CN102189789A - 喷墨头、喷墨记录装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能提高从喷墨头的喷嘴孔的吐出的液滴的落点位置精度、防止喷嘴板的破损及实现低成本化的喷墨头及喷墨记录装置。该喷墨头包括：基板；多个压电元件分割壁，其在与规定的油墨吐出方向正交的方向上排列在上述基板上，并构成与多个喷嘴孔各自对应的多个压力室的分割壁；喷嘴板，在上述多个压电元件分割壁排列的方向上延伸，以架设在上述多个压电元件分割壁的顶面上的方式粘结，并形成有上述多个喷嘴孔；框部件，配置在上述基板上，并包围上述压电元件分割壁；以及密封部件，粘结在上述喷嘴板的不与上述压电元件分割壁相对的一侧的面及上述框部件的顶面上，并在与上述多个喷嘴孔对应的位置具有开口。

Description

喷墨头、喷墨记录装置
技术领域
本发明涉及一种喷墨头中的喷嘴板的配置结构。
背景技术
在现有技术中披露有一种喷墨头，在该喷墨头中，在基板上形成由压电元件构成的突起部，并通过在该突起部上形成多个槽，从而形成多个压力室和多个压电执行器，而且，在该基板上的平面部接合框部件，并在框部件的上面和突起部的顶部上面粘结喷嘴板(例如，参照专利文献1)。
该喷墨头将由基板、框部件、突起部及喷嘴板构成的空间用作油墨供给路径或油墨排出路径。在该喷墨头中，可从油墨供给路径向压力室强制供给油墨，并使未从喷嘴吐出的油墨从压力室向油墨排出路径排出。因此，无论有无油墨从喷嘴吐出，可使压力室内的油墨强制对流。即使通过强制对流在压力室内混入有气泡或异物，也由于能够强制地排出，所以能够将因气泡或异物的原因导致的油墨无法吐出的不良情况抑制到最小限度。
并且，也披露有采用材质为单晶硅的喷嘴板的结构(例如，参照专利文献2)。在喷嘴板上开通有多个通过干法蚀刻加工而成的喷嘴孔。使用单晶硅作为喷嘴板的材质就能够容易适用像干法蚀刻那样的半导体微细加工技术，并能够形成高精度的喷嘴孔。并且，通过高精度地加工喷嘴孔，能够使从喷嘴孔吐出的液滴的落点位置精度提高。因此，能够使印字质量提高。或者，在将喷墨头应用于例如像平板显示器那样的电子设备的制造时，能够使在制造工序中的成品率提高。
本申请发明人发现如果将专利文献2所述的喷嘴板应用于专利文献1所述的喷墨头中，则产生有以下两个问题。
第一问题是很难廉价地提供喷墨头。在专利文献1中的喷嘴板由于具有不仅密封压力室还密封油墨供给路径的功能，所以需要是大面积的。另一方面，专利文献2所述的喷嘴板由于通过半导体微细加工技术形成喷嘴，所以喷嘴板的面积越大，其制造成本越高。
另一个问题是在喷嘴板的粘结工艺中容易使喷嘴板破损。在专利文献1记载的喷墨头的制造工序中，首先切削加工基板形成突起部，接着，在所述突起部上形成多个槽从而形成多个压力室和多个压电执行器。接着，在基板上粘结框部件，最后将喷嘴板粘结在突起部和框部件的上面。然而，专利文献2记载的单晶硅制的喷嘴板由于是极其脆的材料，所以当突起部的顶面和框部件的上面有高度差时，则在粘结喷嘴板时，有时在喷嘴板中产生应力而破裂。虽然也可以考虑同时研磨突起部的顶面和框部件的上面，使得不产生高度差，但是由于在突起部的顶面多个柱状的压电执行器形成在压力室间，所以在研磨加工时存在这些压电执行器损坏的危险。并且，在研磨加工了突起部和框部件之后，也很难在突起部上形成槽。是因为由于能用于切削加工的旋转刀的直径大于突起部和框部件之间的间隔，所以当对突起部成槽加工时就会加工到框部件上。
专利文献1：日本特表2003-507213号公报
专利文献2：日本特开2007-62367号公报
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能提高从喷墨头的喷嘴孔的吐出的液滴的落点位置精度、防止喷嘴板的破损及实现低成本化的技术。
为了解决上述问题，本发明第一方面涉及一种喷墨头，其包括：基板；多个压电元件分割壁，上述多个压电元件分割壁在与规定的油墨吐出方向正交的方向上排列在上述基板上，并构成与多个喷嘴孔各自对应的多个压力室的分割壁；喷嘴板，上述喷嘴板在上述多个压电元件分割壁排列的方向上延伸，以架设在上述多个压电元件分割壁的顶面上的方式粘结，并形成有上述多个喷嘴孔；框部件，上述框部件配置在上述基板上，并包围上述压电元件分割壁；以及密封部件，上述密封部件粘结在上述喷嘴板的不与上述压电元件分割壁相对的一侧的面及上述框部件的顶面上，并在与上述多个喷嘴孔对应的位置具有开口。
