CN102189803B - 液体喷射头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液体喷射头。在压电元件行之间形成分立元件电极端子(48)并且配置驱动IC(52)，在驱动IC的与流道基板侧相反的那侧配置电路基板(39)，在弹性体膜上的与驱动IC的输入端子对应的位置形成输入用焊盘，驱动IC的输出端子与分立元件电极端子电接合，驱动IC的输入端子与输入用焊盘电接合，并且输入用焊盘与电路基板的基板端子电接合。由此，实现液体喷射头的小型化。

Description

液体喷射头
技术领域
本发明涉及喷墨式记录头等液体喷射头，尤其涉及具有通过将与液体喷射头的压力产生元件对应的配线端子排列设置而成的配线端子行的液体喷射头。
背景技术
作为通过使压力室内的液体产生压力变动而使所述液体从喷嘴作为液滴喷出的液体喷射头的一种，有被构成为通过使与振动板相接合的压电元件(压力产生元件的一种)变形来喷射液滴的喷射头。在该液体喷射头中，通过施加驱动电压(驱动脉冲)驱动压电元件来改变压力室容积，使储存在压力室内的液体产生压力变动，通过利用该压力变动从喷嘴喷射液滴。
在一般的记录头中，设置有接收来自打印机主体侧的驱动信号或制御信号的电路基板(印刷基板)，该电路基板和压电元件通过安装有用于控制该压电元件的驱动IC的COF(Chip On Film，膜上芯片)或TCP(TapeCareer Package，带载封装)等薄膜状的配线部件(以下，柔性电缆)电连接，从而经由该柔性电缆向压电元件提供驱动电压(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利文献特开2005-131881号公报。
发明内容
发明要解决的问题
然而，如上所述，在通过柔性电缆在电路基板与致动器之间布线的构成中，需要用于配置该柔性电缆的空间，该部分导致记录头难以小型化。
本发明就是鉴于上述问题而作出的，其目的在于实现液体喷射头的小型化。
用于解决问题的手段
本发明是为达到上述目的而提出的一种液体喷射头，其包括致动器单元，所述致动器单元具有通过向分立元件电极与共用元件电极之间施加驱动电压来使压力室内的液体产生压力变动从而从与所述压力室相通的喷嘴喷射液体的压力产生元件，
所述致动器单元具有多个压力产生元件组，每个压力产生元件组由多个压力产生元件排列成行而形成，
所述液体喷射头的特征在于，
在基板的所述压力产生元件设置面上的压力产生元件组之间形成有与所述压力产生元件的分立元件端子导通的分立元件电极端子，所述压力室形成在所述基板上，
在所述压力产生元件设置面上的相邻的压力产生元件组之间配置有驱动IC，
在所述驱动IC的与所述基板侧相反的那侧配置有印刷基板，
在所述压力产生元件设置面上的与所述驱动IC的输入端子对应的位置形成有输入用焊盘，
所述驱动IC的输出端子与所述分立元件电极端子电接合，
所述驱动IC的输入端子与所述输入用焊盘电接合，并且所述输入用焊盘与所述印刷基板的基板端子电接合。
根据本发明，由于在基板的压力产生元件设置面上的压力产生元件组之间形成分立元件电极端子，在压力产生元件设置面上的相邻的压力产生元件组之间配置驱动IC，在驱动IC的与基板侧相反的那侧配置印刷基板，在压力产生元件设置面上的与驱动IC的输入端子对应的位置形成输入用焊盘，驱动IC的输出端子与分立元件电极端子电接合，驱动IC的输入端子与输入用焊盘电接合，并且输入用焊盘与印刷基板的基板端子电接合，因此不需要在以往的构成中使用于印刷基板与致动器单元之间的布线的COF等配线部件，能够减少相应的设置面积。由此，液体喷射头能够小型化。另外，由于不使用配线部件，因此可相应地减少成本。
在上述构成中，优选采用所述驱动IC的输出端子和所述分立元件电极端子通过倒装式接合(flip chip bonding)来接合的构成。
根据该构成，驱动IC的输出端子和分立元件电极端子不使用接合线而直接接合，因此减少了布线空间，其结果，能够有助于液体喷射头的小型化。
另外，在上述构成中，优选采用所述输入用焊盘与所述印刷基板的基板端子经由接合线接合的构成。
