CN1597323A - 液体喷射头及液体喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够高密度排列压力产生室且可实现小型化的液体喷射头及液体喷射装置。所述液体喷射头包括至少具有两列压力产生室(12)的列(13)的流路形成衬底(10)和隔着振动板设置于所述流路形成衬底(10)的一面上的压电元件(300)，并且在接合于流路形成衬底(10)的压电元件(300)一侧的接合衬底(30)上，在与压力产生室(12)的各列(13)相对的区域设置驱动IC(110)，在与接合衬底(30)的压力产生室(12)的列(13)间对应的区域，对应于所述压力产生室(12)的各列(13)而至少每列一个地形成贯通孔(33)，同时在相邻的各贯通孔(33)之间形成梁部分(34)。

Description

液体喷射头及液体喷射装置

技术领域

本发明涉及液体喷射头及液体喷射装置，特别是涉及用振动板来构成与吐出墨滴的喷嘴开口连通的压力产生室的一部分，并在该振动板的表面形成压电元件，从而通过压电元件的位移来吐出墨滴的喷墨式记录头及喷墨式记录装置。

背景技术

在用振动板构成与吐出墨滴的喷嘴开口连通的压力产生室的一部分，并通过压电元件来使该振动板变形，由此向压力产生室的墨水施压，从而从喷嘴开口吐出墨滴的喷墨式记录头中，有如下两种记录头已被实用化，即使用压电元件轴向伸缩的纵振动模式的压电致动器的记录头和使用挠性振动模式的压电致动器的记录头。

前一种记录头可通过将压电元件的端面接触到振动板上来改变压力产生室的容积，因此能够制造成适于高密度印刷的头，但另一方面，其需要进行将压电元件与喷嘴开口的排列间距相一致地切割成梳齿状的较难的工序和将切割后的压电元件定位固定到压力产生室上的操作，从而存在制造工序复杂的问题。

与此相对，后一种记录头可以通过将压电材料的印刷电路衬底配合压力产生室的形状来进行粘贴并对此进行烧结的较简单的工序，将压电元件固定到振动板上，但是由于利用挠性振动的原因，需要一定程度的面积，因此存在难以实现高密度排列的问题。

另外，为了解决后一种记录头的问题，还提出了如下一种记录头，即所述记录头通过成膜技术在振动板的整个表面上形成均匀的压电材料层，并通过平板印刷技术将该压电材料层分割成与压力产生室对应的形状，从而对应于每个压力产生室独立形成压电元件(例如，参见专利文献1)。

此外，在上述的喷墨式记录头中存在具有如下结构的记录头，即该记录头具有流路形成衬底和接合衬底，其中，所述流路形成衬底至少具有两列与喷嘴开口连通的压力产生室的列，所述接合衬底接合在所述流路形成衬底的压电元件一侧，并安装有驱动压电元件的驱动IC。在所述结构中，驱动IC被安装在接合衬底的大体中间部分，即与压力产生室的列间对应的区域上，驱动IC和从各压电元件引出的引出接线通过分别设置于接合衬底的驱动IC的两侧的贯通孔以引线接合法电连接(例如，参见专利文献2)。

在这种现有的喷墨式记录头中，由于用一个驱动IC来驱动两列压电元件，所以可将制造成本抑制得较低，但由于在驱动IC的两侧分别形成贯通孔，因此需要将流路形成衬底和接合衬底的面积设得较大，从而较难使记录头小型化。特别是高密度排列压力产生室时，很难保证形成多个贯通孔的区域，因此存在导致记录头变大的问题。此外，这些问题不仅存在于用来吐出墨水的喷墨式记录头中，当然还存在于用来吐出墨水之外的液滴的其它液体喷射头中。

