CN1576011A - 液体喷射头的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种液体喷射头的制造方法，该液体喷射头包括：液体喷射孔；液体流道，其具有与该液体喷射孔连通的压力室；以及压电元件，其对应于该压力室并呈梳齿状排列，该方法包括步骤：利用一种填料填充该压电元件之间的间隙；在一平面上形成一种液体流道图案，该平面包括压电元件的端面和填充该压电元件之间的间隙的填料的端面；在该液体流道图案上形成一涂覆层；以及移除该液体流道图案以形成压力室。

Description

液体喷射头的制造方法
发明领域
本发明涉及一种液体喷射头的制造方法，该液体喷射头用在利用喷墨(液体喷射)技术产生液滴的打印头盒和液体喷射装置中。
本发明还涉及这样一种液体喷射头的制造方法，该液体喷射头用在打印机、复印机、具有通信系统的传真机以及具有打印机单元的文字处理机一类的装置中，这些装置能在诸如纸张、丝线、纤维、织物、皮革、金属、塑料、玻璃、木材、陶瓷等记录媒体上记录对象。这里，术语“对象”包括具有意义的图像例如文字和图形，以及不具有任何意义的图像例如花纹。
发明背景
可按需喷射液滴的喷液记录装置的一种典型液体喷射头包括：喷嘴板，具有多个喷嘴孔；振动膜，与该喷嘴板相对且具有在驱动压电元件(压电振动器)时发生弹性变形的部分；以及压力室，形成在该喷嘴板与振动膜之间。操作时，通过收缩压电元件，墨流入压力室；随后通过伸展该压电元件，墨以墨滴形式自喷嘴孔喷出。为改进压电元件与振动膜之间的粘合状态，例如，一种粘合件通常设在该压电元件与振动膜之间以把该压电元件的变形有效地传递给压力室，例如在美国专利4418355中所公开的。日本已审专利申请公开文献No.63-25942教导了用于获得相同效果的支柱件。
依照这些传统方法，分别制备压电元件和压力室的部件，然后粘合到一起。因此，粘合操作需要高精度的对准，从而导致高制造成本。如果在粘合操作过程中没有高精度的对准，压电元件的变形就不能有效地传递给压力室，或者该变形可能传递给除目标部分以外的其它部分。这将导致串扰问题，即喷嘴弯液面的不稳定性状。
发明概述
本发明的一个目的是提供这样一种制造液体喷射头的方法，该方法不需要任何将压电元件粘合到振动膜上的步骤。依照这种方法，液体流道部即包括压力室及相关部件的构造一体形成在压电元件上。本发明的另一个目的是提供这样一种制造液体喷射头的方法，该方法能将压电元件的变形有效地传递给压力室并尽可能地阻止串扰。
为实现这些目的，本发明的第一方面提供这样一种液体喷射头的制造方法，该液体喷射头包括：液体喷射孔；液体流道，具有与该液体喷射孔连通的压力室；以及压电元件，对应于该压力室并呈梳齿状排列，该方法包括步骤：(a)利用一种填料填充该压电元件之间的间隙；(b)在一平面上形成一种液体流道图案，该平面包括压电元件的端面和填充该压电元件之间间隙的填料的端面；(c)在该液体流道图案上形成一涂覆层；以及(d)移除该液体流道图案以形成压力室。
本发明的第二方面提供这样一种液体喷射头的制造方法，该液体喷射头包括：液体喷射孔；液体流道，具有与该液体喷射孔连通的压力室；以及压电元件，与压力室对应地对准该压电元件，该方法包括步骤：利用一种填料填充该压电元件之间的间隙；在一平面上形成一种液体流道图案，该平面包括压电元件的端面和填充该压电元件之间间隙的填料的端面；在该液体流道图案上形成一涂覆层；以及移除该液体流道图案以形成压力室。
由于利用一种涂料树脂层在该平面上一体形成液体流道部，因此可消除压电元件与压力室之间未对准的风险。结果，压电元件的振动不会影响相邻压电元件对应的压力室。此外，在垂直于喷嘴孔列的广阔空间范围里能均匀地传递压力。由此，就可以低成本容易地制造出一种精确、高性能的液体喷射头，该液体喷射头能有效地传递压电元件的变形、防止该变形传递给相邻压力室以及一致地维持喷嘴的弯液面。