根据该构成，即使在驱动IC的端子形成面朝向与印刷基板相反的那侧的构成中，也能够将驱动IC的输入端子和印刷基板的基板端子电接合。
另外，在上述构成中，优选采用以下构成：与所述共用元件电极导通的共用元件电极配线部以及与所述共用元件电极配线部导通的共用电极用焊盘形成在所述压力产生元件设置面上的从形成了所述压力产生元件组和所述分立元件电极端子的区域偏离的位置，并且所述驱动IC的接地端子与所述共用电极用焊盘电接合。
此外，优选采用以下构成：连接外部配线的连接器以将配线连接口朝向与所述驱动IC相反的那侧的状态设置在所述印刷基板的与所述驱动IC相反的那侧的面上。
另外，也可以是包括如上构成的液体喷射头的液体喷射装置。根据本发明，液体喷射装置能够小型化。另外，由于不使用配线部件，因此可相应地减少成本。
附图说明
图1是说明打印机的构成的立体图；
图2是从斜上方观看记录头的分解立体图；
图3是头单元的分解立体图；
图4是头单元的截面图；
图5是省略了头单元的一部分构成的局部分解立体图；
图6是用于说明压电元件的元件电极以及元件电极配线部的布局的示意图；
图7A和图7B是用于说明针对致动器单元的驱动IC和电路基板的配线的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明用于实施本发明的方式。在以下描述的实施方式中，作为本发明优选的具体示例，进行了各种限定，但只要在以下说明中没有特别记载用来限定本发明的内容，本发明的范围就不限定于这些方式。另外，以下，将安装到喷墨式打印机(本发明的液体喷射装置的一种)的喷墨式记录头(以下简称为记录头)作为本发明的液体喷射头的例子进行说明。
首先，参照图1对打印机的简要构成进行说明。打印机1是向记录纸等记录介质2的表面喷射液体状的墨水来记录图像等的装置。该打印机1包括喷射墨水的记录头3、在其上安装该记录头3的托架4，使托架4在主扫描方向上移动的托架移动机构5、以及在副扫描方向上输送记录介质2的压纸卷轴(platen roller)6等。这里，所述墨水是本发明的液体的一种，被储存在墨盒7中。该墨盒7可装卸地被安装到记录头3上。另外，还能够采用墨盒7被配置在打印机1的主体侧、并从该墨盒7通过供墨管向记录头3供应墨水的构成。
所述托架移动机构5包括正时带8。并且，该正时带8由直流(DC)马达等脉冲马达9驱动。从而，一旦脉冲马达9工作，托架4就会在架设于打印机1上的导杆10上被引导，从而在主扫描方向(记录介质2的宽度方向)上往复移动。
图2是示出所述记录头3的构成的分解立体图。本实施方式中的记录头3大体上由壳体15、多个头单元16、单元固定板17以及头罩18构成。
壳体15是在其内部容纳头单元16和汇聚流道(没有图示)的箱体状部件，针固定器19形成在其顶面侧。该针固定器19是用于安装墨水导入针20的板状部件，在本实施方式中，八根墨水导入针20与墨盒7的墨水颜色相对应地以横向排列的方式配置在该针固定器19上。该墨水导入针20是将插入到墨盒7内的中空针状的部件，储存在墨盒7内的墨水从形成在该墨水导入针20的前端部上的导入孔(没有图示)通过壳体15内的汇聚流道被导入到头单元16侧。
另外，在壳体15的底面侧，四个头单元16以被定位成沿主扫描方向横向排列的状态被接合在金属制的单元固定板17上，并且通过金属制的头罩18被固定，单元固定板17具有与各头单元16对应的四个开口部17’，头罩18上也同样设置有与各头单元16对应的四个开口部18’。
图3是示出头单元16(比记录头3狭义的液体喷射头)的构成的分解立体图，图4是头单元16的截面图。另外，图5是省略了头单元16的一部分构成的局部分解立体图。为了方便，将各部件的层叠方向设为上下方向来进行说明。
本实施方式中的头单元16大体上由喷嘴板22、流道基板23、保护基板24以及柔性基板25构成，并且以层叠了这些部件的状态被安装在单元壳体26上。
喷嘴板22(喷嘴形成部件的一种)是板状部件，在该板状部件上，多个喷嘴27以与墨点形成密度相对应的间距被设置成行。在本实施方式中，通过以与300dpi相对应的间距排列设置300个喷嘴27来构成了喷嘴行(喷嘴组的一种)。在本实施方式中，在该喷嘴板22上形成了两个喷嘴行。
