CN103009811B - 液体喷射头及液体喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液体喷射头及液体喷射装置。液体喷射头（1）具备：层叠用于喷出液体的第1及第2头芯片（2a、2b）的喷出部（3）；供给驱动喷出部（3）的驱动信号的电路基板（4）；将第1头芯片（2a）和电路基板（4）电连接的第1柔性基板（5a）；将第2头芯片（2b）和电路基板（4）电连接的第2柔性基板（5b）。在这里，采用使电路基板（4）和第1及第2柔性基板（5a、5b）在电路基板（4）的一个表面（S）中电连接的结构。从而，较薄地形成液体喷射头的和液体喷出侧相反侧的区域，提高该区域的利用效率。

Description

液体喷射头及液体喷射装置

技术领域

本发明涉及从喷嘴（nozzle）喷出液体而在被记录介质上形成图像、字符或功能性薄膜的液体喷射头以及使用它的液体喷射装置。

背景技术

近年来，向记录纸等喷出墨滴从而描绘字符、图形或者向元件基板的表面喷出液体材料而形成功能性薄膜的喷墨（ink jet）方式的液体喷射头被广泛利用。该方式经由供给管，从液体罐向液体喷射头供给墨水、液体材料（以下总称为液体），使填充于通道内的液体从与通道连通的喷嘴喷出。在喷出液体之际，使液体喷射头、记录喷射的液体的被记录介质移动，从而记录字符、图形，或者形成既定形状的功能性薄膜。

图6是重叠2个头芯片（head chip）101的喷墨头（ink jet head）的横截面图（专利文献1的图12）。通过重叠2个头芯片101，使喷嘴的数量增加至2倍，从而能够进行高密度记录。各头芯片101由被下部基板111和上部基板113夹住的通道部115、粘贴在通道部115的前面的喷嘴板（nozzle plate）102、粘贴在下部基板111的外表面的布线基板103、安装于布线基板103的驱动IC132等构成。通道部115被下部基板111、上部基板113和由夹在下部基板111和上部基板113之间的压电体构成的2个壁（未图示）围住。

以使上部基板113彼此相对、下部基板111位于外侧的方式层叠2个头芯片101。在2个下部基板111的外表面，分别粘贴有布线基板103。就是说，2个头芯片101具有被2块布线基板103夹住的结构。在各布线基板103的内侧的表面，分别安装有驱动IC132。从而，和2个头芯片101的液体喷出侧相反一侧的区域被2块布线基板103围住。

安装于布线基板103的驱动IC132，经由连接器133及布线134从控制电路等外部电路输入控制信号，生成有选择地驱动各通道部115的驱动信号。驱动IC132生成的驱动信号，经由驱动布线131供给至通道部115。由压电体构成的2个壁响应驱动信号而变形，使通道部115的容积变化。由此从喷嘴喷出内部填充的液体。

在专利文献2中公布了层叠多个相同结构的促动器单元（actuator unit）的喷墨头。一个促动器单元由形成有多个槽状墨水腔的底板（base plate）和与该底板的上表面粘接、覆盖多个墨水腔的盖板（cover plate）构成。底板的底面粘接有邻接的促动器单元的盖板。多个层叠的促动器单元的墨水喷出方向即前面粘接有喷嘴板。在喷嘴板与底板的槽对应的位置，形成有喷嘴。位于底板和底板之间的盖板，具有朝着和喷嘴板相反侧的后面的方向突出的露出部，驱动IC芯片安装在该露出部上，柔性基板（称为FPC）与该露出部的端部连接。从而，和促动器单元的喷嘴板相反侧的区域，就被多个盖板的露出部、与各露出部连接的FPC占据。

图7是由2列头芯片201构成的液体喷射头200的示意性的立体图，该头芯片201具有2列将由压电体构成的2块促动器基板202、203粘在一起的喷嘴列。液体喷射头200具备2列头芯片201、向该2列头芯片201供给驱动信号的2块电路基板204、205、向2块电路基板204、205供给控制信号的中继基板212、将2块电路基板204、205和2列头芯片201电连接的2块柔性基板206、207、分别将中继基板212和2块电路基板204、205电连接的2个柔性基板208、209。

