CN1280097C - 喷墨头及其制造方法、喷墨打印机、执行单元的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的喷墨头制造方法,包括如下工序:在流路单元的一个表面上形成表示多个压力室位置的标记;制备含有支撑共用电极的压电片的压电片含有体;把压电片含有体粘接在流路单元的一个表面上;根据标记,在固定在流路单元上的压电片含有体与流路单元的粘接面相反的面上形成独立电极。
Description
技术领域
本发明涉及在印刷介质上喷射墨墨进行印刷的喷墨头及其制造方法,以及喷墨打印机和执行单元的制造方法。
背景技术
在喷墨打印机中,喷墨头把墨盒中供给的墨水分配在多个压力室中,通过给各个压力室施加选择压力从喷嘴喷出墨水。用于向压力室施加选择压力的一种方法是使用由陶瓷制成的多个压电片层叠形成的执行单元。
已知这种喷墨头的一个例子是把跨过多个压力室的多个连续平板状的压电片层叠,具有一个执行单元,通过多个压力室共用的保持接地电位的共用电极和设置在对应于各个压力室位置上的多个独立电极即驱动电极夹持其中的至少一个压电片(参照特开平4-341852号公报)。如果位于它的两侧的驱动电极与共用电极的电位不同,被驱动电极和共用电极夹持而且在层叠方向极化的部分压电片的活性层由于所谓压电纵效果在层叠方向伸缩。因此压力室内的容积变动,能够从与压力室连通的喷嘴向印刷介质喷射墨水。
因此,在这样的喷墨头中为了确保良好的墨水喷出性能,必须确保从平面上看各个独立电极的位置与压力室重合,使执行单元与流路单元正确定位。
在这样的喷墨头中,通过把由共用电极和独立电极的构成导电膏以所定的图形印刷在压电片上之后,加热形成共用电极和独立电极。一般,在通过印刷导线膏形成共用电极和独立电极的情况下,由于在超过粘合剂的耐热温度下对导电膏进行加热处理,因此在分别制造了包括压力室等的墨水流路形成的流路单元和执行单元之后,必须使用粘合剂把压力室作为内侧粘合。
可是,与一般流路单元是多个金属板的层叠体相比,压电片是经过烧结工艺制造,因此随着执行单元中的压电片的尺寸变大,独立电极的位置精度降低。因此,伴随着喷墨头变长,流路单元内的压力室和执行单元内的独立电极之间的位置校合困难,喷墨头的制造成品率下降。
而且,为了把独立电极和驱动器IC连接到执行单元上,贴合柔性印刷电路板等的外部连接部件。因此,外部连接部件必须强固地粘贴在执行单元上。
而且,在上述公报中记载的喷墨头是在多个压电片上形成独立电极。因此,制造所述喷墨头时形成在平面上看重合的位置上的独立电极互相连接的通孔,然后在内部添入导电材料等,因此必须完成非常复杂的工艺。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提供一种喷墨头的制造方法,所述喷墨头中位于流路单元的各个压力室与位于执行单元内的独立电极能够以高精度互相位置校合。
而且,本发明的另一个目的是提供一种喷墨头、以及该喷墨头所使用的执行单元的制造方法,所述喷墨头的粘贴在执行单元上的FPC等外部连接部件不容易从执行单元剥离,可靠性高。
而且,本发明的另一个目的是提供一种喷墨头,不需要在压电片上形成用于给独立电极施加驱动信号的通孔,能够比较容易地制造。
根据本发明的一个方案,提供一种喷墨头的制造方法、以及通过这种方法制造的喷墨头和包括这种喷墨头的喷墨打印机。所述喷墨头具有:流路单元,包括一端连接在喷嘴、另一端连接在墨水供给源的多个压力室,上述多个压力室沿着平面互相邻接排列;执行单元,是为了改变上述压力室的容积,在上述流路单元的一个表面上粘接的执行单元,包括保持一定电位的共用电极、设置在对应于各个压力室的位置上的独立电极以及通过上述共用电极和上述独立电极夹持的压电片,该喷墨头的制造方法包括如下工序:在上述流路单元的上述一个表面上形成标记工序;制备含有支撑上述共用电极的上述压电片的压电片含有体工序;把上述压电片含有体粘接在上述流路单元的上述一个表面上工序;根据上述标记,在粘接在上述流路单元上的上述压电片含有体与上述流路单元的粘接面相反的面上形成上述独立电极。
这样,由于从构成执行单元的压电片含有体与流路单元粘接开始,根据在流路单元上形成的标记在压电片含有体上形成独立电极,因此与预先形成独立电极的执行单元接合在流路单元上的情况比较,能够获得执行单元上的独立电极相对于压力室的位置精度提高的喷墨头。
在本发明中,可以适当变换各个工序的顺序,例如,标记形成工序也可以在制备压电片含有体的工序之后进行。
根据本发明的另一个方案,提供一种喷墨头的制造方法,该喷墨头具有:流路单元,包括一端连接在喷嘴、另一端连接在墨水供给源的多个压力室,上述多个压力室沿着平面互相邻接排列;执行单元,是为了改变上述压力室的容积,在上述流路单元的一个表面上粘接的执行单元,包括保持一定电位的共用电极、设置在对应于各个压力室的位置上的独立电极以及通过上述共用电极和上述独立电极夹持的压电片;该喷墨头制造方法包括如下工序:在上述流路单元的上述一个表面上形成第一标记工序;制备含有支撑上述共用电极的上述压电片的压电片含有体工序;在上述压电片含有体上形成第二标记工序;把上述压电片含有体粘接在上述流路单元的上述一个表面上,使上述第一标记和上述第二标记成所定位置关系;根据上述第一标记或者上述第二标记,在上述压电片含有体上形成上述独立电极。
这样,由于从构成执行单元的压电片含有体与流路单元粘接,使二者上形成的标记成所定位置关系后,根据在压电片含有体上或者流路单元上形成的标记在压电片含有体上形成独立电极,因此使与把预先形成独立电极的执行单元接合在流路单元上的情况比较,能够获得执行单元上的独立电极相对于压力室的位置精度提高的喷墨头。
根据本发明的另一个方案,提供一种喷墨头,该喷墨头具有:流路单元,包括一端连接在喷嘴、另一端连接在墨水供给源的多个压力室,上述多个压力室沿着平面互相邻接排列;执行单元,是为了改变上述压力室的容积,在上述流路单元的一个表面上粘接的执行单元,并包括保持一定电位的共用电极、设置在对应于各个压力室的位置上的独立电极以及通过上述共用电极和上述独立电极夹持的压电片;在上述执行单元与上述流路单元粘接面相反一侧的面上,形成有导电膜,与上述独立电极保持间隔,而且与上述独立电极实质上厚度相同。
这样,在由于FPC等外部连接部件与执行单元之间粘接力强,把外部连接部件不只粘贴在执行单元的独立电极上而是包括其他区域的情况下,由于形成独立电极的区域与其他区域几乎没有高度差,外部连接部件与执行单元不容易剥离。因此,提高喷墨头的可靠性。
根据本发明的另一个方案,提供一种执行单元的制造方法,该执行单元是包括压电片的执行单元,一种执行单元的制造方法,层叠在多个压力室形成的流路单元上,该制造方法包括如下工序:制备压电片含有体工序,该压电片含有体包括支撑上述多个压力室中共同设计的共用电极的上述压电片,上述共用电极从它的一个侧面露出;形成表面电极工序,覆盖在上述压电片含有体与上述流路单元的粘接面相反的面上,同时在上述压电片含有体的侧面上与上述共用电极接触;部分去掉上述表面电极工序,使在对应于各个压力室的位置上形成独立电极。
这样,由于独立电极与表面电极之间几乎没有高度差,粘贴在执行单元上的外部连接部件不容易从执行单元上剥离。因此,提高喷墨头的可靠性。而且,由于即使不进行在压电片上形成通孔的复杂工艺也能够使共用电极与表面电极导通,因此能够降低制造成本。
根据本发明的另一个方案,提供一种喷墨头,具有:流路单元,包括一端连接在喷嘴、另一端连接在墨水供给源的多个压力室,上述多个压力室沿着平面互相邻接排列;为了改变上述压力室的容积,在上述流路单元的一个表面上粘接的执行单元;上述执行单元包括:保持一定电位的共用电极;独立电极,设置在对应于各个压力室的位置上,只形成在上述执行单元与上述流路单元粘接面相反一侧的面上;跨越上述多个压力室进行延伸,并通过上述共用电极和多个上述独立电极夹持的压电片。
这样,由于在执行单元内部不存在独立电极,不经过使平面视图中互相重叠的多个独立电极互相连接的通孔形成工艺,能够容易地制造喷墨头。
附图说明
本发明的其他目的、特征和优点通过下面结合附图的描述将变得更为清楚。
图1是包括根据本发明的第一实施例喷墨头的喷墨打印机的简要视图;
图2是根据本发明的第一实施例喷墨头的透视图;
图3是沿着图2中的III-III线剖开的截面图;
图4是包括图2中所示的喷墨头的喷墨头本体的平面图;
图5是图4中所示的单点划线所包围范围的放大图;
图6是图5中所示的单点划线所包围范围的放大图;
图7是图4中所示的喷墨头本体的局部截面图;
图8是图5中所示的双点划线所包围范围的放大图;
图9是图4中所示的喷墨头本体的局部分解透视图;
图10是图6中所示范围内的执行单元的放大平面图;
图11是沿着图10中的XI-XI线剖开的图4中所示的喷墨头本体的部分截面图;
图12是示出在根据第一种方法制造图4所示的喷墨头的制造工艺中的一个工艺中,形成标记的空腔的平面图;
图13(A)和13(B)分别是根据第一种方法制造图4所示的喷墨头的制造工艺中的一个工艺的局部截面图;
图14(A)和14(B)分别是根据第一种方法制造图4所示的喷墨头的制造工艺中的一个工艺中执行单元的局部放大截面图;
图15是用于说明根据第一种方法制造图4所示的喷墨头的制造工艺中的一个工艺中进行印刷区域的平面图;
图16(A)和16(B)分别是根据第二种方法制造图4所示的喷墨头的制造工艺中的一个工艺的局部截面图;
图17(A)和17(B)分别是根据第二种方法制造图4所示的喷墨头的制造工艺中的一个工艺中执行单元的局部放大截面图;
图18是用于说明根据第2种方法制造图4所示的喷墨头的制造工艺中的一个工艺设置金属膜区域的平面图;
图19(A)和19(B)分别是根据第三种方法制造图4所示的喷墨头的制造工艺中的一个工艺的局部截面图;
图20是用于说明根据第三种方法制造图4所示的喷墨头的制造工艺中的一个工艺中设置光致抗蚀膜区域的平面图;
图21是根据本发明的第二实施例喷墨头的执行单元的放大平面图;
图22是沿着图21中的XXII-XXII线剖开的喷墨头的局部截面图;
图23是示出在根据本发明的第二实施例的喷墨头的制造工艺中的一个工艺中,形成标记的空腔的平面图;
图24是示出在根据本发明的第二实施例的喷墨头的制造工艺中的一个工艺中执行单元的局部放大截面图;
图25是示出在根据本发明的第二实施例的喷墨头的制造工艺中的一个工艺中局部放大截面图;
图26是对应于图25的部分的放大截面图;
图27是用于说明在根据本发明的第二实施例的喷墨头的制造工艺中的一个工艺中激光照射区域的平面图;
图28是根据本发明的第三实施例的喷墨头的分解透视图;
图29是图28所示的喷墨头中的流路单元和执行单元的主要部分的分解透视图;
图30(A)是图28所示喷墨头中的压力室和独立电极的平面图;
图30(B)是示出图28所示喷墨头中的局部纵向截面图;
图31是图28所示的喷墨头中的执行单元的放大部分平面图;
图32是沿着图31中的XXXII-XXXII线剖开的喷墨头的局部截面图;
