CN109476160A

CN109476160A - 喷墨头

Info

Publication number: CN109476160A
Application number: CN201780045588.4A
Authority: CN
Inventors: 鲛岛幸; 鲛岛幸一; 江口秀幸
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc; Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2037-06-20
Also published as: US10836166B2; US20190160817A1; WO2018020910A1; JPWO2018020910A1; EP3492263A4; CN109476160B; EP3492263B1; EP3492263A1; JP6879306B2

Abstract

本喷墨头具备：喷嘴板(10)，包括多个喷嘴(N)；压力室板(20)，包括存积从喷嘴(N)喷出的墨的压力室(21)；间隔板(40)，收纳对压力室(20)赋予压力的压电层(60)；振动薄板(30)，设置于压力室(20)与压电层(60)之间，将压电层(60)的位移传递给压力室；以及中间基板(100)，在压力室板(20)与喷嘴板(10)之间包括连通喷嘴(N)与压力室(20)的连通流路。喷嘴板(10)具有：单独循环流路(111)，与多个喷嘴(N)分别对应地设置并排出墨；以及多个单独循环流路(111)汇合的共同循环流路(113)。

Description

喷墨头

技术领域

本发明涉及喷墨头的构造。

背景技术

近年来，在喷墨头中为了防止例如由于喷嘴附近的增稠、气泡的发生而引起的射出不良，已知在喷嘴附近设置循环流路并经由该循环流路来回收增稠的墨、气泡的技术。例如，在日本特开2008-290292号公报(专利文献1)中，公开了在层叠在喷嘴板上的板(排出孔板)中形成循环流路并使墨循环的机构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-290292号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在上述专利文献1记载的结构中，为了形成循环流路，需要另行设置排出孔板，从压力室至喷嘴的距离变长与排出孔板的厚度相应的量。因此，由于从压力室至喷嘴的距离变长而引起墨的射出特性降低。

本发明是鉴于上述课题而完成的，目的在于提供一种具备能够抑制墨的射出特性降低的结构的喷墨头。

用于解决课题的手段

在该喷墨头中，具备：喷嘴板，包括多个喷嘴；振动板，包括存积从所述喷嘴喷出的墨的压力室；间隔板，收纳对所述压力室赋予压力的压电层；以及流路形成基板，在所述振动板与所述喷嘴板之间包括连通所述喷嘴和所述压力室的连通流路。

所述振动板包括振动薄板，该振动薄板设置于所述压力室与所述压电层之间并将所述压电层的位移传递给所述压力室，所述喷嘴板具有：单独循环流路，与多个所述喷嘴分别对应地设置并排出墨；以及多个所述单独循环流路汇合的共同循环流路。

在其它方式中，所述喷嘴板具有：喷嘴支撑层，位于所述流路形成基板侧；以及喷嘴层，隔着所述喷嘴支撑层而位于与所述流路形成基板相反的一侧，所述单独循环流路以及所述共同循环流路设置于所述喷嘴支撑层。

在其它方式中，所述喷嘴板是SOI基板。

在其它方式中，所述共同循环流路还设置于所述流路形成基板侧。

在其它方式中，在所述共同循环流路内配置有柱状部件。

在其它方式中，在所述喷嘴板的所述共同循环流路所对置的外表面，设置有朝向所述共同循环流路侧的凹部。

在其它方式中，在俯视时，所述共同循环流路具有弯曲部。

发明的效果

在本发明中，提供一种具备能够抑制墨的射出特性降低的结构的喷墨头。

附图说明

图1是示出实施方式1的喷墨头的构造的截面图。

图2是示出实施方式1的喷嘴板的结构的立体图。

图3是示出实施方式2的喷墨头的构造的截面图。

图4是示出实施方式3的喷嘴板的结构的立体图。

图5是示出实施方式4的喷嘴板的结构的截面图。

图6是示出实施方式5的喷嘴板的结构的平面图。

图7是示出关联技术的喷墨头的构造的截面图。

图8是示出实施例中的参数的图。

图9是示出实施例中的连通流路长度与负压的关系的图。

图10是示出实施例中的连通流路长度与驱动电压的关系的图。

(符号说明)

