CN101607477B - 喷墨打印头和喷墨打印头的制造方法 - Google Patents

喷墨打印头和喷墨打印头的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及喷墨打印头和喷墨打印头的制造方法。提供一种喷墨打印头的制造方法，其能够在缩短的时间内以高的精度将打印元件基板粘接到支撑面。为此，在支撑构件的支撑面上形成突起平面部，从而在打印元件基板与支撑构件之间的粘合层中提供比其他部位的热固性粘合剂薄的热固性粘合剂部分。在调整打印元件基板与支撑构件的相对位置后，使粘合层的较薄的部分固化。这使打印元件基板在较短的时间内粘接到支撑构件。结果，即使在支撑面上有起伏，打印元件基板也能够被高精度地粘接到支撑构件，提高了打印头的批量生产率。

Description

喷墨打印头和喷墨打印头的制造方法
技术领域
本发明涉及能够安装在喷墨打印设备中的喷墨打印头的结构以及该喷墨打印头的制造方法。更具体的，本发明涉及在短时间内以高精度将形成有喷墨打印元件的打印元件基板与用于支撑打印元件基板并为打印元件基板供墨的支撑构件粘接到一起的方法。
背景技术
喷墨打印设备使用具有多个打印元件的打印头，该打印头根据打印数据喷墨以在打印介质上形成点进而形成图像。近年来，人们做了许多努力，以开发能够高密度地喷出更小墨滴从而以提高的精度打印高解像度的图像的打印头。
图9是日本特开2006-015733号公报公开的侧射式(sideshooter type)喷墨打印头的分解立体图。喷墨打印头1具有：具有多个打印元件的打印元件基板110；为打印元件基板110供墨的支撑构件120；以及向打印元件基板110传送打印信号的电配线基板130。
图10是示出局部切除的打印元件基板110的结构的立体图。打印元件基板110具有约0.5mm～1mm厚的硅基板111，该硅基板111通过基于硅晶体取向的各向异性蚀刻或通过喷砂处理形成有槽状的供墨口112。在硅基板111上的供墨口112的两侧上以与打印分辨率对应的间隔设置有电热转换元件113。通过光刻法连同为这些电热转换元件113供电的铝电配线一起地形成这些电热转换元件113。具有将供给的墨引入喷出口117的墨通路116的墨通路形成构件118在硅基板111上被配置成使得喷出口117面对电热转换元件113。每个打印元件包括电热转换元件113、墨通路116和喷出口117。通过各个电热转换元件113产生的气泡膨胀能量使从供墨口112引入墨通路116的墨以墨滴形式从喷出口117喷出。随着打印操作的进行，从连接到打印元件基板110的支撑构件120上的墨盒稳定地供墨。
支撑构件120被设计成不仅如上所述地向打印元件基板110供墨，而且还将打印元件基板110支撑在预定位置。因此，需要高精度地将支撑构件120和打印元件基板110置于水平方向上和垂直方向上的预定的相对位置。更具体地，首先，打印元件基板110的供墨口112必须精确地置于形成在支撑构件120中的供墨通路的位置。还需要多个打印元件在打印元件基板110中的排列方向被设定为与打印头1的主扫描方向垂直。此外，打印元件基板110的喷出口面必须被设定成与支撑构件120的支撑面121平行。如果不能满足这第三个条件，则喷出口面可能相对打印介质倾斜，导致喷出的墨滴以一角度落在打印介质上，使打印的图像劣化。
然而，支撑构件120通常是模制成型品(molded product)以降低成本并提高加工性能，因而支撑构件120的支撑面121经常产生复杂的三维几何形状，无法具有理想的平滑表面。如果打印元件基板110被粘接到这种不平滑的支撑面121，支撑构件120的轻微三维起伏会直接影响打印元件基板110的喷出口面，因而难以确保平行于打印介质的平面。
例如，日本特开平11-147314(1999)号公报公开了一个结构，在该结构中，多个突起平面部(raised flat portion)被设置在支撑表面121上，且这些突起平面部的平面度状态良好，从而提高了喷出口面的平行性。利用该结构，即使除突起平面部外的支撑面121包括三维起伏，也能够确保喷出口面的水平面。