图33是图28所示的喷墨头中的制造工艺中的一个工艺中执行单元的分解透视图;
图34(A)、图34(B)和图34(C)分别是构成执行单元的层叠体的平面图、主视图和底视图;
图35(A)和图35(B)分别是图28所示的喷墨头中的制造工艺中的一个工艺中的局部截面图;
图36(A)和图36(B)分别是图28所示的喷墨头中的制造工艺中的一个工艺中执行单元的局部放大截面图;
图37是示出在图28所示的喷墨头的制造工艺中的一个工艺定位标记的一个例子的平面图;
图38是示出在图28所示的喷墨头的制造工艺中的一个工艺中执行单元粘结在流路单元上的状态的平面图;
图39(A)和图39(B)分别是图28所示的喷墨头的变形例的制造工艺中的一个工艺的局部放大截面图。
具体实施方式
图1是包括根据本发明的第一实施例喷墨头的喷墨打印机的简要视图。图1所示的喷墨打印机101是具有4个喷墨头1的彩色喷墨打印机。在该打印机101中图中的左方和图中的右方分别构成给纸部111和排纸部112。
在打印机101内部形成有从给纸部111向排纸部112方向运动的纸张运送路径。给纸部111的后下方设置有一对运送辊105a、105b,用于夹持运送图象记录介质用纸。通过一对运送辊105a、105b纸张从图中的左侧运送到右侧。在纸张运送路径中间设置有两个皮带轮106、107、和跨越在两轮106、107之间的卷绕循环的传送带108。在传送带108的外周面即传送面上进行硅处理,通过一对运送辊105a、105b运送的纸张通过传送面的粘合力保持在传送带108的传送面上,同时能够通过一个运送辊106在图中顺时针(箭头104所示方向)上的旋转驱动被运送到下方(右方)。
纸张相对于传送带106的插入和排出位置上分别设置有按压部件109a、109b。按压部件109a、109b是用于使传送带108上的纸张不从传送面上浮起,把纸张按压在传送带108的传送面上,确保粘在传送面上。
沿着纸张运送路径在传送带108的正后方设置有剥离机构110。剥离机构110构成为把粘在传送带108的传送面上的纸张从传送面上剥离,朝右方的排纸部112运送。
4个喷墨头1在下端具有喷墨头本体1a。喷墨头本体1a分别具有矩形截面,它的纵向方向互相接近设置,使纸张运送方向为垂直方向(图1中的纸面垂直方向)。即,所述打印机101是线式打印机。4个喷墨头本体1a的各个底面对着纸张运送路径,在所述底面上设置有多个微小直径的墨水喷出口形成的喷嘴。从4个喷墨头本体1a分别喷出红色、黄色、紫色和黑色油墨。
喷墨头本体1a设置成它的下面与传送带18的传送面之间形成少量间隙,纸张运送路径形成在所述间隙部分。利用这种构成,在传送带108上运送的纸张顺次通过4个喷墨头本体1的正下方时,各种颜色的墨水从朝向所述纸张的上面即印刷面的喷嘴喷射,能够在纸张上形成所希望的彩色图象。
喷墨打印机101具有维护单元117,用于自动对喷墨头1进行维护。所述维护单元117上设置有用于覆盖4个喷墨头本体1a的下面的4个盖或者图中未示出的清洗机构等。
在用喷墨打印机101进行印刷时,维护单元117位于给纸部111的正下方位置(退避位置)。然后,在印刷完成后满足所定的条件时(例如只有不进行印刷动作的状态继续了所定时间时或者进行断开打印机101的电源操作时),移动到4个喷墨头本体1a的正下方位置处,在该位置(盖所在位置)用盖116分别覆盖喷墨头本体1a的下面,防止喷墨头本体1a的喷嘴部分干燥。
皮带轮106、107和传送带108通过底盘113支撑。底盘113装载在设置在它的下面的圆筒形元件115上。圆筒形元件115以安装在偏离它的中心位置上的轴114为中心可以自由旋转。因此,随着轴114旋转圆筒形元件115的上端高度变化,与之配合,底盘113升降。在使维护单元117从退避位置移动到盖位置时,圆筒形元件115预先旋转适当的角度,只使底盘113、传送带108、以及皮带轮106、107从图1所示位置下降适当的距离,必须确保维护单元117移动所需要的空间。
在传送带108包围的区域内,在与喷墨头1相对的位置设置有大致呈长方形体形状(宽度与传送带108的宽度相同)导轨121,通过与上侧的传送带108的下面接触从内周面支撑传送带。
下面,对根据本实施例的喷墨头1的结构进行更详细的说明。图2是喷墨头1的透视图。图3是沿着图2中的III-III剖开的截面图。如图2和图3所示,根据本实施例的喷墨头1具有在一个方向(主扫描方向)上延伸的矩形平面形状的喷墨头本体1a和用于支撑所述喷墨头本体1a的基部131。基部131除了支撑喷墨头本体1a之外,还支撑向独立电极35(参照图6)等提供驱动信号的驱动器IC 132以及基板133。
如图2所示,基部131由底座138和支架139构成,底座138通过与喷墨头本体1a的上面部分粘合支撑喷墨头本体1a,支架139通过与底座138的上面粘合支撑底座138。底盘138是略呈正方体形状的元件,长度与喷墨头本体1a的长度方向上的长度大致相同。由不锈钢等金属材料制成的底盘138具有补强支架139的轻型结构体的功能。支架139由支架本体141和一对支架支撑部142构成,支架本体141设置在喷墨头本体1a一侧,一对支架支撑部142从支架本体141向与喷墨头本体相反的一侧延伸。一对支架支撑部142中的任何一个都是平板状元件,沿着支架本体141的长度方向相隔所定间隔互相平行设置。
在支架本体141的副扫描方向(与主扫描方向垂直的方向)的两端设置有向下方突出的一对侧缘部141a。这里,由于一对侧缘部141a中的每一个形成为跨越喷墨头本体141的长度方向的全部,因此在喷墨头本体141的下面通过一对侧缘部141a形成大致呈长方体形状的槽部141b。底座138放置在所述槽部141b内。利用粘合剂把底座138的上面与喷墨头本体141的槽部141b的底面沾接。由于底座138的厚度比喷墨头本体141的槽部141b的深度大一些,底座138的下端部从侧缘部141a的下方突出。
底座138的内部形成有墨水池3,作为向喷墨头本体1a提供墨水的流路,是在它的长度方向上延伸的大致呈正方体形状的间隙(中空区域)。底座138的下面145形成有与墨水蓄留室3连通的开口3b(参照图4)。而且,墨水蓄留室3通过图中未示出的供给管与打印机本体内的未示出的主墨盒(墨水供给源)连接。因此,从主墨盒向墨水蓄留室3补充适量的墨水。
底座138的下面145比开口3b的附近范围向下突出。因此,底座138只与位于下面145的开口3b附近部分145a的喷墨头本体1a的流路单元4(参照图3)接触。因此,在底座138的下面145的开口3b附近部分145a以外的区域与喷墨头本体1a分离开,在所述分离部分设置执行单元21。
支架139的支架支撑部142的外侧面通过海绵等弹性元件137固定有驱动器IC 132。驱动器IC 132的外侧面紧密设置有散热器134。散热器134是大致呈长方体形状的部件,有效散发驱动IC 132产生的热量。作为供电部件的柔性印刷电路板FPC 136连接到驱动器IC 132。连接在驱动IC 132上的FPC 136通过安装夹头与基板133和喷墨头本体1a电连接。驱动IC 132和散热器134上方FPC 136的外侧设置有基板133。散热器134的上面与基板133之间、以及散热器134的下面与FPC 136之间分别利用密封元件149接合。
在喷墨头本体141的侧缘部141a的下面和流路单元4的上面之间设置有密封元件150,以便夹持FPC 136。即FPC 136通过密封元件150相对于流路单元4和喷墨头本体141固定。这样,可以防止在喷墨头本体1a变长的情况下发生挠曲,防止对执行单元21与FPC 136之间的连接部施加应力,并确实支撑FPC 136。
如图2所示,在沿着喷墨头1的主扫描方向的下方角部附近沿着喷墨头1的侧壁等间隔设置有6个突出部30a。这些突出部30a是设置在喷墨头本体1a的最下层的喷嘴层30(参照图7)的副扫描方向两端的部分。即,喷嘴层30沿着突出部30a和其他部分的边界弯曲大约90度。突出部30a设置在打印机101中对应于印刷使用的各种尺寸纸张的两端附近的位置。由于喷嘴板30的弯曲部分部分不是形成为带有直角而是带有圆形的形状,因此不容易由于在与喷墨头1接近的方向上运送的纸张的前端与喷墨头1的侧面接触导致纸张卡住即卡纸现象。
图4是喷墨头本体1a的模式平面图。在图4中,形成在底座138内的墨水蓄留室3用假想的虚线描述。如图4所示,喷墨头本体1a形成在一个方向上(主扫描方向)延伸的矩形平面形状。喷墨头本体1a具有后述的多个压力室10和喷嘴前端的墨水喷出口8(同时参照图5、图6和图7)形成的流路单元4,交错排列成2列的多个梯形执行单元21连接在它的上面。各个执行单元21的平行对边(上边和下边)设置成沿着流路单元4的长度方向。因此,相邻的执行单元21的斜边在流路单元4的宽度方向上相互覆盖。
与执行单元21的接合区域对应的流路单元4的下面形成墨水喷射区域。如后面所述,多个墨水喷出口8呈阵列形式设置在墨水喷射区域的表面。而且,在设置在流路单元4的上方的底座138内沿着它的长度方向形成墨水蓄留室3。墨水蓄留室3通过设置在它的一端的开口3a与墨盒(图中未示出)连通,通常充满墨水。墨水蓄留室3中沿着它的延伸方向每两个开口3b相对,交错设置在没有设置执行单元21的区域内。
图5是图4中所示的单点划线所包围范围的放大图。如图4和5所示,墨水蓄留室3通过开口3b与位于它的下层的流路单元4内的歧管5连通。开口3b上设置有滤除墨水内含有的尘埃等的过滤器(图中未示出)。歧管5的前端部分形成为两个分开的副歧管5a。所述2个副歧管5a分别从两个开口3b进入一个执行单元21的下部,所述两个开口3b在与所述执行单元21相对的喷墨头1的长度方向两端。即,在一个执行单元21的下部共计有4个副歧管5a在喷墨头1的长度方向上延伸。各个副歧管5a充满从墨水蓄留室3供给的墨水。
图6是图5中所示的单点划线所包围范围的放大图。如图5和图6所示,平面形状大致呈菱形的独立电极35以阵列形式规则地设置在执行单元21的上面。而且,在对应于流路单元4的执行单元21的墨水喷出区域的表面上以阵列形式规则地设置有多个墨水喷出口8。流路单元4内分别以阵列形式规则地设置有压力室10(空腔)10和通孔12,所述压力室10同时与各个墨水喷出口8连通,平面形状比独立电极35大一周,大致呈菱形。压力室10形成在与独立电极35对应的位置上,在平面上看独立电极35a包含在压力室10的区域内。而且,在图5和图6中,为了容易看清图面,位于执行单元21内或者流路单元4内的用虚线表示的压力室10和通孔12等用实线表示。
图7是沿着图4中所示的喷墨头本体1a的压力室长度方向的局部截面图。如同从图7中所看到的一样,各个墨水喷出口8的前端形成细的喷嘴形状。各个墨水喷出口8通过压力室10(长为900μm,宽为350μm)和通孔12与副歧管5a连通。这样,喷墨头1形成从墨盒开始经过墨水蓄留室3、副歧管5a、通孔12和压力室10到达墨水喷出口8的墨水流路32。
