CN110816057A - 喷墨头、喷墨装置以及喷墨头的制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种容易制造的喷墨头、喷墨装置以及喷墨头的制造方法。一实施方式涉及的喷墨头具备基座、喷嘴板以及罩板。基座具有多个第一槽和多个第二槽，所述第一槽和所述第二槽在第一方向和与所述第一方向相交的第二方向中的至少一个方向上开口。喷嘴板具有与所述第一槽连通的喷嘴。罩板由干膜抗蚀剂形成，所述罩板配置于所述基座在所述第二方向上的至少一侧，并堵塞所述第二槽并且具有与所述第一槽连通的开口。

Description

喷墨头、喷墨装置以及喷墨头的制造方法

技术领域

本发明的实施方式涉及喷墨头、喷墨装置及喷墨头的制造方法。

背景技术

在具备多个压力室的共享模式(share mode)共享壁(shared wall)方式的喷墨头中，已知如下结构：沿预定的并列方向交互地设置与喷嘴连通的多个压力室和布置在这些压力室之间的多个空气室。这样的液体喷出喷头例如在平板状的基座基板的端缘部形成有多个槽，在基座基板的两表面粘接有由薄的陶瓷、玻璃等构成的用于覆盖空气室的罩板。

发明内容

由于罩板在与多个压力室相对应的位置上具有开口，所以对于其要求较高加工精度。另外，在对基座基板和罩板进行粘接时，要求较高的位置对准精度。

本发明所要解决的课题是提供容易制造的喷墨头、喷墨装置以及喷墨头的制造方法。

一种喷墨头，其特征在于，具备：基座，具有多个第一槽和多个第二槽，所述第一槽和所述第二槽在第一方向和与所述第一方向相交的第二方向中的至少一个方向上开口；喷嘴板，具有与所述第一槽连通的喷嘴；以及罩板，由干膜抗蚀剂形成，所述罩板配置于所述基座在所述第二方向上的至少一侧，并堵塞所述第二槽并且具有与所述第一槽连通的开口。

一种喷墨装置，其特征在于，具备：上述的喷墨头；以及沿着预定输送路径输送介质的输送装置。

一种喷墨头的制造方法，其特征在于，包括如下工序：将干膜抗蚀剂粘贴到基座在第二方向上的至少一侧，所述基座具有多个第一槽和多个第二槽，所述第一槽和所述第二槽在第一方向和与所述第一方向相交的第二方向中的至少一个方向上开口；以及通过曝光处理使所述干膜抗蚀剂成形为与所述第一槽相对的部位开口的形状。

附图说明

图1是第一实施方式涉及的喷墨头的立体图。

图2是通过剖切同喷墨头的局部以示出内部构造的立体图。

图3是示出同喷墨头的局部的说明图。

图4是示出同喷墨头的局部的说明图。

图5是示出同喷墨头的动作的说明图。

图6是示出同喷墨头的动作的说明图。

图7是示出同喷墨头的制造工序的说明图。

图8是示出使用同喷墨头的喷墨打印机的结构的说明图。

附图标记说明

1…喷墨头、10…基座、12…基板、13…层叠压电体、14…槽、14A…槽列、14a…第一槽、14b…第二槽、15…层叠压电元件、15a…压电元件、15b…压电元件、16…电极、17…布线图案、20…喷嘴板、21…喷嘴、30…罩板、30A…干膜抗蚀剂、31…切口部、32…罩片、40…壳部件、40a…框架部件、40b…盖部件、41…框架片、42…框架片、50…光掩模、51…柔性电缆、52…驱动IC芯片、53…电路基板、100…喷墨打印机、111…框体、112…介质供给部、112a…供纸盒、113…图像形成部、114…介质排出部、114a…排纸托盘、115…输送装置、116…控制部、116a…CPU、133…连接流路、133a…供给流路、133b…回收流路、134…循环泵、A1…输送路径、C1…压力室、C2…空气室、C3…共用室。

具体实施方式

以下参照图1至图8对第一实施方式涉及作为液体喷出喷头的喷墨头1和作为喷墨装置的喷墨打印机100进行说明。在各图中，为了便于说明，以适当地放大、缩小或者省略结构的方式示出。图中箭头X、Y、Z表示三个互相正交的方向。在本实施方式示出的例子中分别沿X轴、Y轴、Z轴配置喷墨头1的第一方向、第二方向、第三方向。