近年来，还出现了另一种技术，在该技术中，通过利用CCD照相机等将打印元件基板110相对于支撑面121精确地保持在水平和垂直的预定位置，通过紫外光使充填在打印元件基板110和支撑面121之间的粘合剂固化。
图11示出采用上述方法的组装打印头的过程。首先，在步骤1中，向支撑构件120的支撑面121涂布热固性粘合剂125。接着，在步骤2中，通过群焊法(gang bonding method)电连接到电配线基板的打印元件基板110被供给器(supply finger)600吸住，并且被移动到支撑构件120的上方。而且，在步骤2中，利用具有两个CCD照相机的图像处理系统使打印元件基板110精确地定位在水平和垂直方向上的预定位置处。
在步骤3中，降低打印元件基板110，以与热固性粘合剂125结合。此时，打印元件基板110被较松地置于热固性粘合剂125中，即不与支撑构件120接触地浮于热固性粘合剂125上。接着，在步骤4中，在保持该姿势的状态下，通过光照射装置620向打印元件基板110照射紫外线以加热该打印元件基板110。这使得与打印元件基板110接触的热固性粘合剂125逐渐固化，将打印元件基板110和支撑构件120牢固地粘接到一起。最后，利用密封材料密封打印元件基板110的周部及其电连接部并且进行加热固化。现在，完成了打印头。
利用该方法，如果支撑面121上具有轻微起伏，则具有大于起伏高度的均一厚度的粘合层能够使打印元件基板110粘接到支撑面121，从而打印元件基板的喷出口面是水平的。例如，日本特开2002-154209号公报公开了这种利用CCD和热固性粘合剂粘接打印元件基板的方法。
然而，即使利用日本特开平11-147314(1999)号公报的方法，多个突起平面部之间的高度仍然有一些变化(variation)。高度变化使得难以获得近年来所需的高标准的水平度(levelness)。更具体地，尽管从打印位置精度的立场出发，突起平面部之间的高度变化必须保持在10μm以内，但实际成型不可避免地会产生约20μm的高度变化。
在使用比起伏的高度变化厚的粘合层的结构中，打印元件基板110的喷出口面能够被平行地粘接到支撑面121，而不需要设置多个突起平面部。也就是，尽管成型部的支撑面121具有约50μm的起伏，但是使用比起伏厚的约70μm厚度的粘合层能够水平地固定打印元件基板110，而不受起伏的影响。
但是，增加粘合层的厚度自然会增加固化热固性粘合剂至充分的硬度所需的热量，即，增加粘合剂固化所需时间。这进而增加了批量生产喷墨打印头的时间成本。
发明内容
为了解决上述问题而完成本发明。因此，本发明的一个目的是提供一种允许在短时间内高精度地将打印元件基板粘接到支撑面的喷墨打印头的制造方法。
本发明的第一方面是一种喷墨打印头，其包括：打印元件基板，该打印元件基板具有喷墨用打印元件；支撑构件，该支撑构件具有形成在所述支撑构件的用于支撑所述打印元件基板的支撑面上的至少一个突起平面部(即，顶端为平面的突起)；热固性粘合剂，该热固性粘合剂用于粘接所述打印元件基板和所述支撑构件；其中，在调整所述支撑构件与所述打印元件基板的位置后，使所述热固性粘合剂固化以将所述打印元件基板和所述支撑构件粘接到一起。
本发明的第二方面是一种喷墨打印头的制造方法，其中，喷墨打印头具有：打印元件基板，该打印元件基板具有喷墨用打印元件；以及支撑构件，该支撑构件具有形成在所述支撑构件的用于支撑所述打印元件基板的支撑面上的至少一个突起平面部，所述喷墨打印头的制造方法包括：将热固性粘合剂涂布于所述支撑面；调整所述打印元件基板相对于所述支撑面的位置；在使所述打印元件基板与所述热固性粘合剂接触的状态下保持所述打印元件基板的姿势；通过加热所述打印元件基板来使所述热固性粘合剂固化。
本发明的第三方面是一种喷墨打印头，其包括：打印元件基板，该打印元件基板具有产生喷墨用能量的打印元件；支撑构件，该支撑构件具有支撑所述打印元件基板的支撑面；以及粘合剂，该粘合剂通过存在于所述打印元件基板的粘合面与所述支撑面之间来粘合所述打印元件基板和所述支撑构件；在所述支撑面上形成至少一个具有与所述粘合面平行的端面的突起平面部，所述粘合剂也存在于所述粘合面与所述端面之间。
