CN101491973B - 液体喷射头的制造方法以及液体喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液体喷射头的制造方法以及液体喷射装置，包括：流路形成工序，将至少包括压力产生室(12)的液体流路形成在流路形成衬底(10(110))上；第一粘接工序，在液体流路开口的流路形成衬底(10)的一个面侧涂布粘接剂形成第一粘接层(201)，通过第一粘接层(201)粘接喷嘴板(20)；以及第二粘接工序，在第一粘接工序之后实施，在流路形成衬底(10)的另一个面侧涂布粘接剂形成第二粘接层(202)，通过第二粘接层(202)粘接柔性衬底(40)。
Description
技术领域
本发明涉及从喷嘴喷射液滴的液体喷射头的制造方法以及液体喷射装置，特别涉及喷射作为液滴的墨滴的喷墨式记录头的制造方法以及喷墨式记录装置。
背景技术
作为喷出液滴的液体喷射头的代表例，可以列举出喷射墨滴的喷墨式记录头。该喷墨式记录头例如包括：喷嘴板，在该喷嘴板上贯穿设置有喷嘴；流路形成衬底，形成有与喷嘴连通的多个压力产生室和与所述多个压力产生室连通并构成储存器的一部分的连通部；作为压力产生单元的压电元件，形成在该流路形成衬底的一个面侧；储存器形成衬底(保护衬底)，与流路形成衬底接合，并具有与连通部一起构成储存器的储存部；以及柔性衬底，与储存器形成衬底接合并密封储存器的一个开口(例如，参照日本专利文献特开2006-218716号公报)。
在这样构成的喷墨式记录头中，通过粘接剂将喷嘴板和柔性衬底粘接到流路形成衬底或储存器形成衬底等上。专利文献1没有明确地公开粘接方法，但是一般来说是在将柔性衬底粘接到储存器形成衬底等上后，再通过粘接剂将喷嘴板粘接到流路形成衬底上。
如果在以这样的顺序粘接柔性衬底后，再将喷嘴板粘接到流路形成衬底上，则在该过程中流路形成衬底的表面会附着异物，而该异物会夹持在喷嘴板与流路形成衬底之间，由此可能产生粘接不良。另外，喷嘴板的表面还可能形成被称为所谓“凸打痕”的突起部。
一旦产生喷嘴板与流路形成衬底的粘接不良，则由于两者之间产生的空间，会导致相邻的压力产生室彼此接连在一起，从而可能对墨滴的喷射特性带来不良影响。另一方面，一旦喷嘴板的表面形成了突起部，则例如在喷嘴板面上将喷墨式记录头定位、固定到预定位置的情况下，有可能会产生粘接不良或头的定位精度降低的问题。
另外，不但是在喷射墨滴的喷墨式记录头的制造方法中，当然在喷射墨滴以外的液滴的其他液体喷射头的制造方法中也同样存在这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够防止异物夹持在喷嘴板与流路形成衬底之间的液体喷射头的制造方法以及液体喷射装置。
解决上述问题的本发明是一种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包括：喷嘴板，在该喷嘴板上贯穿设置有喷射液滴的喷嘴；流路形成衬底，该喷嘴板与该流路形成衬底的一个面侧接合，并形成有至少包括与所述喷嘴连通的多个压力产生室的液体流路；压力产生单元，向所述压力产生室内施加压力；以及柔性衬底，具有由能够根据所述液体流路的压力变化而变形的材料形成的可挠部；所述液体喷射头的制造方法的特征在于，包括如下工序：流路形成工序，将所述液体流路形成在所述流路形成衬底上；第一粘接工序，在所述液体流路开口的所述流路形成衬底的一个面侧涂布粘接剂形成第一粘接层，通过该第一粘接层粘接所述喷嘴板；以及第二粘接工序，在所述第一粘接工序之后实施，在所述流路形成衬底的另一个面侧涂布粘接剂形成第二粘接层，通过该第二粘接层粘接所述柔性衬底。