此外，本发明第二方面涉及的喷墨记录装置，包括：上述那样构成的喷墨头；以及油墨回流机构，在向上述喷墨头供给油墨的同时，使从上述喷墨头排出的油墨再次回流至上述喷墨头。
如以上详述，根据本发明，能够提供一种可提高从喷墨头的喷嘴孔吐出的液滴的落点位置精度、防止喷嘴板的破损及实现低成本化的技术。
附图说明
图1是本发明的实施方式的喷墨头的外观立体图。
图2是本发明的实施方式的喷墨头的简要平面图。
图3是本发明的实施方式的喷墨头的A-A截面图。
图4是本发明的实施方式的喷墨头的B-B截面图。
图5是在z-x平面切断了本发明的实施方式的喷嘴的纵截面图。
图6是具有本发明的实施方式的喷墨头的喷墨记录装置的简要构成图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明的实施方式的喷墨头1的外观立体图。
喷墨头1包括具有吐出油墨的喷嘴2的喷头基板3、产生驱动信号的驱动器IC 4、具有油墨供给口6和油墨排出口7的多通连接板(manifold)5。
喷墨头1按照在驱动器IC 4中产生的驱动信号使从油墨供给口6供给的油墨从喷嘴2吐出。使从油墨供给口6流入的油墨中未从喷嘴2吐出的油墨从油墨排出口7排出。
图2是本发明的实施方式的喷墨头的简要平面图。图3是本发明的实施方式的喷墨头的A-A截面图。图4是本发明的实施方式的喷墨头的B-B截面图。
喷头基板3包括压电部件14、底基板15(基板)、喷嘴板16、框部件17、密封部件27。被底基板15、压电部件14及密封部件27围住的中央部的空间形成用于向压力室供给油墨的油墨供给路径18。框部件17粘结在底基板15上，并包围压电部件14等。
被底基板15、压电部件14、框部件17及密封部件27包围的空间形成用于从压力室排出油墨的油墨排出路径19。
底基板15上形成有用于电连接形成在压力室24的内壁上的电极21(参照图4)和驱动IC 4的配线电极20。并且，底基板15形成有与油墨供给路径18连通的油墨供给孔22和与油墨排出路径19连通的油墨排出孔23。油墨供给孔22通过多通连接板5(参照图1)与油墨供给口6流体连接。油墨排出孔23通过多通连接板5与油墨排出口7流体连接。
底基板15优选由介电常数小、且与压电部件的热膨胀系数的差小的材料形成。作为底基板15的材质诸如可采用氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)和锆钛酸铅(PZT)等。作为一例，在本实施方式中，示出采用低介电常数的PZT的构成。
在底基板15上接合有沿x轴方向延伸的压电部件14。压电部件14通过沿板厚方向层压极化方向彼此相反的压电部件14a和压电部件14b而形成。在压电部件14上并列形成有从油墨供给路径18向油墨排出路径19排列的多个长槽，在该各长槽的内表面上形成有电极21(参照图4)。被这些长槽以及喷嘴板16的覆盖设置在压电部件14上的长槽的一面包围的空间成为压力室24。这样，喷嘴板16在排列多个压电元件分割壁的方向上延伸(参照图2)，架设并粘结在多个压电元件分割壁的顶面(参照图4)，并形成有多个喷嘴孔(参照图2)。
另外，喷嘴板16以覆盖多个压电元件分割壁各个的矩形顶面的整个区域的方式粘结。这样，通过以紧贴在压电元件分割壁各个的顶面的宽广范围的方式粘结喷嘴板16，能够将喷嘴板16与多个压电元件分割壁牢固地粘结在一起。
通过这样，由压电元件构成的多个压电元件分割壁立起设置在底基板15上，这些压电元件分割壁在底基板15上在与规定的油墨吐出方向正交的方向上排列。多个压电元件分割壁构成与多个喷嘴孔分别对应的多个压力室的分割壁。
并且，在本实施方式中，多个压电元件分割壁排列成构成平行的多个列(在这里为两列)的方式，喷嘴板16对应多列中的各列被分割配置在两列上。
电极21通过配线电极20与驱动IC 4连接。邻接的压力室24之间的压电部件14被各压力室24所设置的电极21夹持，并形成执行器25(参照图4)。
当通过由驱动IC 4生成的驱动信号对执行器25施加电场时，则执行器25以压电部件14a和压电部件14b的接合部为顶部剪切变形为“く字形”。通过该执行器25的变形，压力室24的容积变化，并加压压力室24内部的油墨。在压力室24内加压的油墨从喷嘴2吐出。