而且,如同在7中所看到的一样,压力室10与通孔12设计在不同的高度上。这样,如图6所示,在对应于位于执行单元21的下方的墨水喷出区域的流路单元4内,可以把与一个压力室10连通的通孔12和邻近所述压力室的压力室设置成在平面上看处于同一位置上。结果,由于压力室10之间能够互相紧密接合而且高密度排列,因此能够利用占用较小面积的喷墨头1实现更高解象度的图像印刷。
在图5和图6所示的平面内,压力室10在喷墨头1的长度方向(第一排列方向)和从喷墨头1的宽度方向稍微倾斜的方向(第二排列方向)两个方向上在墨水喷出区域内排列。第一排列方向和第二排列方向形成稍微小于直角的角度θ。墨水喷出口8在第一排列方向上以50dpi排列。一方面,压力室10在第二方向上排列,使对应一个执行单元21的墨水喷出区域内含有12个压力室,因此,通过在第二排列方向上排列12个压力室10,使第一排列方向上的变位相当于一个压力室10的程度。因此,喷墨头1的整个宽度内相隔第一排列方向上相邻的两个墨水喷出口8之间距离的范围内存在12个墨水喷出口8。而且,各个墨水喷出区域的第一排列方向的两端(相对于执行单元21的斜边),通过使与对应于对着喷墨头1的宽度方向上的其他执行单元21的墨水喷出区域构成互补关系,满足上述条件。因此,根据本实施例的喷墨头1中,伴随着相对于喷墨头1的宽度方向纸张的相对运动,从第一和第二方向上排列的多个墨水喷出口8顺次把墨水喷出,能够在主扫描方向上以600dpi进行印刷。
下面,参考图8详细说明流路单元8的结构。图8是示出压力室10、墨水喷出口8和通孔(限制流路)12三者之间的位置关系的模式图。如图8所示,压力室10在第一排列方向上以所定间隔以500dpi排列成一列。这样的压力室10的列在第二排列方向上排列12列,在所有压力室10在对应于一个执行单元21的墨水喷出区域内呈二维排列。
压力室10有喷嘴与图8中上侧的锐角部连接的压力室10a和下侧的锐角部连接的压力室10b两种。多个压力室10a和多个压力室10b分别形成共同在第一排列方向上排列的压力室列11a、11b。如图8所示,在对应于一个执行单元21的墨水喷出区域内,两列压力室列11a从图8的下侧顺次排列,在邻近它的上侧排列两个压力室列11b。这样两列压力室列11a和两列压力室列11b共同组成的4列压力室列组成的一组压力室列组在对应于一个执行单元21的墨水喷出区域内从下侧开始3次往复排列。连接各个压力室列11a、11b中的各个压力室的上侧锐角部的直线与所述压力室列从上侧开始的相邻压力室列中的各个压力室的下侧斜边交叉。
如上所述,对着图8纸面从垂直方向看,与压力室10连接的喷嘴的设置位置设置成与每两个不同的第一压力室列11a和第二压力室列11b相邻,所有压力室10规则而且整齐排列。一方面,喷嘴集中排列在所述4列压力室列所组成的一组压力室列组的中央区域内。因此,如上所述,4列压力室列组成一组,从下侧开始往复3次排列成压力室列组的情况下,在压力室列组与组的边界附近区域内,即在这样的4列压力室列组成的组的两侧,形成没有喷嘴的区域。因此,在此处延伸设置用于向各个压力室10提供墨水的粗副歧管5a。在本实施例中,在对应于一个执行单元21的墨水喷出区域内,沿着第一排列方向在图中的下侧设置1根、在最下侧的压力室列组和第二个压力室列组之间设置1根、在最上侧的压力室列组的两侧设置两根,总共设置4根粗的副歧管5a。
如图8所示,与喷出墨水的墨水喷出口8连通的喷嘴在第一排列方向上对应于在所述方向上规则而且整齐排列的压力室10以50dpi的等间距排列。而且,与第一排列方向成θ角的第二排列方向上12个压力室10规则而且整齐排列不同,与这12个压力室10对应的12喷嘴如上所述有与压力室10的上侧锐角部连通的和与下侧的锐角部连通的,在第二排列方向上不是规则地以一定间距排列。
另一方面,在喷嘴通常与压力室10的相同侧的锐角部连通的情况下,喷嘴也在第二排列方向上规则地以一定间隔排列。即,在这种情况下,喷嘴排列成图中开始向上侧每提高一个压力室列,相当于在第一排列方向印刷时的解象度600dpi的每个间隔变位。与此相不同,在本实施例中,2列压力室列11a和2列压力室列11b组合的4列压力室列组成一组,该压力室列组从下侧往返3次排列,因此图中下侧开始到上侧每提高一个压力室列喷嘴位置在第一排列方向上的变位通常不同。
在根据本实施例的喷墨头1中,在第一排列方向上的宽度相当于50dpi(大约508.0μm),考虑与所述第一排列方向垂直的方向上延伸的带状区域R。在所述带状区域R内,对于12列压力室列中的任何一列都只存在一个喷嘴。即,在对应于一个执行单元21的墨水喷出区域内的任意位置,在划分这样的带状区域R的情况下,在该带状区域R内通常分布12个喷嘴。因此,所述12个喷嘴中各个在第一排列方向上延伸的直线上投影点的位置每个间隔相当于印刷时的解像度600dpi的间隔。
属于一个带状区域R的12个喷嘴在第一排列方向上延伸的直线上投影点的位置从左面的开始顺次把这12个喷嘴标记为(1)至(12)时,这12个喷嘴从下面开始按照(1)、(7)、(2)、(8)、(5)、(11)、(6)、(12)、(9)、(3)、(10)、(4)的顺序排列。
在这样构成的根据本实施例的喷墨头1中,如果适当驱动执行单元21内的活性层,能够描绘解象度为600dpi的文字和图象等。即,通过在运送印刷介质的同时顺序选择驱动对应于12列的压力室列的活性层,能够在印刷介质上印刷特定的文字和图形。
例如,对以600dpi解象度印刷在第一排列方向上延伸的直线的情况进行说明。首先,简单地对喷嘴与压力室10的同一侧的锐角部连通的情况进行说明。在这种情况下,对应于运送印刷介质,从位于图8中最下方位置的压力室列中的喷嘴开始喷出墨水,顺次选择属于临近上侧的压力室列的喷嘴喷出墨水。这样,墨点在第一排列方向上以600dpi的间隔相邻形成。最后,整体以600dpi解象度描绘在第一排列方向上延伸的直线。
一方面,在本实施例中,从位于图8中最下方位置的压力室列11a中的喷嘴开始喷出墨水,伴随着运送印刷介质顺次选择与临近上侧的压力室连通的喷嘴喷出墨水。此时,由于从下侧到上侧每提高1个压力室列的喷嘴位置在第一排列方向上的变位通常不同,因此伴随着运送印刷介质,沿着第一排列方向顺次形成的墨点不是以600dpi间隔等间距排列。
即,如图8所示,对应于运送印刷介质,首先与从图中最下方的压力室列11a连通的喷嘴(1)喷出墨水,在印刷介质上以相当于500dpi的间隔(大约508.0μm)形成墨点列。然后,伴随着运送印刷介质,如果直线形成位置到达与从下数第二个压力室列11a连通的喷嘴(7)的位置,从该喷嘴(7)喷出墨水。这样,在距离开始形成的墨点位置相当于600dpi间隔(大约42.3μm)的6倍的第一排列方向上的变位位置上(大约42.3μm×6=大约254.0μm)形成第二个墨点。
然后,伴随着印刷介质运送,如果直线形成位置到达与从下数第三个压力室列11b连通的喷嘴(2)的位置,从该喷嘴(2)喷出墨水。这样,在距离开始形成的墨点位置相当于600dpi间隔(大约42.3μm)的第一排列方向上的变位位置上形成第三个墨点。然后,伴随着印刷介质运送,如果直线形成位置到达与从下数第四个压力室列11b连通的喷嘴(8)的位置,从该喷嘴(8)喷出墨水。这样,在距离开始形成的墨点位置相当于600dpi间隔(大约42.3μm)的7倍的第一排列方向上的变位位置上(大约42.3μm×7=大约296.3μm)形成第四个墨点。进一步,伴随着运送印刷介质,如果直线形成位置到达与从下数第五个压力室列11a连通的喷嘴(5)的位置,从该喷嘴(5)喷出墨水。这样,在距离开始形成的墨点位置相当于600dpi间隔(大约42.3μm)的4倍的第一排列方向上的变位位置上(大约42.3μm×4=大约169.3μm)形成第五个墨点。
以下相同,顺次选择从图中下侧开始到上侧位置的压力室10连通的喷嘴,同时形成墨点。此时,如果图8中所示的喷嘴的序号为N,只在相当于(倍率n=N-1)×(相当于600dpi间隔)的部分,从开始形成墨点开始在第一排列方向上变位的位置上形成墨点。最后选择完12个喷嘴之后,由图中最下面的压力室列11a中的喷嘴(1)以相当于50dpi的间隔(大约508.0μm)形成的墨点之间每个相隔相当于600dpi的间隔(大约42.3μm),形成的12个墨点连接,全体可以600dpi的解象度描绘在第一排列方向上延伸的直线。
下面,说明根据本实施例的喷墨头1的截面构造。图9是图4中所示的喷墨头本体1a的局部分解透视图。如图7和9所示,喷墨头1的底部的主要部分具有层叠结构,从上开始由执行单元21、空腔板22、基板23、通孔板24、供给板25、歧管板26、27、28、盖板29、以及喷嘴板30共计10块板材层叠而成。其中,除了执行单元21之外的9块板构成流路单元4。
如后面所详细描述的一样,执行单元21由4块压电板41~44(参照图11)层叠形成,而且通过设置电极,其中只有最上层具有加电场时变成活性层的部分(下面,简单地记载为“具有活性层的层”),其余3层由非活性层(非活性层)构成。空腔板22是设置有多个对应于压力室10的大致呈菱形开口的金属板。基板23是对于空腔板22的一个压力室10,分别设置压力室10和通孔12的连通孔以及从压力室10到墨水喷出口8的流通孔的金属板。通孔板24是对于空腔板22的一个压力室10,分别设置从通孔12之外的压力室10到墨水喷出口8的流通孔的金属板。供给板25是对于空腔板22的一个压力室10,分别设置通孔12和副歧管5a的连通孔以及从压力室10到墨水喷出口8的流通孔的金属板。歧管板26、27、28是在副歧管5a之外,对于空腔板22的一个压力室10,分别设置从压力室10到墨水喷出口8的流通孔的金属板。盖板29是对于空腔板22的一个压力室10,分别设置从压力室10到墨水喷出口8的流通孔的金属板。喷嘴板30是对于空腔板22的一个压力室10,分别设置起喷嘴功能的前端细的墨水喷出口8。
为了形成如图7所示的墨水流路32,这些10块板21~30互相位对准置层叠。所述墨水流路32是从副歧管5a开始首先向上方向,在通孔12内在水平方向上延伸,而后对着上方,在压力室10内再次在水平方向上延伸,而后对着稍离开通孔12方向的斜下方,在垂直向下对着喷嘴8的方向。
下面,详细说明执行单元21的详细结构。图10是执行单元21的放大平面图。图11是沿着图10中的XI-XI线剖开的喷墨头1的部分截面图。
如图10所示,在执行单元21的上面从平面上看与各个压力室10实质上重合的位置上分别设置有厚度为1.1μm水平的独立电极35。独立电极35由大致呈菱形的主电极部35a和从主电极部35a的一个锐角部连续形成的比主电极部35a小的大致呈菱形的辅助电极35b构成。主电极部35a比压力室10小一周,与之有大致相似的形状,设置成在平面视图中容纳在压力室内。而且,辅助电极35b在平面视图中它的大部分区域从压力室10中突出。后面所述的压电板41从执行单元21的上面独立电极25之外的区域露出。
