CN107428166A - 喷墨头和喷墨打印机 - Google Patents

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Abstract

一种喷墨头，包括：压力室形成板，其在第一方向上形成有各自与喷嘴连通的多个压力室；振动板，其限定每个压力室的一个表面并允许其限定区域的变形；压电元件，其是通过从振动板的与所述压力室相反的表面在对应于所述压力室的区域中依次堆叠第一电极层、压电层和第二电极层而形成；电路板，其与所述振动板成间隔布置，多个凸块电极介于所述电路板与所述振动板之间，并且所述电路板输出用于驱动所述压电元件的信号；以及粘合剂，其将所述压力室形成板与所述电路板接合，其中所述压电元件的至少一侧的元件端形成在所述限定区域的外侧，并且在与所述第一方向正交的第二方向上由所述粘合剂覆盖。

Description

喷墨头和喷墨打印机
技术领域
本发明涉及一种包括通过施加电压而变形的压电元件的喷墨头以及包括喷墨头的喷墨打印机。
背景技术
喷墨打印机是一种包括永久性头部并通过该永久性头部喷射(喷出)各种液体的装置。喷墨打印机是一种通过喷射油墨的颗粒和液滴而在片材上形成字符的非冲击式打印装置(JIS X0012-1990)。喷墨打印机是一种打印用多个点表达的字符和图像的点式打印机，并且喷墨打印机打印通过喷射油墨颗粒或液滴所形成的用多个点表达的字符和图像。永久性头部(以下称为“喷墨头”)是打印机主体的一种持续或间歇地产生墨滴的机械或电气部件(JIS Z8123-3；2013)。该喷墨打印机不仅用作图像记录装置，而且还通过利用将极少量液体精确着落到预定位置的能力而应用于各种制造装置。例如，喷墨打印机应用于制造液晶显示器等的滤色器的显示器制造装置、形成有机电致发光(EL)显示器和表面发射显示器(或场发射显示器(FED))的电极的电极形成装置以及制造生物芯片(生化元件)的芯片制造装置。
上述的喷墨头被构造为驱动压电元件以引起压力室中的液体的压力变动，从而使用该压力变动从喷嘴喷射液体。该压电元件可以通过利用成膜技术(例如，参照PTL1)从压力室侧起依次堆叠下电极层、压电层和上电极层来形成，下电极层用作多个压力室共用的共用电极，压电层为锆钛酸铅(PZT)等，上电极层用作对相应的压力室提供的单独电极。这些下电极层和上电极层被拉到基板上的压电层的外侧，并且例如与柔性线缆和驱动电路(也称为驱动器电路)连接。当通过柔性线缆等向下电极层和上电极层施加电压时，电极层之间的压电层变形。因而，电极层和它们之间的部分用作引起压力室中的压力变化的压电元件。
发明内容
技术问题
当压电元件变形时，压电层的没有夹在两电极层间的部分与夹在两电极间的用作压电元件的部分之间的边界处产生了由于该变形引起的应力。该应力可能引起例如压电层中的裂缝。
本发明考虑这种情况做出，并且本发明的目的是提供一种能够防止例如压电层上产生裂缝的喷墨头和喷墨打印机。
问题的解决方案
本发明的喷墨头包括：压力室形成板，其在第一方向上形成有各自与喷嘴连通的多个压力室；振动板，其限定每个压力室的一个表面并允许其限定区域的变形；压电元件，其是通过从振动板的与所述压力室相反的表面在对应于所述压力室的区域中依次堆叠第一电极层、压电层和第二电极层而形成；电路板，其与所述振动板成间隔布置，多个凸块电极介于所述电路板与所述振动板之间，并且所述电路板输出用于驱动所述压电元件的信号；以及粘合剂，其将所述压力室形成板与所述电路板接合，其中所述压电元件的至少一侧上的元件端形成在所述限定区域外侧，并且在与所述第一方向正交的第二方向上由所述粘合剂覆盖。
根据该构造，由于压电元件的上述元件端形成在限定区域的外侧，因此防止了在该元件端处的变形。由于元件端由粘合剂覆盖，因此进一步防止了由元件端引起的变形。这可以防止由于压电元件在该元件端与偏离元件端的位置处的压电层之间的边界(即，包括在压电元件中的压电层与形成在压电元件的外侧的压电层之间的边界)处变形所引起的应力的产生。这防止了例如压电层上在该边界处产生裂缝。
在上述构造中，优选地，所述粘合剂形成为从所述元件端延伸到与所述限定区域在所述第二方向上的靠近所述元件端的端部重叠的位置。
根据该构造，可以防止压电元件在限定区域中的端部处的变形。这可以减小由于压电元件在限定区域与限定区域的外侧区域之间的边界处的变形引起的应力的产生。这可以防止例如在压电层上在该边界处产生裂缝。
在上述构造中，优选地，所述凸块电极包括弹性的树脂和覆盖所述树脂的表面的导电膜。
根据该构造，可以减小将压力室形成板与电路板接合的于压力室形成板与电路板之间施加的用于可靠地导通凸块电极与每个电极层的压力。这可以防止压力室形成板或电路板的损坏。
在上述构造中，优选地，所述凸块电极与所述第一电极层和形成在限定区域的外侧区域中的压电层上的所述第二电极层中的至少一个电连接。
根据该构造，可以更可靠地维持压电元件与电路板之间的间隔。这可以减少对压电元件的变形的妨碍。
在上述构造中，优选地，所述粘合剂为光敏的。
根据该构造，通过在涂覆粘合剂后进行曝光和显影，可以将粘合剂精确地布置在预定位置处。这可以防止粘合剂偏离该位置，从而使喷墨头小型化。
本发明的喷墨打印机包括根据上述构造的喷墨头。
附图说明
图1是打印机的构造的立体图。
