CN101259789B - 液滴喷射头、液滴喷射装置和图像形成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供液滴喷射头、液滴喷射装置和图像形成装置。本发明的目的在于实现液滴喷射头、液滴喷射装置和图像形成装置的紧凑。为了实现该目的，在作为用于将集墨腔(38)内的墨提供到压力腔(50)的流路的供墨用通孔(112)和供墨用通孔(44)的内壁形成连接线(86)。通过以连接线(86)来连接上电极(54)和连接到驱动IC(60)的金属线(90)，从而电连接上电极(54)和驱动IC(60)。因此，与在分立的孔形成用于布线的通孔和墨流路径的情况相比，在顶板(41)中形成较少的孔。因此，可以拓宽电布线区域，结果可以使得喷墨记录头(32)紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及液滴喷射头、液滴喷射装置和图像形成装置。
背景技术
公知有通过选择性地从喷墨记录头(其为液滴喷射头的示例)的多个喷嘴喷射墨滴而在诸如记录片材等的记录介质上记录图像(包括字符)等的喷墨记录装置(液滴喷射装置)。由于这种喷墨记录装置的喷墨记录头使构成压力腔的振动板发生位移，所以充在压力腔内的墨从喷嘴喷出。在振动板上形成有用于使振动板发生位移的压电元件。
在供墨部设置在与压力腔所在侧相对的一侧并且压电元件夹在这二者之间的情况下(日本专利第3522163号公报)，供墨路径位于形成有压电元件的基板中，供墨路径连接供墨部和压力腔。
发明内容
本发明的目的在于使得液滴喷射头、液滴喷射装置和图像形成装置更紧凑。
为了达到上述目的，本发明的第一方面是一种液滴喷射头，该液滴喷射头具有：振动板，在所述振动板上形成有在施加电压时发生变形的压电元件；设置在所述压电元件上方的布线板，在所述布线板上设置有用于使所述压电元件变形的电线；液体储存腔，该液体储存腔被设置为使得所述布线板夹在所述液体储存腔和所述压电元件之间；压力腔，该压力腔被设置为使得所述振动板夹在所述压力腔和所述布线板之间；从所述压力腔喷射液滴的喷射口；将所述液体储存腔内的液体供应到所述压力腔的液体供应口；以及电连接部，所述电连接部形成在所述液体供应口的内壁的一部分处，穿过所述布线板并且电连接所述压电元件和所 述电线。
第二方面具有如下特征：在根据第一方面的液滴喷射头中，所述电连接部形成在所述液体供应口的内壁处。
第三方面具有如下特征：在根据第一或第二方面的液滴喷射头中，所述电连接部是通过溅射方法形成的。
第四方面具有如下特征：在根据第一到第三方面中的任一方面的液滴喷射头中，所述电线和所述电连接部被保护膜覆盖。
第五方面是一种液滴喷射装置，其中，沿着可以喷射液滴的区域的宽度方向设置有多个根据第一到第四方面中的任一方面的液滴喷射头。
第六方面是一种图像形成装置，其中所述液滴是墨，并且所述图像形成装置包括：传送记录介质的传送部；以及根据第五方面的液滴喷射装置，所述液滴喷射装置将液滴喷射到由所述传送部传送的记录介质上，其中所述液滴是墨。
第七方面具有如下特征：在根据第一方面的液滴喷射头中，在所述压电元件的上方层叠有分隔树脂层，所述压电元件包括上电极和下电极，所述上电极的一部分在所述液体供应口处从所述分隔树脂层的内缘部分伸出，所述下电极是地电位，所述电连接部的一端侧连接到所述上电极的伸出部，所述电连接部的另一端侧连接到所述电线。
第八方面具有如下特征：在根据第一方面的液滴喷射头中，在所述布线板的底面侧在对应于所述压力腔的外周壁的位置处凸出地形成有凸出部，并且所述电连接部沿着所述布线板的表面而形成。
根据第一方面，可以使得电线的区域很小，并且可以使得液滴喷射头紧凑。
根据第二方面，可以与电连接部共同使用液体供应口，并且可以使得电连接部所占的区域很小。
根据第三方面，可以在形成压电元件的压电元件基板形成步骤中形成所述电连接部。
根据第四方面，可以防止电线和电连接部的腐蚀。
根据第五方面，可以使得液滴喷射装置紧凑。
根据第六方面，可以使得图像形成装置紧凑。
附图说明
将基于下列附图详细地描述本发明的示例性实施方式，在附图中：
图1是示出根据本发明示例性实施方式的喷墨记录装置的示意性前视图；
图2是示出根据本发明示例性实施方式的喷墨记录头阵列的示意图；