图1是第一实施方式涉及的喷墨头1的立体图，图2是通过剖切喷墨头1的局部以示出内部构造的立体图。图3是示出喷墨头1的壳部件40的内部构造的说明图。图4是示出喷墨头1的基座10的结构的说明图。图5和图6是示出喷墨头1的动作的说明图。

图1至图6所示的喷墨头1是所谓的端射(end-shooter)型的共享模式共享壁方式的喷墨头。

喷墨头1具备基座10、具有多个喷嘴21的喷嘴板20、作为罩部件的罩板30、以及壳部件40。

基座10具备基板12和作为压电部的层叠压电体13。

基板12构成为方形的板状。基板12优选用PZT、陶瓷、玻璃、易切性陶瓷或者包含这些的材料构成。

层叠压电体13位于基板12在喷嘴板20侧的端缘处。层叠压电体13由两张压电部件层叠构成。压电部件例如用PZT(锆钛酸铅)系压电陶瓷材料构成。此外，顾及到环境，也可以将KNN(铌酸钠钾)等无铅系压电陶瓷作为压电部件使用。以使极化方向相反的方式极化两张压电部件，并通过粘接层对两张压电部件进行粘接。

在层叠压电体13的与喷嘴板20相对的端面形成有槽列14A，所述槽列14A具有多个沿第一方向排列的槽14。层叠压电体13的沿XZ面的剖面是梳齿形状。形成在邻接的槽14之间的支柱状的部分构成使槽14的容积变化的驱动部，即层叠压电元件15。

槽列14A沿第一方向交互排列多个第一槽14a和多个第二槽14b。多个槽14沿第一方向并列配置有多个，并沿第二方向延伸，而且被布置为互相平行。槽14a、14b分别跨基座10在第二方向上的整个长度而形成。即，槽14a、14b朝喷嘴板20侧和罩板30侧开口。在各槽14a、14b的内面底部和两侧面中形成有电极16。

第一槽14a在第二方向上的两端在框架部件40a的内侧开口，并且与共用室C3连通。另外，在与第一槽14a相对的位置上设置有喷嘴21。即，第一槽14a构成与共用室C3连通的同时还与喷嘴21连通的压力室C1。

第二槽14b在第二方向上的两端部在框架部件40a内由罩板30覆盖。第二槽14b构成封闭并且与共用室C3和压力室C1隔开的空气室C2。

在基座10的一端侧，层叠压电元件15被布置在多个槽14之间。即，多个层叠压电元件15在第一方向上并列。各层叠压电元件15具备第一压电元件15a和与第一压电元件15a层叠的第二压电元件15b。

电极16是用镍等导电性材料构成的导电膜。电极16自槽14a、14b的底部至基板12的上面形成，并与布线图案17连接。电极16例如用真空蒸镀法、非电解镀镍法等方法形成。例如，只要是非电解电镀法，即使是在细微的槽14内也能够容易地形成金属膜。此外，虽然在本实施方式中电极16的材料使用镍，但是并不限定于此。

电极16例如也可以用金、铜等形成。或者也可以层叠两种以上的导电性膜。

布线图案17(布线电极)是导电膜，其用例如与电极16同样的镍等导电性材料形成，并且具有预定图案形状。布线图案17形成于基座10的一对主表面10a、10b。在例如用真空蒸镀法、非电解电镀法等方法形成电极16时，同时形成布线图案17。此外，基板12在Z方向上的另一侧的部分露出在框部件的外侧。以此，能够用FPC等将驱动电路连接到布置在该部位的布线图案17。

喷嘴板20例如由厚度是10μm～100μm的聚酰亚胺薄膜构成为方形的板状。在喷嘴板20中形成有喷嘴列，所述喷嘴列具有多个在厚度方向上贯通的喷嘴21。喷嘴板20以覆盖基座10的一端侧的槽列14A在第二方向上的开口的方式相对配置。喷嘴21分别设置在与多个压力室C1相对应的位置上。即，喷嘴板20具有与用第一槽14a构成的压力室C1连通的喷嘴21，并且堵塞第二槽14b的开口。

罩板30由干膜抗蚀剂构成。例如由环氧树脂基底的永久膜用光致抗蚀剂(永久抗蚀剂)来形成罩板30。罩板30例如膜厚是40μm～50μm的程度，分别设置于基座10的两端面。