图2是记录头的构造的横截面图。
图3是致动器单元的构造的横截面图。
图4是致动器单元的构造的平面图。
图5是根据本发明的第二实施例的致动器单元的构造的横截面图。
图6是根据本发明的第三实施例的致动器单元的构造的横截面图。
图7是根据本发明的第四实施例的致动器单元的构造的横截面图。
图8是根据本发明的第五实施例的致动器单元的构造的横截面图。
图9是根据本发明的第六实施例的致动器单元的构造的横截面图。
具体实施方式
对实施例的描述
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例。虽然在下面的实施例中作为本发明的优选实施例作出各种限制，但是除非在以下描述中明确限制了本发明，否则本发明的范围不限于这些实施例。以下将描述作为根据本发明的喷墨打印机的安装有作为一种喷墨头的记录头3的打印机1。
将参照图1描述打印机1的构造。打印机1是将油墨(一种液体)喷射到诸如记录纸的记录介质2(一种着落目标)的表面上用来记录例如图像的装置。打印机1包括记录头3、记录头3所附接的滑架4、在主扫描方向上移动滑架4的滑架移动机构5以及在副扫描方向上传送记录介质2的传送机构6。油墨储存在墨盒7中作为液体供给源。墨盒7可拆卸地安装在记录头3上。可替代地，墨盒可以设置在打印机的主体上，以通过供墨管向记录头供墨。
滑架移动机构5包括正时带8。正时带8由诸如DC电动机的脉冲电动机9驱动。因而，当脉冲电动机9运转时，滑架4在被跨打印机1设置的导杆10引导的同时在主扫描方向(记录介质2的宽度方向)上往复运动。滑架4在主扫描方向上的位置由作为一种位置信息检测单元的线性编码器(未示出)检测。线性编码器将作为编码器脉冲的检测信号(一种位置信息)发送到打印机1的控制器。
作为滑架4的扫描的基点的起始位置被设定在滑架4的移动范围内记录区域的外侧的端部区域。从端部起在起始位置依次布置有密封形成在记录头3的喷嘴表面(喷嘴板21)上的喷嘴22的盖11以及擦拭喷嘴表面的擦拭单元12。
接下来，对记录头3进行描述。图2是记录头3的构造的横截面图。图3是记录头3的主要部分的放大横截面图，换句话说，为致动器单元14的横截面图。图4是致动器单元14的主要部分(图3中的左侧的端部)的放大平面图。本实施例中的记录头3附接到头部壳体16，而致动器单元14和通道单元15如图2所示地堆叠。为了清楚地图示压电元件32、压力室30和粘合剂48的位置关系，例如，在图4中省略了其它部件。在下面的描述中，竖直方向被定义为包括在致动器单元14中的部件所堆叠的方向。
头部壳体16是一种由合成树脂制成的盒体，其包括向每个压力室30供应油墨的贮液器18。贮液器18是储存待共同供给到的压力室30的油墨的空间。针对平行排布(成排)的两排压力室30形成了两个贮液器18。用于将油墨从墨盒7引入到每个贮液器18的油墨引入路径(未示出)形成在头部壳体16上方。作为长方体凹部的容置空间17形成为较靠近头部壳体16的底表面，在头部壳体16的高度方向上从底表面向上延伸到中部。稍后描述的通道单元15在定位在头部壳体16的底表面上的状态下与底表面接合，从而堆叠在连通板24上的致动器单元14(例如，包括压力室形成板29和密封板33)被容置在容置空间17中。
接合在头部壳体16的底表面上的通道单元15包括连通板24和喷嘴板21。连通板24是硅板，并且在本实施例中由在表面(顶表面和底表面)处具有(110)面的单晶硅基板制成。如图2所示，连通板24包括通过蚀刻形成的共用液体室25和单独连通路径26。共用液体室25与贮液器18连通并且储存待共同供给到压力室30的油墨。单独连通路径26通过共用液体室25将油墨从贮液器18单独地供给到压力室30。共用液体室25是沿着压力室30平行排布的方向(第一方向x；参照图4)的细长中空部分。针对两个贮液器18形成了两个共用液体室25。共用液体室25各自包括第一液体室25a以及第二液体室25b，第一液体室25a在板厚方向上穿透连通板24，第二液体室25b形成为在从连通板24的底表面朝向其顶表面的板厚方向上的到中部为止的凹部，使薄板部较靠近顶表面。多个单独连通路径26在压力室30平行排布的方向上排布，并且各在第二液体室25b的薄板部中为对应的压力室30形成。连通板24和压力室形成板29经定位和接合使得单独连通路径26各自与对应的压力室30的纵向上的一端连通。
连通板24包括在对应于每个喷嘴22的位置处在连通板24的板厚方向上贯通的喷嘴连通路径27。换句话说，多个喷嘴连通路径27在对应于喷嘴阵列的位置处在喷嘴阵列延伸的方向上形成。压力室30和喷嘴22通过喷嘴连通路径27连通。连通板24和压力室形成板29经定位和接合使得根据本实施例的喷嘴连通路径27与对应的压力室30的纵向(与第一方向x正交的第二方向y；参照图4)上的另一端(与单独连通路径26相对)连通。
喷嘴板21是接合到连通板24的底表面(与压力室形成板29相反)上的硅基板(例如，单晶硅基板)。在本实施例中，喷嘴板21密封作为共用液体室25的空间的较靠近底表面的开口。喷嘴板21设置有直排(列)的喷嘴22作为开口。在本实施例中，喷嘴阵列形成为对应于两排压力室30的两排。平行排布的喷嘴22(喷嘴阵列)在与主扫描方向正交的副扫描方向上从阵列的一端处的喷嘴22到另一端处的喷嘴22以对应于点形成密度的等间距(例如600dpi)布置。喷嘴板可以接合在连通板上的共用液体室正下方以外的区域中，并且作为共用液体室的空间的较靠近底表面的开口可以通过例如柔性的顺应性片密封。以这种方式，喷嘴板可以尽可能地最小化。
