CN101503025A - 液体喷头及液体喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液体喷头，其不仅能够实现制造成本的降低，也能够容易实现高密度化。所述液体喷头具有：流路形成基板(10)，其形成有用于与喷射墨液的喷嘴开口(21)连通的压力产生室(12)；压力产生元件(300)，其被形成为对所述压力产生室(12)施加用于喷射液体的压力；引线电极(90)，其与压力产生元件(300)连接；COF基板(410)，其与引线电极(90)连接；以及支承部件(400)，其以从设置有引线电极(90)的面立起的方式支承COF基板(410)。

Description

液体喷头及液体喷射装置

技术领域

本发明涉及一种液体喷头及液体喷射装置，尤其适用于作为液体喷出墨液的喷墨式记录头。

背景技术

作为喷出液滴的液体喷头的代表例，列举喷出墨滴的喷墨式记录头。作为该喷墨式记录头，例如公知有一种技术，其具备：流路形成基板，其形成例如与喷嘴开口连通的压力产生室和与该压力产生室连通的连通部；压电元件，其被形成在该流路形成基板的一方面侧；以及保护基板，其具有接合于流路形成基板的压电元件侧的面且用于保持压电元件的压电元件保持部。在此，在保护基板上，载置有用于驱动压电元件的驱动电路即IC。此外，经由从压电元件的一侧的电极被引出的引线电极，通过由导电性金属线形成的连接配线且利用引线接合法连接驱动电路和压电元件。

在保护基板上，保护与相对向的两列压力产生室对应配置的两列压电元件，在该种保护基板上形成在其中央部插通有所述连接配线的贯通孔。在所述喷墨式记录头中，由所述贯通孔部分连接所述引线电极和所述导电性金属线(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2004—148813号公报

但是，在上述现有技术中，由于利用引线接合法连接驱动电路和压电元件，所以具有难以高密度化的问题。此外，由于驱动电路平面地配置在保护基板上，所以产生包含压电元件的执行器部分的面积的增大。

并且，这样的问题不仅存在于喷出墨液的喷墨式记录头中，也同样存在于喷射墨液之外的液体的液体喷头中。

发明内容

本发明鉴于上述现有技术的问题点，其目的在于提供一种能够更高密度化的液体喷头及液体喷射装置。

达到上述目的的本发明的方式为一种液体喷头，其特征在于，所述液体喷头具有：流路形成基板，其形成有与喷射液体的喷嘴开口连通的压力产生室；压力产生元件，其被形成为对所述压力产生室赋予用于喷射液体的压力；引线电极，其对所述压力产生元件供应电信号；配线基板，其对所述引线电极供应电信号；以及支承部件，其支承所述配线基板使得所述配线基板从设置有所述引线电极的面立起。

根据本方式，由于经配线基板连接压电元件的引线电极，所以与在每一根配线上由接合工具进行接合的引线接合法的情况相比，能够更容易地实现高密度化。此外，由于支承部件支承配线基板使得所述配线基板从设置有所述引线电极的面立起，所以即使这样也能够容易地实现高密度化。

在此，所述配线基板相对于所述引线电极的连接可以通过各向异性导电层进行。在此情况下，能够最适当地进行规定的连接。

此外，所述液体喷头可以具有对所述压力产生元件施加驱动电压的驱动电路，所述驱动电路可以具有在面向所述支承部件的区域被安装到所述配线基板上的驱动电路。在此情况下，能够对驱动电路产生的热进行很好地散热，能够有助于其稳定的工作。

所述支承部件的一端可以被设置在所述配线基板和所述引线电极被连接的区域。在此情况下，不仅能够紧凑地形成支承部件及配线基板与引线电极的连接部分，也能够将支承部件作为所述连接部分的按压部件而起作用。此外，所述支承部件可以在一端具有缓冲部件，所述缓冲部件的部分面向所述配线基板与所述引线电极被连接的区域。在此情况下，能够利用支承部件均等地按压所述连接部。