在流道基板23(相当于本发明的形成有压力室的基板)的顶面通过热氧化形成了由二酸化硅形成的弹性膜30。另外，如图4及图5所示，在该流道基板23中与各个喷嘴27相对应地形成有多个压力室31，每个压力室31通过各向异性刻蚀处理而由多个间隔壁划分出。在该流道基板23的压力室31的行的外侧形成有连通空间部33，连通空间部33划分出共用液体室32的一部分，作为导入各个压力室31的共用墨水的室。该连通空间部33经由供墨通道34与各个压力室31连通。
在形成于流道基板23的顶面的弹性膜30(相当于本发明中的压力产生元件设置面)上，多个压电元件35(本发明的压力产生元件的一种)与每个压力室31相对应的排列成行，每个压电元件35通过将金属制的下电极膜(共用元件电极46)、由锆钛酸铅(PZT)等形成的压电体层(没有图示)、以及由金属形成的上电极膜(分立元件电极47)依次层叠而形成。在本实施方式中，与两行的喷嘴行对应地，并且以在喷嘴行方向观看时压电元件35彼此交错的状态在与喷嘴行垂直的方向上并列设置了两行的压电元件行(相当于本发明中的压力产生元件组)。该压电元件35是所谓弯曲模式的压电元件，其被形成为覆盖压力室31的上部。另外，也可以采用下电极膜为分立元件电极47、上电极膜为共用元件电极46的构成。
电极配线部48、49分别从压电元件35的各元件电极47、46在弹性膜30上延伸，驱动压电元件35的驱动IC 52的端子电连接在这些电极配线部的相当于电极端子(电极焊盘)的部分上。并且，各压电元件35被构成为通过驱动电压经由驱动IC 52被施加到分立元件电极47以及共用元件电极46之间来变形。在本实施方式中，所述弹性膜30、包括各电极46、47的压电元件35、与压电元件35的各电极导通的电极配线部48、49、以及其他形成在弹性膜30上的端子等的部分相当于本发明的致动器单元。
保护基板24被配置在形成有所述压电元件35的流道基板23上，该保护基板24具有在厚度方向上贯穿的贯通空间部36。该保护基板24的贯通空间部36与流道基板23的连通空间部33连通并划分出共用液体室32的一部分。另外，在保护基板24的与压电元件35相对的区域形成有压电元件容纳空间部37，该压电元件容纳空间部37具有不阻碍该压电元件35的驱动的程度的大小。此外，在保护基板24中的相邻的压电元件行(相当于本发明的压力产生元件组)之间形成有贯穿基板厚度方向的配线空间部38。在平面视图下，在该配线空间部38内配置有压电元件35的分立元件电极端子48、共用元件电极端子51等，并且配置有驱动IC 52。并且，电路基板39跨越配线空间部38而被配置在保护基板24上。即，电路基板39相对于驱动IC 52被配置在与基板侧相反的一侧。该电路基板39是形成有电路配线的印刷基板，该电路配线将从打印机主体侧的制御部经由外部配线(没有图示)传输来的驱动信号或制御信号等提供给驱动IC 52。另外，在该电路基板39上，与驱动IC 52的输入输出端子相对应地形成有基板端子(没有图示)，并且设置有与外部配线连接的连接器39a。该连接器39a以将配线连接口朝向与驱动IC 52侧相反的那侧的状态竖直设置在电路基板39上。
柔性基板25被配置在保护基板24的顶面侧。在该柔性基板25的与保护基板24的贯通空间部36相对的区域，贯穿其厚度方向而形成了墨水导入口40，墨水导入口40用于将来自墨水导入针20侧的墨水供应至共用液体室32。另外，该柔性基板25的除与贯通空间部36相对的区域的墨水导入口40以及后述的贯穿口25a以外的区域是被形成得极薄的可挠部41，通过由该可挠部41密封贯通空间部36的上部开口来划分出共用液体室32。并且，该可挠部41起到作为吸收共用液体室32内墨水的压力变动的柔性部的功能。此外，在柔性基板25的中央部形成有贯穿口25a。该贯穿口25a与单元壳体26的空间部44连通。
单元壳体26是形成有墨水导入通道42、并且在与可挠部41相对的区域形成有容许该可挠部41膨胀的凹部43的部件，墨水导入通道42与墨水导入口40连通，用于将从墨水导入针20侧导入的墨水供应至共用液体室32侧。在该单元壳体26的中心部设置有在厚度方向上贯穿的空间部44。该空间部44与柔性基板25的贯穿口25a连通。电路基板39以及连接器39a被容纳在如此形成的空间内。