如图2和图3所示，致动器单元14通过堆叠压力室形成板29、振动板31、压电元件32和密封板33而形成为一个单元。致动器单元14形成为比容置空间17小，以容置在容置空间17中。
压力室形成板29是坚硬的硅板，并且在本实施例中由在其表面(顶表面和底表面)处具有(110)面的单晶硅基板制成。压力室形成板29的一部分通过在板厚方向上的蚀刻而完全去除，以形成在第一方向x上延伸的用作压力室30的多个空间。作为压力室30的每个空间具有由连通板24限定的底部以及由振动板31限定的顶部。这些空间，或者说，这些压力室30对应于两排喷嘴阵列而形成为两排。每个压力室30为在与第一方向x(换句话说，喷嘴阵列方向)正交的第二方向y(换句话说，压力室30的纵向)上延伸的中空部分。压力室30在第二方向y上的一端与单独连通路径26连通，而另一端与喷嘴连通路径27连通。根据本实施例的压力室30的在第二方向y上的两侧壁由于单晶硅基板的结晶特性而相对于压力室形成板29的顶表面或底表面倾斜。
振动板31是堆叠在压力室形成板29的顶表面(与连通板24相反)上的弹性薄膜。振动板31密封用作压力室30的空间的顶部开口。换句话说，振动板31限定压力室30的顶表面。振动板31的限定压力室30的顶表面的限定区域35用作由于压电元件32的偏移而在远离或靠近喷嘴22的方向上变形(移位)的移位部分。换句话说，允许在振动板31的限定区域35中偏移并且防止振动板31的限定区域35外侧偏移。振动板31例如包括形成在压力室形成板29的上表面上的二氧化硅(SiO2)弹性膜以及形成在该弹性膜上的二氧化锆(ZrO2)绝缘膜。每个压电元件32堆叠在该绝缘膜(振动板31的与压力室30相反的表面)上的对应于限定区域35的位置。
根据本实施例的压电元件32是以所谓的偏移模式工作的压电元件。压电元件32对应于并排排布的两排压力室30而平行排布成两排。如图3所示，在振动板31上通过相继依次堆叠下电极层37(对应于本发明的第一电极层)、压电层38、上电极层39(对应于本发明的第二电极层)和金属层40来形成每个压电元件32。在本实施例中，下电极层37是针对每个压电元件32独立形成的单独电极，而上电极层39是跨多个压电元件32连续形成的共用电极。换句话说，如图4所示，针对每个压力室30形成了下电极层37和压电层38。相反，上电极层39跨压力室30而形成。
具体地，如图4所示，本实施例中的每个压电层38具有比限定区域35(压力室30)的宽度(第一方向x上的尺寸)小的宽度，并在第二方向y上延伸。压电层38对应于平行排布的两排压力室30而平行排布成两排。如图3所示，每个压电层38的第二方向y上的每端从与对应的压力室30重叠的位置延伸到不与压力室30重叠的位置。换句话说，压电层38的在第二方向y上的一侧(致动器单元14的外侧)的端部位于同一侧的对应的限定区域35的端部的外侧。压电层38在第二方向y上的另一侧(致动器单元14的内侧)的端部位于同一侧的对应的限定区域35的端部的外侧。
类似于压电层38，本实施例中的每个下电极层37的宽度具有比限定区域35的宽度小的宽度，并在第二方向y上延伸。下电极层37对应于并排排布的两排压力室30而平行地排布成两排。如图3和图4所示，每个下电极层37在第二方向y上的一端(在致动器单元14的外侧)位于压电层38的对应端的外侧。稍后描述的单独金属层40c堆叠在下电极层37的这端。如图3所示，下电极层37在第二方向y上的另一端(在致动器单元14的内侧)是与压电层38重叠的部分，并且位于限定区域35的对应端的外侧。换句话说，下电极层37在第二方向y上的另一端位于限定区域35的对应端与压电层38的对应端之间的区域中。
本实施例中的上电极层39在第一方向x上的两端位于与一组平行排布的压力室30重叠的区域的外侧。换句话说，上电极层39跨在第一方向x上平行排布的压电层38而形成。如图3所示，跨在第二方向y的两侧的压电层38形成了上电极层39。具体地，上电极层39在第二方向y上的一端(图3中的左侧)与平行排布成两排的压电层38中的一排(图3中的左侧)重叠，并且位于与对应的一个限定区域35重叠的区域的外侧。换句话说，上电极层39在第二方向y上的一端位于对应的一个限定区域35的外侧端与对应的一个压电层38的外侧端之间的区域中。上电极层39在第二方向y上的另一端(图3中的右侧)与平行排布成两排的压电层38中的另一排(图3中的右侧)重叠，并且位于与限定区域35中的另一个重叠的区域的外侧。换句话说，上电极层39在第二方向y上的另一端位于另一个限定区域35的外侧端与另一个压电层38的外侧端之间的区域中。
