚。

7.按照权利要求6所述的液体排放头，其特征在于，所述振动板的与两端相对应的部分具有多个薄膜的堆叠构造。

8.按照权利要求6所述的液体排放头，其特征在于，其杨氏模量大于两端之间的区域的杨氏模量的薄膜堆叠在所述振动板的与两端相对应的部分处。

9.按照权利要求1所述的液体排出头，其特征在于，所述振动板的厚度小于或等于10μm。

10.一种记录装置，包括：

按照权利要求1所述的液体排放头；和

用于输送媒介的装置，该媒介要被涂敷由所述液体排放头的排放口排出的液体。

Images