这里，专利文献1是指日本专利特开平5-286131号公报(第1图～第4图)，专利文献2是指日本专利特开2003-136734号公报(第1图、第2图)。

发明内容

鉴于上述问题，本发明要解决的问题是提供一种能够高密度排列压力产生室且可实现小型化的液体喷射头及液体喷射装置。

解决上述问题的本发明的第一方案是一种液体喷射头，其包括流路形成衬底和压电元件，其中，所述流路形成衬底至少具有两列分别与喷嘴开口连通的压力产生室的列，所述压电元件经振动板设置于所述流路形成衬底的一面上，使所述压力产生室内部产生压力变化，所述液体喷射头的特征在于，其具有接合衬底和驱动IC，所述接合衬底接合在所述流路形成衬底的所述压电元件一侧，所述驱动IC设置于所述接合衬底上的与所述压力产生室的各列相对的区域，用于驱动所述压电元件，在所述接合衬底上，在与所述压力产生室的列间对应的区域，对应于所述压力产生室的各列而至少每列一个地形成贯通孔，从所述压电元件引出的引出电极被暴露在所述贯通孔内，同时在相邻的各贯通孔之间形成梁部分。

在所述第一方案中，通过利用已有的空间形成贯通孔，从而不用设置用于形成贯通孔的空间，使得即使高密度地排列压力产生室，也能够实现头的小型化。此外，通过在贯通孔之间设置梁部分，可增强接合衬底的强度，从而可保证接合接合衬底的流路形成衬底的刚性。由此，可防止主要由结构导致的串扰，从而可获得常久稳定的吐出特性。

本发明的第二方案是如第一方案所述的液体喷射头，其特征在于，在所述接合衬底上形成用于安装所述驱动IC的配线图案，在所述梁部分上，沿着所述压力产生室的列形成共用电极配线，所述共用电极配线构成所述配线图案的一部分，并与共用电极连接，所述共用电极被多个并列设置的多个压电元件共用。

在所述第二方案中，通过增加共用电极配线的面积，向压电元件施加电压时的共用电极的阻抗值实质上变小了，因此，即使同时驱动多个压电元件，也能够防止电压下降。从而可使液滴的吐出特性稳定，并且可抑制液体吐出特性的不均。

本发明的第三方案是如第一或第二方案所述的液体喷射头，其特征在于，所述接合衬底是在与所述压电元件相对的区域具有压电元件支持部分的密封衬底，所述压电元件支持部分在保证空间的状态下密封该空间。

在所述第三方案中，通过在密封衬底上安装驱动IC，可使头进一步小型化。

本发明的第四方案是如第一～第三方案中任一方案所述的液体喷射头，其特征在于，在所述接合衬底上，沿着所述压力产生室的排列方向留出预定间隔地配置了多个所述驱动IC，并与各驱动IC对应地设置了所述贯通孔，而且在与所述预定间隔对应的所述接合衬底上形成了所述梁部分。

在所述第四方案中，通过形成沿着压力产生室的排列方向延伸的梁部分和沿着压力产生室的长度方向延伸的梁部分，进一步提高了密封衬底和流路形成衬底的刚性。

本发明的第五方案是一种液体喷射装置，其特征是具有第一～第四方案中任一方案所述的液体喷射头。

在所述第五方案中，可实现提高了印刷质量的小型的液体喷射装置。

附图说明

图1是实施方式1的记录头立体分解图；

图2中的(a)和(b)是实施方式1的记录头的平面图和剖面图；

图3是实施方式2的记录头的平面图；

图4是一个实施方式的记录装置的概要图。

具体实施方式

下面，基于实施方式详细说明本发明。

(实施方式1)

图1是本发明实施方式1的喷墨式记录头的立体分解图，图2的(a)和(b)是图1的平面图和剖面图。如图所示，在本实施方式中，流路形成衬底10由(110)晶向的硅单晶衬底构成，在其一面上事先形成有厚度为1～2μm的弹性膜50，所述弹性膜50是由热氧化形成的二氧化硅构成。在流路形成衬底10上形成了两列在宽度方向上并列设置多个压力产生室12的列13。此外，在流路形成衬底10的压力产生室12的长度方向上的外侧区域形成了连通部分14，连通部分14和各压力产生室12经由设置于每个压力产生室12上的墨水供应通路15而连通。此外，连通部分14与后述的密封衬底的储墨部分连通，从而构成作为各压力产生室12的共用墨水室的储墨池的一部分。墨水供应通路15以比压力产生室12更窄的宽度形成，从而将从连通部分14流入压力产生室12内的墨水的流路阻抗保持为恒定。