罩板30是在作为喷嘴板侧的一边的缘部形成为梳齿状的方形的板状部件。在罩板30的缘部形成有多个作为开口的切口部31。即，罩板30具有多个切口部31和多个布置在切口部31之间的凸形状的罩片32。多个切口部31和多个罩片32交互排列。切口部31形成为沿罩板30的厚度方向贯通。切口部31布置在与第一槽14a相对应的位置上。因此，第一槽14a在第二方向上的两端未被罩板30覆盖，而是在框架部件40a的内部开口。因此，由第一槽14a构成的压力室C1与形成在罩板30的外侧的共用室C3连通，油墨等液体通过切口部31流入到压力室C1。

另外，罩片32布置在与第二槽14b相对应的位置上。因此，第二槽14b在第二方向上的两端的开口被罩板30的罩片32堵塞，防止油墨流入。

即，在基座10的一端侧与共用室C3连通的压力室C1和封闭的空气室C2交互构成。

构成为方形的框状的框架部件40a和堵塞框架部件40a的开口的板状的盖部件40b一体地设置于壳部件40。框架部40a包围基座10的外周，并覆盖基座10的局部区域的外周。具体地，框架部件40a具备一对板状的第一框架片41和一对板状的第二框架片42，所述第一框架片41与基座10在第一方向上的端面接合，所述第二框架片42布置为与基座10的外表面，即两主表面10a、10b离开预定距离。框架部件40a在其与由罩板30覆盖的基座10之间形成共用室C3。共用室C3通过罩板30的切口部31与压力室C1连通。框架部件40a起着引导油墨等液体的向导功能。作为框架部件40a的一侧的开口缘的端缘与喷嘴板20的外周接合，在作为框架部件40a的另一侧的开口缘的端缘设置有盖部件40b。

盖部件40b与框架部件40a一体式构成。盖部件40b是矩形的板状部件，其具有使油墨从外部流入到共用室C3的供给口和将油墨从共用室C3排出到外部的排出口。供给流路133a连接至供给口，回收流路133b连接至排出口。盖部件40b堵塞框架部件40a的开口的一侧，并且构成共用室C3。

即，作为基座10的在喷嘴板20侧的部分的致动器部分被喷嘴板20、框架部件40a以及盖部件40b覆盖。另外，驱动电路等各种电子零件封装在布线图案17中，布线图案17中封装有各种电子零件的部分在基座10中的喷嘴板20的相反侧延伸到框架部件40a和盖部件40b的外侧。

在以上那样构成的喷墨头1的框架部件40a的内部形成多个与喷嘴21连通的压力室C1、多个用罩板30堵塞的空气室C2以及与多个压力室C1连通的共用室C3。喷墨头1使油墨在流路中循环，所述流路经过形成在喷墨头1的内部的压力室C1和共用室C3。

以下参照图1、图3和图7对本实施方式涉及的喷墨头1的制造方法进行说明。

首先，作为步骤ST1，形成没有槽14的基座10。以具体例子来说，如图7所示，以极化方向互相不同的方式层叠两张在板厚方向上极化了的板状的压电部件，并将该层叠体剪切为希望的宽度和长度以形成层叠压电体13。

进一步，用粘接剂等将层叠压电体13粘贴至材质与构成层叠压电体13的压电部件的材质不同的板状的基板12上，并实施表面抛光处理、或使用切割锯或切片机等进行的机械加工以成形具有预定形状的外形的基座10。此外，例如也可以在事先形成具有多张厚度的块状的基座部件之后再分割，进而制造出多张预定形状的基座10。

接下来，作为步骤ST2，通过机械加工在基座10的层叠压电体13中形成第一槽14a和第二槽14b。进一步，在包括各槽14a、14b内的基座10的外表面的预定地方通过真空蒸镀法等形成电极16和布线图案17等导电膜。

接下来，作为步骤ST3，将形成为罩板30的板状的干膜抗蚀剂30A粘贴到基座10的两表面。具体地，例如将板状的干膜抗蚀剂30A压靠到基座10在第二方向上的两端面上，并用50℃左右的加热辊热压接。

接下来，作为步骤ST4，进行曝光处理。具体地，首先，将例如具有凹模图案形状的光掩模50重叠配置到基座10的端面上，并使用光掩模以90℃左右的温度实施预焙烧处理，由此使干膜抗蚀剂30A的未被光掩模50覆盖的预定部位临时固化。进一步将干膜抗蚀剂30A浸泡到专用的显影液中，由此使与光掩模50的图案形状相对应的预定部位溶解以形成作为切口部31的开口。进一步通过以120℃左右的温度进行后焙烧处理以使干膜抗蚀剂30A真正固化。通过以上的曝光和显影使干膜抗蚀剂30A成形为如图3所示的多个切口部31和凸形状的罩片32交互布置的预定形状。例如在本实施方式中，在与第一槽14a相对的位置上布置切口部31，并且用罩片32覆盖第二槽14b。

