液體噴頭及其製造方法

2023-08-13 00:13:16 2

專利名稱：液體噴頭及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種從液體噴射口噴射液體的液體噴頭，以及涉及一 種製造該液體噴頭的方法。
背景技術：
為了通過噴射墨滴執行列印的噴墨型記錄設備實現高解析度打 印，有必要增加噴頭中形成的噴嘴數目，以及此外以高密度布置噴嘴。 在使用壓電元件的噴頭中，壓力室形成為對應於各個噴嘴。壓力室的 數目隨噴嘴數目增加而增加。以高密度布置壓力室的一種可能方法是 減小壓力室的平面面積。但是，僅僅減小壓力室的平面面積導致驅動效率的退化。因此，例如，公開號2002-248765的日本未審査專利提出 設計一種平坦形狀的壓力室，由此在實現壓力室的高密度布置的同時， 防止驅動效率的退化。發明內容但是，在上述公開文獻中公開的噴頭中，如從圖1和2中清楚地 看出，電連接到驅動信號源的電襯墊被布置為與壓力室的側壁相對， 即，被布置在與壓力室相對的區域外面。因此，在俯視圖中，除用於 壓力室的區域之外，還需要保證用於電襯墊的區域。這對於以高密度 布置壓力室造成了困難。本發明的目的是提供一種有效地允許以高密度布置壓力室的液體 噴頭，以及提供一種製造該液體噴頭的方法。根據本發明的第一方面，提供了一種液體噴頭，包括通道部件、 一個或多個隔膜、多個壓電層、多個單獨電極和多個焊盤。該通道部件包括多個單獨的液體通道和一平面，每個液體通道具有液體噴射開 口和對應於該液體噴射開口的壓力室，並且在該平面上形成多個開口 以露出每個壓力室的內部空間。 一個或多個隔膜被固定到該平面，以 便封閉該開口。多個壓電層相對於沿該平面的方向互相隔開，並形成 在該隔膜上，以便與各個壓力室相對。在各個壓電層上形成多個單獨 電極。多個焊盤被電連接到各個單獨電極，並且多個焊盤距壓電層表 面的高度高於單獨電極距壓電層表面的高度。在更遠離該平面的部分 在每個壓力室的側壁形成突出，由此增加該內部空間沿該平面的長度。 當在垂直於該平面的方向上觀看時，每個焊盤的至少一部分重疊於對 應於該焊盤的壓力室的突出。在第一方面中，在該焊盤放置於該突出上面。與該焊盤放置於與 壓力室相對的區域外面時的情況相比較，這使壓力室能夠以高密度布 置。根據本發明的第二方面，提供一種製造液體噴頭的方法，包括以 下步驟製備包括多個單獨的液體通道和一平面的通道部件，每個液 體通道的具有液體噴射開口和對應於該液體噴射開口的壓力室，並且 在該平面上形成多個開口以露出每個壓力室的內部空間；將一個或多 個隔膜固定到該平面，以便封閉該開口；在該隔膜上放置壓電層，以 便與該壓力室相對；在該壓電層上放置多個單獨電極，以便與各個壓 力室相對；形成電連接到各個單獨電極並且距壓電層表面的高度高於 單獨電極距壓電層表面的高度的多個焊盤；以及將該壓電層分為與各 個壓力室相對的多個部分，且該多個部分相對於沿該平面的方向互相 隔開。在製備通道部件的步驟中，在每個壓力室的側壁上形成突出， 由此在更遠離該平面的部分，增加該內部空間沿該平面的長度，此外 每個開口被安置在多個四邊形區域的每一個內，該平面被多個四邊形 區域切分為柵格。在形成焊盤的步驟中，每個焊盤整體地容納在該四 邊形區域內，以及當在垂直於該平面的方向上觀看時，使每個焊盤的 至少一部分重疊於對應於該焊盤的壓力室的突出，。在第二方面，焊盤被整體地容納在該四邊形區域內。因此，在劃 分的步驟中，該壓電層可以被筆直分開。由此，該壓電層可以被切割 機容易地分開。


從以下結合附圖的描述，將更完全地顯示本發明的其他及更多目 的、特點和優點，其中圖1是示出了包括根據本發明實施例的噴墨頭的噴墨印表機的一 般結構的示意性側視圖；圖2是圖1所示的噴墨頭的沿其寬度取得的剖面圖；圖3是圖2所示的噴頭主體的俯視圖；圖4是圖3中由交替的長短虛線圍繞的區域的放大視圖； 圖5是沿圖4的線V-V取得的剖面圖； 圖6是圖5中由交替長短虛線圍繞的區域的放大視圖； 圖7是圖6所示的致動器的俯視圖；圖8示出了一個致動器組內布置的部分致動器和壓力室的說明性視圖；圖9示出了製造噴頭主體的方法的流程圖；圖IO是對應於圖6的示出了突出的第一變形的視圖；圖11是對應於圖6的示出了突出的第二變形的視圖；圖12是對應於圖6的示出了突出的第三變形的視圖；圖13是對應於圖7的示出了焊盤位置的第一變形的視圖；圖14是對應於圖7的示出了焊盤位置的第二變形的視圖；圖15A示出了單獨電極的變形的俯視圖；以及圖15B是沿圖15A中的線B-B的剖面圖。具體實施方式