图3是示出记录介质的宽度和根据本发明示例性实施方式的喷墨记录头的打印区宽度之间的关系的示意图；
图4是根据本发明示例性实施方式的喷墨记录头的示意性平面图；
图5是沿图4的线X-X的剖面图；
图6是示出根据本发明示例性实施方式的喷墨记录头的驱动IC的凸起部的示意性平面图；
图7A是沿图4的线Y-Y的剖面图；
图7B是图7A的示意性平面图；
图8是图7A的区域A的放大图，是根据第一示例性实施方式的喷墨记录头的剖面图；
图9是图7A的区域A的放大图，是根据第二示例性实施方式的喷墨记录头的剖面图；
图10是图7A的区域A的放大图，是根据第三示例性实施方式的喷墨记录头的剖面图；以及
图11A到图11C是示出根据第三示例性实施方式的喷墨记录头的连接线等等的制造工艺的剖面图。
具体实施方式
在下文中，将基于在附图中图示的实施例详细地描述本发明的优选示例性实施方式。
首先，描述配备有液滴喷射头的喷墨记录装置10作为实施例。相应 地，对液体是墨110并且液滴喷射头是喷墨记录头32的情况给出描述。此外，对记录介质是记录片材P的情况给出描述。
如图1中所示，喷墨记录装置10基本由以下部件构成：送出记录片材P的片材供应部12；控制记录片材P的姿势的配准调整部14；具有记录头部16和维护部18的记录部20，所述记录头部16喷射墨滴并且在记录片材P上形成图像，所述维护部18对记录头部16执行维护；以及排出其上已经在记录部20处形成图像的记录片材P的排出部22。
片材供应部12由以下部件构成：储存器24，记录片材P层叠存放在其中；以及传送装置26，所述传送装置26从储存器24逐一移去记录片材P，并且将其传送到配准调整部14。配准调整部14具有环形成部28和控制记录片材P的姿势的引导件29。由于记录片材P通过该部分，所以通过利用其张力而校正了偏斜，并且控制了传送定时，将记录片材P提供到记录部20。此外，经由片材排出带23，排出部22将记录片材P容纳在托盘25处，在记录部20处已经在所述记录片材上形成了图像。
记录片材P沿其传送的片材传送路径27构成在记录头部16和维护部1 8之间(片材传送方向由箭头PF示出)。片材传送路径27具有星形轮17和传送辊19，并且在将记录片材P夹在星形轮17和传送辊19之间的同时连续地(无停顿地)传送记录片材P。墨滴从记录头部16喷射到记录片材P上，并且在记录片材P上形成图像。
维护部18具有被设置为与喷墨记录单元30相对的维护装置21，并且在喷墨记录头32上实施诸如覆盖、擦拭、预喷射、吸引等的处理。
如图2中所示，每个喷墨记录单元30具有支承件34，支承件34沿着与箭头PF所示的片材传送方向正交的方向设置。多个喷墨记录头32安装于支承件34。在喷墨记录头32处按矩阵形式形成有多个喷嘴(喷射口)56，使得喷嘴56在记录片材P的宽度方向上横跨整个喷墨记录单元30地按均匀间距排列。
通过从喷嘴56喷射到沿片材传送路径27连续传送的记录片材P上的墨滴，在记录片材P上记录图像。注意，例如，对应于黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)和黑色(K)的各颜色，设置有至少四个喷墨记录 单元30，以记录所谓的全彩色图像。
如图3中所示，各个喷墨记录单元30的喷嘴56的打印区的宽度长于假定要对其在喷墨记录装置10处记录图像的记录片材P的最大片材宽度PW，从而有可能无需将喷墨记录单元30在片材宽度方向上移动即可在记录片材P的整个宽度上记录图像。即，喷墨记录单元30是可以进行单次通过打印的全宽度阵列(FWA)。
在这里，基本打印区宽度是从记录片材P的两端减去了不进行打印的页边距的记录区中的最大宽度，并且一般大于作为打印对象的最大片材宽度PW。这是因为存在这种考虑：记录片材P会在相对于传送方向倾斜预定角度的同时(即在歪斜时)被传送，并且因为对于无边界打印的要求很高。
接下来，详细地描述上述结构的喷墨记录装置10中的喷墨记录头32。注意，图4是示出喷墨记录头32的总体结构的示意性平面图，而图5是沿图4的线X-X的剖面图。此外，图7A是沿图4的线Y-Y的示意性剖面图，图7B是图7A的平面图。图8是图7中所示区域A的放大图。
(第一示例性实施方式)