中继基板212具备从外部电路输入控制信号的外部设备连接用连接器213，经由2块柔性基板208、209，将输入的控制信号向2块电路基板204、205供给。2块电路基板204、205分别具备驱动器IC210、211，各驱动器IC210、211基于输入的控制信号，生成用于驱动2列头芯片201的驱动信号。驱动器IC210生成的驱动信号，经由柔性基板206向上部的促动器基板202供给；驱动器IC211生成的驱动信号，经由柔性基板207向下部的促动器基板203供给。

从而，由2列头芯片201构成的液体喷射头200需要2块电路基板204、205和一块中继基板212以及四块柔性基板206、207、208、209。

专利文献1：日本特开2004－209796号公报

专利文献2：日本特开平10－146974号公报。

发明内容

专利文献1所述的喷墨头，在构成各头芯片101的下部基板111的外侧，设置有向和液体喷出侧相反一侧较大地突出的布线基板103。因此，喷墨头的重量增大，搭载多个该喷墨头的滑架（carriage）的质量增大，使驱动滑架的驱动系统承受较大的负载。另外，2个头芯片101的和液体喷出侧相反一侧的区域被布线基板103占据，不能够将该区域用于其它的设备。

另外，专利文献2所述的喷墨头也同样，位于底板之间的盖板具有朝着和液体喷出侧相反的一侧突出的露出部，驱动用的驱动IC芯片及用于从外部电路向驱动IC芯片传递信号的FPC与该露出部连接。因此，和液体喷出侧相反侧的区域被露出部、FPC占据，不能够将该空间用于其它的设备。

另外，在图7所示的现有公知的液体喷射头中，除了2列头芯片201之外，还需要四块柔性基板206～209和2块电路基板204、205以及一个中继基板212，部件数量多，组装它们的组装工序也复杂且长。另外，和上述专利文献1或2同样，在和液体喷出侧相反侧的区域设置2块电路基板和四块柔性基板以及一个中继基板。因此，在较薄地形成该区域的厚度上存在极限。

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供使液体喷射头的和液体喷出侧相反侧的区域厚度变薄、轻量化的液体喷射头。

本发明的液体喷射头，具备：喷出部，层叠了用于喷出液体的第1头芯片和第2头芯片；电路基板，供给驱动所述喷出部的驱动信号；第1柔性基板，将所述第1头芯片和所述电路基板电连接；第2柔性基板，将所述第2头芯片和所述电路基板电连接，所述电路基板和所述第1及第2柔性基板在所述电路基板的一个表面电连接。

另外，所述第1柔性基板和所述第2柔性基板重叠的形状，在俯视时呈V字或Y字形状。

另外，所述第1柔性基板和所述第2柔性基板，相对于直立于所述电路基板的一个表面的法线不重叠。

另外，所述第1及第2头芯片分别具有第1电极引出部及第2电极引出部，所述第1及第2电极引出部在所述第1及第2头芯片层叠的层叠方向重叠地配置。

另外，所述电路基板具有第1电极端子部及第2电极端子部；所述第1及第2电极端子部在所述一个表面，沿着所述第1及第2电极端子部各自的长度方向配置成一列。

另外，所述第1柔性基板将所述第1电极引出部和所述第1电极端子部电连接，所述第2柔性基板将所述第2电极引出部和所述第2电极端子部电连接。

另外，还包含固定所述喷出部及固定所述电路基板的底座（base）基板，所述电路基板具备安装在所述电路基板的一个表面的驱动器IC；在与安装所述驱动器IC的区域对应的所述电路基板的另一个表面和所述底座基板之间，夹着导热性材料。

另外，所述驱动器IC设置在形成于所述电路基板的一个表面的第1金属膜上，在与设置所述第1金属膜的区域对应的所述电路基板的另一个表面形成第2金属膜，所述第1金属膜和所述第2金属膜，经由填充于在所述电路基板形成的贯通孔的金属材料而连接。

本发明的液体喷射装置，具备：上述任一项所述的液体喷射头；使所述液体喷射头往复移动的移动机构；向所述液体喷射头供给液体的液体供给管；以及向所述液体供给管供给所述液体的液体罐。