进一步将框架部件40a接合固定到罩板30的外侧，并进行抛光，并以覆盖上面的共用室C3的方式粘接安装盖部件40b。然后，以覆盖槽14a、14b的方式粘接安装喷嘴板20。这时，将喷嘴板20安装到喷嘴21被布置为与第一槽14a相对并且第二槽14b被堵塞的位置上。进一步，如图1所示，通过柔性电缆51将驱动IC芯片52和电路基板53连接到形成在基板12的主表面中的布线图案17，由此完成喷墨头1。

接下来，参照图8对具有喷墨头1的喷墨打印机100进行说明。图8是示出喷墨打印机100的结构的说明图。如图8所示，喷墨打印机100具备框体111、介质供给部112、图像形成部113、介质排出部114、输送装置115以及控制部116。

喷墨打印机100是一种液体喷出装置，其一边沿预定输送路径A1输送作为喷出对象物的记录介质例如纸张P，一边喷出油墨等液体，由此在纸张P上进行图像形成处理，其中，输送路径从介质供给部112开始经过图像形成部113以到达介质排出部114。

介质供给部112具备多个供纸盒112a。介质排出部114具备排纸托盘114a。图像形成部113具备支承纸张的支承部117和多个在支承部117的上方相对配置的喷头单元130。

支承部117具备在进行图像形成的预定区域中设置为环状的输送带118、从里侧支承输送带118的支承板119以及多个设置在输送带118的里侧的带辊120。

喷头单元130具备多个喷墨头1、多个分别搭载在各喷墨头1上的作为液体容器的油墨容器132、连接喷墨头1和油墨容器132的连接流路133、以及作为循环部的循环泵134。喷头单元130是使液体循环的循环型喷头单元。

在本实施方式中，喷墨头1具备青色、品红色、黄色、黑色四种颜色的喷墨头1C、1M、1Y、1B，分别收纳这些的各种颜色的油墨的油墨容器132具备油墨容器132C、132M、132Y、132B。油墨容器132通过连接流路133连接到喷墨头1。连接流路133具备连接到喷墨头1的供给口的供给流路133a和连接到喷墨头1的排出口的回收流路133b。

另外，未图示的泵等负压控制装置连结到油墨容器132。并且，根据喷墨头1和油墨容器132之间的水位差压，通过负压控制装置对油墨容器132内进行负压控制，由此使供给到喷墨头1的各喷嘴的油墨形成为预定形状的弯液面。

循环泵134例如是用压电泵构成的送液泵。循环泵134设置在供给流路133a上。循环泵134通过布线连接到控制部116的驱动电路。CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)116a构成为能够控制循环泵134。循环泵134使液体在包括喷墨头1和油墨容器132的循环流路中循环。

输送装置115沿输送路径A1输送纸张P，所述输送路径A1从介质供给部112的供纸盒112a经过图像形成部113到达介质排出部114的排纸托盘114a。输送装置115具备多个沿输送路径A1配置的向导板对121a～121h和多个输送用辊122a～122h。

控制部116具备作为控制器的CPU116a、存储各种程序等的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、临时存储各种可变数据和图像数据等的RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)、以及进行来自外部的数据的输入和向外部输出数据的接口部。

在喷墨头1和喷墨打印机100中，在进行从喷嘴21喷出液体的驱动时，控制部116借助布线图案17通过驱动电路来施加驱动电压。在通过施加电压将电位差赋予进行驱动的压力室C1内的电极和两边相邻的空气室C2的电极后，第一压电元件15a和第二压电元件15b向互相相反的方向变形，通过两压电元件的变形来驱动元件弯曲变形。例如，如图5所示，首先在打开进行驱动的压力室C1的方向上变形，使压力室C1内为负压，由此将油墨从切口部31导入到压力室C1内。接下来，如图6所示，在关闭压力室C1的方向变形，使压力室C1内压力增加，由此使油墨滴从喷嘴21喷出。