也可以是多个所述压力产生元件成列设置，并且该压力产生元件的多个列相对向形成，所述支承部件与所述多个列对应配置，所述配线基板被固定安装在所述支承部件的不同区域，并且分别被连接于所述各列的所述各引线电极上。在此情况下，即使所述压力产生元件为多个列，也能够实现如所述的高密度化且能够实现制造成本的降低。

所示支承部件也可以是将多个支承部件粘合起来形成一体的部件。在此情况下，尤其在压力产生元件等的列为多个列的情况下，能够在支承部件的一面侧和其他面侧分别进行配线基板和引线电极间的校正的调整。因此，相应地容易进行规定的校正作业。

在此，也可以是所述引线电极的端部被引出到保护基板的外部，且在所述外部与所述配线基板的下端部连接，其中所述保护基板被接合于所述流路形成基板的所述压力产生元件侧的面并具有压力产生元件保持部，所述压力产生元件保持部用于保持所述压力产生元件。

本发明的其他的方式为一种液体喷射装置，其特征在于，所述液体喷射装置具有上述任一个液体喷头。在此情况下，作为液体喷射装置，可以发挥如上述那样的各个作用和效果。

进而，本发明的其他的方式为一种一种液体喷头的制造方法，是通过将配线基板电连接到液体喷头部件的引线电极上来制造液体喷头的制造方法，其中所述液体喷头部件具有：流路形成基板，其形成有与喷射液体的喷嘴开口连通的压力产生室；压力产生元件，其被形成为对所述压力产生室赋予用于喷射液体的压力；以及所述引线电极，其对所述压力产生元件供应电信号，

所述液体喷头的制造方法的特征在于，其包括：在支承部件上安装配线基板，并支承配线基板的步骤；使所述液体喷头部件的引线电极和所述配线基板的位置重合的步骤；以及对重合了的所述引线电极和所述配线基板的连接部进行按压而进行电连接的步骤。

根据本方式，由于能够经配线基板连接压电元件的引线电极，所以在每一根配线上用接合工具进行接合的引线接合法的情况下，能够容易实现该液体喷头的高密度化。此外，由于配线基板被支承部件支承，并从设置有引线电极的面立起，所以即使这样也能够容易实现高密度化。

在此，优选还具备在重叠所述引线电极的连接部和所述配线基板的连接部之前，在所述引线电极的连接部和所述配线基板的连接部之间配置各向异性导电层的步骤，按压所述引线电极的连接部和所述配线基板的连接部的步骤通过所述支承部件按压。

附图说明

图1是第一实施方式的记录头的分解立体图；

图2是第一实施方式的记录头的俯视图及剖面图；

图3是第二实施方式的记录头的分解立体图；

图4是第二实施方式的记录头的俯视图及剖面图；

图5是表示具有上述记录头的打印机的立体图；

图中：

I、II—喷墨式记录头；10—流路形成基板；12—压力产生室；13—连通部；14—墨液供应路；15—连通路；21—喷嘴开口；30—保护基板；32—压电元件保持部；33—贯通孔；60—下电极膜；70—压电体层；80—上电极膜；90—引线电极；120—驱动电路；300—压电元件；400、401—支承部件；410—COF基板；420—缓冲部件。

具体实施方式

以下基于附图详细说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的第一实施方式的液体喷头的一例、即喷墨式记录头的概略构成的分解立体图，图2是图1的俯视图及其A—A′剖面图。

如该图所示，流路形成基板10在本方式中由面方位(110)的硅单结晶基板形成，在其一方的面上形成有由二氧化硅形成的弹性膜50。

在流路形成基板10上，在其宽度方向上并列设置有多个压力产生室12，并形成两列设置。此外，在各列的压力产生室12的长度方向外侧的区域形成连通部13，连通部13和各压力产生室12经由在每个压力产生室12设置的墨液供应路14及连通部15而连通。连通部13构成储藏器100的一部分，该储藏器100与后述的保护基板30的储藏器部31连通，并成为每个压力产生室12的列共用的墨液室。墨液供应路14的宽度形成得比压力产生室12的宽度更窄，将从连通部13流入压力产生室12的墨液的流路阻力保持为一定。并且，在本方式中，虽然通过从一侧缩窄流路的宽度而形成了墨液供应路14，但也可以通过从两侧缩窄流路的宽度来形成墨液供应路。此外，也可以不缩窄流路的宽度，而通过从宽度方向缩窄来形成墨液供应路。进而，通过在连通部13侧延伸设置压力产生室12的宽度方向两侧的隔壁11而将墨液供应路14和连通部13之间的空间分开，由此形成各连通路15。即，在流路形成基板10上，墨液供应路14和连通路15由多个隔壁11分开而设置，其中墨液供应路14具有比压力产生室12的宽度方向的截面面积更小的截面面积，连通路15与该墨液供应路14连通且具有比墨液供应路14的宽度方向的截面面积更大的截面面积。