本发明的液体喷射头，具备层叠了用于喷出液体的第1头芯片和第2头芯片的喷出部、供给驱动喷出部的驱动信号的电路基板、将第1头芯片和电路基板电连接的第1柔性基板、将第2头芯片和电路基板电连接的第2柔性基板。在这里，电路基板和第1及第2柔性基板在电路基板的一个表面电连接。由此，能够使供给用于驱动喷出部的驱动信号的电路基板和第1及第2柔性基板所占的区域薄型化。另外，因为部件数量减少，所以能够实现轻量化。进而，能够削减组装工时，降低制造成本。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式涉及的液体喷射头的说明图；

图2是本发明的第2实施方式涉及的液体喷射头的立体图；

图3是本发明的第2实施方式涉及的液体喷射头的侧面示意图；

图4是本发明的第2实施方式涉及的液体喷射头的驱动器IC的纵截面示意图；

图5是本发明的第3实施方式涉及的液体喷射装置的示意性的立体图；

图6是重叠2个头芯片的现有公知的喷墨头的横截面图；

图7是表示现有公知的液体喷射头的示意性的立体图。

具体实施方式

（第1实施方式）

图1是本发明的第1实施方式涉及的液体喷射头1的说明图。图1（a）是液体喷射头1的示意性的立体图，图1（b）是构成液体喷射头1的各部分的平面图。

如图1所示，液体喷射头1具备：向x方向喷出液体的喷出部3；供给驱动喷出部3的驱动信号的电路基板4；以及将喷出部3和电路基板4电连接的第1柔性基板5a和第2柔性基板5b。喷出部3具有层叠第1头芯片2a和第2头芯片2b的层叠结构。第1柔性基板5a将电路基板电4和第1头芯片2a电连接，第2柔性基板5b将电路基板4和第2头芯片2b电连接。

就是说，电路基板4经由第1及第2柔性基板5a、5b分别向第1及第2头芯片2a、2b供给驱动信号。在从第1及第2柔性基板5a、5b的垂直方向（z方向）看的平面图上，电路基板4和第1及第2柔性基板5a、5b具有V字或Y字形状。进而，在电路基板4的一个表面S，第1及第2柔性基板5a、5b被互不重叠地配置。此外，第2柔性基板5b的布线从第2柔性基板5b的一个表面（下侧表面）经由贯通电极被引线到另一个表面（上侧表面）。

这样，因为采用使第1柔性基板5a和第2柔性基板5b在电路基板4的一个表面S电连接的结构，所以能够使电路基板4和第1及第2柔性基板5a、5b占据的区域的厚度（电路基板4的表面的法线方向（z方向）的厚度）变薄。另外，因为能够减少部件数量，所以可以实现液体喷射头1的轻量化。进而，能够减少组装工时，降低制造成本。

具体地讲述液体喷射头1的结构。电路基板4在其一个表面S的端部（－x方向的端部）具备从外部电路输入控制信号的外部设备连接用连接器14，在一个表面S的中央部具备第1驱动器IC13a和第2驱动器IC13b。外部设备连接用连接器14和第1及第2驱动器IC13a、13b经由未图示的布线、电子部件电连接。电路基板4进而在一个表面S的喷出部3侧的端部（＋x方向的端部）具备第1电极端子部7a和第2电极端子部7b。第1及第2电极端子部7a、7b在电路基板4的一个表面S，沿着长度方向（y方向）配置成一列。第1电极端子部7a和第1驱动器IC13a被未图示的布线电连接。第2电极端子部7b和第2驱动器IC13b被未图示的布线电连接。第1及第2驱动器IC13a、13b分别生成驱动第1及第2头芯片2a、2b的驱动信号。第1或第2电极端子部7a、7b通常由100个以上的电极端子构成。

喷出部3具备层叠第1头芯片2a和第2头芯片2b的结构。第1及第2头芯片2a、2b分别具备表面形成多个槽的压电体基板PP和覆盖多个槽的开口部、与压电体基板PP接合而构成未图示的多个通道的盖板CP。第1头芯片2a和第2头芯片2b使压电体基板PP彼此相对地接合。与盖板CP相比，压电体基板PP朝着与液体的喷出方向（x方向）相反的方向（－x方向）突出，在该突出部的表面形成电极引出部。即，在第1头芯片2a的压电体基板PP的后方上表面形成第1电极引出部6a，在第2头芯片2b的压电体基板PP的后方下表面形成第2电极引出部6b。从而，第1及第2电极引出部6a、6b在第1及第2头芯片2a、2b的层叠方向（z方向）重叠地配置。