如图4和图5中所示，在喷墨记录头32设置有顶板件40。在本示例性实施方式中，由玻璃制成并且构成顶板件40的顶板(布线板)41是板状的且具有布线，并且是整个喷墨记录头32的顶板。
由耐墨材料制成的集腔件(pooling chamber member)39贴附到顶板件40。在汇集腔件39和顶板41之间形成有预定形状和容积的集墨腔(inkpooling chamber)(液体储存腔)38。在集腔件39中的预定位置处穿设有连接到墨罐(未示出)的供墨口36，从供墨口36注入的墨110储存在集墨腔38中。
在顶板件40设置有驱动IC 60和用于给驱动IC 60供电的金属线90。树脂保护膜92覆盖并保护金属线90，从而防止金属线90被墨110腐蚀。注意，挠性印刷电路(FPC)100也连接到金属线90。
在另一方面，如图6中所示，在驱动IC 60的底面按矩阵形式凸出有预定高度的多个凸起62，并且所述多个凸起62倒装接合于集腔件39 外侧的顶板41上的金属线90。注意，驱动IC 60的周缘由树脂材料58密封。
用于供墨的以一对一方式对应于压力腔50(稍后描述)的通孔112穿过顶板41，其内部是第一供墨路径(液体供应口)114A。
充当流路基板的硅基板72中形成有填充有从集墨腔38供应的墨110的压力腔50。由SUS形成的连通路径基板120由粘接剂122接合到硅基板72的底部区域。
在连通路径基板120中形成有连接到压力腔50的连通路径124。连通路径124是比压力腔50狭窄的空间。此外，在其中形成有与连通路径124连接的喷嘴56的喷嘴板74接合到连通路径基板120的底面。
在硅基板72的顶面形成有压电元件基板70。压电元件基板70具有振动板48。振动板48构成压力腔50的一个表面。振动板48是通过化学气相淀积(CVD)形成的SiOx膜，并且至少在垂直方向具有弹性。当向压电元件45(稍后描述)施加电压时，振动板48在垂直方向挠性形变(位移)。注意，振动板48可以是诸如Cr等的金属材料。由于振动板48的振动，通过增大和减小压力腔50的容积而产生压力波，从而墨滴经由压力腔50和连通路径124从喷嘴56喷射。
针对每个压力腔50，在振动板48的顶面设置有压电元件45。压电元件45由上电极54和下电极52构成，在上电极54和下电极52之间夹着可挠性形变的压电体46。下电极52位于压电元件45的振动板48侧。此外，下电极52是地电位。
在顶板41和压电元件45(更确切地说是上电极54)之间设置有间隔126(气层)，从而不影响压电元件45的驱动以及振动板48的振动。
在压电元件45上层叠有分隔树脂层82。分隔树脂层82划分压电元件基板70和顶板件40之间的空间。将顶板41的供墨用通孔112和硅基板72的压力腔50相连接的供墨用通孔44穿过分隔树脂层82，其内部是第二供墨路径(液体供应口)114B。在这里，第二供墨路径114B是将供墨用通孔112和压力腔50相连接的通孔，并且还包括形成在压力元件45和振动板48中的通孔(参见图8)。
第二供墨路径114B的横截面积小于第一供墨路径114A的横截面积，从而将整个供墨路径114的流路阻抗调整为预定值。即，使得第一供墨路径114A的横截面积与第二供墨路径114B的横截面积相比足够大，并且达到其中的流路阻抗与第二供墨路径114B中的流路阻抗相比基本上可以忽略的程度。因此，从集墨腔38到压力腔50的供墨路径114的流路阻抗由第二供墨路径114B限定。
如图8中所示，在供墨用通孔112和供墨用通孔44的内壁的一部分处形成有连接线(电连接部)86。在供墨用通孔44处，上电极54的一部分从分隔树脂层82的内缘部分伸出。连接线86的一端侧连接到上电极54的伸出部，连接线86的另一端侧连接到金属线90。以这种方式，上电极54和驱动IC 60相连接。
至少墨110所接触的供墨用通孔112、44(压电体45，振动板48)、连接线86、压力腔50等的表面被充当保护膜的低透水性绝缘膜(SiOx膜)80所覆盖和保护。因为低透水性绝缘膜(SiOx膜)80是在透湿性低的情况下淀积的，所以在压电元件45的情况下，低透水性绝缘膜80可以防止由于湿气透入压电元件45而导致可靠性差(PZT膜内的氧被还原而导致压电特性劣化)。此外，在连接线86等处，低透水性绝缘膜(SiOx膜)80防止由墨引起的腐蚀。在此，SiOx膜80用作保护膜，但除此之外，也可以使用SiC或SiCN。