1、1A、1B、1C、1D：喷墨头；10：喷嘴板；11：喷嘴支撑层；11a：通路；12：喷嘴层；12r：凹部；20：振动板；21：压力室；22、41、51、71、102：墨供给流路；30：振动薄板；40：间隔基板；42：开口部；50：布线基板；52、57：布线；53：插入件(interposer)；54、55、58、59：绝缘层；56：贯通电极；60：压电层；61：压电部；62：第1电极；63：第2电极；90：连接部；91：凸块；92：导电性材料；100：中间基板；101：连结通路；110：头芯片；111：单独循环流路；113、113W：共同循环流路；113P：柱状部件；113Q：侧壁；B1：刮刀(blade)；D1：阶梯部；N：喷嘴。

具体实施方式

以下，一边参照图一边说明基于本发明的实施方式中的喷墨头。在以下说明的实施方式中，在提及个数、量等的情况下，除了有特别记载的情况以外，本发明的范围未必限定于其个数、量等。有时对于同一部件、相当部件附加同一参照编号，不反复进行重复的说明。一开始就计划适当组合使用实施方式中的结构。在附图中，并未按照实际尺寸的比例来图示，而为了容易理解构造，存在以使构造变明确的方式变更比例来图示的部位。

(实施方式1：喷墨头1的结构)

参照图1以及图2，说明本实施方式所涉及的喷墨头1的结构。图1是示出喷墨头1的构造的截面图，图2是示出喷嘴板10的结构的立体图。此外，图2中的I-I线箭头视图截面相当于图1的截面图。

在图1中，将设置喷嘴N的平面设为X-Y平面，将沿着该平面且相互正交的方向分别设为X方向、Y方向。另外，将与X-Y平面正交的方向设为Z方向。Z轴方向与上下方向一致。

参照图1，喷墨头1具备喷嘴板10以及头芯片110。喷嘴板10具备用于喷出墨的喷嘴N。以贯通喷嘴板10的方式设置有喷嘴N。喷嘴板10具有喷嘴支撑层11和喷嘴层12，在喷嘴支撑层11中设置有通路11a，在喷嘴层12中设置有与通路11a连通的喷嘴N。

例如以沿着Y轴方向形成列的方式设置有多个喷嘴N以及通路11a。通常，喷嘴N配置为矩阵状，例如设置1024(16×64)的喷嘴数(通道)。

喷嘴板10能够使用例如SOI基板。此外，喷嘴板10不限于SOI基板，例如也可以使用SUS、42合金或者聚酰亚胺等。在喷嘴板10的下表面也可以形成有防水膜。

通过在喷嘴板10的上表面沿着Z方向层叠多个基板等而构成头芯片110。具体而言，通过在喷嘴板10上层叠中间基板100、具有压力室21的振动板20、间隔基板40以及布线基板50，从而构成头芯片110。

振动板20设置于压力室21与后述的压电层60之间，包括将压电层60的位移传递给压力室21的振动薄板30。

因此，在喷嘴板10中，喷嘴支撑层11位于中间基板100侧，喷嘴层12隔着喷嘴支撑层11而位于与中间基板100相反的一侧。

中间基板100具有将喷嘴N和压力室21进行连结的连结通路101。在中间基板100、振动板20、振动薄板30、间隔基板40以及布线基板50中，设置有与压力室21连通的墨供给流路22、31、41、51。由墨供给流路形成的墨的流路将压力室21与在布线基板50上方所设置的外部的墨供给流路进行连接。

例如以将连结通路101设置于喷嘴板10与振动板20之间为目的而设置中间基板100。连结通路101与压力室21以及喷嘴N连通，在喷出墨时，调整向墨施加的运动能量。

通过设置连结通路101，能够将到达至喷嘴N的墨的流路的形状设为任意的形状。

作为中间基板100的原材料，并未特别限定，可以使用玻璃、不锈钢、树脂、硅等。

振动板20设置在中间基板100上。振动板20具有存积墨的压力室21。压力室21经由中间基板100的连结通路101而与喷嘴N连通。压力室21以与沿着Y轴方向排列的多个喷嘴N连通的方式沿着Y轴方向设置成一一对应。与墨供给流路22独立地设置压力室21。