如图1（b）所示，第1及第2头芯片2a、2b的第1及第2电极引出部6a、6b以与第1及第2柔性基板5a、5b的＋x侧的端部重叠的方式朝着箭头所示的方向移动而电连接。进而，第1及第2柔性基板5a、5b的－x侧的端部以与电路基板4的第1及第2电极端子部7a、7b重叠的方式朝着箭头所示的方向移动而电连接。即，第1柔性基板5a将第1电极端子部7a和第1电极引出部6a电连接，第2柔性基板5b将第2电极端子部7b和第2电极引出部6b电连接。通过这样沿着长度方向将第1及第2电极端子部7a、7b配置成为一列，第1柔性基板5a和第2柔性基板5b相对于从电路基板4的一个表面S立起的法线而言不重叠。因此，能够同时将第1及第2柔性基板5a、5b与第1及第2电极端子部7a、7b压接。

如上所述，第1及第2柔性基板5a、5b具有使以在层叠方向（厚度方向）上重叠的方式形成的电极在与之正交的平面上改变排列的功能。由此，能够使电路基板4和第1及第2柔性基板5a、5b相对于层叠方向（z方向）较薄地形成。

此外，在本发明的液体喷射头1中，在电路基板4的一个表面S设置驱动器IC13a、13b和外部设备连接用连接器14并非必不可少的要件。也可以采用在外部电路中生成驱动信号，经由在电路基板4上形成的第1及第2电极端子部7a、7b向第1及第2柔性基板5a、5b供给的结构。

另外，在第1实施方式中，采用将第1及第2电极端子部7a、7b沿着其长度方向配置成为一列的结构，但本发明并不局限于此。例如可以将第1及第2电极端子部7a、7b在电路基板4的一个表面S上使其长度方向朝着y方向，而在－x方向上并列配置。而且，即使将第1及第2柔性基板5a、5b以在一个表面S上重叠的方式与第1及第2电极端子部7a、7b连接，也能获得本发明的效果。可是，不能够同时将第1及第2柔性基板5a、5b与第1及第2电极端子部7a、7b压接。另外，第1及第2驱动器IC13a、13b和第1及第2电极端子部7a、7b之间的布线的引线变得复杂。因此，像本第一实施方式这样将第1及第2电极端子部7a、7b配置成为一列的装置较容易设计及制造。

另外，在第1实施方式中，讲述了喷出部3层叠2个头芯片的情况，但本发明并不局限于此。由3个以上的头芯片构成，使用3个以上的柔性基板的情况，也被本发明包含。例如层叠3个以上的头芯片作为喷出部3，分别利用柔性基板将各头芯片和电路基板连接。这时，各柔性基板在电路基板的一个表面电连接。例如在该表面将3个以上的电极端子部沿着各自的长度方向配置成一列，各头芯片的电极引出部和电路基板的各电极端子部分别利用柔性基板连接。由此，能够使电路基板和柔性基板占据的区域的厚度大幅度地变薄。进而，能够大幅度地减少组装工时，还能够大幅度地降低制造成本。

（第2实施方式）

图2～图4表示本发明的第2实施方式涉及的液体喷射头1，图2是从喷出液体的喷出面19侧观察液体喷射头1的立体图，图3是液体喷射头1的侧面示意图，图4是驱动器IC13的纵截面示意图。喷出部3、第1及第2柔性基板5a、5b及电路基板4的结构和第1实施方式相同。对于相同的部分或具有相同的功能的部分赋予相同的符号。

如图2及图3所示，液体喷射头1包括下述部件：用于喷出液体的第1及第2头芯片2a、2b层叠而成的喷出部3；供给驱动喷出部3的驱动信号的电路基板4；将第1及第2头芯片和电路基板4电连接的第1及第2柔性基板5a、5b；固定喷出部3及电路基板4的底座基板8。喷出部3被固定在底座基板8的下部，电路基板4被固定在底座基板8的屏风状的板面上。此外，x方向是重力方向。