下面将描述在配备有喷墨记录头32的喷墨记录装置10处的操作。
首先，当指示打印的电信号发送到图1所示的喷墨记录装置10时，从储存器24中拾起一张记录片材P，传送装置26将其传送。
另一方面，在图5所示的喷墨记录单元30处，已经经由供墨口将墨110从墨罐倾入(注入)喷墨记录头32的集墨腔38。将注入到集墨腔38中的墨110经由供墨路径114提供到(注入)压力腔50。此时，在喷嘴56的末端(喷出口)形成弯液面，其中墨110的表面略微向压力腔50一侧凹入。
随后，在传送记录片材P的同时，由于选择性地从多个喷嘴56喷射墨滴，所以将基于图像数据的图像的一部分记录在记录片材P上。即， 通过驱动IC 60在预定定时将电压施加到预定的压电元件45，振动板48在垂直方向上挠性形变(面外振动)，对压力腔50内的墨110施加压力，墨110从预定喷嘴56喷射为墨滴。
当已经按这种方式将基于图像数据的图像完全记录到记录片材P上时，通过片材排出带23将记录片材P排出到托盘25。以这种方式，完成在记录片材P上的打印处理(图像记录)。
如图5中所示，必须在位于集墨腔38和压力腔50之间的顶板41和分隔树脂层82(包括振动板48等)中形成用于将集墨腔38内的墨提供到压力腔50的流路。此外，必须在顶板41和分隔树脂层82中形成用于电布线的通孔，以电连接设置在顶板41的顶面的驱动IC 60与位于分隔树脂层82的下部的压电元件45。
然而，在本示例性实施方式中，如图8中所示，连接线86设置在作为用于将集墨腔38内的墨提供到压力腔50的流路的供墨用通孔112和供墨用通孔44(供墨路径114)的内壁的一部分处。通过将连接线86连接到上电极54和连接到驱动IC 60的金属线90(参见图5)，前述的用于电布线的通孔变得不再必要。
因此，与在分立的孔中形成用于电布线的通孔和供墨路径的情况相比，在顶板41中形成较少的孔。因此，可以拓宽电布线区域，结果，可以使得喷墨记录头32紧凑。
注意，在这里，连接线86形成在供墨用通孔112和供墨用通孔44(供墨路径114)的内壁的一部分处，金属线90和上电极54通过连接线86相连接。然而，因为只要能够电连接金属线90和上电极54就足够了，所以采用的结构不限于此。
(第二示例性实施方式)
下面将描述第二示例性实施方式的喷墨记录头32。注意，在下面的描述中，与第一示例性实施方式的喷墨记录头32的结构元件、部件相同的结构元件、部件等等是以相同的标号来表示的，并且省略对其的详细描述(包括对其操作的描述)。
在本示例性实施方式中，使得上电极54侧为共用电极和地电位，使 得下电极52侧为单独电极。具体来说，如图9中所示，上电极54处于压电体46的内缘部分的外侧，下电极52的一部分从分隔树脂层82和压电体46的内缘部分伸出。此外，连接到金属线90的连接线86连接到下电极52的伸出部。
(第三示例性实施方式)
下面将描述第三示例性实施方式的喷墨记录头32。注意，在下面的描述中，与第二示例性实施方式的喷墨记录头32的结构元件、部件相同的结构元件、部件等等是以相同的标号来表示的，并且省略对其的详细描述(包括对其操作的描述)。
在本示例性实施方式中，如图10中所示，在顶板41的底面侧的对应于压力腔50的外周壁的位置处凸出地形成有凸出部41A。即，这是一种不使用在第二示例性实施方式中提供的分隔树脂层82的结构。
因此，连接线86沿着顶板41(更确切地说，包括压电体46)的表面形成。在如图9中所示地连接线86设置在顶板41和分隔树脂层82的表面的情况下，取决于用作分隔树脂层82的树脂膜的材料，存在着连接线86可能由于顶板41和分隔树脂层82之间的热膨胀差异而断开的担忧。然而，当不使用分隔树脂层82时，该问题不出现。
图11A到图11C是示出在本示例性实施方式中示出的连接线86的制造方法的实施例的图。图11A是如下的方法：在压电元件基板70上形成顶板41之后，保持压电元件基板70的工件(未示出)倾斜了预定角度(倾斜到供墨路径114的阴影不延伸到下电极52暴露的部分的程度)，并且在旋转所述工件的同时通过溅射而形成连接线86和金属线90。