设置于振动板20的振动薄板30堵塞收纳压电层60的间隔基板40的开口部42，并且构成压力室21的一面(上表面)。振动薄板30构成为能够通过设置在振动薄板30上的压电层60而振动。通过振动薄板30进行振动，而使压力室21的压力增减。

间隔基板40在振动薄板30与布线基板50之间确保与压电层60以及后述的连接部90的沿着Z方向的高度对应的空间。间隔基板40具有与压电层60的配置位置对应的开口部42。

开口部42沿着Z方向贯通间隔基板40。与墨供给流路41独立地设置有开口部42。在开口部42内配置有压电层60。开口部42被布线基板50堵塞。由此，在压电层60的周围形成封闭空间S1。间隔基板40以及布线基板50相当于对压电层60进行密封的密封部。

作为间隔基板40的原材料，例如能够使用树脂部件、铁、玻璃、镍、不锈钢、硅等，也可以设为合金，只要能够确保上述空间就不特别限定。

布线基板50例如具有插入件53、绝缘层54、55、贯通电极56、布线57、绝缘层58、布线52、绝缘层59以及墨供给流路51。

插入件53具有板状形状。插入件53成为布线基板50的基底部。绝缘层54包覆插入件53的上表面。绝缘层55包覆插入件53的下表面。

贯通电极56设置于将绝缘层54、插入件53以及绝缘层55贯通的贯通孔P内。布线57设置于绝缘层54的上表面而与贯通电极56的上侧的端部电连接。

绝缘层58包覆布线57的上表面以及未设置有该布线57的部分的绝缘层54的上表面。

布线52设置于绝缘层55的下表面而与贯通电极56的下侧的端部电连接。布线52经由贯通电极56、布线57而连接到对向压电层60施加的电压进行控制的控制部(未图示)。

布线52、57例如能够利用光刻等对具有导电性的金属(例如，Cr、Ti、Au)进行构图来形成。例如，能够通过在基板上按照Cr、Au的顺序成膜之后对Au进行构图，之后对Cr进行构图来形成。Cr、Ti被利用为Au的紧贴层。

绝缘层59包覆布线52之中的未形成有凸块91的部分的下表面以及绝缘层55之中的未设置有布线52的下表面。墨供给流路51贯通绝缘层58、绝缘层54、插入件53、绝缘层55以及绝缘层59。

压电层60通过后述的连接部90而与设置于布线基板50的布线52电连接。与沿着Y轴方向排列的多个喷嘴N对应地设置有压电层60。压电层60设置在振动薄板30上。

压电层60具备：由压电层形成的压电部61；以覆盖压电部61的一方的表面的方式形成的第1电极62；以及以覆盖压电部61的另一方的表面的方式形成的第2电极63。

第1电极62通过连接部90而与布线52电连接。连接部90沿着Z方向连接第1电极62和布线52。连接部90具有形成于布线基板50的凸块91。

例如通过以金为材料的引线接合而形成凸块91。凸块91例如形成于布线52的下表面。在凸块91的下端侧涂覆有导电性材料92。具体而言，导电性材料92例如是导电性粘接剂。导电性粘接剂是混入有具有导电性的金属粉末(例如，银粉等)的粘接剂。

这样，连接部90经由形成于布线基板50的凸块91以及涂覆于凸块91的导电性材料92而将布线基板50和压电层60进行电连接。

第2电极63抵接到形成于振动薄板30的电极层(未图示)。形成于振动薄板30的电极层作为将第2电极63与上述控制部进行电连接的电极而发挥功能。第2电极63例如经由与形成于振动薄板30的电极层连接的布线(未图示)而连接到控制部。

电极层例如能够利用光刻等将具有导电性的金属(例如，Cr、Ti、Au)构图到振动薄板30来形成。例如，能够通过在基板上按照Cr、Au的顺序成膜之后对Au进行构图，之后对Cr进行构图来形成。Cr、Ti被利用为Au的紧贴层。