如图11所示,执行单元21包括4个厚度均为15μm、以相同形式形成的压电板41、42、43、44。而且,用于供给控制独立电极35以及共用电极34的电位的信号的FPC 136贴在执行单元21上。压电板41~44由连续的层状平板(连续平板层)构成,所述层状平板设置成跨越在喷墨头1内的一个墨水喷出区域内形成的多个压力室10。由于压电板41~44作为连续平板层,设置成跨越多个压力室10,因此例如能够利用丝网印刷技术高密度排列独立电极35。因此,也能够在与独立电极35对应的位置上高密度排列压力室10,能够实现高解象度图像印刷。本实施例中,压电片41~44是由强电磁感应性的钛酸钴酸铅(PZT)系陶瓷材料构成。而且,在图11中,虽然描述为FPC 136与压电片41~4441之间在整个面上粘接,但是实际中两者可以只在独立电极35的辅助电极35b处沾接。这在图22和图32中也是相同的。
在位于最上层的压电片41与它的下面相邻的压电片42之间夹有形成在整个片上的厚度为2μm的共用电极34。而且,如上所述,在执行单元21的上面即压电片41的上面,对每个压力室10形成独立电极35,所述独立电极35的平面形状与压力室相似(长为850μm,宽为250μm),而且由在叠层方向上的投影区域包括在压力室内的主电极部35a和比主电极部35a小的大致呈菱形的辅助电极35b构成。而且,在压电片43与压电片44之间以及压电片42与压电片43之间分别夹有用于补强执行单元21的补强金属膜36a、36b。补强金属膜36a、36b与共用电极34具有大致相同厚度。在本实施例中,独立电极35是由在衬底上形成Ni膜(膜厚为大约1μm)、在表层上形成Au膜(膜厚为大约0.1μm)的层叠金属材料构成的,共用电极34和补强金属膜36a、36b是由Ag-Pd系金属材料构成的。由于补强金属膜36a、36b不是起电极作用,因此不是必须设计的,但是通过具有补强金属膜36a、36b,能够补充压电片41~44的脆性,具有压电片41~44容易操作的优点。
共用电极34通过图中未示出区域内的FPC 136接地。这样,共用电极34对应于所有压力室10的区域内一律保持接地电位。而且,为了能够控制对应于每个压力室10的电位,独立电极35在大致呈菱形的辅助电极部35b处与每个独立电极35独立的FPC 136内布置的导线(图中未示出)接触,通过所述导线连接在驱动IC 132上。因此,在本实施例中,通过位于平面视图中压力室10的外侧的辅助电极35b中独立电极35与FPC 136连接,减少对执行单元21在层叠方向上伸缩的阻碍,能够使压力室10的容积变化量变大。而且,共用电极34也可以对于每个压力室10形成为多个比压力室10大的共用电极,使在层叠方向上的投影区域含有压力室区域,或者对于每个压力室10形成为多个比压力室10稍微小的共用电极,使投影区域包含在压力室区域内,不必是在整个板上形成的1个导电板。只是此时,为了使对应于压力室10的部分全部是同一电位,因此无论如何必须与共用电极电连接。
本实施例的喷墨头1中,压电片41~44的极化方向为它的厚度方向。即,执行单元21由最上层(即距离压力室10最远侧)的作为具有活性层的压电片41和下侧的(即距离压力室10近的一侧)的3块作为非活性层的压电片42~44构成所谓单一组织型。因此,如果独立电极35为所定的正或者负电位,例如电场和极化在同一方向上,压电片41~43中被电极夹持的部分起活性层的作用,由于压电横效应在与极化方向垂直的方向上收缩。一方面,由于压电片42~44不受电场的影响,不自发收缩,在最上层的压电片41和下层的压电片42~44之间在与极化方向垂直的方向上产生变形误差,全部压电片41~44向非活性层一侧凸起变形(表面变形)。此时,如图11所示,由于压电片41~44下面固定在划分压力室的隔壁(空腔板)22的上面,结果压电片41~44向压力室一侧凸起变形。因此,压力室10的容积减小,墨水压力提高,从墨水喷出口8喷出墨水。然后,如果独立电极35返回到与共用电极34相同的电位,压电片41~44变为原来的形状,压力室10的容积返回原来的容积,从歧管5一侧吸入墨水。
而且,作为其他驱动方法,预先使独立电极35与共用电极34电位不同,每次要求喷出墨水时一旦使独立电极35与共用电极34变为相同电位,然后就能够以所定的时间再次使独立电极35与共用电极34变为不同电位。在这种情况通过独立电极35与共用电极34变为相同电位时,压电片41~44返回原来的形状,压力室10的容积与初期状态(两个电极的电位不同)比较增加,把墨水从歧管5一侧吸入压力室10内。然后,再次使独立电极35与共用电极34变为不同电位时,压电片41~44向压力室10一侧凸出变形,通过减小压力室10的容积墨水压力提高,喷出墨水。
而且,如果施加在压电片41~44上的电场方向与它的极化方向相反,由于压电横效应,夹持独立电极35和共用电极34的压电片41内的活性层在与极化方向垂直的方向上伸长。因此,压电片41~44向压力室一侧凹陷变形。因此,压力室10的容积增大,从歧管5一侧吸入墨水。然后,如果独立电极35的电位返回原来电位,压电片41~44变成平板形状,由于压力室10的容积返回原来的容积,从墨水喷出口8喷出墨水。
这样,在根据本实施例的喷墨头1中,只有距离执行单元21的最外层上的压力室最远的压电片44上含有活性层,只在它的外面(上面)上形成独立电极35。因此,在制作执行单元21时,不必形成用于在平面视图上重叠设计的独立电极相互之间连接的通孔,能够容易地制造。
而且,根据本实施例的喷墨头1在距离压力室10最远的含有活性层的压电片41和流路单元4之间设置有3块不是活性层的压电片42、43、44。因此,与含有一层活性层的压电片相对应,非活性层由3层构成,因此能够使压力室10的容积变化量比较大,因此本发明人证实能够实现使独立电极35的驱动电压低压化,同时实现压力室10的小型化和高度集成化。
由于喷墨头1的具有活性层的压电片41和作为非活性层的压电片42~44是利用相同材料形成的,因此不需要花费变换材料的时间,能够利用比较简单的制造工艺制造。因此,期待能够降低制造成本。而且,由于具有活性层的压电片41和作为非活性层的压电片42~44实际上全部具有相同厚度,因此能够实现制造工艺简化,降低制造成本。因此,能够在涂敷层叠构成压电片的陶瓷材料时简单地完成调整厚度工艺。
而且,喷墨头1通过压电片41夹持在共用电极34和独立电极35之间,能够容易地通过压电效应改变压力室10的容积。而且,由于具有活性层的压电片41是连续的平板层,能够容易地制造。
而且,根据本实施例的喷墨头1具有平面结构的执行单元21,所述平面结构由在压力室10附近的压电片42~44作为非活性层,远离压力室10的压电片41作为含有活性层的单结构层。因此,能够通过压电横效应使压力室10的容积变化量增大,与在压力室10一侧含有活性层、另一侧是非活性层的喷墨头比较,能够实现施加在独立电极35上的电压低压化和/或者压力室10高度集成化。通过实现施加电压的低压化,能够实现驱动独立电极35的驱动器小型化,降低成本,能够减小压力室10,实现压力室10高度集成化,能够喷出充分量的墨水,实现喷墨头1的小型化和抑制点高密度排列。
下面,进一步参照图12~图15说明图4所示的喷墨头1的第一种制造方法。
在制造喷墨头1时,首先分别单独制造流路单元4和执行单元21,然后把二者接合。在制造流路单元4时,在构成流路单元4的各个板22~30上以图形印刷的光致抗蚀膜作为掩膜进行异向性蚀刻,分别各个板22~30上形成如图7和图9所示的开口部和凹部。特别是,如图12所示,利用本制造方法在空腔板22上形成压力室10时,通过与此同时的蚀刻工艺形成圆形标记(空腔位置识别标记)55。即,以在相当于压力室10以及标记55的部分具有开口的光致抗蚀膜作为掩膜在空腔板22上进行蚀刻。标记55是为了确定后述的独立电极35的印刷位置而设计的,例如,在墨水喷出区域之外,沿着空腔板22的长度方向上每隔所定间隔,在空腔板22的宽度方向上的两个分开位置上形成。标记55可以是开口,也可以是凹部。而且,在图12中,只图示出多个压力室10中的一部分压力室10。
作为变形例,标记55可以通过与形成压力室10的蚀刻不同的工艺,即以其他的光致抗蚀膜作为掩膜进行。可是,由于用于形成标记55的蚀刻与用于形成压力室10的蚀刻是同时进行的工艺,因此能够相对于压力室10提高标记55的位置精度,如后面所述获得提高独立电极35与压力室之间的位置精度的效果。
而且,对于空腔板22以外的8块板23~30也通过蚀刻形成开口。然后,为了形成墨水流路32,使9块板22~30重合并利用粘合剂粘接,制作流路单元4。
一方面,在制作执行单元21时,首先在构成压电片44的陶瓷材料的原料板上图形印刷构成补强金属膜36a的导电膏。与此同时,在构成压电片43的陶瓷材料的原料板上图形印刷构成补强金属膜36a的导电膏,同时在构成压电片42的陶瓷材料的原料板上图形印刷构成共用电极34的导电膏。然后,利用夹具使4块压电片41~44彼此定位并重合,在所定温度下烧成所获得的层叠物。这样,在位于最上层的压电片41的下面形成共用电极34,形成没有独立电极的层叠物(压电片含有体)。
然后,利用粘合剂把如上所述制作的构成执行单元21的层叠物粘接在流路单元4上,使压电片44与空腔板22接触。此时,根据流路单元4的空腔板22的表面上以及压电片41的表面上分别形成的用于定位的标记55、55a(参照图15)把二者粘接。而且,由于在构成执行单元21的层叠物上还没有形成独立电极,因此所述定位不要求高精度。此时喷墨头的相当于图11的主要部分截面图和它的用单点划线包围的区域的局部放大图分别在图13(A)中和图14(A)中示出。
然后,如图13(B)和图15所示,用光学方法识别在空腔板22上形成的标记55,以所识别的标记55的位置为基准,在压电片41的上述位置上分别图形印刷构成独立电极35的导电膏39。此时,图13(B)中的单点划线包围的区域的局部放大图在图14(B)中示出。
然后,进行烧成工艺使导电膏39烧结。这样,在压电片41上形成独立电极35,制作执行单元21。而且,在此时进行的烧成工艺中,粘接流路单元4和构成执行单元21的层叠物的粘合剂必须使用耐热温度在烧成温度以上的温度,所述烧成温度是指烧成独立电极35的图形印刷导电膏时的温度,或者导电膏30的材料必须使用烧成温度在粘接流路单元4和执行单元21的粘合剂的耐热温度以下的导电膏。
然后,通过安装锡焊使向独立电极35提供电信号的FPC 136与执行单元21电连接,进一步经过所定的工艺完成喷墨头的制造。而且,虽然这里没有详细描述,通过使FPC 136内的布线与共用电极34连接,使共用电极34维持接地电位。
在上面所说明的喷墨头的制造方法中,由于根据在压力室10所在的流路单元4一侧形成的标记55,通过烧成图形印刷形成的导电膏39形成独立电极35的图形,因此与预先形成独立电极、使执行单元接合在流路单元上的情况比较,提高压电片41上形成的独立电极相对于压力室10的位置精度。因此,墨水喷出性能的均一性提高了,容易使喷墨头1变长。即,不是象本实施例的喷墨头1一样,设置多个执行单元21,它们在流路单元4的长度方向上排列,也可以只使用一个长度与流路单元相同的执行单元21。