具体地说，压电部件14可由锆钛酸铅(PZT:Pb(Zr，Ti))O3)、铌酸锂(LiNbO3)和钽酸锂(LiTaO3)等构成。作为一例，在本实施方式中，采用压电常数比较高的锆钛酸铅(PZT)。
电极21为镍(Ni)和金(Au)的双层构造。电极21通过镀法，在形成在压电部件14上的长槽内均匀地成膜(参照图4)。作为电极21的形成方法，除镀法外，也可以采用溅射法或蒸镀法等。在这里的压力室24为深度300μm宽度80μm的形状，并以169μm的节距平行地排列。
图5是在z-x平面上切断本发明的实施方式的喷嘴的纵截面图。在喷嘴板16上，在从压力室24的长度方向(y轴方向)的中央部每偏移三周期的位置上，形成有喷嘴2。喷嘴2在油墨吐出侧具有小的孔2a，在压力室24侧具有大的孔2b。喷嘴2a和喷嘴2b可以用干法蚀刻或湿法蚀刻等高精度地形成。作为一例，喷嘴板16的材质在本实施方式中采用单晶硅。
另外，作为喷嘴板16的材质，也可以采用镍，并通过电铸法形成喷嘴板。喷嘴板16的大小为用于覆盖压力室24的开口部的最小限度的大小(在这里，例如，在y轴方向上的宽度2mm、在z轴方向上的厚度50μm、在x轴方向上的长度50mm～60mm)。由于通过抑制喷嘴板16的大小，能够使在由干法蚀刻或湿法蚀刻的喷嘴孔形成工序中，从一次作业中获得的喷嘴板的数量多，所以能够使喷嘴板16的制造成本降低。
在喷嘴板16的与压电元件分割壁不对置的一侧的面及框部件17的顶面上，粘结有密封部件27。密封部件27密封油墨供给路径18和油墨排出路径19的上面。在密封部件27上在与喷嘴2(多个喷嘴孔)对应的位置上设置有开口部。
密封部件27诸如由聚酰亚胺膜或不锈钢板等的可挠性的材料形成。因此，即使在喷嘴板16的与压力室24不对置的一侧的面和框部件17的顶面上产生有高度差，也能够进行粘结。在密封部件27上有抗液性的涂层。
接着，对喷头基板3的制造方法进行说明。
首先，在设置有油墨供给孔22和油墨排出孔23的底基板15上，粘结有在极化方向彼此相反的状态下粘结的压电部件14。在压电部件14向底基板15的粘结中，使用环氧系粘结剂。在此之后的各部件的粘结处理也同样使用环氧系粘结剂。
接着，用具有梯形断面的旋转刀片切削加工压电部件14和底基板15，并在底基板15上将压电部件14的突起形成为梯形状。在本实施方式中，压电部件14在z轴方向上离底基板15表面的高度约为500μm。接着，在底基板15的上面通过光刻的方法，形成配线电极的掩膜。接着，在梯形状的压电部件14的突起上通过切削器(dicer)加工槽，形成压力室24和执行器25。接着，对底基板15和压电部件14实施化学镀镍。
而且，在化学镀镍上实施电解镀金。接着，在压电部件14的突起的顶面上，粘结预先加工有多个喷嘴2的喷嘴板16。接着，在底基板15的上面粘结框部件17。接着，在框部件17的顶面和喷嘴板16的与压力室24不对置的一侧的面上，粘结密封部件27。
通过这样的结构，即使在框部件17的顶面和喷嘴板16的与压力室24不对置的一侧的面之间，存在在z轴方向上的高度位置之差，也由于可挠性的密封部件27变形，而能够使密封部件27的向框部件17及喷嘴板16的粘结工作变得容易。
图6是具有本发明的实施方式的喷墨头的喷墨记录装置的简要构成图。
如图6所示，本实施方式的喷墨记录装置在使用油墨循环机构向喷墨头1供给油墨的同时，使从喷墨头1排出的油墨再次循环给喷墨头1。
具体地说，油墨循环机构包括供给侧油墨罐9、排出侧油墨罐10、供给侧压力调整泵11、输送泵12、排出侧压力调整泵13及流体地连接这些的管。
供给侧压力调整泵11和排出侧压力调整泵13分别调整供给侧油墨罐9的压力和排出侧油墨罐10的压力。供给侧油墨罐9向喷墨头1的油墨供给口6供给油墨。排出侧油墨罐10临时储存从喷墨头1的油墨排出口7排出的油墨。输送泵12使排出侧油墨罐10所储存的油墨回流给供给侧油墨罐9。
并且，本实施方式的喷墨记录装置在向薄片等记录介质的图像形成动作结束时等，过渡到维护模式，作为维护操作的一部分，例如执行吸入(吸引)操作及擦拭(擦除)操作等。在擦拭操作时，密封部件27被由橡胶等弹性部件构成的刀片擦拭。
密封部件27所形成的开口形成不妨碍从形成在喷嘴板16上的喷嘴孔2吐出油墨、且被弹性部件擦拭时使弹性变形的该弹性部件不与喷嘴板16表面接触的形状。通过这样，在擦拭操作中，由弹性部件构成的刀片与喷嘴板16表面不接触，从而能够保护喷嘴板16表面的喷嘴孔不被损伤或破损等。