在该本发明中，在将喷嘴板粘接到流路形成衬底上之后，实施粘接柔性衬底的工序。即，在流路形成衬底上形成液体流路之后，流路形成衬底附着异物之前粘接喷嘴板。由此，能够将喷嘴板非常好地粘接到流路形成衬底上，并且也不会在喷嘴板的表面上形成突起部。
这里，例如，所述液体喷射头还包括与所述流路形成衬底的另一个面侧接合并具有储存部的储存器形成衬底，所述液体喷射头的制造方法还包括在所述流路形成工序之前将所述储存器形成衬底与所述流路形成衬底的另一个面侧接合的接合工序，在所述第二粘接工序中，将所述柔性衬底粘接到与所述流路形成衬底的另一个面侧接合的所述储存器形成衬底上，密封所述储存部的一个开口。即，也可以经由储存器形成衬底将柔性衬底固定到流路形成衬底上。即使是在液体喷射头具有储存器形成衬底的情况下，也能够良好地粘接流路形成衬底和喷嘴板。
优选的是，还包括硬化工序，即：在所述第一粘接工序中通过所述第一粘接层暂时固定所述喷嘴板，并且在所述第二粘接工序中通过所述第二粘接层暂时固定所述柔性衬底，在所述第二粘接工序之后使所述第一粘接层和所述第二粘接层硬化。由此能够使第一和第二粘接层同时硬化，从而简化制造工序。
优选的是，在所述硬化工序中，在将所述喷嘴板和所述柔性衬底向所述流路形成衬底按压的状态下使所述第一粘接层和所述第二粘接层硬化。由此，能够使第一和第二粘接层良好地硬化，从而能够可靠地固定喷嘴板与流路形成衬底和柔性衬底与流路形成衬底。
另外，本发明是一种液体喷射装置，其包括由上述制造方法制造出的液体喷射头。在该本发明的装置中，通过具有上述液体喷射头，能够实现提高了喷射头的耐久性具有可靠性的液体喷射装置。
附图说明
图1是一个实施方式中的记录头的分解立体图；
图2是一个实施方式中的记录头的平面图和截面图；
图3是表示一个实施方式中的制造工序的截面图；
图4是表示一个实施方式中的制造工序的截面图；
图5是表示一个实施方式中的制造工序的截面图；
图6是表示记录头的变形例的截面图；
图7是一个实施方式中的记录装置的简要图。
具体实施方式
以下，根据实施方式来详细说明本发明。
图1是通过本发明的一个实施方式中的制造方法制造的喷墨式记录头的分解立体图，图2的(a)是图1的平面图，图2的(b)是图2的(a)的A-A′截面图。
如图所示，在本实施方式中，流路形成衬底10由结晶面取向为(110)的单晶硅衬底形成，在其一个面上形成有由氧化膜构成的弹性膜50。流路形成衬底10在其宽度方向上并列设置有通过隔壁11分隔成的多个压力产生室12。另外，在流路形成衬底10的压力产生室12的长度方向一个端部侧设置有与通过隔壁11分隔成的各压力产生室12连通的墨水供应通路13和连通通路14。并且，在连通通路14的外侧设置有与各连通通路14连通的连通部15。该连通部15与后述的储存器形成衬底30的储存部31连通，并构成作为各压力产生室12的共同的墨水室(液体室)的储存器100的一部分。
这里，墨水供应通路13的截面积形成得比压力产生室12小，将从连通部15流入到压力产生室12中的墨水的流路阻力保持为恒定。例如，在本实施方式中，通过在宽度方向上缩小储存器100与各压力产生室12之间的靠压力产生室12侧的流路，从而以比压力产生室12的宽度小的宽度形成墨水供应通路13。另外，在本实施方式中，是通过从一侧缩小流路的宽度来形成了墨水供应通路，但是也可以通过从两侧缩小流路的宽度来形成墨水供应通路。并且，也可以通过不缩小流路的宽度而从厚度方向缩小流路来形成墨水供应通路。通过将压力产生室12的宽度方向两侧的隔壁11延伸到连通部15侧而分隔墨水供应通路13与连通部15之间的空间，来形成各连通通路14。
在本实施方式中，作为流路形成衬底10的材料使用了单晶硅衬底，但是当然不限于此，例如也可以使用玻璃陶瓷、不锈钢等。