第1电极62经由连接部90、布线52、贯通电极56、布线57而连接到控制部，并且第2电极63经由形成于振动薄板30的电极层而连接到控制部。由此，在控制部的控制下，压电层60进行动作。

通过压电层60进行动作，振动薄板30进行振动。由此，压力室21的内压发生变化，供给到压力室21的墨从喷嘴N被喷出。

此外，关于上述的中间基板100与喷嘴板10的接合，优选为使用了环氧系的粘接剂的粘接。在使用玻璃作为中间基板100的原材料，并使用硅作为喷嘴板10的原材料的情况下，作为玻璃与硅的接合，还能够利用阳极接合。

在各基板之间，优选为使热膨胀系数的差充分小。由此，能够抑制由于基板接合时的温度变化、或在喷墨头1动作时所发生的热等而使基板翘曲或基板彼此剥离。

例如，使用硅作为上述振动板20、振动薄板30、布线基板50的原材料，使用42合金(由在重量百分比下镍为42％、铁为57％、剩余为微量的添加物质(例如，铜、锰等)构成的合金)作为间隔基板40的原材料。由此，能够减小各基板的热膨胀系数的差。

在上述实施方式所涉及的喷墨头1中，说明振动薄板30与振动板20一体地设置的情况，但不限于此，也可以将振动薄板30和振动板20分别单独地设置。

(喷嘴板10)

参照图2，说明构成喷嘴板10的喷嘴支撑层11的结构。在喷嘴支撑层11中，设置有与多个喷嘴N分别对应并与通路11a连通而排出墨的单独循环流路111。而且，在喷嘴支撑层11中设置有多个单独循环流路111汇合的共同循环流路113。在图2中，单独循环流路111设置成在X方向上延伸，共同循环流路113设置成在Y方向上直线状地延伸。

如上所述，喷嘴N例如设置有1024(16×64)的喷嘴数(通道)。针对所有喷嘴N分别设置单独循环流路111，但关于共同循环流路113，既可以针对所有喷嘴N设置一个共同循环流路113，也可以将喷嘴N划分为若干组，并以针对各组中的每一组设置一个共同循环流路113的方式设置多个共同循环流路113。

这样，本实施方式中的喷墨头1具有：单独循环流路111，与多个喷嘴N分别对应地设置并排出墨；以及多个单独循环流路111汇合的共同循环流路113。由此，如图1所示，供给到喷嘴N的墨中的未向内外部喷出的墨从单独循环流路111排出到共同循环流路113，经过循环线L1而被再次供给到与压力室21连通的墨供给流路22、31、41、51。由此，能够抑制墨的射出特性降低。

单独循环流路111以及共同循环流路113设置于同一喷嘴支撑层11，因此无需另行增加基板而能够制造本实施方式的喷墨头1，还能够抑制成本增加。

相比于为了设置单独循环流路111而增加基板的结构，能够缩短从压力室21至喷嘴板10的单独循环流路111的路径。其结果，能够实现低电压下的驱动。另外，从压力室21向喷嘴板10的路径变短从而成为低负压，还能够抑制压力室21中的负压的增大。

而且，也不需要为了设置单独循环流路111以及共同循环流路113而使喷嘴支撑层11薄型化，因此还能够避免制造工序中的与喷嘴支撑层11和头芯片110侧的基板接合时的裂纹的发生、由热引起的翘曲的发生，还能够实现喷墨头1的生产率的提高。

此外，在本实施方式中，公开了使从共同循环流路排出的墨经由循环线L1而循环的结构，但显而易见不限于进行循环的结构。例如，也可以设为从共同循环流路113不经由循环线L1而排出。

(实施方式2：喷墨头1A的结构)

参照图3，说明本实施方式所涉及的喷墨头1A的结构。图3是示出喷墨头1A的构造的截面图。此外，图2中的I-I线箭头视图截面对应于图1的截面图。

基本结构与上述实施方式1中的喷墨头1的结构相同。不同点为如下点：共同循环流路113不仅设置于喷嘴支撑层11，还设置于中间基板100侧。

在具有这个结构的喷墨头1A中，也能够得到与上述实施方式1中的喷墨头1同样的作用效果。而且，对于共同循环流路113，通过扩大中间基板100侧，从而不用使喷墨头1A的Z方向的大小变大而实现共同循环流路113的截面流路的扩大，能够实现墨的循环流量的扩大。

