[发明专利]一种液体喷头及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体喷头及其制造方法。

背景技术

现有利用压电元件作为致动器把墨水喷出的喷头，主要有以下三种类型，一种是压电元件和振动板部分构成与排出墨滴相应喷嘴孔连通的压力腔室，通过压电元件和振动板的变形，使得压力腔室体积发生变化，从而把墨水从喷嘴孔喷出。因为需要压力腔室的体积变化，所以压电元件和振动板的变形需要很大，压电元件的变形能量需要足够大，同时压力腔室的侧壁需要很好的强度和韧性，这样为了获得所需要的喷出墨滴大小，压电元件需要一定的面积才能保证所需要的变形量，压力腔室的侧壁也需要很好的强度和韧性，从而难以实现喷嘴孔的高密度排列(参照中国专利CN02105630.7)。

另一种是在将压电元件和振动板以悬臂梁的形式设置在压力腔室内，见日本专利JP3-124449(图6)，图6中，101硅基板；102腔室；103喷孔；104振动板；105下电极；106压电膜；107上电极；108储液室；109边框。

由于压电悬臂梁仅在梁的一侧固定支撑，其它部分为悬空可动，不受衬底的制约，因此，压电悬臂梁的变形量远远大于前述的四周固定的压电振动板，它能更有效的驱动更多液体从喷嘴孔中喷出，因此，这种喷头可以在较低的电压下工作，并且可以在保持喷出液体量不变的情况下，减小致动器的总体面积，从而实现喷嘴孔的高密度排列。但是，由于压电悬臂梁只有一端固定，另一端自由可动，这样，当悬臂梁较长时，悬臂梁结构比较脆弱，会导致喷头的寿命降低，并且悬浮的自由端非常难控制，这会引起喷出的墨滴大小不一致，从而降低打印质量。

最后一种是在将压电元件和振动板以两端支持(桥式)梁的形式设置在压力腔室内，见日本专利JP3-124448(图7A)和JP1989267047(图7B)，图7A中，201硅基板；202腔室；203喷孔；204振动板；205下电极；206压电膜；207上电极；208储液室；209边框。图7B中，301喷嘴；302喷嘴板；303下电极；304压电膜；305上电极。

这样的结构优势一方面在于桥中间部分不受衬底的制约，因此，桥式梁的变形量远远大于四周固定的压电振动板，它能更有效的驱动更多液体从喷嘴孔中喷出。另一方面，由于压电两端支持(桥式)梁的两端固定，因此，避免了压电悬臂梁结构中，仅一端固定，而另一端自由可动所引起的结构脆弱、可靠性低、不容易控制等问题。因此，基于压电两端支持(桥式)梁的液体喷头同时克服了基于四周固定的压电振动板式液体喷头和基于压电悬臂梁式液体喷头的缺点，它既保证了喷头工作的可靠性，又兼顾了喷头的工作效率。

但是，在日本专利申请JP1989267047提到的压电两端支持(桥式)梁的液体喷头是通过装配加工方法实现的，由于装配加工对工装夹具的精度要求非常高，从而导致制造成本很高；在日本专利申请平3-124448中提到的压电两端支持(桥式)梁的液体喷头是用硅基板作为腔室和喷嘴孔，由于硅基板比较薄并且脆，加工起来很容易产生裂纹，如果要高精度的制造高密度排列的喷嘴孔和压力腔室很困难。

发明内容

本发明提供一种液体喷头及其制造方法，以解决现有液体喷头成品率低、制造成本高和打印质量低的技术问题。

为了解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种液体喷头，包括：

一个硅基板；

设置在所述硅基板表面的液体腔室；

设置在所述液体腔室内部的两端固定的两端支持梁压电元件；

设置在所述硅基板上的供墨通道；

和与所述液体腔室连通的喷嘴孔；

其特征是，所述液体腔室和喷嘴孔共同由设置在所述硅基板表面上的一个或多个高分子膜层形成。

所述硅基板和压电元件之间设置有绝缘膜。

所述硅基板对应所述压电元件的下方还设置有凹部。

所述两端支持梁压电元件的两端与硅基板相连，作为两端支持梁的固定端，形成两端支持梁结构。

所述压电元件由下至上包括下电极、压电层和上电极，所述压电元件由设置在所述硅基板表面上的多个压电元件薄膜层形成。

所述压电元件一个表面设置有绝缘保护层，所述压电元件另一表面设有振动板，所述绝缘保护层的材料为二氧化硅(SiO₂)、碳化硅(SiC)或氮化硅(Si₃N₄)，所述振动板的材料为二氧化硅(SiO₂)。

所述压电元件与所述硅基板之间有活动的空间，所述压电元件与所述喷嘴孔之间有活动的空间。