构成喷出部3的第1及第2头芯片2a、2b，分别具有层叠压电体基板PP和盖板CP的结构。在各盖板CP的表面，设置多个用于将液体导入许多通道的流路部件17。喷出部3的最下面是喷出液体的喷出面19。

电路基板4在其一个表面S的上端部（－x方向的端部）设置有用于和外部电路连接的外部设备连接用连接器14，在一个表面S的大致中央部设置有用于生成驱动信号的第1及第2驱动器IC13a、13b，在一个表面S的下端部（＋x方向的端部）沿着各自的长度方向，将未图示的第1及第2电极端子部7a、7b配置成为一列。

第1柔性基板5a将未图示的第1电极端子部7a和第1电极引出部6a电连接，第2柔性基板5b将未图示的第2电极端子部7b和第2电极引出部6b电连接。第1柔性基板5a和第2柔性基板5b重叠的形状，在俯视时呈V字或Y字形状，在电路基板4的一个表面S的上方不重叠。因此，相对于第1及第2头芯片2a、2b的层叠方向（z方向），能够使厚度变薄。如图3所示，例如能够和电路基板4平行地直立设置压力缓冲器18。另外，还能够取代压力缓冲器18，设置过滤器单元、流路部件等。另外，因为部件数量减少，所以能够实现液体喷射头1的轻量化。进而，可以减少组装工时，降低制造成本。

如图4所示，第1驱动器IC13a被安装在电路基板4之上。第1驱动器IC13a具备在电路基板4之上形成的第1金属膜9a、经由未图示的导电膏粘接在第1金属膜9a之上的IC芯片20、将IC芯片20的电极（未图示）和电路基板4上的电极（未图示）电连接的电线16、用于防止被污染等的模制材料15。第2驱动器IC13b也具备相同的结构。

在电路基板4中形成贯通孔10，贯通孔10被填充金属材料11。在电路基板4的和第1驱动器IC13a相反侧的背面侧，设置第2金属膜9b。进而，在第2金属膜9b和底座基板8之间填充导热膏12。根据这种结构，在第1驱动器IC13a产生的热经由第1金属膜9a、金属材料11、第2金属膜9b、导热膏12散发到底座基板8上。使用铝等导热性材料作为底座基板8，从而通过作为散热板发挥作用，能够防止第1驱动器IC13a的温升造成的功能下降。

这样，本第2实施方式采用在电路基板4的一个表面S搭载第1驱动器IC13a和第2驱动器IC13b，使第1及第2驱动器IC13a、13b与底座基板8的屏风状的同一板面热接触而散热的结构。其结果，能够不必使用多个散热板而使电路基板4和底座基板8的散热部占据的区域的厚度（电路基板的表面的法线方向的厚度）变薄，能够较薄地形成第1及第2柔性基板5a、5b占据的区域，并且使喷出部3的与液体喷出侧相反侧的区域的厚度大幅度地变薄。进而，因为不需要使用多个散热板，所以能够实现液体喷射头1的进一步轻量化。而且，能够减少组装工时，降低制造成本。

（第3实施方式）

图5是本发明的第3实施方式涉及的液体喷射装置30的示意性的立体图。液体喷射装置30具备：使液体喷射头1、1’往复移动的移动机构40；向液体喷射头1、1’供给液体的流路部35、35’；向流路部35、35’供给液体的液体泵33、33’及液体罐34、34’。各液体喷射头1、1’具备多个喷出槽，从和各喷出槽连通的喷嘴喷出液滴。各液体喷射头1、1’使用在第1或第2实施方式中讲述的部件。

液体喷射装置30具备：将纸等被记录介质44向主扫描方向输送的一对输送单元41、42；向被记录介质44喷出液体的液体喷射头1、1’；载置液体喷射头1、1’的滑架单元43；将液体罐34、34’贮存的液体推压而向流路部35、35’供给的液体泵33、33’；使液体喷射头1、1’向与主扫描方向正交的副扫描方向扫描的移动机构40。未图示的控制部控制并驱动液体喷射头1、1’、移动机构40、输送单元41、42。