而且，在单独循环流路111与共同循环流路113的连结部分中形成阶梯部D1，从而形成从单独循环流路111向共同循环流路113引入的流，存在于单独循环流路111的气泡容易卷入到共同循环流路113的流中。其结果，能够减少滞留于通路11a的气泡，进一步抑制墨的射出特性降低。

(实施方式3：喷墨头1B的结构)

参照图4，说明本实施方式所涉及的喷墨头1B的结构。图4是示出喷嘴板10的结构的立体图。

基本结构与上述实施方式1中的喷墨头1的结构相同。不同点为如下点：在设置于喷嘴板10的共同循环流路113中配置有多个柱状部件113P。设置柱状部件113P的位置并未被特别限定，但为了不影响从单独循环流路111朝向共同循环流路113的墨的流动，设置于不与单独循环流路111对置的位置即可。例如，在邻接的单独循环流路111之间设置柱状部件113P即可。

在具有这个结构的喷墨头1B中，也能够得到与上述实施方式1中的喷墨头1同样的作用效果。而且，喷嘴板10的喷嘴层12通过变形而具有作为阻尼器(冲击吸收)的作用。通过对共同循环流路113设置柱状部件113P，成为对喷嘴层12进行强化的部件，并且在喷嘴层12中发生了设想以上的位移的情况下也能够通过柱状部件113P来抑制喷嘴层12的位移，避免喷嘴层12损伤。

而且，作为阻尼器，有时需要还向中间基板100侧弯曲，此时需要在11柱状部件113P与中间基板100之间设置缝隙。作为方法考虑以下的(i)至(iii)。(i)仅去除覆盖喷嘴支撑层11的表面的膜(例如氧化膜)的柱状部件113P的部分；(ii)对喷嘴支撑层11的表面的柱状部件113P以外的中间基板100涂覆接合用粘接剂并进行接合；(iii)使该粘接剂包含控制厚度的珠子。

(实施方式4：喷墨头1C的结构)

参照图5，说明本实施方式所涉及的喷墨头1C的结构。图5是示出喷嘴板10的结构的截面图。

基本结构与上述实施方式1中的喷墨头1的结构相同。不同点为如下点：在喷嘴板10的共同循环流路113所对置的外表面(喷嘴表面)12a，设置有朝向共同循环流路113侧的凹部12r。设置有凹部12r的范围包括设置有共同循环流路113的范围即可。

在具有这个结构的喷墨头1C中，也能够得到与上述实施方式1中的喷墨头1同样的作用效果。而且，在喷嘴板10的外表面(喷嘴表面)12a的清扫时，使使用了弹性体的刮刀一边抵接外表面(喷嘴表面)12a一边滑动。此时，刮刀B1的移动方向是图中的Y方向，刮刀的X方向的宽度设置得比凹部12r的宽度更宽，因此能够使刮刀B1不接触凹部12r的底面。

其结果，在使用了刮刀B1的外表面(喷嘴表面)12a的清扫时，不会使喷嘴层12变形，因此能够避免喷嘴层12损伤。

(实施方式5：喷墨头1D的结构)

参照图6，说明本实施方式所涉及的喷墨头1D的结构。图6是示出喷嘴板10的结构的平面图。

基本结构与上述实施方式1中的喷墨头1的结构相同。不同点为如下点：设置于喷嘴板10的共同循环流路113W具有弯曲部。图2所示的实施方式1中的喷墨头1的共同循环流路113沿着Y方向而设置为直线状。另一方面，本实施方式中的喷墨头1C的共同循环流路113W在俯视时描绘出松散的S字状的曲线。更具体而言，构成喷嘴板10的共同循环流路113W的侧壁113Q设置成朝向循环流路而成为波状。

在具有这个结构的喷墨头1D中，也能够得到与上述实施方式1中的喷墨头1同样的作用效果。而且，构成喷嘴板10的共同循环流路113W的侧壁113Q朝向循环流路而成为波状，从而成为对喷嘴层12进行强化的部件，并且即使在喷嘴层12中发生了设想以上的位移(应力)的情况下，也能够防止施加应力时的喷嘴支撑层11的硅理解面处的裂纹，并防止头装配时和头驱动时的裂纹。