还可容易地控制压电元件与液体喷射孔之间的距离，实现该压电元件与液体喷射孔中央的高精度对准。由于能准确地对准该液体喷射孔的位置，并能缩小该液体喷射孔与对应压力室之间的距离，因此可制备以高频率进行操作的液体喷射头。此外，还可以低成本制造具有稳定喷射性能且适于高质量印刷的液体喷射头。
自以下优选实施例的说明并参照附图，本发明的其它目的、特征和优点将变得明显。
附图的简要说明
图1是依照本发明一种实施例的液体喷射头的分解示意图。
图2A和2B是说明一种振动器单元的形成步骤的示意图。
图3A和3B是分别沿一种压电元件纵向和横向的液体喷射头的底部的示意性剖视图。
图4A和4B是分别沿该压电元件纵向和横向的示意性剖视图，表示了该液体喷射头的制造方法的第一步。
图5A和5B是分别沿该压电元件纵向和横向的示意性剖视图，表示了该液体喷射头的制造方法的第二步。
图6A和6B是分别沿该压电元件纵向和横向的示意性剖视图，表示了该液体喷射头的制造方法的第三步。
图7A和7B是分别沿该压电元件纵向和横向的示意性剖视图，表示了该液体喷射头的制造方法的第四步。
图8A和8B是分别沿该压电元件纵向和横向的示意性剖视图，表示了该液体喷射头的制造方法的第五步。
图9A和9B是分别沿该压电元件纵向和横向的示意性剖视图，表示了该液体喷射头的制造方法的第六步。
图10A和10B是分别沿该压电元件纵向和横向的示意性剖视图，表示了该液体喷射头的制造方法的第七步。
图11A和11B是分别沿该压电元件纵向和横向的示意性剖视图，说明了利用光刻蚀法形成液体喷射孔的步骤。
优选实施例的说明
现在将参照附图描述本发明。图1表示依照本发明一种实施例在紧接精加工之前的一种液体喷射头的示意性结构。出于说明目的，将该液体喷射头分为顶部即喷嘴部或液体流道部，和底部即压电元件部。
喷嘴部的涂料树脂层1具有两列喷嘴，每列都包括多个液体喷射孔(喷嘴孔)2。在该涂料树脂层1内，通过形成可溶树脂的图案然后移除该可溶树脂来形成贮液槽(液体流道)3和压力室4，如以下将要描述的。
振动膜5设在该顶部与底部之间。该振动膜5具有分别与涂料树脂层1的两个贮液槽3连通的两孔5a。振动膜5的一面与液体喷射孔2相对，且压力室4位于两者之间。该振动膜5的另一面与压电元件部的两个振动器单元10的压电元件11(例如，压电振动器)的顶端邻接。该压电元件11的收缩和伸展将通过振动膜5传递给压力室4内的液体。
振动器单元10容纳在一头盒20内，该头盒20具有用于容纳振动器单元10的接收器21和与振动膜5的孔5a连通的液体供给通道22。
每个振动器单元10内的压电元件11都机械振动以产生能量，所产生的能量通过振动膜5传递给压力室4内的液体，这样就以液滴形式喷出该液体，从而在一种介质上记录对象。换句话说，压电元件11作为这样一种装置，该装置用于产生喷射液体(墨)的能量。每个振动器单元10还包括用于驱动压电元件11的控制器(未表示)。
图2A和2B是用于说明每个振动器单元10的详细结构的示意图。这样制备该振动器单元10，在一种压电板10a内制作从一边至相对边的切口，且该切口的间距对应于压力室4的列线间距(alignment pitch)，由此形成若干压电元件11。为执行切割，例如，预先调整一种划片机的切割深度，使得在同一切割步骤中能同时切割设置在一种支座12上的薄膜电极12a，从而形成用于提供驱动信号的导线13。利用该支座12支承压电元件11，一导电板即公共电极14通过导电粘合剂粘接到该压电元件11的表面上。当驱动信号自控制器供应给导线13和公共电极14时，压电元件11就在纵向上伸展和收缩。
现在参照图3A和3B，将振动器单元10放置到头盒20中，使得呈梳齿状排列的压电元件11的端面与该头盒20的外表面基本齐平。然后，在此平的表面上形成振动膜5和涂料树脂层1。
图4A至10B是用于说明喷嘴部形成方法的步骤的剖视图。首先，利用填料即可溶树脂31和32填充振动器单元10的压电元件11之间的间隙、头盒20的每个振动器单元10的接收器21内的空间、以及限定液体供给通道22的空间。如下所述，如果计划在以后阶段不移除填料，那么用以填充振动器单元10的接收器21内的空间或者压电元件11之间的间隙的树脂31可以是不溶的。
