CN102673151A - 喷墨头以及喷墨头的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供喷墨头以及喷墨头的制造方法，该喷墨头价格低廉，且具有表面的化学和机械的特性与压电元件有良好的亲合力的绝缘基板。该喷墨头包括：喷嘴板，具有多个喷嘴；压电元件，具有与上述喷嘴对应的多个压力室以及侧壁，该侧壁与上述压力室相邻设置，而且，形成向上述压力室加压而使液体从上述喷嘴喷出的驱动元件；基板，用于粘接压电元件；框体，以包围上述压电元件的方式设置在上述基板上；以及电极，用于驱动上述压电元件，其中，上述压电元件具有与上述压电元件的上端部连接、且不与喷嘴板接触的斜面，在上述基板的表面形成表面层，在该表面层具有与斜面连接的凹部，在上述斜面和凹部上形成电极。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及喷墨头以及喷墨头的制造方法。
背景技术
在喷墨打印机中使用的喷墨头包括由陶瓷材料形成的绝缘基板、与该绝缘基板相对配置的喷嘴板、层压配置在绝缘基板与喷嘴板之间的驱动元件以及通过包围该驱动元件而形成通用液室以及压力室的陶瓷材料制成的框部件。
驱动元件具有由PZT(锆钛酸铅)类压电陶瓷材料形成的一对压电元件。而且，驱动元件通过驱动电路进行驱动，在绝缘基板上形成使驱动元件与驱动电路导通的电极图案。而且，驱动元件的两个端面形成锥形面。
现有技术的喷墨头是在绝缘基板上形成使驱动元件与驱动电路导通的电极图案。通过众所周知的无电解电镀形成电极。无电解电镀必须进行催化核的吸附等化学前处理，由于电极图案从驱动元件过度到绝缘基板并形成，因此，同时对压电元件和绝缘基板进行无电解电镀。
因此，要求压电元件和绝缘基板的表面具有与化学前处理相似的特性。如果压电元件和绝缘基板表面的化学特性有很大不同，则电镀膜的析出有差异，或在后续工序中电镀膜剥离。
而且，绝缘基板的表面由于布置数10μm的电极图案，因此，还要求平滑度和无空隙。如果平滑度差、有空隙，电极图案就会断开。
而且，在将压电元件与绝缘基板接合后对驱动元件的端面进行机械的锥形加工的情况下，也将对绝缘基板侧进行加工，如果压电元件与绝缘基板表面的机械特性差异很大，则在压电元件或绝缘基板上就会发生开裂或剥落。
另一方面，由于要求降低喷墨头的成本，所以，希望即使是平滑度并非很好、有许多空隙的绝缘基板也可以使用。
专利文献1：特开2007-190892号公报
发明内容
本发明提供一种喷墨头以及喷墨头的制造方法，其具有价格低廉、且表面的化学和机械特性与压电元件具有良好的亲合力的绝缘基板。
本实施方式的喷墨头包括：喷嘴板，具有多个喷嘴；压电元件，具有与上述喷嘴对应的多个压力室以及侧壁，该侧壁与该压力室相邻设置，而且，形成向上述压力室加压而使液体从上述喷嘴喷出的驱动元件；基板，用于粘接上述压电元件；框体，以包围上述压电元件的方式放置在上述基板上；电极，用于驱动上述压电元件，上述压电元件具有与上述压电元件的上端部连接、且不与上述喷嘴板接触的斜面，在上述基板的表面形成表面层，在该表面层具有与上述斜面连接的凹部，在上述斜面和上述凹部上形成上述电极。
附图说明
图1是表示喷墨头的结构图。
图2是第一实施方式的喷墨头的图1中的沿AA线的截面图。
图3是第一实施方式的喷墨头的图1中的沿BB线的截面图。
图4是第一实施方式的喷墨头的主要部位放大图。
图5是第一实施方式的喷墨头的主要部位放大图。
图6是形成表面层的成膜装置的示意图。
具体实施方式
以下参考附图就本发明的一个实施方式进行说明。在各图中相同的部位使用相同的符号，并省略重复说明。
(实施方式涉及的喷墨头的结构)