另外，共同循环流路113W的波状形状优选为单独循环流路111最长的图案。由此，易于排出增稠液、气泡。

(实施例)

以下，说明实施例。将具有图1所示的结构的喷墨头1与具有图7所示的结构的喷墨头1X的性能进行了对比。在图7所示的喷墨头1X中，设置有具有共同循环流路113以及墨供给流路71的循环板70，在喷嘴支撑层11中设置有单独循环流路111。因此，关于作为整体的Z方向的厚度，喷墨头1X变得比喷墨头1更厚。

此处，在将从压力室21至喷嘴层12的由连结通路101、通路11a以及墨供给流路71形成的墨流动的流路的长度设为“连通流路长度”时，图1所示的喷墨头1的“连通流路长度”成为270μm。另一方面，图6所示的喷墨头1X的“连通流路长度”成为420μm。

此处，在图8中，说明连通长度下的压力室21的负压(kPa)与驱动压电层60的驱动电压(V)的关系。优选的负压(kPa)的目标值是-360(kPa)以上，驱动电压是25V以下。

在“连通流路长度”是450μm的情况下，负压是-407(kPa)，驱动电压是27.8(V)。在“连通流路长度”是350μm的情况下，负压是-368(kPa)，驱动电压是26.2(V)。在“连通流路长度”是300μm的情况下，负压是-356(kPa)，驱动电压是25.1(V)。在“连通流路长度”是250μm的情况下，负压是-339(kPa)，驱动电压是24.2(V)。在“连通流路长度”是150μm的情况下，负压是-312(kPa)，驱动电压是22.8(V)。另外，图9是示出“连通流路长度”与负压的关系的图，图10是示出“连通流路长度”与驱动电压的关系的图。

可知用于将负压(kPa)设为-360(kPa)以上的“连通流路长度”大致为300μm以下即可。可知用于将驱动电压设为25V以下的“连通流路长度”也大致为300μm以下即可。因此，图1所示的喷墨头1的“连通流路长度”是270μm，因此能够满足负压以及驱动电压的目标值。另一方面，图7所示的喷墨头1X的“连通流路长度”是420μm，因此无法满足负压以及驱动电压的目标值。

应理解本次公开的实施方式以及实施例在所有点只是例示而并非是限制性的。本发明的范围并非是上述说明而是通过权利要求书来示出，并包括与权利要求书同等的含义以及范围内的所有变更。

Claims

1.一种喷墨头，具备：

喷嘴板，包括多个喷嘴；

振动板，包括存积从所述喷嘴喷出的墨的压力室；

间隔板，收纳对所述压力室赋予压力的压电层；以及

流路形成基板，在所述振动板与所述喷嘴板之间包括连通所述喷嘴和所述压力室的连通流路，其中，

所述振动板包括振动薄板，该振动薄板设置于所述压力室与所述压电层之间并将所述压电层的位移传递给所述压力室，

所述喷嘴板具有：

单独循环流路，与多个所述喷嘴分别对应地设置并排出墨；以及

多个所述单独循环流路汇合的共同循环流路。

2.根据权利要求1所述的喷墨头，其中，

所述喷嘴板具有：

喷嘴支撑层，位于所述流路形成基板侧；以及

喷嘴层，隔着所述喷嘴支撑层而位于与所述流路形成基板相反的一侧，

所述单独循环流路以及所述共同循环流路设置于所述喷嘴支撑层。

3.根据权利要求1或者2所述的喷墨头，其中，

所述喷嘴板是SOI基板。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的喷墨头，其中，

所述共同循环流路还设置于所述流路形成基板侧。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的喷墨头，其中，

在所述共同循环流路内配置有柱状部件。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的喷墨头，其中，

在所述喷嘴板的所述共同循环流路所对置的外表面，设置有朝向所述共同循环流路侧的凹部。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的喷墨头，其中，

在俯视时，所述共同循环流路具有弯曲部。