此外，在流路形成衬底10的开口面一侧，隔着绝缘膜51通过粘合剂或热熔粘结膜固定有喷盘20，在所述喷盘20上贯穿设置有喷嘴开口21，所述喷嘴开口21连通于各压力产生室12的与墨水供应通路15相反侧的端部附近，其中所述绝缘膜51是在形成压力产生室12时作为掩膜所使用的膜。此外，喷盘20由厚度例如为0.01～1mm，线膨胀系数在300℃以下，例如为2.5～4.5[×10^-6/℃]的陶瓷、硅单晶衬底或者不锈钢等构成。

另一方面，在所述流路形成衬底10的与开口面相反的一侧，如上所述形成有其厚度例如约为1.0μm的弹性膜50，在所述弹性膜50上形成有其厚度例如约为0.4μm的绝缘膜55。而且，在所述绝缘膜55上通过后述的工序层叠形成了厚度例如约为0.2μm的下电极膜60、厚度例如约为1.0μm的压电层70、以及厚度例如约为0.05μm的上电极膜80，从而构成压电元件300。这里，压电元件300是指包含下电极膜60、压电层70以及上电极膜80的部分。通常，可将压电元件300的任何一侧的电极作为共用电极，将另一侧电极及压电层70对应于每个压力产生室12通过图案化来构成。并且，这里将由图案化的某一侧电极和压电层70构成的、通过向两个电极施加电压而产生压电变形的部分称为压电主动部分。在本实施方式中，将下电极膜60作为压电元件300的共用电极，将上电极膜80作为压电元件300的个别电极，但也可以根据驱动电路和布线情况将上述反过来。不管在何种情况下，压电主动部分都会与各压力产生室对应地形成。此外，这里将压电元件300和通过该压电元件300的驱动而产生移位的振动板加起来称为压电致动器。

此外，在构成上述各压电元件300的上电极膜80上连接有例如由金(Au)等形成的引线电极90，所述引线电极90一直延伸到与压力产生室12的列13间对应的区域，其前端部暴露在后述的密封衬底的贯通孔内。

此外，在形成了上述压电元件300的流路形成衬底10上接合有安装了用于驱动压电元件300的驱动IC的接合衬底，在本实施方式中为密封衬底30。所述密封衬底30在与压电元件300相对的区域具有压电元件支撑部分31，所述压电元件支撑部分31可在保证不妨碍压电元件300运动的程度的空间的状态下密封所述空间。压电元件支撑部分31分别与各压力产生室12对应设置。此外，在本实施方式中，各压电元件支撑部分31被一体设置在与各压力产生室12的列13对应的区域中，当然也可以与每个压电元件300对应地单独设置。作为这种密封衬底30的材料，例如可例举玻璃、陶瓷材料、金属以及树脂等，但最好是使用与流路形成衬底10的热膨胀率大致相同的材料来形成，在本实施方式中，使用与流路形成衬底10相同材料的硅单晶衬底来形成。

此外，密封衬底30在与流路形成衬底10的连通部分14对应的区域设置了储墨部分32。在本实施方式中，所述储墨部分32在厚度方向贯穿密封衬底30并沿着压力产生室12的列13设置，从而，如上述那样与流路形成衬底10的连通部分14连通来构成作为压力产生室12的共用墨水室的储墨池100。

而且，在密封衬底30的大体中间部分，即与压力产生室12的列13间相对的区域，对应每一个压力产生室12的列13分别形成一个在厚度方向上贯穿密封衬底30的贯通孔33，并在这些贯通孔33之间形成有梁部分34。此外，所述梁部分34最好是与密封衬底30构成一体，当然也可以与密封衬底30分开独立构成。

此外，在密封衬底30上，隔着绝缘膜36设置有配线图案35，所述配线图案35与未图示的外部配线相连，从而接收驱动信号。而且，在密封衬底30的贯通孔33的两侧，即与压力产生室12的各列13对应的区域的配线图案35上分别安装有驱动IC 110，所述驱动IC 110是用于驱动各压电元件300的半导体集成电路(IC)。