图1是表示实施方式涉及的喷墨头100的结构图。如图1所示，喷墨头100包括由电介质形成的绝缘性基板11、放置在该基板11上并刻有在内部具有空间和导体层的压力室的压电元件12、以包围该压电元件12的方式装载在基板11上的框体13以及与压电元件12的侧壁的上端部粘接并具有喷嘴列9的喷嘴板14。
基板11例如由氧化铝形成。作为其他的基板11的材料，也可以使用玻璃环氧树脂等绝缘材料。
喷墨头100在基板11上具有两列压电元件12。压电元件12包括PZT(锆钛酸铅)。作为其他的压电元件12的材料，还可以使用PTO(PbTiO3：钛酸铅)、PMNT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3：铌镁钛酸铅)、PZNT(Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)、ZnO等。
喷嘴板14由聚酰亚胺树脂薄膜形成。在喷嘴板14的喷出墨滴侧的表面，例如通过氟树脂等形成防水膜(未图示)。作为其他的喷嘴板14的材料，也可以使用镍板或硅板。
各喷嘴列9包括多个喷嘴孔15。喷嘴孔15具有喷出墨滴的作用，等间隔地形成。
图2是实施方式涉及的喷墨头100的图1中的AA线截面图。如图2所示，喷墨头100在基板11上具有墨水吸入孔16和墨水排出孔17。墨水在墨水吸入孔16、压力室30以及墨水排出孔17之间循环。压力室30的内部具有空间和导体层。形成由基板11、框体13以及喷嘴板14包围的墨水室8。
在基板11的表面上，以50μm的厚度形成包括PZT的表面层11A，在该表面层11A上接合压电元件12。这种情况下，基板11/表面层11A/压电元件12的结构形成为氧化铝/PZT/PZT。作为其他的加工表面层11A的材料，也可以使用氧化铝、PTO、PMNT、PZNT、ZnO等。
而且，压电元件12的压力室30的侧壁截面呈梯形形状。喷嘴板14在压力室30的上部具有喷嘴孔15。
喷墨头100在框体13的外侧具有驱动压电元件12的驱动器IC18和连接驱动器IC18与压电元件12的电极19。电极19被布置在基板11的表面层11A上。喷墨头100通过由驱动器IC18驱动的压电元件12的变形而喷出墨水。即，容积增加的压力室30中将墨水导入内部，容积减少的压力室30从喷嘴孔15喷出加压后的墨水。
图3是本实施方式涉及的喷墨头100的图1中的沿BB线的截面图。如图3所示，在喷墨头100的基板11的表面层11A上具有连续凹凸的梳子形状的第一压电元件12B。在该第一压电元件12B的凸部的上端具有与第一压电元件12B的极性相反的第二压电元件12A，在第一压电元件12B的凹部的上端，具有截面为コ字形地覆盖压力室30的侧壁31的导体层21。
在上述结构中，被侧壁31、槽部的底面以及喷嘴板14包围的部位形成了在主扫描方向排列的多个压力室30。
图4是本实施方式涉及的喷墨头100的基板11的表面层11A的凹部11B的截面放大图。凹部11B以与压电元件12的梯形连接的方式形成。凹部11B的深度例如为20μm，小于表面层11A的厚度。
图5是本实施方式涉及的喷墨头100的凹部11B的放大立体图。如图5所示，在压电元件12的斜面50与斜面50之间，从压电元件12的压力室30起在包括凹部11B的表面层11A的上面形成电极19。
如上所述，本实施方式的喷墨头100在基板11的表面上具有压电元件12以及化学和机械亲和力高的表面层11A，在该表面层11A上具有与压电元件12的斜面50连接的凹部11B，而且，在斜面50和包括凹部11B的表面层11A的上面具有用于驱动压电元件12的电极19。
因此，电极19粘合性等可靠性高。而且，当将压电元件12与基板11接合后，如果将压电元件12的端面机械加工成锥形时，虽然需要对基板11侧也进行加工，但是，在压电元件12或基板11上不会发生开裂或剥落。
(实施方式涉及的喷墨头的加工方法)
以下就上述结构的喷墨头的加工方法进行说明。