下电极层37、压电层38和上电极层39全部堆叠的区域，即，压电层38夹在下电极层37与上电极层之间的区域用作压电元件32。具体地，当根据两电极之间的电势差而在下电极层37与上电极层39之间施加电场时，压电层38在使振动板31的限定区域35变形的远离或靠近喷嘴22的方向上偏移。如上所述，在从与限定区域35重叠的位置延伸到不与限定区域35重叠的位置的区域中，压电层38延伸越过上电极层39，并且下电极层37进一步延伸越过压电层38，使得上电极层39的端部的位置与压电元件32的在第二方向y上的一侧(驱动单元14的外侧)上的元件端34a的位置重合。相反，从与限定区域35重叠的位置延伸到不与限定区域35重叠的位置的区域中，压电层38延伸越过下电极层37，并且上电极层39进一步延伸越过压电层38，使得下电极层37的另一端的位置与压电元件32的在第二方向y上的另一端(致动器单元14的内侧)的元件端34b的位置重合。换句话说，本实施例中的压电元件32的两侧的元件端34形成在限定区域35的在第二方向y上的外侧。防止了压电元件32的延伸越过限定区域35的部分被压力室形成板29变形(移位)。
在本实施例中的压电元件32的在纵向(第二方向y)上的两侧设置有金属层40。形成在压电元件32的另一端的金属层40是作为堆叠在上电极层39上的共用电极的第一共用金属层40a。第一共用金属层40a在第二方向y上从与限定区域35的另一端重叠的区域延伸到与压电层38重叠的区域。类似于上电极层39，第一共用金属层40a在第一方向x上的两端位于与平行排布的一组压力室30重叠的区域的外侧。第一共用金属层40a防止压电元件32的另一侧的元件端34b的变形。这可以防止由于压电元件32的变形而产生应力，并且可以防止例如在压电层38上产生裂缝。稍后描述的共用凸块电极42a对应于压电元件32之一而连接在第一共用金属层40a上。
类似于第一共用金属层40a，形成在压电元件32的一侧的金属层40是作为堆叠在上电极层39上的共用电极的第二共用金属层40b。第二共用金属层40b从与限定区域35的一端重叠的区域延伸到上电极层39的在第二方向y上的对应端(即，元件端34a)。类似于第一共用金属层40a，第二共用金属层40b在第一方向x上的两端位于与平行排布的一组压力室30重叠的区域的外侧。第二共用金属层40b防止压电元件32的一侧的元件端34a和限定区域35的一端的变形。
作为部分堆叠在下电极层37上的单独电极的单独金属层40c形成在压电元件32的在第二方向y上的一端的外侧。如图4所示，类似于下电极层37，单独金属层40c形成为比限定区域35的宽度小，并且在第一方向x上形成了多个单独金属层40c。本实施例中的单独金属层40c从上电极层39在第二方向y上的一端的外侧的并且与压电层38的一端重叠的区域延伸到与下电极层37的一端重叠的区域，越过与压电层38的一端重叠的区域。稍后描述的单独凸块电极42b连接到单独金属层40c上。
上述的下电极层37和上电极层39由诸如铱(Ir)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、镍(Ni)、钯(Pd)以及金(Au)的各种金属、它们的合金以及诸如LaNiO3的合金支撑。压电层38由诸如锆钛酸铅(PZT)的铁电压电材料以及作为该铁电压电材料与诸如铌(Nb)、镍(Ni)、镁(Mg)、铋(Bi)或钇(Y)等金属的组合的弛豫铁电体制成。作为备选，压电层38可以由诸如钛酸钡的非铅材料制成。金属层40是例如堆叠有金(Au)和铜(Cu)的由钛(Ti)、镍(Ni)、铬(Cr)、钨(W)或其合金制成的粘附层。
密封板33(对应于本发明的电路板)是与振动板31(或压电元件32)成间隔布置的板。该间隔被设定为不妨碍压电元件32的变形。根据本实施例的密封板33由在其表面(上表面和底表面)处具有(110)面的单晶硅基板制成，并且在平面图中具有与压力室形成板29的外径基本相同的尺寸。如图3所示，在密封板33的与压电元件32相反的区域中形成有输出用于单独地驱动压电元件32的信号(驱动信号)的驱动电路46(驱动器电路)。驱动电路46是通过在作为密封板33的单晶硅基板(硅晶片)的表面上提供半导体工艺(例如，沉积、光刻和蚀刻)来生产。
朝压力室形成板29突起的弹性的凸块电极42形成在密封板33的位于限定区域35的外侧并且与形成在压电层38上的第一共用金属层40a和单独金属层40c相对的区域中。凸块电极42包括弹性的内部树脂43以及与驱动电路46中的对应的配线电连接并覆盖内部树脂43的表面的导电膜44。在本实施例中，与形成为两排的相应的压电元件32的单独金属层40c连接的单独凸块电极42b形成为两排。与形成为两排的压电元件32共用的第一共用金属层40a连接的共用凸块电极42a在以两排形成的单独凸块电极42b之间形成为一排。内部树脂43例如由诸如聚酰亚胺树脂的树脂制成。导电膜44由诸如金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)或钨(W)的金属制成。
更具体地，单独凸块电极42b的内部树脂43在密封板33的与单独金属层40c相对的表面上的区域中在第一方向x上形成为突起。单独凸块电极42b的多个导电膜44对应于在第一方向x上平行排布的压电元件32而在第一方向x上形成。即，多个单独凸块电极42b在第一方向x上形成。每个单独凸块电极42b与压电层38上的对应的单独金属层40c连接。以这种方式，单独凸块电极42b通过单独金属层40c与下电极层37电连接。