接着，对表面20a进行抛光以形成一种光滑平面，该表面20a包括压电元件11的端面以及用以填充该压电元件11之间的间隙的树脂31的端面。结果，就可利用一种适当涂覆方法例如旋涂、辊涂等在该平面上高精度地形成预期厚度不超过50μm的振动膜5和涂料树脂层1。按照这种方式，可采用不能利用干膜方法进行处理的材料即涂布性能差的材料来形成振动膜5和涂料树脂层1。
通过涂覆树脂在该表面20a上形成涂料树脂层1以及类似物时，必须精确地对齐振动器单元10的压电元件11、压力室4以及液体喷射孔2。因此，在以下所述图案形成过程中，优选利用这样一种对准装置直接制作树脂的图案，该对准装置形成在压电元件11或振动器单元10上且穿过树脂可视觉观察到该对准装置。
首先，如图5A和5B所示，通过旋涂或辊涂形成感光树脂层，制作该感光树脂层的图案以形成具有孔5a的振动膜5，该孔5a对应于液体供给通道22。
用以形成振动膜5的树脂必须具有高机械强度、高耐热性、粘接到基板(substrate)上的能力和对墨一类液体的抗蚀性，同时必须不影响这些液体的性质。
现在参照图6A和6B，通过旋涂或辊涂涂覆一种可溶树脂，制作该可溶树脂的图案以形成一种树脂图案33即液体流道图案，该液体流道图案用以形成贮液槽3和压力室4。
现在参照图7A和7B，在树脂层33上形成树脂层34，该树脂层34是涂料树脂层1的前身。因为树脂层34是液体喷射头的组成部分，所以用于形成该树脂层34的树脂也必须具有高机械强度、高耐热性、粘接到基板上的能力和对墨一类液体的抗蚀性，同时必须不影响这些液体的性质。树脂层34优选由这样一种树脂组成，该树脂在光能或热能的作用下聚合和硬化且对基板表现出高粘附力。
接着，在树脂层34上涂覆用以形成液体喷射孔的抗蚀剂，以形成具有孔35a的抗蚀层35。如图11A和11B所示，当树脂层34具有感光性时，通过光刻蚀法制图形成液体喷射孔2。选择性的，利用准分子激光处理、氧等离子蚀刻或类似方法(参见图8A和8B)在预先硬化的树脂层34内制作该液体喷射孔2。
现在参照图9A和9B，利用溶剂移除液体供给通道22、树脂图案33、抗蚀层35等中的树脂32。现在参照图10A和10B，然后利用溶剂移除用以填充振动器单元10的压电元件11之间的间隙和头盒20的接收器21的树脂31。如前所述，可省略此最后一步，将树脂31留在接收器21内。
如上所述制备而成的具有压力室4等的涂料树脂层1与用于供应液体的部件粘接到一起，并形成用于驱动压电元件11的电接头，从而完成该液体喷射头的制作。
例子
现在将通过例子描述依照图2至10B所示步骤制造液体喷射头的方法。
例子1
首先制备具有压电元件11的振动器单元10，该振动器单元10用作产生喷射能量的部件。
特别的，交替地堆叠由压电材料组成的层和由电极材料组成的层，以形成一种由二十层构成且能在低压例如大约24V下工作的压电板10a。参照图2，利用一种导电粘合剂KE 3492(Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.)把该压电板10a的一部分粘接到位于支座12上的薄膜电极12a上。从位于该支座12切口中的自由端起以一定间距切割压电板10a至相对端，该间距对应于压力室4的列线间距。预先调整一种划片机的切割深度，使得同时切割薄膜电极12a以形成用于提供驱动信号的导线13。在本例的划片过程中，切口宽度是90μm，压电板10a的厚度是500μm，以及切口深度是550μm。
利用一种导电粘合剂把一导电板即公共电极14粘接到该压电元件11的远离支座12的表面上。这种构造使得当自导线13和公共电极14供应驱动信号时，压电元件11能在纵向上伸展和收缩。
如图3A和3B所示，将每个振动器单元10放置到头盒20中，使压电元件11的端面与该头盒20的外表面基本齐平。