首先置备基板11。事先在基板11的表面喷射含有PZT等陶瓷材料的微粒的气雾剂，并形成表面层11A。
在具有墨水吸入孔16和墨水排出孔17的基板11上粘接将一对第一压电元件12B和第二压电元件12A粘合后的组件。
图6是形成表面层11A的成膜装置70的示意图。成膜装置70主要包括内置运载气体的气瓶71、气溶胶发生器72、成膜室73、喷嘴74、基板保持架75以及空气泵76。
气溶胶发生器72具有可将材料微粒收容于内部的气溶胶室和使该气溶胶室振动的振动器。气溶胶室与气瓶71通过导入管77连接。导入管77的前端在气溶胶室内部位于底面附近，以埋入陶瓷材料微粒中的方式配置。
在成膜室73中安装有用于安装基板11的基板保持架75和喷嘴74。喷嘴74通过供给管78与气溶胶室连接。而且，排气泵76连接于成膜室73。
在上述结构的成膜装置70中，向气溶胶发生器72内投入陶瓷材料，而且，将基板11固定在成膜室73的基板保持架75上。然后，从气瓶71通过导入管77向气溶胶发生器72内导入氦气等惰性气体的运载气体。通过导入运载气体，陶瓷材料微粒飘上来的同时，通过振动器的作用将陶瓷材料微粒与运载气体进行混合，并产生气雾剂。产生的气雾剂通过供给管78从喷嘴74向基板11高速喷射。气雾剂中的陶瓷材料微粒与基板11碰撞粉碎成更小的微粒并与基板11粘接，同时，陶瓷材料微粒彼此接合而形成细密的表面层11A。该表面层11A由于具有与陶瓷烧结体相同程度的硬度，因此，无需进行之后的高温加热。
接着，对粘接后的压电元件12进行切削加工，使其截面形成梯形。同时，还对表面层11A进行切削加工，形成凹部11B。如上所述，与压电元件12的梯形连接地形成凹部11B。
接着，利用切割机的金刚石砂轮等对压力室30进行切削加工。
接着，在压力室30的侧壁31、压电元件12的斜面50以及基板11的表面层11A上形成导体层21。
具体而言，在压力室30的侧壁31、压电元件12的斜面50以及基板11的表面层11A通过无电解电镀法形成0.5～3μm的Ni或Cu层，然后，通过电解电镀法形成0.1μm的Au层。即，用Au形成导体层21的最上面。
接着，通过化学蚀刻或机械地去掉压力室30的侧壁31上端部的导体层21。而且，向压电元件12的斜面50以及基板11的表面层11A的导体层21照射激光，清除不需要的部分，形成电极19。
接着，将框体13与基板11粘接。粘接剂例如可以使用热固化型的环氧类粘接剂。
接着，利用粘接剂将喷嘴板14粘接在框体13以及压电元件12的侧壁31的上端部，向喷嘴板14照射激光，形成喷嘴孔15。
或者利用粘接剂将事先形成了喷嘴孔15的喷嘴板14粘接在框体13以及压电元件12的侧壁31的上端部。
作为其他的喷嘴板14的材料，可以使用镍喷嘴板或硅板。镍喷嘴板是通过电铸法形成具有喷嘴的镍板后，在墨水喷出侧的表面形成防水膜。硅板是通过各向异性蚀刻形成单结晶硅板，并在墨水喷出侧的表面形成防水膜。
接着，将驱动器IC18与基板11的电极19连接。
接着，粘接墨盒。
在本实施方式的喷墨头100的加工方法中，喷射含有陶瓷材料微粒的气雾剂，在基板11的表面上形成压电元件12和化学及机械亲和性高的表面层11A。
根据本实施方式，喷射含有陶瓷材料微粒的气雾剂而形成的表面层11A可以形成细密的膜。因此，即使是平滑度不那么好、有许多空隙的材料也可以作为基板11使用。
而且，由于具有与陶瓷烧结体相同程度的硬度，无需之后的高温加热，因此，与陶瓷相比，耐热性低的材料也可以作为基板11使用。
就本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而进行的提示，并没有限制发明范围的目的。这些新的实施方式可以用其他各种方式实施，在不超出本发明宗旨的范围内可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在本发明的范围和宗旨中，并且包含在要求保护的本发明及其均等范围内。