共用凸块电极42a的内部树脂43在密封板33的与第一共用金属层40a相对的表面上的区域中在第一方向x上形成为突起。本实施例中的共用凸块电极42a的内部树脂43在对应于以两排形成的压电元件32中的一排(图3中的左侧)的位置处形成为一排。共用凸块电极42a的多个导电膜44对应于在第一方向x上平行排布的压电元件32而在第一方向x形成。即，多个共用凸块电极42a在第一方向x上形成。每个共用凸块电极42a在压电层38上的第一方向x上的多个位置处与第一共用金属层40a连接。以这种方式，共用凸块电极42a通过第一共用金属层40a与上电极层39电连接。
密封板33以及堆叠有振动板31和压电元件32的压力室形成板29通过粘合剂48以凸块电极42介于其间的状态接合。粘合剂48布置为在每个凸块电极42的两侧的在第一方向x上延伸的条带，并且在未连接凸块电极42的另一侧覆盖第一共用金属层40a的位置处布置。具体地，布置在单独凸块电极42b的外侧(与共用凸块电极42a相对)的粘合剂48a从单独金属层40c的顶部越过单独金属层40c的在第二方向y上的端部而延伸到振动板31的顶部。布置在单独的凸块电极42b的内侧(较靠近共用凸块电极42a)的粘合剂48b从第二共用金属层40b(压电元件32)的外侧延伸到与第二共用金属层40b的在第二方向y上的一端重叠的位置。换句话说，粘合剂48b形成为从覆盖压电元件32的在第二方向y上的一侧的元件端34a的位置延伸到与限定区域35的较靠近元件端34a的端部重叠的位置。即，粘合剂48b覆盖压电元件32的在第二方向y上的一侧的元件端34a。这防止了压电元件32在元件端34a处的变形。粘合剂48b也覆盖限定区域35的一端。这防止了压电元件32在限定区域35的一端处的变形。
布置在共用凸块电极42a(较靠近单独金属层40c中的一个)的外侧的粘合剂48c从与限定区域35的另一端重叠的位置延伸到第一共用金属层40a的在第二方向y上的一端。粘合剂48c覆盖限定区域35的对应于压电元件32之一的另一端，从而防止了压电元件32在此端处的变形。布置在共用凸块电极42a(较靠近单独金属层40c中的另一个)的内侧的粘合剂48d从第一共用金属层40a的顶部越过第一共同金属层40a的在第二方向y上的端部延伸到振动板31的顶部。粘合剂48e布置在第一共用金属层40a的不接触共用凸块电极42a并且较靠近另一个压电元件32的另一侧(内侧)的元件端34b处。粘合剂48e在第二方向y上从与限定区域35的对应于另一个压电元件32的另一端重叠的位置越过第一共用金属层40a延伸到振动板31的顶部。粘合剂48e还覆盖限定区域35的对应于另一个压电元件32的另一端。这防止了压电元件32在限定区域35的另一端处的变形。
粘合剂48优选地为例如光敏性和热固性树脂。例如，理想地，粘合剂48为包括环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、硅树脂或聚苯乙烯树脂为主要成分的树脂。
如上所述形成的记录头3将油墨从墨盒7通过油墨引入路径、贮液器18、共用液体室25和单独连通路径26而引入到压力室30。当油墨引入到压力室30中时，从驱动电路46经过凸块电极42供给到每个压电元件32的信号驱动压电元件32，引起压力室30内的压力变动。记录头3利用该压力变动通过喷嘴连通路径27从喷嘴22喷射墨滴。
如上所述，在本实施例中的记录头3中，由于在压电元件32的两侧的元件端34各自在限定区域35的外侧形成，因此防止了在元件端34处的变形。由于在压电元件32在第二方向y上的一侧的元件端34a由粘合剂48覆盖，因此进一步防止了在该元件端34a处的变形。这可以防止由于元件端34与偏离元件端34的位置处的压电层38之间的边界(即，在包括于压电元件32中的压电层38与形成在压电元件32外侧的压电层38之间的边界)处的压电元件32的变形所引起的应力的产生。这可以防止例如压电层38上在该边界处产生裂缝。在本实施例中，由于粘合剂48形成为从压电元件32在第二方向y上的一侧的元件端34a延伸到与限定区域35的靠近元件端34a的端部重叠的位置，因此可以防止压电元件32的在限定区域35的端部处的变形。这可以减小压电元件32在限定区域35与限定区域35的外侧区域之间的边界处的变形引起的应力的产生。这可以防止例如在压电元件38上在该边界处的裂缝的产生。以这种方式，可以防止裂缝在压电层38上的产生以实现压电元件32的提高的可靠性，因而实现了记录头3的提高的可靠性。
由于凸块电极42包括弹性的内部树脂43和覆盖内部树脂43的表面的导电膜44，因此当接合压力室形成板29和密封板33时，该构造可以减小施加在压力室形成板29与密封板33之间的用于可靠地使凸块电极42与每个电极层导通的压力。这可以防止对压力室形成板29或密封板33的损坏。由于凸块电极42与下电极层37和形成在限定区域35的外侧区域中的压电层38上的上电极层39电连接，因此可以更可靠地维持压电元件32与密封板33之间的间隔。即，由于凸块电极42布置在距离振动板31的表面的尺寸(高度)相对较大(高)的位置处，因此更可靠地维持了压电元件32与密封板33之间的间隔。特别地，在本实施例中，由于凸块电极42布置在金属层40上，因此可以更可靠地维持压电元件32与密封板33之间的间隔。这可以减少密封板33对压电元件32变形的妨碍。由于粘合剂48是光敏性的，因此通过在涂覆粘合剂48之后进行曝光和显影，可以将粘合剂48精确地布置在预定位置处。这可以防止粘合剂48偏离该位置，从而使记录头3小型化。具体地，由于偏离该预定位置，粘合剂48可以避免对包括在致动器单元14中的其它部件造成干扰，并且可以尽可能靠近组件布置。于是，致动器单元14可以被小型化，因而记录头3可以被小型化。