一对输送单元41、42向副扫描方向延伸，具备一边接触滚轮（roller）面一边旋转的栅格滚轮和夹送滚轮。在未图示的电动机的作用下，栅格滚轮和夹送滚轮向主扫描方向输送被转送到轴周围而夹在滚轮之间的被记录介质44。移动机构40具备：一对向副扫描方向延伸的导轨36、37；能够沿着一对导轨36、37滑动的滑架单元43；连接滑架单元43使其向副扫描方向移动的无接头带38；通过未图示的滑轮使该无接头带38转动的电动机39。

滑架单元43载置多个液体喷射头1、1’，喷出例如黄、洋红（magenta）、青（cyan）、黑四种液滴。液体罐34、34’贮存对应的颜色的液体，经由液体泵33、33’、流路部35、35’向液体喷射头1、1’供给。各液体喷射头1、1’响应驱动信号而喷出各种颜色的液滴。通过控制液体喷射头1、1’喷出液体的定时、驱动滑架单元43的电动机39的旋转及被记录介质44的输送速度，能够在被记录介质44上记录任意的图案。

依据本发明的液体喷射装置30，因为液体喷射头1的部件数量减少，实现了轻量化，所以滑架单元43的质量减少，驱动滑架单元43的驱动系统的负载减轻。

符号说明

1 液体喷射头；2a 第1头芯片；2b 第2头芯片；3 喷出部；4 电路基板；5a 第1柔性基板；5b 第2柔性基板；6a 第1电极引出部；6b 第2电极引出部；7a 第1电极端子部；7b 第2电极端子部；8 底座基板；9a 第1金属膜；9b 第2金属膜；10 贯通孔；11 金属材料；12 导热膏；13 驱动器IC；13a 第1驱动器IC、13b 第2驱动器IC；18 压力缓冲器；30 液体喷射装置。

Claims (9)

1.一种液体喷射头，其中具备：

喷出部，层叠了用于喷出液体的第1头芯片和第2头芯片；

电路基板，供给驱动所述喷出部的驱动信号；

第1柔性基板，将所述第1头芯片和所述电路基板电连接；

第2柔性基板，该第2柔性基板将所述第2头芯片和所述电路基板电连接；

所述电路基板和所述第1及第2柔性基板在所述电路基板的一个表面电连接。

2.如权利要求1所述的液体喷射头，其中所述第1柔性基板和所述第2柔性基板重叠的形状，在俯视时呈V字或Y字形状。

3.如权利要求1或2所述的液体喷射头，其中所述第1柔性基板和所述第2柔性基板在所述电路基板上的部分，相对于直立于所述电路基板的一个表面的法线不重叠。

4.如权利要求1或2所述的液体喷射头，其中所述第1及第2头芯片分别具有第1电极引出部及第2电极引出部，所述第1及第2电极引出部在所述第1及第2头芯片层叠的层叠方向重叠地配置。

5.如权利要求4所述的液体喷射头，其中所述电路基板具有第1电极端子部及第2电极端子部，所述第1及第2电极端子部在所述电路基板的一个表面，沿着所述第1及第2电极端子部各自的长度方向配置成一列。

6.如权利要求5所述的液体喷射头，其中所述第1柔性基板将所述第1电极引出部和所述第1电极端子部电连接，所述第2柔性基板将所述第2电极引出部和所述第2电极端子部电连接。

7.如权利要求1或2所述的液体喷射头，其中

还包含固定所述喷出部及所述电路基板的底座基板，

所述电路基板具备安装在所述电路基板的一个表面的驱动器IC，

在与安装所述驱动器IC的区域对应的所述电路基板的另一个表面和所述底座基板之间，夹着导热性材料。

8.如权利要求7所述的液体喷射头，其中

所述驱动器IC设置在形成于所述电路基板的一个表面的第1金属膜上，

在与设置所述第1金属膜的区域对应的所述电路基板的另一个表面形成第2金属膜，

所述第1金属膜和所述第2金属膜，经由填充于在所述电路基板形成的贯通孔的金属材料而连接。

9.一种液体喷射装置，其中具备：

权利要求1或2所述的液体喷射头；

使所述液体喷射头往复移动的移动机构；

向所述液体喷射头供给液体的液体供给管；以及

向所述液体供给管供给所述液体的液体罐。