在流路形成衬底10的开口面侧通过第一粘接层201粘接贯穿设置有多个喷嘴21的喷嘴板20，各喷嘴21分别与各压力产生室12的与墨水供应通路13相反侧的端部附近连通。该喷嘴板20例如通过不锈钢等金属材料形成。另外，喷嘴板20除了金属材料以外也可以例如通过玻璃陶瓷或单晶硅衬底等形成。
另一方面，在流路形成衬底10的与开口面相反侧的面上如上所述形成有弹性膜50，在该弹性膜50上形成有由与弹性膜50不同材料的氧化膜形成的绝缘体膜55。并且，在该绝缘体膜55上形成有包括下电极膜60、压电体层70以及上电极膜80的作为压力产生单元的压电元件300。这里，压电元件300不仅包括具有下电极膜60、压电体层70以及上电极膜80的部分，还至少包括具有压电体层70的部分。一般来说，将压电元件30的某一个电极作为公共电极，将另一个电极和压电体层70按照每个压力产生室12进行图案化并作为个别电极。这里，将压电元件300和通过该压电元件300的驱动而产生位置变动的振动板合在一起称为致动装置。另外，在上述例子中，弹性膜50、绝缘体膜55以及下电极膜60实质上作为振动板而发挥作用，但是也可以不设置弹性膜50、绝缘体膜55，仅留下下电极膜60而将下电极膜60作为振动板。另外，压电元件300自身也可以兼作振动板。
并且，在这样的各压电元件300的上电极膜80上分别连接有例如由金(Au)等形成的引线电极90，经由该引线电极90选择性地向各压电元件300施加电压。
在形成有这样的压电元件300的流路形成衬底10上例如通过粘接层35固定有储存器形成衬底30，该储存器形成衬底30具有构成储存供应给多个压力产生室12的墨水的储存器100的至少一部分的储存部31。在本实施方式中，在厚度方向上贯穿储存器形成衬底30并在整个压力产生室12的宽度方向上形成所述储存部31，所述储存部31如上所述与流路形成衬底10的连通部15连通而构成储存器100。另外，在具有储存器形成衬底30的情况下，也可以将流路形成衬底10的连通部15按照每个压力产生室12分割成多个，而仅将储存部31作为储存器。并且，也可以例如在流路形成衬底10上仅设置压力产生室12，在介于流路形成衬底10与储存器形成衬底30之间的部件(例如，弹性膜50、绝缘体膜55等)上设置连通储存器和各压力产生室12的墨水供应通路。
另外，在储存器形成衬底30上设置有用于接合压电元件300的压电元件保持部32。另外，压电元件保持部32内部可以被密封，也可以不被密封。
作为这样的储存器形成衬底30，优选使用与流路形成衬底10的热膨胀率近似相同的材料、例如玻璃材料、陶瓷材料等，尤其适于使用与流路形成衬底10相同材料的单晶硅衬底。
另外，在储存器形成衬底30上设置有在厚度方向上贯穿储存器形成衬底30的通孔33，从各压电元件300引出的引线电极90的端部附近以及下电极膜60的一部分露出到该通孔33内。虽然没有图示，但是所述引线电极90和所述下电极膜60经由延伸设置在通孔33内的连接配线与用于驱动压电元件300的驱动IC等电连接。
另外，在这样的储存器形成衬底30上通过第二粘接层202接合有包括密封膜41和固定板42的柔性衬底40。这里，配置在储存器形成衬底30侧的密封膜41由刚性低、可以根据储存器100内的压力变化而变形的材料例如弹性材料形成。具体地说，密封膜41例如由厚度为6μm的聚苯硫醚(PPS)膜等形成。为了固定密封膜41而设置固定板42，该固定板42通过金属等硬质的材料、例如厚度为30μm的不锈钢(SUS)等形成。该固定板42的与储存器100相对的区域成为厚度方向完全被去除了的开口部43，储存器100的一个面侧仅由具有可挠性的密封膜41密封。即，该开口部43内成为根据储存器100的内压的变化而变形的可挠部。并且，通过柔性衬底40的该可挠部(密封膜41)的变形，而将储存器100内维持为近似恒定的压力。