这里，驱动信号例如除了驱动电源信号等用于驱动驱动IC的驱动类信号以外，还包括串行信号(SI)等各种控制类信号，配线图案35由接收各种信号的多个配线构成。而且，在本实施方式中，在构成所述配线图案35的配线中的共用电极配线37沿着压力产生室12的列13而延伸设置于安装了驱动IC 110的区域和梁部分34上，其中所述共用电极配线37与作为压电元件300的共用电极的下电极膜60连接，从而提供驱动信号(COM)。设置于所述梁部分34上的配线不仅限于共用电极配线37，也可以配置用于提供串行等信号的配线。

而且，设置于配线图案35上的各驱动IC 110与从各压电元件300延伸设置的引线电极90分别通过延伸设置在密封衬底30的贯通孔33内的连接线120而电连接，所述连接线120例如由接合线等导电线构成。此外，同样地，配线图案35的共用电极配线37和下电极膜60在贯通孔33的两端附近通过连接线120而电连接。

在上述本实施方式的结构中，由于在与密封衬底30的压力产生室12的列13之间相对的区域，对应每一个压力产生室12的列13设置了贯通孔33，并通过延伸设置在这些贯通孔33内的连接线120来将各引线电极90和驱动IC 110电连接，或者将下电极膜60和共用电极配线37电连接，因此，能够将密封衬底30的面积抑制得较小。进而，通过使所述梁部分34的截面形状为楔形，可以进一步提高密封衬底30以及流路形成衬底10的刚性，并且能够抑制在进行引线接合时毛细管(capillary)触及该梁部分34。

此外，由于在贯通孔33之间形成了梁部分34，因此提高了密封衬底30的刚性(强度)，随之也提高了接合了密封衬底30的流路形成衬底10的刚性。从而可防止由流路形成衬底10的刚性低而引起的串扰的发生，可获得良好的墨水吐出特性。此外，通过提高密封衬底30和流路形成衬底10的刚性，例如还防止了由于在进行封顶等时所加的外力导致的损坏，从而可提高耐久性和可靠性。

而且，由于共用电极配线37被设置在密封衬底30的梁部分34上，共用电极配线37的面积变大，所以实质上减小了连接在该共用电极配线37上的下电极膜的阻抗值。即，由于能够保证下电极膜60的电流容量，因此，即使在同时驱动多个压电元件300时，也不会导致电压下降，从而可防止发生因电压的下降所导致的串扰。

此外，在上述的密封衬底30上，接合了由密封膜41和固定板42构成的柔性衬底40。这里，密封膜41由刚性低并具有挠性的材料(例如，厚度为6μm的聚苯硫醚(PPS)膜)构成，由该密封膜41密封储墨部分32的一面。此外，固定板42由金属等硬质材料(例如，厚度为30μm的不锈钢(SUS)等)形成。由于该固定板42的与储墨池100相对的区域构成在厚度方向被完全削掉的开口部分43，所以，储墨池100的一面仅由密封膜41所密封。

在上述的本实施方式的喷墨式记录头中，从未图示的外部供墨装置取入墨水，从而用墨水填满从储墨池100至喷嘴开口21的内部之后，根据来自驱动电路110的记录信号，向对应于压力产生室12的各下电极膜60和上电极膜80之间施加电压，使弹性膜50、绝缘膜55、下电极膜60以及压电层70挠性变形，由此各压力产生室12内的压力变高，从喷嘴开口21吐出墨水。

(实施方式2)

图3是实施方式2的喷墨式记录头的平面图。如图3所示，本实施方式中，与各压力产生室12的列13对应地分别设置了两个贯通孔33A、33B，并且，也在所述两个贯通孔33A、33B之间形成了梁部分34A。即，在本实施方式中，在密封衬底30的与各压力产生室12的列13相对的区域分别安装了两个驱动IC 110A、110B，从而共安装了4个驱动IC110。而且，对应各驱动IC 110分别设置贯通孔33A、33B，并在所述两个贯通孔33A、33B之间，梁部分34A与密封衬底30由相同材料形成为一体，除此之外，其它与实施方式1相同。