接下来描述制造记录头3特别是上述致动器单元14的方法。通过利用粘合剂48将形成有待成为密封板33的多个区域的单晶硅基板(硅晶片)与形成有待成为堆叠有振动板31和压电元件32的压力室形成板29的多个区域的单晶硅基板(硅晶片)接合，并且通过将接合的基板切割成片，获得了根据本实施例的致动器单元14。
具体地，驱动电路46例如首先通过半导体工艺形成在单晶硅基板的较靠近密封板33的底表面(与压力室形成板29相反)上。接下来，在单晶硅基板的底表面上生产树脂膜，并且在通过光刻和蚀刻而形成内部树脂43后，通过加热熔化内部树脂43以使其角变圆。然后，通过诸如蒸发涂覆和溅射，在内部树脂43的表面上形成金属膜，并且通过光刻和蚀刻形成导电膜44。于是，在单晶硅基板上形成了待成为对应于单独记录头3的每个密封板33的多个区域。
振动板31堆叠在单晶硅基板的较靠近压力室形成板29的顶表面(与密封板33相对)上。接下来，半导体工艺依次相继在诸如下电极层37、压电层38和上电极层39上提供图案的形成，以形成例如压电元件32。于是，在单晶硅基板上形成了待成为对应于单独记录头3的每个压力室形成板29的多个区域。此后，在表面上形成粘合剂层，并且通过光刻，粘合剂48形成在预定位置处。具体地，通过使用例如旋涂机将光敏性和热固性液体粘合剂涂覆在振动板31上，并加热形成弹性的粘合剂层。然后，粘合剂48的形状通过曝光和显影在预定位置处形成图案。在本实施例中，由于粘合剂48是光敏性的，因此可以通过光刻精确地使粘合剂48形成图案。
当形成粘合剂48时，两块单晶硅基板都被接合。具体地，单晶硅基板中的一个相对于另一个单晶硅基板移动，并且粘合剂48设置在两块单晶硅基板之间以将基板接合在一起。然后，两块单晶硅基板克服凸块电极42的弹性恢复力由上方和下方加压。这样挤压凸块电极42以实现可靠的导通。然后，在加压的同时，将基板加热到粘合剂48的固化温度。于是，粘合剂48在凸块电极42被挤压的同时被固化，并且两块单晶硅基板被接合。
一旦接合了单晶硅基板，则包括压力室形成板29的单晶硅基板从要薄化的底表面(与包括密封板33的单晶硅基板相反的底表面)被抛光。之后，通过光刻和蚀刻，在包括压力室形成板29的薄化了的单晶硅基板上形成压力室30。最后，沿预定划线对接合的单晶硅基板进行划片，然后切成单独致动器单元14。
然后，通过使用例如粘合剂将由上述方法制造的致动器单元14定位并固定在通道单元15(连通板24)上。此后，在将致动器单元14容置在头部壳体16的容置空间17中的同时，将头部壳体16和通道单元15接合在一起，从而制造了上述记录头3。
在上述第一实施例中，共用凸块电极42a与形成为两排的第一共用金属层40a中的一个连接，但本发明不限于此。例如，在图5所示的第二实施例的致动器单元14′中，共用凸块电极42a′与形成为两排的相应的第二共用金属层40b连接。
具体地，共用凸块电极42a′的内部树脂43′在密封板33的与第二共用金属层40b相对的区域中在喷嘴阵列方向(第一方向x)上形成为突起。共用凸块电极42a′的多个导电膜44′形成在第一方向x上，对应于在第一方向x上平行排布的压电元件32。即，多个共用凸块电极42a′在第一方向x上形成。共用凸块电极42a′在第一方向x上的多个位置处与在压电层38上以两排形成的第二共用金属层40b连接。以这种方式，每个共用凸块电极42a′通过第二共用金属层40b与上电极层39电连接。
本实施例中的粘合剂48′布置在每个凸块电极42a′和42b的两侧并且在覆盖第一共用金属层40a的位置处布置。具体地，布置在单独凸块电极42b的外侧(与共用凸块电极42a′相对)的粘合剂48a′在第二方向y上从单独金属层40c的顶部越过单独金属层40c的端部而延伸到振动板31的顶部。设置在单独凸块电极42b与共用凸块电极42a′之间的粘合剂48b′从压电层38的在第二共用金属层40b(压电元件32)外侧的顶部越过压电元件32的在第二方向y上的一侧的元件端34a延伸到第二共用金属层40b的顶部。粘合剂48b′覆盖压电元件32的在第二方向y上的一侧的元件端34a。这防止了压电元件32在元件端34a处的变形。布置在共用凸块电极42a′的内侧(与单独凸块电极42b相对)的粘合剂48c′从第二共用金属层40b的顶部越过第二共用金属层40b的在第二方向y上的一端延伸到与限定区域35的一侧重叠的位置。粘合剂48c′覆盖限定区域35的一端。这防止了压电元件32在限定区域35的一端处的变形。覆盖第一共用金属层40a的粘合剂48d′在第二方向y上从与限定区域35的另一侧重叠的位置越过第一共用金属层40a延伸到振动板31的顶部。粘合剂48d′覆盖限定区域35的另一端。这防止了压电元件32在限定区域35的另一端处的变形。其他部件具有与上述第一实施例的构造相同的构造，因而将省略其描述。
在上述实施例中，压电层38对应于两排压力室30形成为两排，即，针对相应的压力室30单独地形成了压电层38，但是本发明不限于此。例如，在图6至图9所示的第三至第六实施例的致动器单元14″中，形成为两排的压力室30共用的压电层38″形成为一排。特别地，在图6和图7所示的第三和第四实施例的致动器单元14″中，压电层38″和第一共用金属层40a″分别形成为一排。