而且,在本制造方法中,如上所述,从粘接压电片41~44和流路单元4接合后进行导电膏39的印刷及烧成印刷和烧成导电膏39,因此执行单元21非常容易操作。而且,由于能够使用形成共用电极34时使用的印刷机印刷独立电极35,因此能够降低制造成本。
而且,在本制造方法中,在层叠压电片41~44时不在相邻的压电片之间形成独立电极,即,由于只有离压力室10最远的压电片41含有活性层,因此不需要在压电片41~44上形成通孔,用于平面视图上重叠设置的独立电极相互之间连接。因此,如上所述,根据本制造方法,能够通过比较简单的工艺以低成本制造喷墨头1。
而且,在本制造方法中,层叠4块压电片41~44,其中只有最上层的压电片41含有活性层,其余3块压电片42~44构成非活性层。根据这样制造的喷墨头1,如上所述,压力室10的容积变化量能够变得比较大,因此,能够实现独立电极35的驱动电压低压化,同时实现压力室10小型化和高度集成化。
作为变形例,将含有压电片41~44的迭层物烧成后,压电片41形成标记55a及独立电极,而后,贴合执行单元21和流路单元4也可以。该标记55a及独立电极35是通过导电性膏的图形印刷后进行烧成形成的。此外,如果,预先在压电片上形成标记55a时,根据该标记55a也可以形成独立电极35。不管怎样,烧成后的迭层物(压电片41~44)的尺寸,与烧成独立电极35没有任何变化。为此,如果将流路单元4上的标记55a和压电片41上的标记55a按照设定位置关系将两者位置对准,则在执行单元21全体上,可以使独立电极35和流路单元4上形成的压力室10高精度地对准位置。另外,通过该变形例,执行单元21和流路单元4贴合后,不需要进行烧成独立电极35的加热处理,由于执行单元21和流路单元4贴合,所以增加了粘结剂的选择自由度。
另外,如上所述,通过设置增补强金属膜36a、36b可以增加压电片41~44的脆度,可以提供压电片41~44的操作性,但是未必一定要使用属膜36a、36b。例如,执行单元21的尺寸是1英寸时,不用设置补强金属膜36a、36b也可以,也不会由于脆度而影响压电片41~44的操作性。进而,本发明的方式,只是在压电片上形成独立电极35。另一方面,压电片41以外的压电片42~44上形成独立电极35时,这样的独立电极,必须在压电片41~44的迭层及烧成前的压电片41~44上印刷。因此,由于烧成时压电片41~44产生收缩,所以,压电片42~44上独立电极位置精度和、压电片41上独立电极位置精度产生误差。可是本发明的实施方式中只是在压电片41上形成独立电极35,所以没有这样的精度差,独立电极35可以与对应的压力室10对准位置。
下面,进一步参照图16~图18说明喷墨头1的第二种制造方法。而且,由于图13(A)所示的粘接工艺之前的工艺都相同,因此这里省略说明。
首先,从进行了粘接工艺的图13(A)所示的状态开始,用光学方法识别在空腔板22上形成的标记55,以所识别的标记55的位置为基准,在压电片41的上方设置金属掩膜61。如图18所示,所述金属掩膜61是多个与独立电极35相同形状的开口61a以与独立电极35相同的阵列排列形成。金属掩膜61根据标记55利用夹具定位,使开口61a的位置与形成独立电极35的位置一致。金属掩膜61的开口61a也可以预先以光致抗蚀膜作为掩膜通过蚀刻形成,此时喷墨头1的相当于图11的主要部分截面图和它的用单点划线包围的区域的局部放大图分别在图16(A)中和图17(A)中示出。
然后,如图16(B)和它的用单点划线包围的区域的局部放大图图17(B)所示,通过PVD(物理蒸镀)工艺,通过金属掩膜61的开口61a在露出的压电片41上图形形成作为独立电极35的导电膜。而且,代替PVD,进行CVD(化学蒸镀)图形形成独立电极35也可以。而且,构成独立电极35的导电膜的衬底Ni和表层Au同时利用PVD形成也可以,衬底Ni用PVD形成,表层Au利用电镀方法形成也可以。
然后,使金属掩膜61从流路单元4上移动之后,用于向独立电极35提供驱动信号的FPC 136贴在执行单元21上,进一步通过所定工艺完成喷墨头1的制造。
这样,在本制造方法中,由于利用根据在压力室10所在的流路单元4一侧形成的标记55设置的金属掩膜61,通过PVD工艺形成独立电极35的图形,因此与预先形成独立电极、使执行单元接合在流路单元上的情况比较,提高压电片41上形成的独立电极35相对于压力室10的位置精度。因此,墨水喷出性能的均一性提高了,容易使喷墨头1变长。
而且,由于通过PVD工艺形成独立电极35,与印刷导电膏的情况不同,不需要高温处理,如上所述,由于能够从粘接压电片41~44和流路单元4开始形成独立电极35和印刷图形。因此,执行单元21非常容易操作。
而且,根据本制造方法,与利用第一种制造方法进行印刷的情况不同,由于不需要考虑粘合剂的耐热温度或者导电膏的烧成温度,因此粘合剂和导电膏的材料选择范围广泛。
而且,在本制造方法中,只有独立电极35用PVD方法形成。即,独立电极35与共用电极34和补强金属膜36a、36b不同,不是与构成压电片41~44的陶瓷材料一起烧成。因此,不必担心露出在外部的独立电极35由于烧成时高温加热而蒸发。而且,由于利用PVD方法形成独立电极35,因此能够把它的膜厚形成得比较薄。因此,喷墨头1中由于位于最上层独立电极35变薄,活性层所在的压电片41的变位变得难以通过独立电极35控制,因此提高喷墨头1中压力室10的容积变化量。
在本制造方法中,例如代替PVD方法,利用电镀方法也能够形成独立电极35。在这种情况下,代替金属掩膜61,在压电片41上涂敷光致抗蚀膜之后,用光学方法识别在空腔板22上形成的标记55,以所识别的标记55的位置为基准,用光照射对应于压力室10的内壁稍微内侧的区域内的光致抗蚀膜。然后,利用显影液去掉光照射的区域内的光致抗蚀膜。这样,光致抗蚀膜具有与金属掩膜61相同图形的开口。而且,以设置有如上所述开口的光致抗蚀膜作为掩膜,利用PVD方法图形形成独立电极35也可以。只是,使用金属掩膜与使用可以再利用的能够简化工艺等的光致抗蚀膜的情况比较效果更好。而且,形成独立电极时使用的掩膜也可以使用金属掩膜和光致抗蚀膜以外的掩膜,光致抗蚀膜可以使用正型以外的负型。
下面,进一步参照图19~图20说明喷墨头1的第三种制造方法。而且,由于图13(A)所示的粘接工艺之前的工艺都相同,因此这里省略说明。
首先,从进行了粘接工艺的图13(A)所示的状态开始,利用PVD工艺在与流路单元4粘接的执行单元21上全面地形成导电膜64。而且,也可以进行CVD工艺、电镀或者印刷导电膏并烧成形成导电膜64,代替PVD工艺也可以。而且,在印刷导电膏并进行烧成的情况下,如上所述必须留意粘合剂的耐热温度等。此时喷墨头1的相当于图11的主要部分截面图在图19(A)中示出。
然后,在导电膜64的整个面上涂敷正型光致抗蚀膜65。然后,用光学方法识别在空腔板22上形成的标记55,以所识别的标记55的位置为基准,用光照射对应于压力室10的内壁稍微内侧的区域内的光致抗蚀膜65。然后,利用显影液去掉光照射的区域内的光致抗蚀膜65。这样,如图20所示,只在对应于各个压力室10的位置上以独立电极35的图形残留光致抗蚀膜65。
然后,以残留的光致抗蚀膜65作为蚀刻掩膜,通过蚀刻去掉没有被光致抗蚀膜65覆盖的区域内的导电膜64。这样,在压电片41上图形形成独立电极35。此时喷墨头的主要部分截面图在图19(B)中示出。
然后,从去掉残留的光致抗蚀膜65开始,用于向独立电极35提供电信号的FPC 136贴在执行单元21上,进一步通过所定工艺完成喷墨头1的制造。
根据所述第三种方法也能够获得与第一种和第二种相同的效果。
下面,对第三种制造方法的变形例进行说明。在本变形例中,在制作执行单元21时叠层压电片41~44的工艺中,在构成压电片44的陶瓷材料的原料板上图形印刷构成补强金属膜36a的导电膏。与此同时,在构成压电片43的陶瓷材料的原料板上图形印刷构成补强金属膜36b的导电膏,同时在构成压电片42的陶瓷材料的原料板上图形印刷构成共用电极34的导电膏,进一步在构成压电片41的陶瓷材料的原料板的整个面上通过PVD方法或者电镀形成构成独立电极35的导电膜64。代替利用PVD方法或者电镀方法形成导电膜,也可以在整个面上印刷导电膏之后烧成。
然后,利用夹具使4块压电片41~44彼此定位并重合,在所定温度下烧成所获得的层叠物。这样,在位于最上层的压电片41的下面形成共用电极34,而且在压电片41的上面导电膜64形成的层叠物。然后,把所述层叠物与流路单元4接合。此时喷墨头1的相当于图11的主要部分截面图与图19(A)相同。然后,通过与第三种方法相同的工艺完成喷墨头1。
利用该变形例也能够获得与上述第一种和第二种制造方法相同的效果。
下面,参照图21和图22说明根据本发明第二实施例的喷墨头。根据该实施例的喷墨头只是执行单元的最上层所在的压电片和封闭它的周边的结构与第一实施例不同。因此,根据图1~图9说明的结构在根据本实施例的喷墨头中也大致是相同的。而且,在本实施例中,与第一实施例相同的元件使用相同的符号,并省略其说明。
图21是根据本实施例的喷墨头中的执行单元的放大平面图。图22是沿着图21中的XII-XII线剖开的喷墨头1的局部截面图。根据本实施例的喷墨头中包括的流路单元的构成与第一实施例相同。而且,根据本实施例的喷墨头中包括的执行单元221在层叠的4块压电片241~244的内部支撑共用电极234以及补强电极236a、236b方面与根据第一实施例的喷墨头1的执行单元21相同。但是,在压电片241的外侧面(与压力室10一侧的面相对的侧面)上沿着(由主电极部235a和辅助电极部235b构成)独立电极235的外缘形成槽部253,包围所述独立电极部,而且,压电片241上面的独立电极235以及槽部253以外的大致整个区域被导电膜238覆盖,上述方面与根据第一实施例的喷墨头1的执行单元21不同。
导电膜238与独立电极235使用相同的材料形成为相同的厚度。把独立电极235和导电膜238之间绝缘的槽部253形成为宽度大约为30μm,深度大约为5~10μm。如后面所述,通过槽部253,由对应于某个压力室10的压电片变形产生的影响不容易传播到临近的压力室10上的压电片,能够减少相邻的压力室10之间发生干扰。
这样,在根据本实施例的喷墨头中,由于距离执行单元221的压力室10最远的压电片241含有活性层,在执行单元221的外侧形成独立电极235,同时在压电片241的上面独立电极235互相之间保持间隔,而且导电膜238形成为与独立电极235的厚度相同。因此,形成独立电极235的区域与其他区域几乎没有高度差。因此,即使在由于粘合力强,不只利用粘合剂把FPC 136粘接在独立电极235上而是粘贴在压电片241的整个面上的情况下,在这里施加剥离FPC 136的外力的情况下,FPC 136与执行单元221不容易剥离,提高喷墨头的可靠性。此外,根据本实施例的喷墨头能够获得与第一实施例的喷墨头相同的效果。
下面,进一步参照图23~图27说明根据本实施例的喷墨头的制造方法。