通过这种结构，同样能够获得与实施方式1相同的效果，并且通过形成梁部分34A，可进一步提高密封衬底30和流路形成衬底10的刚性，从而能够更加可靠地防止串扰的发生。

(其它实施方式)

以上说明了本发明的各实施方式，但喷墨式记录头的基本结构不仅限于此。例如，虽然在上述的实施方式中，作为接合衬底举例示出了具有压电元件支撑部分31的密封衬底30，但是，接合衬底只要是安装驱动IC的衬底即可，并无特别限定。此外，例如在上述的实施方式中，虽然举例说明了应用成膜及平板印刷工艺制造的薄膜型喷墨式记录头，但是，当然并不仅限于此，例如也可以在通过粘贴印刷电路板等的方法所形成的薄膜型喷墨式记录头中采用本发明。

此外，这些各实施方式的喷墨式记录头构成记录头单元的一部分，被安装于喷墨式记录装置上，其中所述记录头单元具有与墨盒等连通的墨水流路。图4是表示所述喷墨式记录装置的一个例子的概要图。如图4所示，具有喷墨式记录头的记录头单元1A和1B可装卸地设置了构成供墨装置的墨盒2A和2B，并且安装了所述记录头单元1A和1B的托架3被设置在安装于装置主体4上的托架轴5上，并可在轴方向上自由移动。所述记录头单元1A和1B例如分别作为吐出黑色墨水组合物及彩色墨水组合物的单元。并且，通过经由未图示的多个齿轮及同步带7向托架3传送驱动马达6的驱动力，使得安装了所述记录头单元1A和1B的托架3沿着托架轴5移动。另一方面，在装置主体4上沿着托架轴5设置有压纸卷轴8，由未图示的进纸辊等进纸的纸等作为记录介质的记录片材S被传送到压纸卷轴8上。

此外，在上述的实施方式中，说明了作为本发明液体喷射头的一个例子的喷墨式记录头，但液体喷射头的基本结构并不仅限于此。本发明是广泛地将所有液体喷射头作为对象而完成的，因此当然也能够适用于喷射墨水之外的液体的喷射头。作为其它的液体喷射头，例如可例举出用于打印机等图象记录装置的各种记录头、在制造液晶显示器等的滤色器时使用的颜料喷射头、在有机EL显示器、FED(面发光显示器)等的电极形成中使用的电极材料喷射头、以及在制造生物芯片时使用的生物有机物喷射头等。

Claims (5)

1.一种液体喷射头，其包括流路形成衬底和压电元件，其中，所述流路形成衬底至少具有两列分别与喷嘴开口连通的压力产生室的列，所述压电元件经振动板设置于所述流路形成衬底的一面上，使所述压力产生室内部产生压力变化，所述液体喷射头的特征在于，

其具有接合衬底和驱动IC，所述接合衬底接合在所述流路形成衬底的所述压电元件一侧，所述驱动IC设置于所述接合衬底上的与所述压力产生室的各列相对的区域，用于驱动所述压电元件，

在所述接合衬底上，在与所述压力产生室的列间对应的区域，对应于所述压力产生室的各列而至少每列一个地形成贯通孔，从所述压电元件引出的引出电极被暴露在所述贯通孔内，同时在相邻的各贯通孔之间形成梁部分。

2.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，在所述接合衬底上形成用于安装所述驱动IC的配线图案，在所述梁部分上，沿着所述压力产生室的列形成共用电极配线，所述共用电极配线构成所述配线图案的一部分，并与共用电极连接，所述共用电极被多个并列设置的多个压电元件共用。

3.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，所述接合衬底是在与所述压电元件相对的区域具有压电元件支持部分的密封衬底，所述压电元件支持部分在保证空间的状态下密封该空间。

4.如权利要求1所述的液体喷射头，其特制在于，在所述接合衬底上，沿着所述压力产生室的排列方向留出预定间隔地配置了多个所述驱动IC，并与各驱动IC对应地设置了所述贯通孔，而且在与所述预定间隔对应的所述接合衬底上形成了所述梁部分。

5.一种液体喷射装置，其特征在于，具有权利要求1～4中任一项所述的液体喷射头。

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