并且，这些喷嘴板22、流道基板23、保护基板24、柔性基板25以及单元壳体26通过在它们之间配置接合剂或熱熔接薄膜等并层叠的状态下进行加热来相互接合。
包括如上构成的头单元16的记录头3被安装到托架4上，使得在各喷嘴板22与压板相对的状态下喷嘴行方向与副扫描方向相一致。并且，在各头单元16中，来自墨盒7的墨水经由墨水导入通道42从墨水导入口40导入共用液体室32侧，从而墨水充满从共用液体室32至喷嘴27的墨水流道(液体流道的一种)。并且，通过向压电元件35提供驱动电压使该压电元件35挠性变形，使得对应的压力室31内的墨水产生压力变动，并利用该墨水的压力变动从喷嘴27喷射墨水。
图6是用于说明压电元件35的元件电极以及从该元件电极延伸的元件电极配线部的布局的示意图。另外，图7A和图7B是用于说明针对致动器单元的驱动IC 52和电路基板39的配线的图，其中，图7A是保护基板24、驱动IC 52、电路基板39以及连接器39a的立体图，图7B是图7A中的区域A的放大图。在图6中，以深阴影线示出的部分是分立元件电极47以及与其导通的分立元件电极配线部48，以浅阴影线示出的部分是共用元件电极46以及与其导通的共用元件电极配线部49。另外，在图6中，纵向是喷嘴行设置方向(压电元件行设置方向)，示出了与两行的喷嘴行2相对应的构成。在本实施方式中，电极膜的材料使用铂或金。
在本实施方式中，在划分出压力室31的一部分的弹性膜30上，各压电元件35所共用的共用元件电极46(46a、46b)沿着喷嘴行方向连续地形成为沿该喷嘴行方向细长的平面视图下的矩形形状46a、46b，在其上依次层叠压电体层(没有图示)和分立元件电极47(47a、47b)，并针对每个压电元件35进行了图案化。分立元件电极47的长方向上的尺寸稍大于共用元件电极46的短方向上的宽度。另外，分立元件电极47的宽度方向(短方向)上的尺寸与压力产生元件35的宽度统一为相同程度。与分立元件电极47导通的分立元件电极端子48(分立元件电极配线部的一种)形成在相邻的压电元件行之间的与驱动IC 52的输出端子54对应的位置上。并且，与一个(图中左侧的)喷嘴行相对应的分立元件电极端子48和与另一个(图中右侧的)喷嘴行相对应的分立元件电极端子48以在喷嘴行方向上彼此交错的方式并以固定间距配置成行。
另外，在弹性膜30上形成有围绕形成了共用元件电极46、分立元件电极47以及分立元件电极端子48的区域的框状的共用元件电极部49(共用元件电极配线部的一种)。该共用元件电极部49通过分支电极部50与各共用元件电极46a、46b导通。另外，与共用元件电极部49导通的共用元件电极端子51(共用电极用焊盘的一种)形成在弹性膜30上的共用元件电极部49的框内的从形成有共用元件电极46、分立元件电极47以及分立元件电极端子48的区域偏离的位置上。该共用元件电极端子51延伸到与驱动IC 52的接地端子56相对应的位置。
在驱动IC 52的端子形成面上，输出端子54分别形成在与致动器单元的各分立元件电极端子48相对应的位置，接地端子56分别形成在与致动器单元的共用元件电极端子51相对应的位置。另外，输入端子53形成在驱动IC 52的端子形成面上的与致动器单元的输入用焊盘55相对应的位置。并且，驱动IC 52将端子形成面侧朝向致动器单元侧，并且在将输入输出端子的平面位置与致动器单元侧的对应的各端子(焊盘)的平面位置对准的状态下配置在压电元件行之间。在此状态下，输出端子54和与其对应的分立元件电极端子48电接合，并且输入端子53和输入用焊盘55电接合。即，驱动IC 52的各端子通过倒装式接合而与致动器单元侧的对应的端子相接合。作为倒装式接合的接合方法，能够采用超声波接合或利用导电性粘合剂的粘合等的已知方法。如此，在本实施方式中，驱动IC 52的各端子不使用接合线而与致动器单元侧的对应的端子直接接合，因此减少了配线空间，其结果，能够有助于记录头3的小型化。