具体地，在图6所示的第三实施例中，跨压电元件32的在第二方向y的两侧形成压电层38″。具体地，压电层38″在第二方向y的一端(图6中的左侧)延伸到与平行排布成两排的单独金属层40c中的一个(图6中的左侧)重叠的区域。压电层38″在第二方向y上的另一端(图6中的右侧)延伸到与平行排布成两排的单独金属层40c中的另一个(图6中的右侧)重叠的区域。第一共用金属层40a″从与限定区域35(压力室30)中的一个(图6中的左侧)的另一端(在致动器单元14″的内侧)重叠的区域延伸到与限定区域35(压力室30)在第二方向y上的另一个(图6中的右侧)的另一端(在致动器单元14″的内侧)重叠的区域。共用凸块电极42a″形成在形成为两排的压力室30之间的区域中，并与第一共用金属层40a″连接。
本实施例中的粘合剂48″布置在凸块电极42a″和42b的两侧。类似于第一实施例中的粘合剂48a，布置在单独凸块电极42b的外侧(与共用凸块电极42a″相对)的粘合剂48a″从单独的金属层40c的顶部横跨到振动板31的顶部而布置。类似于第一实施例中的粘接剂48b，布置在单独凸块电极42b的内侧(较靠近共用凸块电极42a″)的粘合剂48b″从第二共用金属层40b的外侧延伸至与限定区域35的一端重叠的位置。布置在共用凸块电极42a″的两侧的粘合剂48c″在第二方向y上从与限定区域35的另一端重叠的位置越过与下电极层37重叠的位置而延伸到第一共用金属层40a″的顶部。其他部件具有与上述第一实施例的构造相同的构造，因而省略其描述。
在图7所示的第四实施例中，每个粘合剂48″不布置在与压力室30重叠的区域中。换句话说，粘合剂48″布置在不与限定区域35重叠的位置处。具体地，布置在单独凸块电极42b的内侧(较靠近共用凸块电极42a″)的粘合剂48b″在第二方向y上从单独金属层40c与第二共用金属层40b之间的区域延伸到限定区域35的外侧的区域中的第二共用金属层40b的顶部。布置在共用凸块电极42a″的两侧的粘合剂48c″在压电元件32的另一侧的元件端34b上方的区域中形成在限定区域35的外侧区域中的第一共用金属层40a″上。其他部件具有与上述第三实施例的构造相同的构造，因此将省略对其描述。
由于粘合剂48″如上所述形成在限定区域35的外侧的区域中，因此难以防止限定区域35中的振动板31的变形。这允许由于驱动压电元件32而引起的压力变动高效传送到压力室30中的油墨，并且还可以防止由于压电元件32的振动传送到粘合剂48″而引起的粘附性的劣化。于是，可以提高记录头3的可靠性。另外，由于粘合剂48″和限定区域35彼此不重叠，因此可以防止由于粘合剂48″的位置变动引起的振动板31的变形量的变动。因而，即使当使用不具有光敏性粘合剂，即，使用接合位置可能变动的粘合剂作为粘合剂48″时，仍然可以防止喷墨特性的变动。
在图8所示的第五实施例中，与形成为两排的相应的第一共用金属层40a″连接的共用凸块电极42a″形成为两排。具体地，类似于第一实施例，第一共用金属层40a″从与限定区域35的另一侧重叠的区域在第二方向y上延伸到与下电极层37重叠的区域的外侧。共用凸块电极42a″排形成在第一方向x上。共用凸块电极42a″在第一方向x的多个位置处与压电层38″上的第一共用金属层40a″连接。类似于上述第三实施例，压电层38″跨压电元件32在第二方向y的两侧形成。即，压电层38″在第二方向y上的一端(图8中的左侧)延伸到与平行排布成两排的单独金属层40c的一排(图8中的左侧)重叠的区域。压电层38″在第二方向y上的另一端(图8中的右侧)延伸到与平行排布成两排的单独金属层40c的另一排(图8中的右侧)重叠的区域。
本实施例中的上电极层39″对应于两排压力室30而形成为两排。即，针对相应的压力室30单独地形成了上电极层39″。具体地，各自跨平行排布在第一方向x上的压电层38″形成的上电极层39″形成为两排。每个上电极层39″在第二方向y上的一端(在致动器单元14″的外侧)位于与对应的限定区域35的一侧重叠的区域的外侧，并且在限定区域35与单独金属层40c之间的区域中。上电极层39″在第二方向y上的另一端(在致动器单元14″的内侧)位于与限定区域35的另一侧重叠的区域的外侧，并且在下电极层37的另一端与第一共用金属层40a″的另一端之间的区域中。
本实施例中的粘合剂48″布置在凸块电极42a″和42b中的每个的两侧。具体地，类似于第一实施例中的粘合剂，布置在单独凸块电极42b的外侧(与共用凸块电极42a″相对)的粘合剂48a″跨单独金属层40c的顶部和振动板31的顶部而布置。类似于第一实施例中的粘接剂48b，布置在单独凸块电极42b的内侧(较靠近共用凸块电极42a″)的粘合剂48b″从第二共用金属层40b的外侧延伸至与限定区域35的一端重叠的位置。布置在共用凸块电极42a″的外侧(较靠近单独凸块电极42b)的粘合剂48c″从与限定区域35的另一端重叠的位置延伸到第一共用金属层40a″的在第二方向y上的一端。布置在共用凸块电极42a″的内侧的粘合剂48d″从第一共用金属层40a″的顶部越过第一共用金属层40a″在第二方向y上的该一端延伸到第二压电层38″的顶部。其他部件具有与上述第一实施例的构造相同的构造，因而将省略对其描述。