在制造喷墨头时,首先分别单独制造流路单元4和执行单元221,然后把二者接合。流路单元4以与第一实施例中说明的相同方法制作。此时,如图23所示,通过与形成压力室10同时的蚀刻工艺,在空腔板22上形成圆形标记(空腔位置识别标记)55。。即,以在相当于压力室10以及标记55的部分具有开口的光致抗蚀膜作为掩膜在空腔板22上进行蚀刻。标记55是为了确定和修正后述的激光加工跟踪位置而设计的,例如,在墨水喷出区域之外,沿着空腔板22的长度方向上每隔所定间隔,在空腔板22的宽度方向上的两个分开位置上形成。标记55可以是开口,也可以是凹陷部。而且,在图23中,只图示出多个压力室10中的一部分压力室10。作为变形例,标记55可以通过与形成压力室10的蚀刻不同的工艺,即以其他的光致抗蚀膜作为掩膜进行。
一方面,在制作执行单元221时,首先在构成压电片244的陶瓷材料的原料板上图形印刷构成补强金属膜236a的导电膏。与此同时,在构成压电片243的陶瓷材料的原料板上图形印刷构成补强金属膜236b的导电膏,同时在构成压电片242的陶瓷材料的原料板上图形印刷构成共用电极234的导电膏。然后,利用夹具使4块压电片241~244彼此定位并重合,在所定温度下烧成所获得的层叠物。这样,在位于最上层的压电片241的下面形成共用电极234,形成没有独立电极的层叠物。此时构成执行单元221的层叠物的局部放大图在图24中示出。
然后,利用粘合剂把如上所述制作的构成执行单元221的层叠物粘接在流路单元4上,使压电片244与空腔板22接触。此时,根据流路单元4的空腔板22的表面上以及压电片241的表面上分别形成的用于定位的标记55、55a(参照图27)把二者粘接。而且,由于在构成执行单元221的层叠物上还没有形成独立电极,因此所述定位不要求高精度。
然后,在压电片241上的整个面上利用PVD、印刷或者电镀方法形成导电膜238。此时,喷墨头1的相当于图2的截面图和它的用单点划线包围的区域的局部放大图分别在图25(A)和图26(A)中示出。
然后,如图25(B)和图27所示,以在空腔板22上形成的标记55为基准,一边控制激光的出射方向,使激光照射在平面视图上压力室10的外缘的稍微内侧,一边利用例如YAG激光器进行激光加工,只去掉压电片241上对应于导电膜238的图21所示槽部253的区域257(图27中用粗线示出)。通过这样部分去掉导电膜238,形成与导电膜238绝缘的独立电极235的图形。图26(B)中示出此时图25(B)的单点划线所包围的区域部分的放大图。
然后,把向独立电极235提供电信号的FPC 136贴在执行单元221上,进一步经过所定的工艺完成喷墨头1的制造。
这样,在本实施例中,由于根据在压力室10所在的流路单元4一侧形成的标记55,通过激光加工形成独立电极235的图形,因此与预先形成独立电极等的执行单元接合在流路单元上的情况比较,提高压电片241上形成的独立电极235相对于压力室10的位置精度。因此,墨水喷出性能的均一性提高了,容易使喷墨头1变长。即,不是象本实施例一样,设置多个执行单元221,它们在流路单元4的长度方向上排列,可以只使用一个长度与流路单元相同的执行单元221。
而且,通过PVD等工艺形成导电膜238的情况与印刷导电膏的情况不同,不需要高温处理,如上所述,由于能够从粘接压电片241~244和流路单元4开始形成导电膜238和印刷图形。因此,执行单元221非常容易处理。
在上面说明的根据本实施例的喷墨头制造方法中,在层叠压电片241~244时不在相邻的压电片之间形成独立电极,即,由于只有离压力室10最远的压电片241含有活性层,因此不需要在压电片241~244上形成通孔,用于平面视图上重叠设置的独立电极相互之间连接。因此,如上所述,根据本实施例的喷墨头能够通过比较简单的工艺以低成本制造。
进而,在本制造方法中,层叠4块压电片241~244,其中只有最上层的压电片241含有活性层,其余3块压电片242~244构成非活性层。根据这样制造的喷墨头1,如上所述,压力室10的容积变化量能够变得比较大,因此,能够实现独立电极235的驱动电压低压化,同时实现压力室10小型化和高度集成化。
而且,在本实施例中,通过在去掉导电膜238后继续进行激光加工,在压电片241上形成深度为压电片241的厚度的1/3~2/3的槽部253。这样,通过在独立电极235和导电膜238之间沿着独立电极235的外缘形成槽部253,由对应于某个压力室10的压电片变形产生的影响不容易传播到临近的压力室10上的压电片,能够减少相邻的压力室10之间发生干扰。
而且,在本实施例中,不去掉对应于槽部部分之外的导电膜238。因此,如上所述,即使在由于粘合力强,不只利用粘合剂把FPC 136粘接在独立电极235上而是粘贴在压电片241的整个面上的情况下,由于在独立电极235以外的区域内存在厚度大致与独立电极235相同的导电膜238,因此在形成独立电极235的区域与其他区域之间几乎不产生高度差。因此,即使在施加剥离FPC 136的外力的情况下,FPC 136与执行单元221不容易剥离,取得提高喷墨头的可靠性的效果。只是担心如果FPC 136贴在主电极部235a上,会阻碍执行单元221以及压力室10变形,因此FPC 136不粘接在主各个独立电极235的主电极部235a上。
而且,虽然在本实施例中,进行激光加工时残留构成独立电极235之外的导电膜238,但是作为变形例,也可以完全去掉构成独立电极235之外的导电膜238,只是不容易获得如上所述的效果,而且增加了加工时间,提高成本,因此不必特别去掉构成独立电极235区域之外的导电膜238。
而且,在本实施例中,虽然在去掉导电膜238之后,继续去掉一部分最上层的压电片241,形成槽部253,但是也可以不必形成槽部253。而且,槽部253并不只限于在共用电极234上,也可以到达从上数的第二层压电片242以下,槽部253形成得越深干扰抑制效果越好。
而且,在本实施例中,虽然通过执行单元221和流路单元4接合,形成导电膜238,但是也可以在执行单元221上通过PVD等工艺形成导电膜238,使流路单元4接合。
下面,对根据本发明的第三实施例的喷墨头进行说明。首先,根据图28~图30说明根据本实施例的喷墨头301的简要结构。
如图28~图30所示,喷墨头301是在形成为大致呈长方形的薄金属板的层叠结构构成的流路单元302上,4个如后所述形成的平面视图大致呈梯形的板形的执行单元320(参照图31~图36)交错呈2列层叠构成。而且,在所述各个执行单元320的各个上侧设置有形成在FPC 303前端的电极图形部303a,通过锡焊电连接。所述电极图形部303a形成为与所述执行单元320的形状大致相同,平面视图大致呈梯形。
各个执行单元320设置成它的平行对边(上边和下边)沿着流路单元302的长度方向。因此,相邻的执行单元320的斜边在流路单元302的宽度方向上相互覆盖。执行单元320在层叠的流路单元302的表面上对应于大致呈菱形形状形成的压力室10所要求的印刷密度呈阵列方式排列。而且,所述多列各个压力室310高密度排列,使所述压力,室310的锐角部彼此进入其他压力室310之间。
而且,流路单元302是层叠9块大致呈长方形的金属板板材形成的9层结构。具体地,如图30(B)所示,流路单元302由下层开始,由喷嘴板311、盖板312、3块歧管板313、314、315、供给板316、通孔板317、间隔板318、以及空腔板319共计9块薄金属板叠层而成。
如图28所示,在没有设计执行单元320的流路单元302的各个区域内,供给墨水的各个墨水导入口319a每两个相对,沿着长度方向上交错设置,使对着各个执行单元320的上边。而且,左右两端部的各个执行单元320的下边外侧附近位置也各设置一个墨水导入口319a。各个墨水导入口319a的位于空腔板391内的下端设计有多个微细贯通孔形成的过滤器,图中没有示出,用于防止墨水内的尘埃进入。因此各个墨水导入口319a通过各个歧管板313、314、315形成的后述墨水歧管通路连通,向所述墨水歧管通路提供墨水。
如图30(B)所示,喷嘴板311上贯通设计有多个微小直径的墨水喷出口311a。而且,盖板312上在与各个墨水喷出口311a相对的位置上贯通设计有多个作为微小直径墨水通路的贯通孔312a,与墨水喷出口311a连通,同时构成通过各个歧管板313、314、315形成的后述墨水歧管通路的一个壁面。
歧管板313上在与各个贯通孔312a相对的位置上贯通设计有多个作为微小直径墨水通路的贯通孔313a,与贯通孔312a连通,同时沿着各个压力室310的各列形成多列,使构成墨水歧管通路一部分的槽状孔部313b沿着长度方向延伸。
歧管板314上在与各个贯通孔313a相对的位置上贯通设计有多个作为微小直径墨水通路的贯通孔314a,与贯通孔313a连通,同时沿着各个压力室310的各列形成多列,使构成墨水歧管通路一部分的槽状孔部314b沿着长度方向延伸。
歧管板315上在与各个贯通孔314a相对的位置上贯通设计有多个作为微小直径墨水通路的贯通孔315a,与贯通孔314a连通,同时沿着各个压力室310的各列形成多列,使构成墨水歧管通路一部分的槽状孔部315b沿着长度方向延伸。
供给板316上在与各个贯通孔315a相对的位置上贯通设计有多个作为微小直径墨水通路的贯通孔316a,与贯通孔315a连通。而且,对着所述供给板316的贯通孔316a与压力室310的锐角部相反的对角线方向上,而且在孔部315b的侧端缘部附近位置(图20(B)中的右侧端缘部附近),设置有多个与墨水歧管通路连通的形成墨水供给通路贯通孔316b。
这样,在盖板312的上面,在长度方向上形成多列由各个槽状孔部313b、314b、315b以及盖板316的底面构成的墨水歧管通路,起向各个压力室310提供墨水的共用墨水室的作用。
在通孔板317上贯通设计有多个作为微小直径墨水通路的贯通孔317a,与贯通孔316a连通。而且,在所述盖板317上,在各个压力室310的墨水供给侧的锐角部的下侧位置贯通设置贯通孔317b,而且在底面部形成作为从贯通孔317b的下端开始到对着贯通孔316b的位置的槽状凹陷部的通孔317c。所述通孔317c的深度大约为通孔板317的厚度的一半。
在间隔板318上贯通设计有多个与各个贯通孔317a连通的贯通孔318a。而且,在间隔板318上贯通设计有多个与各个贯通孔317b连通的贯通孔318b。
在空腔板319上形成有多个大致呈菱形形状的压力室10。而且,在间隔板318上贯通设置的各个贯通孔318a、318b设置成与压力室10的各个锐角部相对。因此,所述各个压力室10的上面被上侧层叠的各个执行单元320堵塞。
如图29所示,在执行单元320的上面形成有独立电极325。独立电极325由主电极部325a和辅助电极部325b构成。主电极部325a位于对应于各个压力室310的位置,形状比菱形压力室310的投影形状略小,具有大致相似的形状,大致呈菱形。而且,如图30(A)所示,辅助电极部325b从对应于压力室310的墨水供给侧的锐角部的主电极部325a的锐角部连续伸出到对应于压力室310外侧的位置,大致呈菱形形状。而且,为了容易看清图面,在图29中省略了后述导电膜328的上部328a和槽330。