此外，在流路形成基板10的开口面侧，通过粘接剂或热熔敷薄膜等固定安装有喷嘴板20，喷嘴板20上穿设有喷嘴开口21，喷嘴开口21与各压力产生室12的与墨液供应路14相反一侧的端部附近连通。在本方式中，由于在流路形成基板10上并列设置有两列压力产生室12的列，所以在一个喷墨式记录头I上，设有两列喷嘴开口21被并列设置的喷嘴列。并且，喷嘴板20例如由玻璃陶瓷(glass ceramics)、单晶硅基板或者不锈钢等形成。

另一方面，在这样的流路形成基板10的与其开口面相反的一侧，如上述那样，形成有弹性膜50，在该弹性膜50上形成有绝缘体膜55。进而，在该绝缘体膜55上，下电极膜60、压电体层70和上电极膜80通过后述的工艺被层叠形成，构成压电元件300。在此，压电元件300是指包含下电极膜60、压电体层70及上电极膜80的部分。一般地说，将压电元件300的任一电极作为共用电极，在每个压力产生室12对另一电极及压电体层70进行图案化来构成。并且，这里，将由被图案化了的任一电极及压电体层70构成的，且通过对两电极施加电压而产生压电变形的部分称为压电体能动部。在本方式中，将下电极膜60作为压电元件300的共用电极，将上电极膜80作为压电元件300的个别电极，但在考虑驱动电路或配线时，即使将其反过来也不会有问题。此外，这里，将压电元件300和通过该压电元件300的驱动而产生变位的振动板一起称作执行器装置。并且，在上述的例中，虽然弹性膜50、绝缘体膜55及下电极膜60作为振动板起作用，但当然不仅限于此，例如，也可以不设置弹性膜50及绝缘体膜55，而是仅下电极膜60作为振动板起作用。此外，压电元件300本身实际上也可以兼作振动板。

压电体层70由在下电极膜60上形成的显示电—机械变换作用的压电材料构成。压电体层70优选使用钙钛矿(perovskite)构造的结晶膜，例如，适用钛酸锆酸铅(PZT)等强电介质材料，或在其中添加了氧化铌、氧化镍或者氧化镁等金属氧化物的材料等。

此外，在压电元件300的个别电极即各上电极膜80上连接有例如由金(Au)等形成的引线电极90，引线电极90从与墨液供应路14相反一侧的端部附近被引出，并延伸到绝缘体膜55上。但是，也可以延伸设置上电极膜80从而成为引线电极90。

在形成有这样的压电元件300的流路形成基板10上，即，在下电极膜60、弹性膜50及引线电极90上通过粘接剂35接合保护基板30，保护基板30具有构成储藏器100的至少一部分的储藏器部31。该储藏器部31，在本方式中，在厚度方向上贯通保护基板30且遍及压力产生室12的宽度方向形成，如上述那样构成与流路形成基板10的连通部13连通并成为各压力产生室12的共用的墨液室的储藏器100。此外，也可以在每个压力产生室12将流路形成基板10的连通部13分割为多个，仅将储藏器部31作为储藏器。进而，例如也可以在流路形成基板10上仅设置压力产生室12，在介于流路形成基板10和保护基板30之间的部件(例如，弹性膜50、绝缘体膜55等)上设置连通储藏器和各压力产生室12的墨液供应路14。

此外，在保护基板30的与压电元件300相对的区域设有压电元件保持部32，压电元件保持部32具有不阻碍压电元件300的运动的程度的空间。压电元件保持部32只要具有不阻碍压电元件300的运动的程度的空间即可，该空间可以被密封，也可以不被密封。