在图9所示的第六实施例中，类似于上述第五实施例，与形成为两排的相应的第一共用金属层40a″连接的共用凸块电极42a″形成为两排。然而，第六实施例与第五实施例的不同之处在于粘合剂48″不布置在与压力室30(限定区域35)重叠的区域中。具体地，布置在单独凸块电极42b的内侧(较靠近共用凸块电极42a″)的粘合剂48b″从单独金属层40c与第二共用金属层40b之间的区域延伸到限定区域35的在第二方向y上的外侧的区域中的第二共用金属层40b的顶部。布置在共用凸块电极42a″的外侧(较靠近单独凸块电极42b)的粘合剂48c″在限定区域35的外侧的区域中的第一共用金属层40a″上形成。其他部件具有与上述的第六实施例的构造相同的构造，因而将省略其描述。
在本实施例中，由于粘合剂48″如上所述形成在限定区域35的外侧的区域中，因此难以妨碍限定区域35内的振动板31的变形。这允许由于驱动压电元件32而引起的压力变动高效传送到压力室30中的油墨，并且还可以防止由于压电元件32的振动传送到粘合剂48″而引起的粘附性的劣化。于是，可以提高记录头3的可靠性。另外，由于粘合剂48″和限定区域35彼此不重叠，因此可以防止由于粘合剂48″的位置变动引起的振动板31的变形量的变动。因而，即使当使用不具有光敏性的粘合剂作为粘合剂48″，即，使用可能会发生粘合位置变动的粘合剂时，仍然可以防止喷墨特性的变动。
在上述实施例中，包括驱动电路46的密封板33被描述为根据本发明的电路板，但是本发明不限于此。例如，驱动电路也可以设置到与该密封板不同的其它部件(诸如驱动IC)，并且只在密封板33上形成用于中继来自该驱动电路的信号的配线。因而，本发明的电路板不仅包括具有驱动电路的密封板，而且还包括仅形成有配线的简单密封板。
在上述的第一实施例、第二实施例、第三实施例以及第五实施例中，限定区域35的两端由粘合剂48覆盖，但是本发明不限于此。限定区域的至少一端需要由粘合剂覆盖。类似地，压电元件的至少一侧的元件端需要由粘合剂覆盖。在上述实施例中，下电极层37和上电极层39连接到压电层38上与其对应的凸块电极42，但本发明不限于此。凸块电极仅需要与下电极层和压电层上的上电极层中的至少一个电连接。在上述实施例中，凸块电极42设置在密封板33上，但是本发明不限于此。例如，凸块电极可以设置在压力室形成板上。在上述制造方法中，粘合剂48涂覆到包括压力室形成板29的单晶硅基板上，但本发明不限于此。例如，粘合剂可以涂覆到包括密封板的单晶硅基板上。
在上述实施例中，安装在喷墨打印机上的喷墨记录头被描述为喷墨头，本发明还可应用于喷射油墨以外的液体的装置。例如，根据本发明的喷墨头可应用于用于制造诸如液晶显示器的滤色器的颜色材料喷头、用于形成诸如有机电致发光(EL)显示器和场发射显示器(FED)的电极的电极材料喷头、用于制造生物芯片(生化元件)的生物有机材料喷头等。
附图标记列表
1打印机，3记录头，14致动器单元，15通道单元，16头部壳体，17容置空间，18贮液器，21喷嘴板，22喷嘴，24连通板，25共用液体室，26单独连通路径，29压力室形成板，30压力室，31振动板，32压电元件，33密封板，35限定区域，37下电极层，38压电层，39上电极层，40金属层，42凸块电极，43内部树脂，44导电膜，46驱动电路，48粘合剂
引用列表
专利文献
PTL1：JP-A-2002-292871

Claims (6)

1.一种喷墨头，包括：
压力室形成板，其在第一方向上形成有各自与喷嘴连通的多个压力室；
振动板，其限定每个压力室的一个表面并允许其限定区域的变形；
压电元件，其是通过从振动板的与所述压力室相反的表面在对应于所述压力室的区域中依次堆叠第一电极层、压电层和第二电极层而形成；
电路板，其与所述振动板成间隔布置，多个凸块电极介于所述电路板与所述振动板之间，并且所述电路板输出用于驱动所述压电元件的信号；以及
粘合剂，其将所述压力室形成板与所述电路板接合，其中所述压电元件的至少一侧的元件端形成在所述限定区域的外侧，并且在与所述第一方向正交的第二方向上由所述粘合剂覆盖。
2.根据权利要求1所述的喷墨头，其中
所述粘合剂形成为从所述元件端延伸到与所述限定区域的在所述第二方向上的较靠近所述元件端的一端重叠的位置。
3.根据权利要求1或2所述的喷墨头，其中
所述凸块电极包括弹性的树脂以及覆盖所述树脂的表面的导电膜。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的喷墨头，其中
所述凸块电极与所述第一电极层和形成在所述限定区域的外侧的区域中的所述压电层上的所述第二电极层中的至少一个电连接。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的喷墨头，其中所述粘合剂是光敏性的。
6.一种喷墨打印机，包括根据权利要求1至5中的任一项所述的喷墨头。
CN201680014404.3A 2015-03-27 2016-03-22 喷墨头和喷墨打印机 Active CN107428166B (zh)

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