根据本发明的实施方式的喷墨头及具有其的喷墨记录装置，能够将喷嘴的微细加工所需要的喷嘴板16的面积抑制到所需最小限度。因此，能够将因气泡或异物的原因导致的油墨无法吐出的不良情况抑制到最小限度，而且还能够廉价地提供具有高落点位置精度的喷墨记录装置。
此外，当像本实施方式那样多列配置压电部件14时，由于对形成多列的各压电部件个别地粘结单个独立的喷嘴板16，所以即使因某些外力或热膨胀等的影响而多列的压电部件14的相对位置变化时，也不会对喷嘴板16施加不合理的力，从而能够防止喷嘴板16的破损。
并且，通过由可挠性材料构成密封部件27，即使在框部件17的顶面和喷嘴板16的与压电元件分割壁不面对面的一侧的面之间有在z轴方向上的高度位置之差，密封部件27也不破损。因此，能够将因气泡或异物的原因导致的油墨无法吐出的不良情况的发生抑制到最小限度，而且还能够以高成品率制造具有高落点位置精度的喷墨记录装置。
本发明只要实质上没有脱离其发明点或主要特征可以有很多的变形，因此，上述的实施方式在所有方面只不过为例示而已，并不应该被限定性地解释。本发明的范围是根据权利要求的范围示出的、且在说明书正文中不被任何约束。而且，权利要求范围的均等范围所属的全部的变形、各种改进、替代及修改均应包含在本发明的保护范围内。
附图标记说明
1  喷墨头           2  喷嘴
3  喷头基板         4  驱动器IC
5   多通连接板        6   油墨供给口
7   油墨排出口        8   油墨供给装置
9   供给侧油墨罐      10  排出侧油墨罐
11  供给侧压力调整泵  12  输送泵
13  排出侧压力调整泵  14  压电部件
15  底基板            16  喷嘴板
17  框部件            18  油墨供给路径
19  油墨排出路径      20  配线电极
21  电极              22  油墨供给孔
23  油墨排出孔        24  压力室
25  执行器            26  槽
27  密封部件          S   驱动信号

Claims (7)

1.一种喷墨头，包括：
基板；
多个压电元件分割壁，所述多个压电元件分割壁在与规定的油墨吐出方向正交的方向上排列在所述基板上，并构成与多个喷嘴孔各自对应的多个压力室的分割壁；
喷嘴板，所述喷嘴板在所述多个压电元件分割壁排列的方向上延伸，以架设在所述多个压电元件分割壁的顶面上的方式粘结，并形成有所述多个喷嘴孔；
框部件，所述框部件配置在所述基板上，并包围所述压电元件分割壁；以及
密封部件，所述密封部件粘结在所述喷嘴板的不与所述压电元件分割壁相对的一侧的面及所述框部件的顶面上，并在与所述多个喷嘴孔对应的位置具有开口。
2.根据权利要求1所述的喷墨头，其中，
所述多个压电元件分割壁排列成构成平行的多列，
所述喷嘴板与所述多列中的各列对应地分割配置。
3.根据权利要求1或2所述的喷墨头，其中，
所述密封部件在具有所述喷墨头的喷墨记录装置的维护模式时通过弹性部件擦拭，
形成在所述密封部件上的所述开口形成为不妨碍从形成在所述喷嘴板上的喷嘴孔吐出油墨、且在被所述弹性部件擦拭时不使弹性变形的所述弹性部件与所述喷嘴板接触的形状。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的喷墨头，其中，
所述喷嘴板以覆盖所述多个压电元件分割壁各自的顶面的整个区域的方式粘结。
5.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的喷墨头，其中，
所述密封部件由可挠性部件形成。
6.根据权利要求1至权利要求5中的任一项所述的喷墨头，其中，
所述喷嘴板由单晶硅以及镍中的任一个形成。
7.一种喷墨记录装置，包括：
根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的喷墨头；以及
油墨回流机构，在向所述喷墨头供给油墨的同时，使从所述喷墨头排出的油墨再次回流至所述喷墨头。
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