CN105082763B - 喷液头以及喷液装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够通过小型化而减低整体成本的喷液头及喷液装置。该喷液头具备：设置于喷液面的喷嘴开口(21)；具备设置有压力发生室(12)的流路形成基板(10)和使所述压力发生室(12)内的液体产生压力变化的压电致动器(300)的致动器单元(200)；设置有将压力发生室(12)和喷嘴开口(21)连通的连通路径(16)的连通板(15)；与所述连通板接合的第一壳体部件(40)；和第二壳体部件(41)，其接合于第一壳体部件(40)，形成有将液体从外部送到歧管100的导入路径(42)。该歧管(液体贮存部)与所述压力发生室连通，且由所述连通板、第一壳体和第二壳体形成，并设置于致动器单元的两侧。

Description

喷液头以及喷液装置
本申请是申请号为201210069439.0、发明名称为“喷液头以及喷液装置”、申请日为2012年3月15日的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及从喷嘴开口喷射液体的喷液头以及喷液装置，特别涉及作为液体排出墨液的喷墨式记录头以及喷墨式记录装置。
背景技术
作为喷射液滴的喷液头的代表例即喷墨式记录头，有例如如下类型：具备：沿着较长方向形成有多个压力发生室的流路形成基板；和在流路形成基板的一面侧与所述各压力发生室相对应地设置的压电致动器，通过各压电致动器的移位对压力发生室赋予压力，从而使墨滴从各喷嘴开口喷射。在此，各喷嘴开口与各压力发生室相对应并且在其厚度方向上贯通而设置(例如，参照专利文献1、专利文献2)。该喷嘴板贴附于所述流路形成基板的另一面侧以封闭所述压力发生室的另一面侧的开口部。即，在流路形成基板的另一面侧直接粘贴有喷嘴板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2006-212478号公报
专利文献2：特开2009-233870号公报
但是，喷嘴板为比较高价的部件，这成为该喷墨式记录头的成本高企的原因之一。另外，在喷嘴板中有的涂敷有绝缘性的疏水膜，在这样的情况下，更加显著地成为成本高企的主要原因。
另外，流路形成基板通过在作为单晶硅基板的流路形成基板用晶片上一次形成了多个之后、分别切制而形成。因此，为了谋求该喷墨式记录头的成本的降低，重要的是增加流路形成基板的切取数量。因此，期待流路形成基板的尽可能的小型化。
但是，在如上所述的现有技术所涉及的喷墨式记录头中，存在如下问题：在流路形成基板还设置有预先贮存有对各压力发生室供给的墨液的液体贮存部，所以小型化也有限度，这成为阻碍成本减低的主要原因。
另外，这样的问题不仅在排出墨液的喷墨式记录头中而且在喷液墨液以外的液体的喷液头中也同样存在。
发明内容
本发明鉴于上述情况，其目的在于提供能够通过谋求喷嘴板的小型化和/或具备压力发生室的部件的小型化来谋求整体成本的降低化的喷液头以及具备其的喷液装置。
解决上述问题的本发明的方式，一种喷液头，其特征在于，具备：设置有喷射液体的喷嘴开口的喷嘴板；致动器单元，其具备设置有与所述喷嘴开口连通的压力发生室的流路形成基板和使所述压力发生室内的液体产生压力变化的压力发生装置；连通板，其设置于所述喷嘴板与所述致动器单元之间，设置有使所述压力发生室和所述喷嘴开口连通的连通路径；第一壳体部件，其为与所述连通板接合使得所述致动器单元配设于内部的框体，与所述致动器单元形成预先贮存向所述压力发生室供给的液体的液体贮存部的一部分；和第二壳体部件，其接合于所述第一壳体部件，形成有将所述液体从外部送到所述液体贮存部的导入路径。