如图4A和4B所示，利用填料即可溶树脂31和32(由Tokyo Ohka Kogyo公司制造的PMER A-900)填充压电元件11之间的间隙、头盒20的接收器21内的空间以及限定液体供给通道22的空间。对该表面20a进行抛光以形成一光滑平面。
参照图5A和5B，利用旋涂在该平面上涂覆一种含有4，4′-二叔丁基六氟锑酸根二苯碘(4，4′-di-t-butyldiphenyliodoniumhexafluoroantimonate)/三氟甲磺酸铜混合催化剂的脂环族环氧树脂(由Daicel Chemical Industries公司制造的EHPE-3150)，从而形成感光树脂层。制作该感光树脂层的图案以形成具有孔5a的振动膜5，该孔5a对应于液体供给通道22。
如图6A和6B所示，利用旋涂涂覆PMER A-900(由Tokyo Ohka Kogyo公司制造)以形成可溶树脂层。制作该可溶树脂的图案并利用一种掩模对准器MPA-600(由佳能公司制造)进行显影，以形成用于制作贮液槽3和压力室4的树脂图案33。
PMER A-900是一种具有高溶解性和稳定制图特性的酚醛清漆抗蚀剂，但由于其涂布性能差，因此一般不适于干膜方法。但在本发明中，振动膜5的表面相当光滑和平坦。因此，可采用酚醛清漆抗蚀剂通过旋涂来形成具有预期厚度的膜。
接着，如图7A和7B所示，通过旋涂在树脂层33上形成树脂层34即涂料树脂层1的前身。此例中，在存在阳离子聚合催化剂即4，4′-二叔丁基六氟锑酸根二苯碘/三氟甲磺酸铜混合催化剂的情况下热硬化一种脂环族环氧树脂(由Daicel Chemical Industries公司制造的EHPE-3150)，从而形成树脂层34。通过加热或光致反应而催化聚合的环氧树脂具有高机械强度、粘接到基板上的能力和对墨的抗蚀性，这些都是用于液体喷射头的组成部分的理想特性。
接着，在该树脂层34上涂覆一种含有硅的阳性抗蚀剂FH-SP(由FujiHunt Kabushiki Kaisha公司制造)以形成抗蚀层35。制作该抗蚀层35的图案以形成孔35a。参照图8A和8B，接着通过作为氧等离子抗蚀层的抗蚀层35对该树脂层34进行氧等离子蚀刻，从而形成液体喷射孔2。在树脂图案33暴露于每个液体喷射孔2中之后就停止蚀刻，以防止损坏振动膜5。
如图9A和9B所示，通过冲洗移除图8A和8B中所示用以填充液体供给通道22、树脂图案33以及FH-SP抗蚀层35的树脂32。然后如图10A和10B所示，移除树脂31。可在一次步骤中移除该树脂32、树脂图案33、抗蚀层35以及树脂31以简化制造过程。
接着，粘接用于供应液体的部件并形成用于信号输入的电接头，以制备一种液体喷射头。
把该液体喷射头安装到一种记录装置上。采用这样一种墨执行记录，该墨含有重量比为79.4％的去离子水、重量比为15％的二甘醇、重量比为3％的异丙醇、重量比为0.1％的醋酸锂以及重量比为2.5％的FoodBlack 2(黑色染料)。可获得高质量的印品。
例子2
采用PMER A-900作为可溶树脂材料来形成树脂图案33，以及如示例1那样通过图6A至7B所示步骤形成树脂层34即涂料树脂层1的前身。该树脂层34由与示例1相同的材料制成。由于也采用含有4，4′-二叔丁基六氟锑酸根二苯碘/三氟甲磺酸铜混合催化剂来执行蚀刻，因此利用光蚀刻技术形成液体喷射孔42，如图11A和11B所示。特别的，利用由佳能公司制造的一种掩模对准器PLA520(冷光镜250)对该树脂层34进行曝光和显影以形成液体喷射孔42。
移除树脂图案33和液体供给通道22内的树脂32。如示例1那样粘接用于供应液体的部件并形成用于信号输入的电接头，以制备一种液体喷射头。利用此喷射头可获得高质量的印品。
尽管已参照目前所认为的优选实施例对本发明进行了描述，但应认识到的是，本发明并不限于所公开的实施例。相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求书的实质和范围内的各种变型和等效装置。以下权利要求书的范围与最宽解释一致，以涵盖所有这些变型、等效结构及功能。