根据本实施方式涉及的喷墨头1和喷墨打印机100，由于通过用干膜抗蚀剂来形成堵塞空气室C2并使压力室C1开口的罩板30能够以高的位置精度构成多个切口部31，所以能够高精度地形成紧密排列的压力室C1和空气室C2。在例如用陶瓷材料构成基座10的情况下，如果通过热压接来粘接用树脂材料构成的罩板的话，因为例如在进行粘接时的热处理时，由于基座和罩板之间的热膨胀率不同而产生错位，所以难以高精度地进行制造。而在使用能够以低温粘接的粘接剂的情况下，由于受材料制约而变得难以确保抗化学性，所以会限制能够使用的油墨。另外，虽然也可以考虑与基座一样用陶瓷材料来形成罩板，但是因为会产生对陶瓷板部件实施高精细加工的需求，所以难以制造。相对于此，根据上述本实施方式，由于通过用干膜抗蚀剂构成罩板30能够实现通过利用曝光处理来容易地进行高精密的成形，所以与例如机械加工金属材料、陶瓷板部件的情况相比较制造容易，并且能够较低地抑制制造成本。并且，与通过热压接来粘接用树脂材料构成的罩板30的情况相比较，不易产生因热变形而导致的错位。

此外，本发明并非原封不动地受限于上述实施方式，在实施阶段能够在不脱离其要旨的范围内对构成要素变形以具体化。

虽然在上述实施方式中例示出了所谓的端射型的喷墨头1，但是并不限定于此。例如也可以适用于侧射(side-shooter)型的喷墨头。另外，虽然在上述实施方式中示出的例子是基座10具有到达至第二方向的两端的槽14a、14b，并且在两侧设置有罩板30，但是并不限定于此。例如也可以设为如下结构：具有朝基座10的一侧开口的第一槽14a和第二槽14b，并且只在基座10的一侧布置罩板30。在这种情况下也能够获得与上述实施方式同样的效果。

另外，虽然在上述实施方式中例示的基座10具备在基板12上由压电部件构成的层叠压电体13，但是并不限定于此。例如也可以不用基板12而是只用压电部件来形成基座10。另外，也可以不用两张压电部件而是用一张压电部件。

根据以上说明的至少一个实施方式，能够提供容易制造的喷墨头和喷墨装置。

此外，虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式只是作为例子而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式进行实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包括在发明的范围和宗旨中，并且同样地包括在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (10)

1.一种喷墨头，其特征在于，具备：

基座，具有多个第一槽和多个第二槽，所述第一槽和所述第二槽在第一方向和与所述第一方向相交的第二方向中的至少一个方向上开口；

喷嘴板，具有与所述第一槽连通的喷嘴；以及

罩板，由干膜抗蚀剂形成，所述罩板配置于所述基座在所述第二方向上的至少一侧，并堵塞所述第二槽并且具有与所述第一槽连通的开口。

2.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，

所述罩板由永久抗蚀剂构成。

3.根据权利要求1或2所述的喷墨头，其特征在于，

所述喷墨头具备框架部件，所述框架部件具有与所述基座的外表面相对配置的框架片，并且在所述框架部件与所述基座之间构成共用室，

所述第一槽构成与所述喷嘴和所述共用室连通的压力室，

所述第二槽构成空气室，所述空气室与所述压力室邻接并且由所述罩板从所述共用室隔开。

4.根据权利要求1或2所述的喷墨头，其特征在于，

所述喷嘴板由厚度是10μm～100μm的聚酰亚胺薄膜构成为方形的板状。

5.根据权利要求3所述的喷墨头，其特征在于，

所述喷嘴板由厚度是10μm～100μm的聚酰亚胺薄膜构成为方形的板状。

6.根据权利要求1或2所述的喷墨头，其特征在于，

所述罩板具有多个切口部和布置在切口部之间的凸形状的多个罩片，所述多个切口部和所述多个罩片交互排列。

7.根据权利要求3所述的喷墨头，其特征在于，

所述罩板具有多个切口部和布置在切口部之间的凸形状的多个罩片，所述多个切口部和所述多个罩片交互排列。

8.根据权利要求4所述的喷墨头，其特征在于，

所述罩板具有多个切口部和布置在切口部之间的凸形状的多个罩片，所述多个切口部和所述多个罩片交互排列。

9.一种喷墨装置，其特征在于，具备：

权利要求1至8中任一项所述的喷墨头；以及

沿着预定输送路径输送介质的输送装置。

10.一种喷墨头的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

将干膜抗蚀剂粘贴到基座在第二方向上的至少一侧，所述基座具有多个第一槽和多个第二槽，所述第一槽和所述第二槽在第一方向和与所述第一方向相交的第二方向中的至少一个方向上开口；以及

通过曝光处理使所述干膜抗蚀剂成形为与所述第一槽相对的部位开口的形状。

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