在该方式中，液体贮存部的喷嘴板侧的面由连通板限定(形成)，所以能够将喷嘴板形成为宽度较窄。其结果，能够缩小喷嘴板20的面积，能够降低喷嘴板20的成本。特别是，在喷嘴板的表面设有具有疏水性的疏水膜的情况下，能够减小高价的疏水膜的面积，所以能够取得显著的减低成本的效果。另外，即使单纯地减小作为喷嘴板的材料的比较高价的金属板和/或陶瓷板的面积，当然也能够有助于成本的减低。
进而本发明提供一种喷液头，其具备：在喷液面设置的喷嘴开；致动器单元，其具备流路形成基板和压力发生装置，所述流路形成基板设置有与所述喷嘴开口连通的压力发生室，所述压力发生装置使所述压力发生室内的液体产生压力变化；连通板，其设置有使所述压力发生室和所述喷嘴开口连通的连通路径；第一壳体部件，其与所述连通板接合；和第二壳体部件，其接合于所述第一壳体部件，形成有将所述液体从外部送到液体贮存部的导入路径，
所述液体贮存部由所述连通板、所述第一壳体和所述第二壳体形成，并设置于所述致动器单元的两侧，且该液体贮存部与所述压力发生室连通。
在本方式中，在框体的内周面与致动器单元的端面之间形成有所述液体贮存部，所以也能够实现致动器单元的小型化，从这一点来看也能够有助于成本的减低。即，在硅晶片等大尺寸的基板上一体地形成多个流路形成基板等时，通过使流路形成基板等小型化，从而能够增加切取数量，其结果是能够谋求成本的降低。
以第一壳体部件以及第二壳体部件为代表，能够层叠各部件而整体组装，所以也能够与定位的容易性相结合地使制造步骤合理化。
进而，在本方式中，优选，具备封闭所述液体贮存部的一部分的、至少一部分为具有柔性的柔性部的封闭膜，所述第一壳体部件具有形成于所述框体的层叠所述第二壳体部件侧的面的外周部分的壁面部，所述第二壳体部件具有壳体主体和形成所述柔性部的封闭膜并且嵌入于所述框体所形成的内部空间，使得所述封闭膜在所述壳体主体与所述框体的所述层叠侧的面之间被夹持。在该情况下，通过将封闭膜夹持于壳体主体和框体之间而固定封闭膜，所以能够良好地确保封闭膜和框体之间的密封性。
进而，优选，所述致动器单元的所述压力发生装置由保护部件覆盖，并且所述保护部件具有面对所述液体贮存部且与所述柔性部相对的缺口部。由此，能够保护压力发生装置并且能够扩展柔性部的面积到与缺口部相对应的区域为止，所以能够使该部分具有较大的柔软性。
进而，本发明的其他的方式，一种喷液装置，其特征在于，具备上述方式的喷液头。
在该方式中，能够实现提高了液体的喷射品质的喷液装置。
附图说明
图1是实施方式所涉及的记录头的分解立体图。
图2是实施方式所涉及的记录头的俯视图。
图3是图2的A-A线放大剖视图以及放大地表示其一部分的剖视图。
图4是表示实施方式所涉及的记录装置的概略构成的图。
附图标记说明
1 喷墨式记录装置(喷液装置) 1、1A、1B 喷墨式记录头(喷液头)
2 喷墨式记录头单元(喷液头单元) 10 流路形成基板
12 压力发生室 14 墨液供给路径 15 连通板 16 连通路径
20 喷嘴板 21 喷嘴开口 30 保护基板 30A 缺口部
40 第一壳体部件 40A 框体 40B 壁面部 41 第二壳体部件
41B 封闭膜 42 导入路径 60 第一电极 70 压电体层
80 第二电极 90 引线电极 100 歧管 120 驱动电路
121 布线基板 200 致动器单元 300 压电致动器
具体实施方式
以下，基于实施方式详细地说明本发明。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的喷液头的一例的喷墨式记录头的分解立体图。图2是其俯视图，图3是图2的A-A线放大剖视图以及抽出地表示其致动器单元部分的放大剖视图。