本发明的第四方面是一种喷墨打印头的制造方法，其中，述喷墨打印头具有打印元件基板，该打印元件基板具有产生喷墨用能量的打印元件；以及支撑构件，该支撑构件具有支撑面和至少一个形成在所述支撑面上的具有端面的突起平面部，所述喷墨打印头的制造方法包括：将粘合剂涂布在所述支撑面与所述端面之间；使所述打印元件基板接触所述粘合剂，使得所述打印元件基板的粘合面与所述端面平行；以及使所述粘合剂固化。
从参照附图对本发明的典型实施方式的以下说明中，本发明的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是示出实施方式1的喷墨打印头中的粘接到支撑构件的打印元件基板的剖视图；
图2是示出在实施方式1中打印元件基板被粘接到支撑构件的支撑面之前的支撑面的俯视图；
图3是用于形成支撑构件的模具的示意性剖视图；
图4A至图4C是示出利用成型模具形成突起平面部的过程的示意图；
图5示出在组装实施方式1的打印头的过程中将打印元件基板粘接并固定到具有突起平面部的支撑面的步骤顺序；
图6是示出实施方式2的喷墨打印头中的粘接到支撑构件的打印元件基板的剖视图；
图7是示出实施方式2中打印元件基板被粘接到支撑构件的支撑面之前的支撑面的俯视图；
图8示出在组装实施方式2的打印头的过程中将打印元件基板粘接并固定到具有突起平面部的支撑面的步骤顺序；
图9是示出日本特开2006-015733号公报公开的侧射式喷墨打印头的结构的分解立体图；
图10是示出打印元件基板的局部切除结构；以及
图11示出组装传统的打印头的过程。
具体实施方式
实施方式1
图1是示出本实施方式的喷墨打印头中的粘接到支撑构件120的打印元件基板110的剖视图。图2是示出粘接前支撑构件120的支撑面121的轮廓的俯视图。在其上支撑打印元件基板110的支撑面121是中央部具有供墨通路122的模制成型品。将打印元件基板110精确地设置在用虚线标出的连接位置123处允许将打印元件基板110的供墨口112连接到供墨通路122，确保向打印元件基板110稳定地供墨。在本实施方式中，伸长的连接位置123的两端具有两个突起平面部124。与其他部分的热固性粘合剂的厚度相比，突起平面部124的设置能够减小打印元件基板110与突起平面部中的支撑面121之间的热固性粘合剂125的厚度。
由于在支撑面的一部分上设置突起平面部的该结构，能够抑制平面度的变化。为了抑制平面度的变化，尽可能地使突起平面部窄是有利的。考虑到突起平面部之间的变化，使突起平面部的数量保持为尽可能少是有利的。由于在本实施方式中，两个突起平面部被设置在伸长的连接位置123的两端，所以能够实现突起平面部的高程度的平面度，并且可以将打印元件基板的平面度保持在高程度。
图3是示出用于形成支撑构件120的模具500的结构的示意性剖视图。如图所示，模具500包括三个部分，即外侧件510、内侧件530和突起平面部件520。需要高精度的突起平面部件具有嵌入(set-in)结构。
图4A-4C示意性示出在突起平面部件520上形成突起平面部124的过程。图4A示出被切削以具有除突起平面部124以外的部分的突起平面部件520的侧视图和俯视图。
而后，在突起平面部件520的将形成突起平面部的部分521上进行放电加工，从而形成图4B所示的突起平面部。而后，高精度地测量由模具500的该突起平面部件520成型的支撑构件的突起平面部。如果检测到有任何误差，则再次对突起平面部件520进行放电加工，以校正凸起部分的高度。现在，完成了突起平面部用的模具(图4C)。
在本实施方式中，可以由改性聚亚苯基醚(modifiedpolyphenyleneether)形成模具。在这种情况下，可以将从支撑面121到突起平面部124的上表面的高度设定为0.05mm，从而将突起平面部124的平面度变化保持在0.015mm内。