下面,根据图31和图32说明执行单元320的详细结构。如图31所示,在执行单元320的上面设置厚度大约为1.1μm的主电极部325a和辅助电极部325b,与各个压力室310相对。而且,各个辅助电极部324b在平面视图中它的大部分区域形成在压力室310的外侧。
执行单元320上面主电极部325a和辅助电极部325b构成的独立电极325以外的区域的大部分被与所述各个独立电极325相同厚度而且相同材料构成的导电膜328的上部328a(起表面电极的作用)覆盖。而且,各个独立电极325和328的上部328a之间通过槽330绝缘,所述槽330沿着所述独立电极325的外缘形成在执行单元320的表面上,宽度大约为30μm,深度大约为5~10μm。由于通过所述槽330减少相邻活性层之间的相互干扰,因此能够抑制发生干扰。
如图32所示,执行单元320形成为层叠4块压电片321、322、323、324的结构,所述4块压电片形成为各个厚度大约为15μm的平面视图为梯形,并相同。如上所述,在压电片321上面形成有由主电极部325a和辅助电极部325b构成的独立电极325。主电极部325a位于对应于各个压力室310的位置,形状比压力室310的投影形状略小,具有大致相似的形状,大致呈菱形。辅助电极部325b从主电极部325a的锐角部连续伸出到对应于压力室310外侧的位置,大致呈菱形形状。
在压电片322的上面形成几乎横跨它的整个面的厚度大约为2μm的共用电极326。共用电极326延伸到压电片322的左右两侧面(相当于执行单元320的两个斜边的侧面),从执行单元320的侧面露出。在压电片320上面不形成电极。
在压电片323的上面形成几乎横跨它的整个面的厚度大约为2μm的补强电极327。补强电极327延伸到压电片324的左右两侧面(相当于执行单元320的两个斜边的侧面),从执行单元320的侧面露出。在补强电极327也可以不必露出在外部。
如图32和图34所示,执行单元320的左右两个侧面(相当于两个斜边的侧面)被从执行单元320的上面延伸到左右侧面的导电膜328的侧面328b覆盖。因此,共用电极326和补强电极327与导电膜328接触,与之电连接。通过导电膜328进一步延伸到执行单元320的下面,具有下部328c,下部328c覆盖不临近执行单元320的压力室310的区域。只是,如图32所示,下部328c最靠近压力室310的端部稍微离开压力室310。这是为了防止导电膜328被墨水腐蚀。
执行单元320的上面设置有从驱动器IC延伸的FPC 303。从FPC
303通过各个辅助电极部325b和导电膜328分别向主电极部325a和共用电极326提供驱动电压。通过向主电极部325a和共用电极326提供驱动电压,执行单元320的压电片321~324变形,能够给对应于流路单元302的压力室310内的墨水施加压力。
通过各个墨水导入口319a,从盖板312的上面、各个槽状孔部313b~315b、以及供给板316的底面构成的墨水歧管通路供给的墨水经过贯通孔316b、通孔317c、贯通孔317b以及贯通孔318b流入压力室310。因此,如果通过FPC 303在辅助电极部325b和共用电极326之间施加驱动电压,执行单元320向压力室310一侧变形,挤出压力室310内的墨水,经过各个贯通孔318a~312a从墨水喷出口311a喷出墨水。
下面,根据图33~图36说明执行单元320的制造方法。首先,如图33所示,在构成执行单元320的压电片322的陶瓷材料的原料板和构成压电片324的陶瓷材料的原料板的上面整个面上涂敷Ag-Pb系金属材料构成的导电膏并干燥,分别形成共用电极326和补强电极327。然后,按照构成压电片221、222、223、224的陶瓷材料的原料板的顺序层叠后,加压烧成。这样,形成含有平面视图大致呈梯形形状的4个压电片321~324的层叠体325。共用电极326和补强电极327从相当于层叠体325的左右斜边的侧面露出。
接着,如图35(A)所示,在烧成后的层叠体335的上面(图34(B)中的上面)、4个侧面中的2个侧面(对应于图34(A)中的左右斜边的侧面)以及下面上距离与上述两个侧面的连接部一定距离的区域内形成Ni层(膜厚大约为1μm)。所述的一定距离设定为Ni层不临近流路单元302的压力室310的距离。因此,在作为所述衬底的Ni层的上侧形成作为表层Au层(膜厚大约为0.1μm)。Ni层、Au层可以通过PVD工艺、印刷或者电镀形成。这样,在层叠体335的上面、两个侧面、以及下面上距离与上述两个侧面的连接部一定距离的区域内,形成Ni层和Au层层叠的导电膜328(328a、328b、328c)。导电膜328与从相当于层叠体325的左右斜边的侧面露出的共用电极326和补强电极327电连接。此时图35(A)中的单点划线包围的区域的局部放大图在图36(A)中示出。
然后,在层叠体335的上面的4个角通过蚀刻形成圆形的定位标记336。这样制成层叠体338。
而且,在上述工艺中,在下面临近压力室310的区域和定位标记336同时屏蔽之后,形成Ni层和Au层,然后能够置换到去掉掩膜的工艺。这样,能够在形成导电膜328的同时形成定位标记336,能够减少制造工时。
然后,如图35(B)所示,以层叠体338上形成的定位标记336为基准,一边控制激光的出射方向,使激光照射在平面视图上压力室10的外缘的稍微内侧,一边利用例如YAG激光器进行激光加工,只去掉对应于图31所示槽部330的区域的导电膜328。通过这样部分去掉导电膜238,形成与导电膜238绝缘的主电极部325a和辅助电极部325b构成的独立电极325的图形,制成执行单元320。图36(B)中示出此时图35(B)的单点划线所包围的区域部分的放大图。
然后,根据图37和图38说明在流路单元302上设置执行单元320的方法。如图37所示,流路单元302的空腔板319上没有被执行单元320覆盖的表面区域的所定位置上形成有作为定位标记的多个定位标记340。定位标记340在形成压力室310时同时。因此,定位标记340相对于压力室310的精度精度高。
接着,如图38所示,利用粘合剂把如上所述制成的执行单元320与流路单元302粘接,使导电膜238的下面328c与空腔板319上面压力室310以外的部分接触。此时,在流路单元302的表面上形成的定位标记340与执行单元320的上面形成的定位标记336接合,使二者之间成所定位置关系(例如,在流路单元302的长度方向两者距离所定距离的关系)。这样,导电膜328与流路单元302电连接。而且,能够使形成在执行单元320上的独立电极325相对于压力室310的位置精度为高精度。因此,墨水喷出性能的均一性优良,能够容易地实现喷墨头301变长。
然后,为了向执行单元320的各个辅助电极部325b和导电膜328的上面328a提供驱动电压,通过热压接等把FPC303的电极布线部303a锡焊接在执行单元320上。然后,进一步经过所定的完成喷墨头301的制造。
如上所详细说明的一样,在本实施例的喷墨头301中,流路单元302是层叠9块薄金属板311~319构成的。而且,在空腔板319中,大致呈菱形的压力室310呈阵列排列并形成多个,同时多个定位标记340在没有被执行单元320覆盖的表面区域的所定位置上形成。一方面,形成导电膜328,覆盖执行单元320上面、两个侧面、以及下面一部分不与压力室310临近的区域。因此,设置在层叠压电片321~324的执行单元320内部的共用电极326和补强电极327从相当于执行单元320的左右上下的侧面露出,与导电膜328的侧面接触,与此电连接。因此,通过把FPC 303的电极布线部303a的导体图形重叠电连接在独立电极325的辅助电极部325b和导电膜328的上面328a,能够控制独立电极325和共用电极326的电位,因此能够实现减少组装喷墨头301的工艺。而且,导电膜328的侧面328b在执行单元320两个侧面与共用电极326电连接,因此不必要形成用于执行单元320上形成的接地电极与共用电极326互相电连接的通孔。因此,能够实现降低喷墨头301的制造成本。而且,露出共用电极326的执行单元320的两个侧面的几乎整个面被导电膜328的侧面部328b覆盖,因此能够确实实现共用电极326与导电膜328之间电连接。
在制造本实施例的喷墨头301时,根据执行单元320的上面形成的定位标记336通过激光加工形成独立电极325的图形。然后,粘接二者,使流路单元302上形成的定位标记340与执行单元320上形成的定位标记336之间成所定的位置关系。因此,独立电极325与压力室310之间能够以高位置精度定位。
而且,通过把执行单元320层叠在流路单元302上,共用电极326与流路单元302通过导电膜328电连接,因此不增加元件数目和组装工时就能够使共用电极326和流路单元302之间变成等电位。这样,能够实现降低制造成本,同时能够防止由于墨水带电腐蚀流路单元302或者压电片324。
而且,设置在执行单元320内的共用电极326确实与覆盖执行单元320上面的导电膜328导通,同时独立电极325与导电膜328确实电绝缘,因此能够容易地在执行单元320上面形成与共用电极326导通的作为接地电极的导电膜328和各个独立电极325,同时由于不需要形成通孔等,因此能够降低执行单元320的制造成本。
下面,对本实施例的变形例进行说明。在本实施例中,如图39(A)和图39(B)所示,根据层叠体338上形成的定位标记336和流路单元302上形成的定位标记340粘接二者之后,根据定位标记340通过激光加工在层叠体338的上面形成独立电极325的图形,形成执行单元320也可以,这样,能够进一步提高执行单元320上形成的独立电极325相对于压力室310的位置精度。因此,能够提高墨水喷出性能的均一性,能够更容易地实现喷墨头301变长。而且,在图39(A)和图39(B)中,与根据本实施例的喷墨头301相同的符号表示与喷墨头301相同或者相当的部分。
而且,在该实施例中,虽然在相当于执行单元320的左右斜边的两个侧面上的整个范围内形成导电膜328,但是只在相当于执行单元320的左右斜边的两个侧面中任何一个的一部分上形成导电膜328也可以。而且,在本实施例中,虽然在执行单元320的下面跨越不与压力室310临近的大致整个区域形成导电膜328,但是只在下面更小的范围内形成导电膜328也可以。这样,能够减少形成导电膜328所需要的材料用量。
进一步,在本实施例中,虽然在相当于执行单元320的左右斜边的两个侧面上形成导电膜328,但是在相当于执行单元320的上边和下边的侧面上形成导电膜328也可以。而且,此时在相当于执行单元320的上边和下边的侧面附近的下面不临近压力室310的几乎整个区域内形成导电膜328也可以。这样,能够确实通过导电膜328更确实地使共用电极326与流路单元302之间电连接。
而且,上述3个实施例中使用的压电片或者电极材料并不限于上面所述的,也可以变换为其他公知的材料。而且,压力室的平面形状或者截面形状、排列状态、以及含有活性层的压电片数目、非活性层的数目等也可以适当变换。而且,含有活性层的压电片和非活性层的层厚形成不同厚度也可以。