如图所示，流路形成基板10，在本实施方式中由面方位(110)的单晶硅基板构成，在其一面形成有由二氧化硅构成的弹性膜50。在流路形成基板10中，形成有2列在大致直线上并排设置有多个压力发生室12的列。另外，在大致直线上并排设置有压力发生室12的2列中，相对于一方的压力发生室12的列，另一方的压力发生室12的列配置于按并排设置方向上的压力发生室12的相邻间隔的一半错开的位置。由此，详情将后述的喷嘴开口21也同样地，喷嘴开口21的2列按一半的间隔错开配置，使析像度成为2倍。
另外，在流路形成基板10的压力发生室12的较长方向的一端部侧设置有墨液供给路径14，来自多个压力发生室12所共用的液体贮存部即歧管100的墨液经由墨液供给路径14而被供给到压力发生室12。另外，墨液供给路径14按比压力发生室12窄的宽度而形成，将从歧管100流入到压力发生室12的墨液的流路阻力保持为一定。并且，在本实施方式中，连通于作为共用流路的歧管100的多个个别流路包括压力发生室12和墨液供给路径14。
另外，在流路形成基板10的开口面侧(弹性膜50的相反侧)，经由粘接剂和/或热熔敷膜等设置有连通板15。在连通板15，设置有与各压力发生室12连通的在厚度方向上贯通的连通路径16。连通路径16设置为，在压力发生室12的较长方向上，连通于与墨液供给路径14连通的端部的相反侧的端部。另外，连通路径16按各压力发生室12而独立地设置。因此，连通路径16也与压力发生室12所成的列同样地并排设置于大致直线上。压力发生室12经由这样的连通路径16连通于详情将后述的喷嘴开口21。
另外，在连通板15的与流路形成基板10的相反侧，经由粘接剂和/或热熔敷膜等设置有喷嘴板20。在喷嘴板20，设置有经由各连通路径16与各压力发生室12连通的喷嘴开口21。另外，喷嘴板20由不锈钢等金属、玻璃陶瓷、单晶硅基板等构成。
这样的喷嘴板20，在本实施方式中，比连通板15小。喷嘴板20至少具有共同覆盖2列连通路径16的喷嘴板20侧的开口的大小。这样，通过使喷嘴板20的从排出方向所见的俯视的面积比连通板15的从排出方向所见的俯视的面积小，从而能够降低成本。并且，虽然没有图示，但是在喷嘴板20的喷液面(连通板15的相反侧的面)设置有具有疏水性(疏液性)的疏水膜。这样的疏水膜是高价的，根据疏水膜成膜的面积、喷嘴板20的成本升高。在本实施方式中，通过减小喷嘴板20的面积，从而能够缩窄成膜疏水膜的面积以降低喷嘴板20的成本。当然，通过单纯地减小作为喷嘴板20的材料的金属板或陶瓷板的面积也能够降低成本。
另一方面，在这样的流路形成基板10的开口面的相反侧，如上所述形成有弹性膜50，在该弹性膜50上形成有例如由氧化锆构成的绝缘体膜55。进而，在该绝缘体膜55上，第一电极60、压电体层70和第二电极80成膜并通过光刻法依次层叠而构成压电致动器300。在此，压电致动器300是指包括第一电极60、压电体层70和第二电极80的部分。一般来说，将压电致动器300的任一方的电极设为共用电极，按各压力发生室12的每个进行构图而构成另一方的电极和压电体层70。在本实施方式中，将第一电极60设为压电致动器300的共用电极，将第二电极80设为压电致动器300的个别电极，但是也可以根据驱动电路和/或布线的情况将这些相反地设定。另外，在上述的例子中，弹性膜50、绝缘体膜55和第一电极60作为振动板发挥作用，但是当然也不限定于此，也可以例如不设置弹性膜50和绝缘体膜55而仅第一电极60作为振动板发挥作用。另外，也可以压电致动器300自身实质上兼作振动板。