图5示出在打印头组装过程中，如何通过热固性粘合剂将打印元件基板110粘接并固定到具有突起平面部124的支撑面121。
首先，在步骤1中，热固性粘合剂125被涂布到支撑构件120的支撑面121上。此处使用的热固性粘合剂优选具有高粘度，从而该热固性粘合剂无法流入供墨口等。
而后，在步骤2中，通过夹具(jig)(供给器600)吸住打印元件基板110，并将其移动到支撑面121的上方。然后，利用带CCD照相机的图像处理系统调整打印元件基板110的位置。此处进行的位置调整能够使打印元件基板110的供墨口112与形成在支撑构件120中的供墨通路122连通。此外，打印元件基板110被保持成与支撑面121平行。
在步骤3中，降低供给器600，以将打印元件基板110保持在突起平面部124的上表面上方约20μm的位置，打印元件基板110在该位置与热固性粘合剂125接触。在该状态下，热固性粘合剂125尚未固化，打印元件基板110被供给器600保持并被维持在调整后的位置。
然后，在步骤4中，使用光照射装置620对打印元件基板110表面的未被供给器覆盖的部分照射光。在本实施方式中，将紫外光用作光源，将8000mW/cm2(波长为365nm)的光射入打印元件基板110的短侧端附近的两个部位。紫外光照射使打印元件基板110的温度升高，使存在于打印元件基板110背面的热固性粘合剂125固化，结果使打印元件基板110在调整后的位置被粘接并固定到支撑构件120。也就是，尽管突起平面部124的平面度变化约为0.015mm，但是打印元件基板110不受该起伏度(degree of undulation)的影响，并且能够水平地固定在支撑构件120的突起平面部124的上表面上方约0.02mm(20μm)的位置处。在步骤4的固化过程中，因为存在于两个突起平面部124上的热固性粘合剂比其他部分的热固性粘合剂薄，所以存在于两个突起平面部124上的热固性粘合剂比其他部分的热固性粘合剂固化得快。结果，与没有设置突起平面部的情况相比，能够缩短照射紫外光以使打印元件基板110以所需强度粘接并固定到支撑构件120所用的时间。在本实施方式中，与没有设置突起平面部的情况相比，照射光的时间减小了约20％，因而可以提高打印头的批量生产能力。
在本实施方式中，由于突起平面部形成在打印元件基板上的伸长的连接位置123的两端(参见图2)，所以热固性粘合剂从打印元件基板110的两端变固。因此，涂布在该位置的热固性粘合剂在短时间内(约2秒)固化，以高精度地保持支撑构件120和打印元件基板110之间的平面度。打印元件基板110越长，该结构越有效。特别地，在打印基板110的纵向长度大于0.85英寸(约21.59mm)时，难以保持打印元件基板的平面度。在这种情况下，本实施方式的结构是优选的。
此外，除突起平面部以外的部位的热固性粘合剂不需要在此时完全固化。也就是，仅需要比其他部位的热固性粘合剂薄的突起平面部的热固性粘合剂完全固化。至于其他部分，可以在将打印元件基板110和电配线基板130之间的连接密封后，通过在100℃加热1小时来使热固性粘合剂完全固化。
实施方式2
图6是示出在本实施方式的喷墨打印头中粘接到的支撑构件120的打印元件基板110的剖视图。图7是示出粘接前支撑构件120的支撑面121的轮廓的俯视图。在本实施方式中，在连接位置123的中央部形成两个突起平面部126。在该位置设置突起平面部允许打印元件基板110与支撑面121之间的热固性粘合剂125局部减少。
图8示出在本实施方式的打印头组装过程中如何将打印元件基板110粘接并固定到具有突起平面部126的支撑面121。
首先，在步骤1中，对支撑构件120的支撑面121涂布热固性粘合剂125。此处使用的热固性粘合剂优选具有高粘度，如实施方式1那样，使得热固性粘合剂不会流入供墨口等。
在下一步骤2中，打印元件基板110被已由内置加热器601加热到预定温度(本实施方式中为150℃)的供给器600吸住，并被移动到支撑面121的上方。而后，利用具有CCD照相机的图像处理系统调整打印元件基板110的位置。此处进行的位置调整使打印元件基板110的墨通路与形成在支撑构件120中的供墨通路122连通。此外，打印元件基板110被保持为与支撑面121平行。