以这种方式，如图11B中所示，连接线86可靠地连接到下电极52和金属线90。随后，如图11C中所示，对通过溅射形成的金属线90进行构图，之后，在气相淀积步骤中，由低透水性绝缘膜(SiOx膜)覆盖连接线86和金属线90的表面。
这些喷墨记录头32被构成为振动板48(压电元件45)位于集墨腔38和压力腔50之间，并且集墨腔38和压力腔50不在于同一水平面上。因此，压力腔50被设置为互相邻近，并且以高密度设置喷嘴56。
此外，向压电元件45施加电压的驱动IC 60被构成为不比压电元件基板70更向外伸出(即，包在喷墨记录头32之内)。因此，与其中驱动IC 60安装在喷墨记录头32的外部的情况相比，连接压电元件45和驱动IC 60的金属线90的长度可以较短，并且由此实现从驱动IC 60到压电元件45的阻抗的降低。
即，以实际的布线阻抗值实现了喷嘴56的较高密度(即喷嘴56的高密度矩阵式排布)，由此可以实现较高的分辨率。此外，因为驱动IC 60倒装接合到顶板41，所以容易地实现了高密度布线连接以及阻抗的降低，此外，还设计了驱动IC 60的高度的降低(驱动IC 60可以更薄)。因此，也实现了喷墨记录头32的紧凑性。
在上面描述的示例性实施方式的喷墨记录装置10中，基于图像数据，选择性地从黑色、黄色、品红色和青色的各颜色的喷墨记录单元30喷射墨滴，从而在记录片材P上记录全彩色图像。然而，本发明中的喷墨记录不限于将字符和图像记录在记录片材P上。
即，记录介质不限于纸张，并且喷射的液体不限于墨。例如，根据本发明的喷墨记录头32可以应用于产业上使用的一般性液滴喷射装置，例如通过将墨喷射到高聚合物膜或玻璃上来制造用于显示器的滤色器，或者通过将熔焊状态的焊料喷射到基板来形成用于部件安装的凸起，等等。
此外，在上面描述的示例性实施方式的喷墨记录装置10中，描述了对应于片材宽度的所谓全宽度阵列(FWA)的实施例。然而，本发明并不限于此，可以使用具有主扫描机构和辅扫描机构的部分宽度阵列(PWA)。
对本发明示例性实施方式的前述描述是为了例示和描述的目的而提供的。其并非旨在穷举或者将本发明限于所公开的确切形式。显然，许多变型和修改对于本领域技术人员是显而易见的。选择并描述这些示例性实施方式是为了最好地说明本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域其他技术人员能够理解本发明的适用于所构想特定用途的各种实施方式和各种变型。旨在由所附权利要求书及其等同物来限定本发明的范围。
Claims (7)
1.一种液滴喷射头，该液滴喷射头包括：
振动板，在所述振动板形成有在施加电压时发生变形的压电元件；
设置在所述压电元件上方的布线板，在所述布线板设置有用于使所述压电元件变形的电线；
液体储存腔，该液体储存腔被设置为使得所述布线板夹在所述液体储存腔和所述压电元件之间；
压力腔，该压力腔被设置为使得所述振动板夹在所述压力腔和所述布线板之间；
从所述压力腔喷射液滴的喷射口；
将所述液体储存腔内的液体供应到所述压力腔的液体供应口；以及
电连接部，所述电连接部形成在所述液体供应口的内壁的一部分处，穿过所述布线板，并且电连接所述压电元件和所述电线。
2.如权利要求1所述的液滴喷射头，其中，所述电连接部是通过溅射方法形成的。
3.如权利要求1所述的液滴喷射头，其中，所述电线和所述电连接部被保护膜覆盖。
4.如权利要求1所述的液滴喷射头，其中，在所述压电元件的上方层叠有分隔树脂层，所述压电元件包括上电极和下电极，所述上电极的一部分在所述液体供应口处从所述分隔树脂层的内缘部分伸出，所述下电极是地电位，所述电连接部的一端侧连接到所述上电极的伸出部，所述电连接部的另一端侧连接到所述电线。
5.如权利要求1所述的液滴喷射头，其中，在所述布线板的底面侧在对应于所述压力腔的外周壁的位置处凸出地形成有凸出部，并且所述电连接部沿着所述布线板的表面而形成。
6.一种液滴喷射装置，其中，沿着可以喷射液滴的区域的宽度方向设置有多个如权利要求1所述的液滴喷射头。
7.一种图像形成装置，该图像形成装置包括：
传送记录介质的传送部；以及
如权利要求6所述的液滴喷射装置，所述液滴喷射装置将液滴喷射到由所述传送部传送的记录介质上，
其中所述液滴是墨。
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