在作为各压电致动器300的个别电极的第二电极80，分别连接有例如由金(Au)等构成的引线电极90。在该引线电极90连接有设置有驱动IC等驱动电路120的柔性布线即COF等布线基板121，来自驱动电路120的信号经由布线基板121以及引线电极90而被供给到各压电致动器300。
在本实施方式中，上述的流路形成基板10以及压电致动器300构成致动器单元200。
在流路形成基板10上的压电致动器300侧的面，经由粘接剂和/或热熔敷膜而接合有保护基板30，该保护基板30在与压电致动器300相对的区域具有能够确保不会阻碍压电致动器300的运动的程度的空间的保持部31。在本实施方式的保护基板30，形成有面对歧管100并且与封闭膜41B相对的缺口部30A(关于缺口部30A的功能将在后面详细描述)。
另外，压电致动器300形成在保持部31内，因此被保护在几乎不受外部环境影响的状态下。在本实施方式中，与在宽度方向上并排设置有压力发生室12的2列相应地、设置2列在宽度方向上并排设置有压电致动器300的列，所以在压电致动器300在宽度方向上并排设置的列的范围内共用设置保持部31，并且按各压电致动器300的每列独立地设置保持部31。
另外，在保护基板30，在2个保持部31之间设置有在厚度方向上贯通保护基板30而设置的贯通孔32。从流路形成基板10的压电致动器300引出的引线电极90的端部以在贯通孔32内露出的方式延伸设置，引线电极90和布线基板121在贯通孔32内电连接。
这样的保护基板30，在本实施方式中，以与流路形成基板10大致相同的大小(接合侧的面积)形成。另外，作为保护基板30的材料，可以举出例如玻璃、陶瓷材料、金属、树脂等，但是更加优选用与流路形成基板10的热膨胀率大致相同的材料来形成，在本实施方式中，使用与流路形成基板10相同的材料的单晶硅基板而形成。
本实施方式中的第一壳体部件40具有矩形的框体40A和以围绕框体40A的外周部分的方式形成的壁面部40B。即，第一壳体部件40为截面呈L状的箱状框体。在此，在框体40A的一面侧的开口部固定安装有连通板15的流路形成基板10侧的面。另外，框体40A形成为其高度与致动器单元200的大度大致相同，在其内部配设有致动器单元200。即，在框体40A的内部空间的中央部致动器单元200的流路形成基板10固定安装于连通板15。因此，预先贮存用于对压力发生室12供给的墨液的歧管100，在框体40A的内周面与致动器单元200的端面之间，分别在致动器单元200的两侧形成。另外，连通板15具有比流路形成基板10大的面积(与流路形成基板10的接合面)，在从液滴的排出方向所见的俯视中，成为与第一壳体部件40大致相同的外缘形状。
第二壳体部件41具有壳体主体41A和由柔性部件构成的封闭膜41B，壳体主体41A和封闭膜41B一起嵌入于第一壳体部件40的壁面部40B所形成的内部空间，从而成为层叠于第一壳体部件40的结构。即，封闭膜41B被夹持在第一壳体部件40的框体40A的第二壳体部件41侧的面和壳体主体41A之间，歧管100侧的面面对歧管100。在此，壳体主体41A的与歧管100和缺口部30A相对的区域成为具有凹状的空间部46。在该区域通过封闭膜41B封闭歧管100并且封闭膜41B成为能够柔性变形的结构。其结果，歧管100的第二壳体部件41侧(连通板15的相反侧)的一部分成为仅由封闭膜41B封闭的能够柔性变形的柔性部47。这样，在本实施方式中，能够将柔性部47设为也包括与缺口部30A相对应的区域的较大的面积，所以能够确保相应地较大的柔性。在此，封闭膜41B由刚性低的具有柔性的材料、例如聚苯硫醚(PPS，polyphenylenesulfide)等构成。