而且,在上述实施例中,虽然通过在压电片上设置独立电极和共用电极形成执行单元,但是并不一定把执行单元粘接在流路单元上,只要执行单元能够单独变化各个压力室的容积,也可以使用其他形式。而且,在上述实施例中,虽然说明了压力室呈阵列状排列的情况,但是压力室设置成一列或者多列的情况也可以适用于本发明。
在上述实施例中,虽然只有距离压力室最远的最上层压电片形成有活性层,但是最上层的压电片不一定含有活性层,而且,除了最上层的压电片之外,其他压电片中形成活性层也可以。即使在这种情况下,也能够获得充分抑制干扰的效果。而且,上述实施例的喷墨头具有利用横压电效应的表面单结构,但是与此不同,本发明也可以适用于活性层从非活性层开始设置在压力室一侧的利用压电纵效应的喷墨头。
而且,在上述实施例中,虽然通过蚀刻构成流路单元的各个板上形成开口或者标记,但是利用蚀刻以外的其他方法在各个板上形成开口或者标记也可以。
进而,虽然上述实施例中非活性层全部是压电片,但是作为非活性层也可以使用压电片以外的绝缘板。而且,在本实施例中,执行单元不跨越多个压力室连续设置也可以。即,执行单元对每个压力室是独立的,每几个压力室贴在流路单元上也可以。
而且,在本发明中,如上述实施例,压电片含有体也可以只含有一层具有活性层的压电片,所述活性层通过共用电极和独立电极夹持,除了具有活性层的一层或者多层压电片之外,也可以含有层叠在所述压电片上面的作为非活性层的片状材料。
虽然结合上述具体实施例描述了本发明,但是显然对于本区域的普通技术人员来说可以进行许多种变形、改进和变化。因此,如前面所述本发明的最佳实施例是说明性的,不是限制性的。不脱离权利要求书所限定的本发明的精神和范围可以进行各种变化。
Claims (24)
1.一种喷墨头的制造方法,该喷墨头具有:
流路单元,包括一端连接在喷嘴、另一端连接在墨水供给源的多个压力室,上述多个压力室沿着平面互相邻接排列;以及
执行单元,是为了改变上述压力室的容积,在上述流路单元的一个表面上固定的执行单元,包括保持一定电位的共用电极、设置在对应于各个压力室的位置上的独立电极以及通过上述共用电极和上述独立电极夹持的压电片,
该喷墨头的制造方法包括如下工序:
在上述流路单元的上述一个表面上形成标记工序;
制备含有支撑上述共用电极的上述压电片的压电片含有体工序;
把上述压电片含有体固定在上述流路单元的上述一个表面上工序;
根据上述标记,在固定在上述流路单元上的上述压电片含有体与上述流路单元的固定面相反的面上形成上述独立电极工序。
2.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法,在制备上述压电片含有体的工序中,把上述压电片作为上述压电片含有体一侧的最外层形成;同时
在固定上述压电片含有体的工序中,把上述压电片含有体另一侧的最外层固定在上述流路单元的上述一个表面上。
3.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法,上述形成独立电极的步骤包括如下工序:
根据上述标记,在上述压电片含有体与上述流路单元固定面相反一侧的面上印刷由导电性材料构成的上述独立电极的图形工序;
烧成上述独立电极图形工序。
4.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法,上述形成独立电极的步骤包括如下工序:
根据上述标记,在上述压电片含有体与上述流路单元固定面相反一侧的面上设置具有上述独立电极的图形开口的掩膜;
通过物理蒸镀、化学蒸镀以及电镀的一组中的任何一种方法,在从上述开口露出的上述压电片含有体上,形成用上述独立电极图形构成的导电膜工序。
5.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法,上述形成独立电极的工序包括如下工序:
在上述压电片含有体与上述流路单元固定面相反一侧的面上形成导电膜的工序;
根据上述标记,在上述导电膜上用与上述独立电极图形相反的图形设置具有开孔的掩膜;
去掉上述导电膜从上述开口露出的部分。
6.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法,上述形成独立电极的步骤包括如下工序:
在上述压电片含有体与上述流路单元固定面相反一侧的面上形成导电膜;
根据上述标记,通过激光加工部分去掉上述导电膜,以便形成独立电极工序。
7.根据权利要求6所述的喷墨头制造方法,在上述激光加工工序中,在去掉上述导电膜之后,接着去掉至少部分上述压电片含有体。
8.根据权利要求6所述的喷墨头制造方法,在上述激光加工工序中,在形成上述独立电极的同时,至少在上述独立电极以外区域内残留一部分上述导电膜。
9.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法,上述标记形成工序和上述压力室制作同时进行。
10.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法,在制备上述压电片含有体的工序中,在上述压电片含有体内部不形成上述独立电极。
11.根据权利要求10所述的喷墨头制造方法,在制备上述压电片含有体的工序中,层叠上述压电片和3个非活性层,使上述压电片形成为上述压电片含有体一侧的最外层,而且在上述压电片含有体的内部形成共用电极;
在固定上述压电片含有体的工序中,把上述压电片含有体另一侧的最外层固定在上述流路单元的上述一个表面上。
12.一种喷墨头,该喷墨头具有:
流路单元,包括一端连接在喷嘴、另一端连接在墨水供给源的多个压力室,上述多个压力室沿着平面互相邻接排列;
执行单元,是为了改变上述压力室的容积,在上述流路单元的一个表面上固定的执行单元,包括保持一定电位的共用电极、设置在对应于各个压力室的位置上的独立电极以及通过上述共用电极和上述独立电极夹持的压电片,该喷墨头是通过以下工序制造形成的:
在上述流路单元的上述一个表面上形成标记工序;
制备含有支撑上述共用电极的上述压电片的压电片含有体工序;
把上述压电片含有体固定在上述流路单元的上述一个表面上;
根据上述标记,在上述压电片含有体与上述流路单元的固定面相反的面上形成上述独立电极。
13.一种喷墨打印机,该喷墨打印机具有如下喷墨头,即该喷墨头具有:
流路单元,包括一端连接在喷嘴、另一端连接在墨水供给源的多个压力室,上述多个压力室沿着平面互相邻接排列;
执行单元,是为了改变上述压力室的容积,在上述流路单元的一个表面上固定的执行单元,包括保持一定电位的共用电极、设置在对应于各个压力室的位置上的独立电极以及通过上述共用电极和上述独立电极夹持的压电片,
上述喷墨头至少通过如下工序制造:
在上述流路单元的上述一个表面上形成标记工序;
制备含有支撑上述共用电极的上述压电片的压电片含有体工序;
把上述压电片含有体固定在上述流路单元的上述一个表面上;
根据上述标记,在上述压电片含有体与上述流路单元的固定面相反的面上形成上述独立电极工序。
14.一种喷墨头的制造方法,该喷墨头具有:
流路单元,包括一端连接在喷嘴、另一端连接在墨水供给源的多个压力室,上述多个压力室沿着平面互相邻接排列;
执行单元,是为了改变上述压力室的容积,在上述流路单元的一个表面上固定的执行单元,包括保持一定电位的共用电极、设置在对应于各个压力室的位置上的独立电极以及通过上述共用电极和上述独立电极夹持的压电片,
该喷墨头制造方法包括如下工序:
在上述流路单元的上述一个表面上形成第一标记工序;
制备含有支撑上述共用电极的上述压电片的压电片含有体工序;
在上述压电片含有体上形成第二标记工序;
把上述压电片含有体固定在上述流路单元的上述一个表面上,使上述第一标记和上述第二标记成所定位置关系;
根据上述第一标记或者上述第二标记,在固定在上述流路单元上的上述压电片含有体与上述流路单元固定面的相反侧面上形成上述独立电极。
15.一种喷墨头,具有:
流路单元,包括一端连接在喷嘴、另一端连接在墨水供给源的多个压力室,上述多个压力室沿着平面互相邻接排列;
执行单元,是为了改变上述压力室的容积,在上述流路单元的一个表面上固定的执行单元,包括保持一定电位的共用电极、设置在对应于各个压力室的位置上的独立电极以及通过上述共用电极和上述独立电极夹持的压电片;
在上述执行单元与上述流路单元固定面相反一侧的面上,形成有导电膜,与上述独立电极保持间隔,而且与上述独立电极实质上厚度相同。
16.根据权利要求15所述的喷墨头,通过使上述共用电极从上述执行单元的侧面露出,同时上述导电膜延伸到上述执行单元的侧面上,与上述共用电极接触,使上述导电膜与上述共用电极电导通。
17.根据权利要求15所述的喷墨头,上述导电膜在上述执行单元的多个侧面中的至少一个侧面上,实质上覆盖上述共用电极露出的整个侧面。
18.根据权利要求15所述的喷墨头,上述流路单元是由导电材料制成的,同时上述导电膜延伸到上述执行单元与上述流路单元固定的面上,覆盖不邻近上述压力室的区域。
19.根据权利要求15所述的喷墨头,上述执行单元跨越上述多个压力室连续设置,同时上述导电膜形成为与多个上述独立电极保持间隔。
20.一种执行单元的制造方法,该执行单元是含有压电片的执行单元,层叠在形成了多个压力室的流路单元上,该制造方法包括如下工序:
制备压电片含有体工序,是含有支撑上述共用设置在多个压力室的共用电极的上述压电片,上述共用电极从它的一个侧面露出;
形成表面电极工序,覆盖在上述压电片含有体与上述流路单元的固定面相反的面上,同时在上述压电片含有体的侧面上与上述共用电极接触;
部分去掉上述表面电极工序,使在对应于各个压力室的位置上形成独立电极。
21.根据权利要求20所述的执行单元制造方法,在形成上述表面电极的工序中,形成上述表面电极,使在上述有压电片含有体的多个侧面中的至少一个侧面上,实质上覆盖上述共用电极露出的整个侧面。
22.根据权利要求20所述的执行单元制造方法,在形成上述表面电极的工序中,形成上述表面电极,使延伸到构成上述压电片含有体与上述流路单元固定面的面上,覆盖不邻近上述压力室的区域。
23.一种喷墨头,具有:
流路单元,包括一端连接在喷嘴、另一端连接在墨水供给源的多个压力室,上述多个压力室沿着平面互相邻接排列;
执行单元,是为了改变上述压力室的容积,在上述流路单元的一个表面上固定;
上述执行单元包括:
保持一定电位的共用电极;
独立电极,设置在对应于各个压力室的位置上,只形成在上述执行单元与上述流路单元固定面相反一侧的面上;
跨越上述多个压力室进行延伸,并用上述共用电极和多个上述独立电极夹持的压电片。
24.根据权利要求23所述的喷墨头,上述执行单元,由构成上述执行单元的最外层而且形成上述共用电极的上述压电片和设置在上述压电片与上述流路单元之间的3个非活性层构成。
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