在将驱动IC 52安装在致动器单元上之后，在驱动IC 52被容纳在配线空间部38内的状态下安装保护基板24，在该保护基板24上配置电路基板39。并且，如图7B所示，输入用焊盘55以及共用元件电极端子51在与驱动IC 52的端子接合的部分不同的位置分别经由接合线59电连接在电路基板39的对应的基板端子58上。根据该构成，如本实施方式所示，即使在驱动IC 52的端子形成面朝向与电路基板39相反的那侧的构成中，也能够将驱动IC 52的端子与印刷基板的基板端子电接合。在驱动IC 52与电路基板39之间进行布线之后，外部配线连接到电路基板39的连接器39a上。由此，从打印机1的控制部经由外部配线传输而来的驱动信号等经由电路基板39被驱动IC 52接收，该驱动IC 52可基于该驱动信号来控制各压电元件35。
如上所述，在根据本发明的记录头3中，不需要在以往的记录头中使用于电路基板与致动器单元之间的布线的COF等配线部件，能够减少相应的设置面积。由此，记录头3能够小型化。另外，由于没有使用配线部件，因此相应地减少了成本。此外，由于不使用配线部件，因而配线作业变得容易。
以上，将作为液体喷射头的一种的喷墨式记录头3(头单元16)为例进行了说明，但本发明也能够应用于被构成为通过柔性电缆向压力产生元件供应驱动电压的其他液体喷射头。例如也能够将本发明应用于在液晶显示器等的滤色器的制造中使用的色料喷射头、在有机EL(ElectroLuminescence，电致发光)显示器、FED(面发光显示器)等的电极形成中使用的电极材料喷射头、在生物芯片(生物化学元件)的制造中使用的生物有机物喷射头等。

Claims (8)

1.一种液体喷射头，包括致动器单元，所述致动器单元具有通过向分立元件电极与共用元件电极之间施加驱动电压来使压力室内的液体产生压力变动从而从与所述压力室相通的喷嘴喷射液体的压力产生元件，
所述致动器单元具有多个压力产生元件组，每个压力产生元件组由多个压力产生元件排列成行而形成，
所述液体喷射头的特征在于，
在基板的所述压力产生元件设置面上的压力产生元件组之间形成有与所述压力产生元件的所述分立元件电极导通的分立元件电极端子，所述压力室形成在所述基板上，
在所述压力产生元件设置面上的相邻的压力产生元件组之间配置有驱动IC，
在所述驱动IC的与所述基板侧相反的那侧配置有印刷基板，
在所述压力产生元件设置面上的与所述驱动IC的输入端子对应的位置形成有输入用焊盘，
所述驱动IC的输出端子与所述分立元件电极端子电接合，
所述驱动IC的输入端子与所述输入用焊盘电接合，并且所述输入用焊盘与所述印刷基板的基板端子电接合。
2.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，
所述驱动IC的输出端子和所述分立元件电极端子通过倒装式接合来接合。
3.如权利要求1或2所述的液体喷射头，其特征在于，
所述输入用焊盘与所述印刷基板的基板端子经由接合线接合。
4.如权利要求1或2所述的液体喷射头，其特征在于，
与所述共用元件电极导通的共用元件电极配线部以及与所述共用元件电极配线部导通的共用电极用焊盘形成在所述压力产生元件设置面上的从形成了所述压力产生元件组和所述分立元件电极端子的区域偏离的位置，
所述驱动IC的接地端子与所述共用电极用焊盘电接合。
5.如权利要求3所述的液体喷射头，其特征在于，
与所述共用元件电极导通的共用元件电极配线部以及与所述共用元件电极配线部导通的共用电极用焊盘形成在所述压力产生元件设置面上的从形成了所述压力产生元件组和所述分立元件电极端子的区域偏离的位置，
所述驱动IC的接地端子与所述共用电极用焊盘电接合。
6.如权利要求1或2所述的液体喷射头，其特征在于，
所述印刷基板在与所述驱动IC相反的那侧的表面上形成有连接外部配线的连接器。
7.如权利要求3所述的液体喷射头，其特征在于，
所述印刷基板在与所述驱动IC相反的那侧的表面上形成有连接外部配线的连接器。
8.一种液体喷射装置，包括权利要求1至7中任一项所述的液体喷射头。
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