另外，在第二壳体部件41中形成有从外部分别到达两侧的歧管100的贯通流路即2条导入路径42，经由各导入路径42墨液被供给到歧管100。
进而，在第二壳体部件41中贯通厚度方向地设置有连通于保护基板30的贯通孔32的连接口48。插通于该连接口48的布线基板121，在保护基板30的贯通孔32中插通而连接于引线电极90。布线基板121经由连接基板的连接器(未图示)而连接于外部布线，从该外部布线对各引线电极供给预定的打印信号。
另外，特别是如图1所明示的，在喷嘴板20、连通板15、第一壳体部件40、封闭膜45和第二壳体部件41中在各自的较长方向的两端部设置有定位孔91、92、93、94、95，在组装各部件时通过在定位孔91～95内插入定位销，从而通过边定位边层叠而进行组装。
在本实施方式中，如上所述，通过使用第一壳体部件40形成歧管100，从而能够使流路形成基板10以及保护基板30小型化。在此例如，在流路形成基板和/或保护基板中设置歧管的情况下，流路形成基板以及保护基板限定歧管的周壁，流路形成基板和保护基板在压力发生室的较长方向上变大。相对于此，在本实施方式中，流路形成基板10以及保护基板30的端面限定歧管100的一面(压力发生室12的较长方向)，歧管100的另一面由第一壳体部件40的框体40A的内周面限定，因此能够使流路形成基板10和保护基板30小型化。由此，在硅晶片等大尺寸的基板上一体地形成多个流路形成基板10和/或保护基板30时，通过使流路形成基板10和保护基板30小型化，能够增加从大尺寸的基板切取的数量，能够降低成本。另外，通过在硅晶片等大尺寸的基板上一体地形成多个流路形成基板10和/或保护基板30，能够同时形成多个流路形成基板10和/或保护基板30，能够降低成本。
另外，在本实施方式中，歧管100的喷嘴板20侧的面由连通板15限定，所以喷嘴板20不需要在层叠方向(厚度方向)上与歧管100重叠的大小。由此，能够缩小喷嘴板20的面积，能够减低喷嘴板20的成本。
在这样的喷墨式记录头1中，从外部的墨液液体贮存装置(未图示)供给到导入路径42的墨液，从歧管100被供给到各压力发生室12。而且，通过与从驱动电路120供给的打印信号，使与压力发生室12相对应的压电致动器300驱动而使其挠曲变形。由此，使压力发生室12的容积变化，使墨滴从喷嘴开口21排出。
其他的实施方式
以上说明了本发明的各实施方式，但是本发明的基本构成不限定于上述的构成。例如，在上述的实施方式中，第一壳体部件40呈框体40A和壁面部40B为一体的形状，使得其剖视形状变为L字状，第二壳体部件41嵌入于壁面部40B所形成的内部的空间内，但不限于此。即使是在作为框体40A的第一壳体部件40上简单层叠第二壳体部件41的结构，基本上也可以。只是，通过如上述实施方式那样形成，能够在壳体主体41A和第一壳体部件40的框体40A的面之间夹持成为第二壳体部件41的柔性部并面对歧管100的封闭膜41B，所以能够保持该部分的密封性良好。
另外，在保护基板30设置有缺口部30A，但并非必须这样。只是，在设置有缺口部30A的情况下，能够确保作为能够柔性变形的区域的柔性部47的面积较大，能够使该部分具有较大的柔性。柔性部47通过不同于壳体主体41A的封闭膜45形成，但是也可以是第二壳体部件自身由弹性部件形成，或者也可以由柔性部件形成面对歧管100的部分。重要的是，只要构成为面对歧管100的部分能够柔性变形即可。
在上述实施方式中，作为流路形成基板10，例示了单晶硅基板，但是不特别限定于此，例如也可以设为使用SOI基板、玻璃、金属等材料。