在步骤3中，降低供给器600以将打印元件基板110保持在突起平面部上表面的上方约20μm的位置，打印元件基板110在该位置与热固性粘合剂125接触。在本实施方式中，由于打印元件基板110已经被加热，热固性粘合剂125在该打印元件基板接触热固性粘合剂125的那一瞬间便开始固化。供给器600通过一直吸着打印元件基板110而将打印元件基板110以固定的姿势保持在调整后的位置，直到热固性粘合剂125变得足够硬为止。在至少打印元件基板110和突起平面部126之间的热固性粘合剂125足够硬时，供给器600释放打印元件基板110。
利用以上过程，将打印元件基板110在调整后的位置固定粘接到支撑构件120。尽管突起平面部126的水平度变化为约0.015mm，但是打印元件基板110不受该起伏的影响，而是仍被水平地固定在距支撑构件120的突起平面部126上表面约20μm的位置。在步骤3的固化过程中，因为存在于突起平面部126上的热固性粘合剂的厚度减小，所以存在于突起平面部126上的热固性粘合剂比其他部分的热固性粘合剂固化得快。此外，在本实施方式中，由于打印元件基板110在接触热固性粘合剂125之前便被加热，所以预计将打印元件基板110以所需强度粘接到支撑构件120所用的时间比实施方式1的时间短。
在使用已加热的供给器的情况下，考虑到传热，优选在供给器与打印元件基板之间的吸引区域形成突起平面部。特别地，考虑到从供给器到打印元件基板110的快速的传热，优选在支撑构件120的与打印元件基板的中央对应的两个位置处形成突起平面部。
尽管上述实施方式使用紫外光作为光源或直接加热打印元件基板，但是可以通过任何可用的方式加热热固性粘合剂，只要该方式能够产生足以固化所用的热固性粘合剂的热量即可。例如，可以使用如红外光等其他光源。
以上实施方式使用改性聚亚苯基醚作为成型材料，并且将从支撑面121到突起平面部126的上表面的高度设定为0.05mm。然而，本发明不限于这种设定。虽然从支撑面121到突起平面部126的上表面的高度优先被设定在0.01mm到0.20mm的范围，只要考虑到成型材料的特性、模具精度和热固性粘合剂的物理性能能够将所述高度调整到适当的值，本发明便能够有效地实现其功能。
此外，形成突起平面部的位置不限于以上两个实施方式中示出的位置。如果打印元件基板的与突起平面部对应的部分能够被有效地加热以尽快地固化突起平面部处的热固性粘合剂，就能容易地产生本发明的预期效果。
还优选在三个位置设置突起平面部以精确地粘接打印元件基板。这种情况下，优选在伸长的连接位置123的供墨通路一侧的两端和伸长的连接位置123的供墨通路另一侧的中央设置共三个突起平面部。
如上所述，本发明执行在打印元件基板与支撑构件之间的粘接面中提供粘合层薄部、调整打印元件基板与支撑构件之间的相对位置、然后使粘合层的薄部固化的步骤。这使打印元件基板在相对短的时间内精确地粘接到支撑构件。结果，即使支撑面上有起伏，也能够高精度地提高打印头的批量生产率。
虽然已参照典型实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的典型实施方式。所附的权利要求书的范围符合最宽的解释，从而包含所有变型、等同结构和功能。

Claims (14)

1.一种喷墨打印头，其包括：
打印元件基板，该打印元件基板具有喷墨用打印元件；
支撑构件，该支撑构件具有形成在所述支撑构件的用于支撑所述打印元件基板的支撑面上的至少一个突起平面部；
热固性粘合剂，该热固性粘合剂用于粘接所述打印元件基板和所述支撑构件；
其中，在调整所述支撑构件与所述打印元件基板的位置后，使所述热固性粘合剂固化以将所述打印元件基板和所述支撑构件粘接到一起；
存在于所述突起平面部与所述打印元件基板之间的所述热固性粘合剂比存在于除所述突起平面部以外的所述支撑构件与所述打印元件基板之间的所述热固性粘合剂薄。