另外，如果柔性衬底40能够可靠地固定在储存器形成衬底30上，则可以不设置固定板42，可以仅由密封膜41构成。
在这样的本实施方式的喷墨式记录头中，从与没有图示的外部墨水供应单元连接的墨水导入口摄入墨水，由墨水充满从储存器100到喷嘴21的内部之后，根据来自没有图示的驱动IC的记录信号来向与压力产生室12相对应的各个压电元件300施加电压，使压电元件300产生弯曲变形，由此可以提高各压力产生室12内的压力，从而从喷嘴21喷射墨滴。
以下，参照图3～图5来说明这样的喷墨式记录头的制造方法。另外，图3～图5是压力产生室的长度方向的截面图。
首先，如图3的(a)所示，在作为硅晶片的、一体地形成有多个流路形成衬底10的流路形成衬底用晶片110的表面上形成构成弹性膜50的氧化膜51。该氧化膜51的形成方法没有特别限定，但是例如通过在扩散炉等中对流路形成衬底用晶片进行热氧化形成即可。接着，如图3的(b)所示，在弹性膜50(氧化膜51)上形成由材料与弹性膜50不同的氧化膜构成的绝缘体膜55。
然后，如图3的(c)所示，在绝缘体膜55上形成了下电极膜60之后，将该下电极膜60图案化为预定形状。接着，如图3的(d)所示，在流路形成衬底用晶片的整个面上形成例如由锆钛酸铅(PZT)等构成的压电体层70和上电极膜80，将所述压电体层70和所述上电极膜80在与各压力产生室12相对的区域进行图案化，从而形成压电元件300。
接着，如图4的(a)所示，形成引线电极90。具体地说，首先在流路形成衬底用晶片110的整个面上形成金属层91，将该金属层91按照每个压电元件300来进行图案化，由此形成引线电极90。
然后，如图4的(b)所示，在流路形成衬底用晶片的压电元件300侧接合作为硅晶片的储存器形成衬底用晶片130(接合工序)。该储存器形成衬底用晶片130的接合方法没有特别限定，例如形成由环氧系的粘接剂等构成的粘接层35，通过该粘接层35固定在流路形成衬底用晶片上即可。另外，在储存器形成衬底用晶片130上预先形成有储存部31、压电元件保持部32以及通孔33。
接着，如图4的(c)所示，对流路形成衬底用晶片110的与储存器形成衬底用晶片130相反面侧进行加工，使流路形成衬底用晶片110成为预定的厚度。然后，如图4的(d)所示，在流路形成衬底用晶片110的表面上形成作为形成压力产生室12等的墨水流路时的掩模的预定图案的保护膜52。然后，如图5的(a)所示，将该保护膜52作为掩模而对流路形成衬底用晶片110进行各向异性刻蚀(湿式刻蚀)，从而在流路形成衬底用晶片110上形成压力产生室12、墨水供应通路13、连通通路14以及连通部15。即，在流路形成衬底用晶片110中通过例如氢氧化钾(KOH)水溶液等刻蚀液对流路形成衬底用晶片110进行刻蚀直到露出弹性膜50，由此同时形成压力产生室12等(流路形成工序)。并且，去除弹性膜50和绝缘体膜55而使连通部15和储存部31连通。
接着，如图5的(b)所示，将喷嘴板20与流路形成衬底用晶片110的一个面侧的表面、即压力产生室12等开口的表面接合。在本实施方式中，在从流路形成衬底用晶片110的表面去除了保护膜52之后，涂布环氧系的粘接剂形成第一粘接层201，通过该第一粘接层201将与各流路形成衬底10相对应的多个喷嘴板20粘接到流路形成衬底用晶片110上(第一粘接工序)。具体地说，使喷嘴板20与未硬化状态的第一粘接层201接触，在使用夹具等将喷嘴板20如图中箭头所示的那样向流路形成衬底用晶片110以预定压力按压的状态下，使第一粘接层201加热硬化。