另外，在上述实施方式中作为使压力发生室12产生压力变化的压力发生装置，使用薄膜型压电致动器300进行了说明，但不特别限定于此，也能够使用例如通过贴附生片(green sheet)等方法所形成的厚膜型压电致动器、和/或使压电材料和电极形成材料交替层叠并使其在轴向上伸缩的纵向振动型的压电致动器等。另外，作为压力发生装置，也能够使用：在压力发生室内配置发热元件，通过因发热元件的发热而产生的气泡将液滴从喷嘴开口排出的；和/或使振动板与电极之间产生静电力，通过静电力使振动板振动而使液滴从喷嘴开口排出的所谓静电式致动器等。
上述实施方式所涉及的喷墨式记录头，构成具备与墨盒等连通的墨液流路的记录头单元的一部分，搭载于喷墨式记录装置。图4是表示该喷墨式记录装置的一例的概略图。如该图所示，具备上述实施方式所涉及的喷墨式记录头的记录头单元1A、1B上可拆卸地设置有构成墨液供给装置的墨盒2A、2B，搭载了该记录头单元1A以及1B的滑架3在轴向上自如移动地设置于安装于装置主体4的滑架轴5。该记录头单元1A以及1B，分别作为例如排出黑色墨液组成物和彩色墨液组成物的单元。
而且，驱动马达6的驱动力经由未图示的多个齿轮和正时带7被传递到滑架3，因而搭载了记录头单元1A以及1B的滑架3沿着滑架轴5移动。另一方面，在装置主体4沿着滑架轴5设置有压印卷筒8，作为由未图示的供纸辊等供纸的纸等记录介质的记录片S被卷绕于压印卷筒8而被输送。
另外，在上述例子中，为在与记录片S的输送方向相交的方向(主扫描方向)上移动的滑架3上搭载记录头单元1A、1B、边使记录头单元1A、1B在主扫描方向上移动边进行打印的所谓串行式喷墨式记录装置，但是不限于此。即使是记录头被固定仅通过输送记录片S来进行打印的所谓行式喷墨记录装置，当然也可以。
进而，在上述实施方式中，作为喷液装置的一例举出喷墨式记录装置进行了说明，但是本发明广泛地以具备喷液头的喷液装置整体为对象，当然也能够应用于包括具备喷射墨液以外的液体的喷液头的喷液装置。作为其他的喷液头，可以举出例如：用于打印机等图像记录装置的各种记录头、用于液晶显示器等的滤色器的制造的色材喷射头、有机EL显示器、FED(场致发射显示器)等的电极形成的电极材料喷射头、用于生物芯片制造的生物体有机物喷射头等。

Claims (4)

1.一种喷液头，其特征在于，具备：
设置于喷液面的喷嘴开口，
致动器单元，其具备流路形成基板和压力发生装置，所述流路形成基板设置有与所述喷嘴开口连通的压力发生室，所述压力发生装置使所述压力发生室内的液体产生压力变化；
连通板，其设置有使所述压力发生室和所述喷嘴开口连通的连通路径；
第一壳体部件，其与所述连通板接合；和
第二壳体部件，其接合于所述第一壳体部件，形成有将所述液体从外部送到液体贮存部的导入路径，
所述液体贮存部，与所述压力发生室连通，并由所述连通板、所述第一壳体部件和所述第二壳体部件形成，且设置于所述致动器单元的两侧。
2.根据权利要求1所述的喷液头，其特征在于，
具备封闭所述液体贮存部的一部分的、至少一部分为具有柔性的柔性部的封闭膜，
所述第一壳体部件具有框体和壁面部，所述壁面部形成于所述框体的层叠所述第二壳体部件侧的面的外周部分，
所述第二壳体部件具有壳体主体和形成所述柔性部的封闭膜并且嵌入于所述框体所形成的内部空间，使得所述封闭膜在所述壳体主体与所述框体的所述层叠的侧的面之间被夹持。
3.根据权利要求2所述的喷液头，其特征在于，
所述致动器单元的所述压力发生装置由保护部件覆盖，并且所述保护部件具有面对所述液体贮存部且与所述柔性部相对的缺口部。
4.一种喷液装置，其特征在于，具备权利要求1～3中任一项所述的喷液头。
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