Claims (15)

1.一种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包括：液体喷射孔；液体流道，其具有与所述液体喷射孔连通的压力室；以及压电元件，其对应于所述压力室并呈梳齿状排列，所述方法包括步骤：
(a)利用一种填料填充所述压电元件之间的间隙；
(b)在一平面上形成一液体流道图案，所述平面包括所述压电元件的端面和填充所述压电元件之间的间隙的所述填料的端面；
(c)在所述液体流道图案上形成一涂覆层；以及
(d)移除所述液体流道图案以形成所述压力室。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂覆层包括一种树脂，所述液体喷射孔通过等离子蚀刻形成在所述涂覆层内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填料是一种可溶树脂。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过抛光形成所述平面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述平面上形成一振动膜，以及在所述振动膜上形成所述液体流道图案。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体流道图案是透光的，以及
在步骤(b)中，利用提供给所述压电元件的对准装置对准所述液体流道图案，通过所述透光的液体流道图案可以看见所述对准装置。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：
(e)在步骤(d)之后移除所述填料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，利用所述填料填充一用于给所述液体流道供应液体的液体供给通道，以及在步骤(e)中，自所述液体供给通道移除所述填料。
9.一种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包括：液体喷射孔；液体流道，其具有与所述液体喷射孔连通的压力室；以及压电元件，其分别对应于所述压力室并与所述压力室对准，所述方法包括步骤：
利用一种填料填充所述压电元件之间的间隙；
在一平面上形成一液体流道图案，所述平面包括所述压电元件的端面和填充所述压电元件之间的间隙的所述填料的端面；
在所述液体流道图案上形成一涂覆层；以及
移除所述液体流道图案以形成所述压力室。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂覆层包括一种树脂，所述液体喷射孔通过光蚀刻形成在所述涂覆层内。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂覆层包括一种树脂，所述液体喷射孔通过准分子激光处理形成在所述涂覆层内。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括切割步骤，切割一压电板以形成梳齿状的压电元件列，以及切割一电极以形成用于给所述压电元件供应驱动信号的导线。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括：按照使所述压电元件的端面与一头盒的外表面基本齐平的方式将所述压电元件放置在所述头盒内的步骤。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压电元件是压电振动器。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述压电元件是压电振动器。
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