然后，如图5的(c)所示，通过第二粘接层202将柔性衬底40粘接到流路形成衬底用晶片110的另一个面侧(第二粘接工序)。在本实施方式中，通过第二粘接层202将柔性衬底40经由储存器形成衬底用晶片130而粘接到流路形成衬底用晶片110的另一面侧。具体地说，与喷嘴板20的情况相同，使柔性衬底40与未硬化状态的第二粘接层202接触，在将柔性衬底40用夹具等向储存器形成衬底用晶片130(流路形成衬底用晶片110)以预定压力按压的状态下，使第一粘接层202加热硬化。
由此，能够将喷嘴板20良好地固定到流路形成衬底用晶片110上，并且能够将柔性衬底40良好地固定到储存器形成衬底用晶片130上。尤其是，在将柔性衬底40粘接到储存器形成衬底用晶片130上的第二粘接工序之前、即在流路形成衬底用晶片110上形成压力产生室12等墨水流路的流路形成工序之后，紧接着实施将喷嘴板20粘接到流路形成衬底用晶片110上的第一粘接工序，因此能够在流路形成衬底用晶片110的表面没有附着异物的状态下通过第一粘接层201将喷嘴板20良好地粘接到流路形成衬底用晶片110上。
因此，不会在喷嘴板20与流路形成衬底用晶片110之间形成空间而导致相邻的压力产生室12之间经由该空间连通，从而能够得到良好的喷射特性。另外，也不会在喷嘴板20的表面上形成所谓的“凸打痕”的突起部。因此，即使是在喷嘴板20的表面侧定位固定多个喷墨式记录头的情况下，也能够高精度地定位固定各打印头。
另外，例如在由单晶硅衬底等材料形成喷嘴板20的情况下，不会产生喷嘴板20的表面形成上述突起部的问题，但是会产生形成上述空间部的问题。即，本发明的制造方法不管由哪种材料形成喷嘴板20均能够起到效果。
另一方面，当然也能够将柔性衬底40通过第二粘接层202良好地固定到储存器形成衬底用晶片130上。顺便说一下，在将柔性衬底40粘接到储存器形成衬底用晶片130上时，有时会在储存器形成衬底用晶片130的表面上附着一些异物，但是柔性衬底40的储存器形成衬底用晶片130侧的面通过由具有能够根据储存器100内的压力变化而变形的程度的柔软性的材料形成的密封膜41构成。因此，即使是在附着有一些异物的情况下，也能够将柔性衬底40在该密封膜41变形了的状态下良好地固定到储存器形成衬底用晶片130上。即，不会在储存器形成衬底用晶片130与柔性衬底40之间形成空间从而产生储存器100与外部连通、墨水泄漏等问题。
另外，之后通过将流路形成衬底用晶片110和储存器形成衬底用晶片130的外周缘部的不需要部分例如使用切割器等切断而去除，并通过将所述流路形成衬底用晶片110、所述储存器形成衬底用晶片130等分割成图1所示的一个芯片尺寸的流路形成衬底10等，从而制造出上述构造的喷墨式记录头。
以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，在第一粘接工序中使第一粘接层201加热硬化之后，实施了第二粘接工序，但是不限于此。例如，也可以在第一粘接工序中，将喷嘴板20保持为使其与未硬化的第一粘接层201接触的状态，在第二粘接工序中，将柔性衬底40保持为使其与未硬化的第二粘接层202接触的状态，之后实施使所述第一和第二粘接层201、202硬化的硬化工序。在该情况下，也能够与上述实施方式的情况相同将喷嘴板20和柔性衬底40良好地固定到流路形成衬底10(流路形成衬底用晶片110)上。
另外，例如在上述实施方式中，例示出具有储存器形成衬底30的喷墨式记录头，但是本发明不限于具有储存器形成衬底30的喷墨式记录头，也能够适用于不具有储存器形成衬底30的喷墨式记录头。例如，如图6所示，喷墨式记录头也可以是如下的构造，即：仅连通部15作为储存器100发挥作用，通过第二粘接层202将柔性衬底40粘接到流路形成衬底10(绝缘体膜55)上。