作为这样的保护基板30，优选使用与流路形成基板10的热膨胀率大致相同的材料，例如玻璃、陶瓷材料等，在本方式中，使用与流路形成基板10相同材料的单晶硅基板来形成。

此外，在保护基板30上设有在厚度方向贯通保护基板30的贯通孔33。并且，从各压电元件300被引出的引线电极90的端部附近以面对贯通孔33内的方式被设置。

用于驱动压电元件300的驱动电路120安装在作为配线基板的COF基板410上。在此，COF基板410，其下端部连接于电极90，并且大致垂直地立起，并被固定在支承部件400的侧面。在本方式中，支承部件400是两侧面为垂直面的长方体。

进一步详细地说，在本方式的喷墨式记录头I中，由于在流路形成基板10上设有两列并列设置的压力产生室12的列，所以压电元件300在压力产生室12的宽度方向(压电元件300的宽度方向)上并列设置的列设有两列。即，压力产生室12、压电元件300及引线电极90的两列相对向设置。并且，在下部被插入到贯通孔33中的支承部件400的两侧面，固定安装有两片COF基板410，各COF基板410的各自的下端部与引线电极90的端部连接，并且各COF基板410大致垂直地立起。在此，支承部件400在SUS制的部件的下端配置有可由特氟隆(Teflon)(注册商标)等适当形成的缓冲部件420。此外，COF基板410的下端部和引线电极90通过在各向异性导电薄膜或各向异性导电糊等各向异性导电层中含有的导电性粒子电连接。即，在引线电极90上配置了各向异性导电层之后，通过对在支承部件400上固定的COF基板410和引线电极90的位置进行调整，进行定位使得互相对应的配线相对置，通过在其上压下支承部件400，经其下端面将COF基板410按压向引线电极90侧。由此，通过导电性粒子进行COF基板410和引线电极90的规定的电连接。此时，缓冲部件420起到使对COF基板410的按压力均匀化的作用。在此，优选将支承部件400的下端面和COF基板410的下端部形成为所述导电性粒子的粒子直径的五倍以内的面精度。由此，能够与缓冲部件420的存在相辅，使通过COF基板410的下端部而作用于导电性粒子的按压力均匀化，从而可靠地破坏导电性粒子来确保良好的电连接。

此外，即使在将该喷墨式记录头I在其最高使用保证温度下使用的情况下，支承部件400也优选使用具有能够散热以使所述驱动电路的温度不会达到其接合温度的热传导率的部件。由此，即使在最严酷的负荷条件下使驱动电路工作，也可以充分发挥散热效果，由此能够有助于驱动电路的长期稳定的驱动。因此，本方式中的支承部件400以SUS为材料形成。在此情况下，支承部件400能够使驱动电路120产生的热通过流路形成基板10被在其内部流通的墨液吸收，其结果是能够使驱动电路120产生的热有效地散热。即使在不以SUS等金属为材料的情况下，通过充分减小流路形成基板10的表面和驱动电路120的距离，或者通过在COF的支承部件400侧安装驱动电路120，也能够得到相同的作用和效果。即，即使在将该液体喷头I在其最高使用保证温度下使用的情况下，只要将驱动电路120和流路形成基板10的表面之间的距离设为能够散热以使驱动电路120的温度不会达到其接合温度的距离，或者驱动电路和支承部件400直接相接即可。

进而，在保护基板30上，接合有由密封膜41及固定板42形成的柔度(compliance)基板40。在此，密封膜41由刚性低且具有可弯曲性的材料(例如，聚苯硫醚(PPS)薄膜)构成，通过该密封膜41密封储藏器部31的一侧面。此外，固定板42由金属等硬质的材料(例如，不锈钢(SUS)等)形成。该固定板42的与储藏器100相对的区域由于成为在厚度方向上完全被除去的开口部43，所以储藏器100的一侧面仅由具有可弯曲性的密封膜41密封。