2.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，
存在于所述突起平面部与所述打印元件基板之间的所述热固性粘合剂比存在于除所述突起平面部以外的所述支撑构件与所述打印元件基板之间的所述热固性粘合剂固化得快。
3.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，从所述支撑面到所述突起平面部的高度大于所述支撑面的起伏。
4.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，在所述支撑面上形成多个所述突起平面部。
5.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述支撑构件是模制成型品。
6.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述支撑构件能够向所述打印元件基板供墨。
7.一种喷墨打印头的制造方法，其中，喷墨打印头具有：打印元件基板，该打印元件基板具有喷墨用打印元件；以及支撑构件，该支撑构件具有形成在所述支撑构件的用于支撑所述打印元件基板的支撑面上的至少一个突起平面部，所述喷墨打印头的制造方法包括：
将热固性粘合剂涂布于所述支撑面，使存在于所述突起平面部与所述打印元件基板之间的所述热固性粘合剂比存在于除所述突起平面部以外的所述支撑构件与所述打印元件基板之间的所述热固性粘合剂薄；
调整所述打印元件基板相对于所述支撑面的位置；
在使所述打印元件基板与所述热固性粘合剂接触的状态下保持所述打印元件基板的姿势；
通过加热所述打印元件基板来使所述热固性粘合剂固化。
8.根据权利要求7所述的喷墨打印头的制造方法，其特征在于，在使所述热固性粘合剂固化时，涂布到所述突起平面部的所述热固性粘合剂比涂布到所述支撑面的其他部分的所述热固性粘合剂固化得快。
9.根据权利要求7所述的喷墨打印头的制造方法，其特征在于，在使所述热固性粘合剂固化时，通过向所述打印元件基板照射光来加热所述打印元件基板。
10.根据权利要求7所述的喷墨打印头的制造方法，其特征在于，在使所述热固性粘合剂固化时，通过利用加热器来加热所述打印元件基板。
11.根据权利要求7所述的喷墨打印头的制造方法，其特征在于，在所述打印元件基板与所述热固性粘合剂接触之前，由加热过的夹具吸住并保持所述打印元件基板。
12.根据权利要求11所述的喷墨打印头的制造方法，其特征在于，所述突起平面部被设置在所述夹具与所述打印元件基板之间的吸引区域。
13.一种喷墨打印头，其包括：
打印元件基板，该打印元件基板具有产生喷墨用能量的打印元件；
支撑构件，该支撑构件具有支撑所述打印元件基板的支撑面；以及
热固性粘合剂，该热固性粘合剂通过存在于所述打印元件基板的粘合面与所述支撑面之间来粘合所述打印元件基板和所述支撑构件；
在所述支撑面上形成至少一个具有与所述粘合面平行的端面的突起平面部，所述热固性粘合剂也存在于所述粘合面与所述端面之间，
存在于所述突起平面部与所述打印元件基板之间的所述热固性粘合剂比存在于除所述突起平面部以外的所述支撑构件与所述打印元件基板之间的所述热固性粘合剂薄。
14.一种喷墨打印头的制造方法，其中，所述喷墨打印头具有打印元件基板，该打印元件基板具有产生喷墨用能量的打印元件；以及支撑构件，该支撑构件具有支撑面和至少一个形成在所述支撑面上的具有端面的突起平面部，
所述喷墨打印头的制造方法包括：
将热固性粘合剂涂布在所述支撑面与所述端面之间，使存在于所述突起平面部与所述打印元件基板之间的所述热固性粘合剂比存在于除所述突起平面部以外的所述支撑构件与所述打印元件基板之间的所述热固性粘合剂薄；
使所述打印元件基板接触所述热固性粘合剂，使得所述打印元件基板的粘合面与所述端面平行；以及
使所述热固性粘合剂固化。
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