符号说明
100 喷墨头 11 基板
11A 表面层 11B 凹部
12 压电元件 13 框体
14 喷嘴板 21 导体层
22 槽部 30 压力室
Claims (9)
1.一种喷墨头，其特征在于，包括：
喷嘴板，具有多个喷嘴；
压电元件，具有与所述喷嘴对应的多个压力室以及侧壁，其中，所述侧壁与该压力室相邻设置，而且，形成通过向所述压力室加压而使液体从所述喷嘴喷出的驱动元件；
基板，用于粘接所述压电元件；
框体，以包围所述压电元件的方式设置在所述基板上；以及
电极，用于驱动所述压电元件，
其中，所述压电元件具有与所述压电元件的上端部连接、且不与所述喷嘴板接触的斜面，
在所述基板的表面形成有表面层，在该表面层具有与所述斜面连接的凹部，
在所述斜面和所述凹部上形成所述电极。
2.根据权利要求1所述的喷墨头，所述表面层的材料是锆钛酸铅、氧化铝、钛酸铅、铌镁钛酸铅、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3、ZnO中的任一种。
3.根据权利要求1所述的喷墨头，在所述表面层上以与所述压电元件的梯形连接的方式形成凹部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的喷墨头，通过向所述基板喷射陶瓷材料微粒与运载气体混合后的气雾剂，所述陶瓷材料微粒彼此接合，从而形成所述表面层。
5.一种喷墨头的制造方法，所述喷墨头包括：喷嘴板，具有多个喷嘴；压电元件，具有与所述喷嘴对应的多个压力室以及侧壁，所述侧壁与所述压力室相邻设置，而且，形成对所述压力室加压而使墨水从所述喷嘴喷出的驱动元件；以及基板，用于粘接所述压电元件，
所述喷墨头的制造方法其特征在于：
置备所述基板；
在所述基板的表面喷射含有陶瓷材料的微粒的气雾剂，形成表面层；
在所述基板上形成墨水吸入孔和墨水排出孔；
在所述基板上粘接所述压电元件；
将所述压电元件加工成截面为梯形形状；
在所述表面层加工出凹部，使所述凹部与所述压电元件的梯形连接；
形成所述压力室；
在所述压力室的侧壁、所述压电元件的斜面以及所述表面层形成导体层；
清除所述压电元件的斜面以及所述表面层的导体层，在所述斜面以及所述凹部上形成电极；
在所述基板上粘接用于包围所述压电元件的框体；
在所述框体以及所述侧壁的上端部粘接所述喷嘴板；以及
在所述喷嘴板上开设喷嘴孔。
6.根据权利要求5所述的喷墨头的制造方法，所述陶瓷材料的微粒是锆钛酸铅。
7.根据权利要求5所述的喷墨头的制造方法，在所述导体层的最上面形成Au层。
8.一种喷墨头的制造方法，所述喷墨头包括：喷嘴板，具有多个喷嘴；压电元件，具有与所述喷嘴对应的多个压力室以及侧壁，所述侧壁与该压力室相邻设置，而且，形成对所述压力室加压而使墨水从所述喷嘴喷出的驱动元件；以及基板，用于粘接所述压电元件，
所述喷墨头的制造方法其特征在于：
置备所述基板；
在所述基板的表面喷射含有陶瓷材料的微粒的气雾剂，形成表面层；
在所述基板上形成墨水吸入孔和墨水排出孔；
在所述基板上粘接所述压电元件；
将所述压电元件加工成截面为梯形形状；
在所述表面层加工出凹部，使所述凹部与所述压电元件的梯形连接；
形成所述压力室；
在所述压力室的侧壁、所述压电元件的斜面以及所述表面层形成导体层，
除掉所述压电元件的斜面以及所述表面层的导体层，在所述斜面及所述凹部上形成电极；
在所述基板上粘接包围所述压电元件的框体；
在所述喷嘴板上开设喷嘴孔；以及
将所述喷嘴板与所述框体及所述压电元件的侧壁的上端部粘接。
9.根据权利要求8所述的喷墨头的制造方法，在所述导体层的最上面形成Au层。
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