在如上所述的本方式的喷墨式记录头中，从与未图示的外部墨液供应机构连接的墨液导入口取入墨液，从储藏器100至喷嘴开口21由墨液充满内部之后，按照来自驱动电路120的记录信号，在与压力产生室12对应的各个下电极膜60和上电极膜80之间施加电压，通过使弹性膜50、绝缘体膜55、下电极膜60及压电体层70弯曲变形，各压力产生室12内的压力升高，从喷嘴开口21喷出墨滴。

进而，根据本方式，由于经安装有驱动电路120的COF基板410连接驱动电路120和压电元件300的引线电极90，所以通过引线接合法更容易制造。此外，由于COF基板410的下端部连接于引线电极90并且COF基板410大致垂直地立起，所以能够容易实现高密度化。进而，由于驱动电路120隔着COF基板410被固定在支承部件400的侧面一侧，所以能够很好地对驱动电路120产生的热进行散热。

图3是表示本发明的第二实施方式的液体喷头的一例的喷墨式记录头的概略构成的分解立体图，图4是图3的俯视图及其B—B′剖面图。

如该图所示，本方式的喷墨式记录头II仅支承部件401部分不同，其他的部分与图1及图2所示的第一实施方式相同。因此，对于与图1及图2相同的部分标注相同符号，省略重复的说明。

如图3及图4所示，本方式的支承部件401是将两片支承部件401a、401b的背面粘合起来而形成一体的结构。这样在使用两片支承部件401a、401b的情况下，例如，将安装有驱动电路120的COF基板410分别接合在支承部件401a、401b的侧面，并且将下端部折曲并使其抵接于支承部件401a、401b的下端面。在这样的状态下，将与支承部件401a、401b接合的COF基板410分别与引线电极90校正(alignment)。之后，通过分别按压支承部件401a、401b而破坏导电性粒子，确保与引线电极90的电连接之后，将两片支承部件401a、401b的背面粘合起来而形成一体。

根据所述本方式，能够在支承部件401的一面侧和其他面侧分别进行CPF基板410和引线电极90间的校正的调整，从而相应地容易进行规定的校正作业。

<其他的实施方式>

上述实施方式是压力产生室12在流路形成基板10上并列设置的列设有两列的技术，但对于此情况下的列数没有特别的限制。即使一列也可以，三列以上也没关系。在多个列的情况下，只要至少使两列一组相对向设置就可以。

进而，上述实施方式，通过由支承部件400、401等进行按压来破坏导电性粒子，但也可以在破坏导电性粒子时不使用支承部件而用其他的机构进行按压，在所述的按压后在支承部件上固定配线基板。

此外，在上述实施方式中，隔着支承部件400、401来安装驱动电路120，但为了避免引线接合法引起的连接并且实现高密度安装，只要以从设有引线电极90的面立起的方式用支承部件400、401支承被连接于引线电极90的配线基板就可以。在此，只要能够发挥支承部件400、401的规定的支承功能，对形状等就没有特别的限制。例如，可考虑格子形状、筏形状等种种形状。但是，在通过利用支承部件进行按压来破坏导电性粒子的情况下，优选下端面为平面以能够均等地进行按压。此外，也可以是在支承部件400、401上直接安装驱动电路120，在所述驱动电路120的表面连接配线基板那样的构成。在此情况下，配线基板的下端部折曲向与支承部件400、401侧相反的一侧并与引线电极90连接。

进而，流路形成基板10等也并不限定于由上述实施方式中说明了的材质。

并且，在上述实施方式中，作为液体喷头的一例列举了喷墨式记录头来说明，但本发明广泛以普遍的液体喷头作为对象，对喷射墨液之外的液体的液体喷头当然也能够适用。作为其他的液体喷头，例如列举出用于打印机等图像记录装置中的各种记录头，用于液晶显示器等彩色滤光镜的制造中的彩色材料喷头，用于有机EL显示器、FED(场发射显示器)等的电极形成中的电极材料喷头，用于生物芯片(bio-chip)制造中的生物体有机物喷头等。