另外，上述实施方式的喷墨式记录头构成具有与墨盒等连通的墨水流路的记录头单元的一部分，并被安装在作为液体喷射装置的一个例子的喷墨式记录装置。图7是表示该喷墨式记录装置的一个例子的简要图。如图7所示，具有喷墨式记录头的记录头单元1A和1B可装卸地设置有构成墨水供应单元的盒体2A和2B，安装有该记录头单元1A和1B的托架3被可轴向自由移动地设置在安装于装置主体4的托架轴5上。该记录头单元1A和1B例如分别喷出黑色墨水组成物和彩色墨水组成物。并且，通过将驱动马达6的驱动力经由没有图示的多个齿轮和正时带7传递给托架3，安装有记录头单元1A和1B的托架3沿托架轴5移动。另一方面，在装置主体4上沿托架轴5设置有压纸卷轴8，在压纸卷轴8上运送通过没有图示的供纸辊等供应的纸等作为记录介质的记录纸张S。
另外，图7示出了作为串行式液体喷射装置的一个例子的喷墨式记录装置，但是也能够适用于作为行打印头型的液体喷射装置的一个例子的喷墨式记录装置(行打印机)。
在上述实施方式中，举例说明了作为液体喷射头的一个例子的喷墨式记录头，但是本发明是广泛地以所有液体喷射头为对象的，当然也能够适用于喷射墨滴以外的液滴的液体喷射头的制造方法。作为其他的液体喷射头可以列举出：用于打印机等图像记录装置的各种记录头；用于制造液晶显示器等的滤色器的色料喷射头；用于形成有机EL显示器和FED(场发射显示器)等的电极的电极材料喷射头；用于制造生物芯片的生物有机物喷射头等。安装有这些液体喷射头的液体喷射装置不仅限于喷墨式记录装置，也可以适用于喷射墨水以外的液体的液体喷射装置。
Claims (5)
1.一种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包括：喷嘴板，在该喷嘴板上贯穿设置有喷射液滴的喷嘴；流路形成衬底，该喷嘴板与该流路形成衬底的一个面侧接合，并形成有至少包括与所述喷嘴连通的多个压力产生室的液体流路；压力产生单元，向所述压力产生室内施加压力；以及柔性衬底，具有由能够根据所述液体流路的压力变化而变形的材料形成的可挠部；所述液体喷射头的制造方法的特征在于，包括如下工序：
流路形成工序，将所述液体流路形成在所述流路形成衬底上；第一粘接工序，在所述液体流路开口的所述流路形成衬底的一个面侧涂布粘接剂形成第一粘接层，通过该第一粘接层粘接所述喷嘴板；以及第二粘接工序，在所述第一粘接工序之后实施，在所述流路形成衬底的另一个面侧涂布粘接剂形成第二粘接层，通过该第二粘接层粘接所述柔性衬底。
2.如权利要求1所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，
所述液体喷射头还包括与所述流路形成衬底的另一个面侧接合并具有储存部的储存器形成衬底，
所述液体喷射头的制造方法还包括在所述流路形成工序之前将所述储存器形成衬底与所述流路形成衬底的另一个面侧接合的接合工序，
在所述第二粘接工序中，将所述柔性衬底粘接到与所述流路形成衬底的另一个面侧接合的所述储存器形成衬底上，密封所述储存部的一个开口。
3.如权利要求1所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，
还包括硬化工序，即：在所述第一粘接工序中通过所述第一粘接层暂时固定所述喷嘴板，并且在所述第二粘接工序中通过所述第二粘接层暂时固定所述柔性衬底，在所述第二粘接工序之后使所述第一粘接层和所述第二粘接层硬化。
4.如权利要求3所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，
在所述硬化工序中，在将所述喷嘴板和所述柔性衬底向所述流路形成衬底按压的状态下使所述第一粘接层和所述第二粘接层硬化。
5.一种液体喷射装置，包括由权利要求1所述的制造方法制造出的液体喷射头。
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