上述实施方式的喷墨式记录头，构成具备与墨盒等连通的墨液流路的记录头单元的一部分，且被搭载在喷墨式记录装置上。图5是表示该喷墨式记录装置的一例的概略图。如该图所示，具有上述实施方式的喷墨式记录头I的记录头单元1A及1B，可以装拆地设置构成墨液供应机构的墨盒2A及2B，搭载有该记录头单元1A及1B的滑架3以在轴方向移动自如的方式被设置在滑架轴5上，该滑架轴5被安装在装置主体4上。该记录头单元1A及1B例如分别喷出黑色墨液组成物及彩色墨液组成物。

并且，通过将驱动电机6的驱动力经未图示的多个齿轮及同步带7传递到滑架3，搭载了记录头单元1A及1B的滑架3沿滑动架轴5移动。另一方面，在装置主体4上沿滑架轴5设有压板8，通过未图示的送纸辊等被输送的纸等记录介质即记录片S被卷挂在压板8上而被运送，所述驱动电机6或记录头单元1A及1B的压力产生机构等通过由未图示的CPU或存储器等构成的控制部来控制工作。

Claims (11)

1.一种液体喷头，其特征在于，其具有：

流路形成基板，其形成有与喷射液体的喷嘴开口连通的压力产生室；

压力产生元件，其被形成为对所述压力产生室赋予用于喷射液体的压力；

引线电极，其对所述压力产生元件供应电信号；

配线基板，其对所述引线电极供应电信号；以及

支承部件，其支承所述配线基板使得所述配线基板从设置有所述引线电极的面立起。

2.如权利要求1所述的液体喷头，其特征在于，

所述配线基板相对于所述引线电极的连接是通过各向异性导电层而进行的。

3.如权利要求1或者权利要求2所述的液体喷头，其特征在于，

所述液体喷头还具有对所述压力产生元件施加驱动电压的驱动电路，

所述驱动电路还具有在面向所述支承部件的区域被安装到所述配线基板上的驱动电路。

4.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的液体喷头，其特征在于，

所述支承部件的一端被设置在所述配线基板和所述引线电极被连接的区域。

5.如权利要求4所述的液体喷头，其特征在于，

所述支承部件在一端具有缓冲部件，所述缓冲部件的部分面向所述配线基板与所述引线电极被连接的区域。

6.如权利要求1至权利要求5中任一项所述的液体喷头，其特征在于，

多个所述压力产生元件成列设置，并且该压力产生元件的多个列相对向形成，

所述支承部件与所述多个列对应配置，

所述配线基板被固定安装在所述支承部件的不同区域，并且分别被连接于所述各列的所述各引线电极上。

7.如权利要求1至权利要求6中的任一项所述的液体喷头，其特征在十，

所示支承部件是将多个支承部件粘合起来形成一体的部件。

8.如权利要求1至权利要求7中的任一项所述的液体喷头，其特征在于，

所述引线电极的端部被引出到保护基板的外部，且在所述外部与所述配线基板的下端部连接，其中所述保护基板被接合于所述流路形成基板的所述压力产生元件侧的面并具有压力产生元件保持部，所述压力产生元件保持部用于保持所述压力产生元件。

9.一种液体喷射装置，其特征在于，

其具有权利要求1至权利要求8中任一项所述的液体喷头。

10.一种液体喷头的制造方法，是通过将配线基板电连接到液体喷头部件的引线电极上来制造液体喷头的制造方法，其中所述液体喷头部件具有：

流路形成基板，其形成有与喷射液体的喷嘴开口连通的压力产生室；

压力产生元件，其被形成为对所述压力产生室赋予用于喷射液体的压力；以及

所述引线电极，其对所述压力产生元件供应电信号，

所述液体喷头的制造方法的特征在于，其包括：

在支承部件上安装配线基板，并支承配线基板的步骤；

使所述液体喷头部件的引线电极和所述配线基板的位置重合的步骤；以及

对重合了的所述引线电极和所述配线基板的连接部进行按压而进行电连接的步骤。

11.如权利要求10所述的液体喷头的制造方法，其特征在于，

所述制造方法还具备在重叠所述引线电极的连接部和所述配线基板的连接部之前，在所述引线电极的连接部和所述配线基板的连接部之间配置各向异性导电层的步骤，

按压所述引线电极的连接部和所述配线基板的连接部的步骤通过所述支承部件按压。

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