在下面，將參考附圖描述本發明的特定優選實施例。如圖1所示，根據本發明實施例的噴墨印表機101是包括四個噴 墨頭1的彩色噴墨印表機。噴墨印表機101分別具有在圖1中的左右部分的送紙託盤11和出紙託盤12。在噴墨印表機101中，紙張P通過 紙張運輸路徑從送紙託盤11傳送到出紙託盤12。在夾住該紙張P的同 時，從送紙託盤11饋送紙張P到圖1中的右側的一對輸紙輥5a和5b 被直接地設置送紙託盤11的下遊。在紙張輸送路徑的中間設置有帶式輸送機構13。該帶式輸送機構 13包括兩個皮帶輥6和7、輥6和7之間纏繞的環形輸送帶8以及位 於由輸送帶8圍繞的區域中並位於與噴墨頭1相對位置的壓紙巻筒15。 壓紙巻筒15支撐輸送帶8，以防止輸送帶8在與噴墨頭1相對的圖像 形成區中向下彎曲。在與皮輥7相對的位置布置壓輥4。壓輥4將通過 輸紙輥5a和5b已經從送紙託盤11饋送出的紙張P，擠壓到輸送帶8 的外表面8a上。因為在圖1中皮帶輥6通過傳送電機(未示出)順時針方向旋轉， 輸送帶8沿箭頭X的行進。結果，保持在外表面8a上的同時，通過壓 輥4擠壓到輸送帶8的外表面8a上的紙張P朝著出紙託盤12的方向 傳送。相對於紙輸送路徑，剝離板14被直接地設置在皮輥6的下遊。剝 離板14將在輸送帶8的外表面8a上保持的紙張P剝離離開外表面8a 並朝著出紙託盤12的方向送出紙張P。四個噴墨頭1相對於紙張輸送方向被平行布置，分別噴射品紅色 墨水、黃色墨水、青色墨水以及黑色墨水。因此，噴墨印表機101是 線型印表機。每個噴墨頭1在其下端具有噴頭主體2。噴頭主體2具有 在垂直於紙張輸送方向的方向上延伸的長方體形狀。噴頭主體2的下 表面用作與外表面8a相對的墨水噴出表面2a。當由輸送帶8傳送的紙 張P依次正好在四個噴頭主體2a通過時，從噴頭主體2的墨水噴出表面2a朝向紙張P的表面噴出各種顏色的墨水，以便在紙張P的表面上 形成希望的彩色圖像。接下來，將描述噴墨頭l。如圖2所示，設置在噴墨頭1的下端的噴頭主體2包括通道單元 9和四個致動器組21 (在圖3中用實線和在圖4中用交替的一長和兩 短虛線圖示的區域)。如圖3和4所示，在對應於每個致動器組21的 通道單元9的上表面9a的區域中，以矩陣形成多個壓力室110。在通 道單元9的下表面，即，噴墨表面2a，對應於每個致動器組21的區域 用作以矩陣布置多個噴嘴108的噴墨區域。每個噴嘴108的遠端形成 噴墨開口。多個噴嘴108被布置為對應於各個壓力室110。致動器組 21包括為各個壓力室110分別設置的多個致動器21a。致動器21a有選 擇地施加噴射能量到壓力室110中包含的墨水。致動器21a被固定到通 道單元9的上表面，由此每個致動器21a閉合相應壓力室110的開口(參 見圖5)。再次參考圖2， COF (薄膜覆晶封裝)50的一端被固定在每個致 動器組21中包括的所有致動器21a的上表面上方。COF 50的每個端子 (未示出)被電連接到每個致動器21a。 COF50是安裝有驅動器IC52 的扁平型柔性電路板。COF50的另一端被電連接到控制板54。控制板 54通過驅動器IC 52控制致動器21a的驅動。驅動器IC 52產生用於驅 動致動器21a的驅動信號。提供墨水到通道單元9的貯存器單元71被固定到噴頭主體2的上 表面。致動器組21、貯存器單元71、 COF 50和控制板54由側蓋53 和頂蓋55覆蓋。側蓋53是金屬板，並在通道單元9的縱向上延伸。 側蓋53被固定到接近通道單元9的兩橫向端部的通道單元9的上表面。 頂蓋55被固定到兩個側蓋53的上端部，以便遍布在兩個側蓋53上。貯存器單元71包括互相層疊的四個板91、 92、 93和94。在貯存 器單元71內，形成墨水流入通道(未示出)、墨水貯存器61和十個墨 水流出通道62 (在圖2中僅僅示出其中一個)，以便互相連通。來自如 墨水槽的墨水供應源(未示出)的墨水流入墨水流入通道中。墨水貯 存器61在其中臨時地貯存墨水。墨水流出通道62經由十個墨水供應 開口 105b與通道單元9連通，墨水供應開口 105b形成在通道單元9 的上表面上(參見圖3)。從墨水供應源提供的墨水順序地通過墨水流 入通道、墨水存貯器61以及墨水流出通道62，然後該墨水通過墨水供 應開口 105b提供到通道單元9。板94的下表面被製得不平坦，以便在 板94和COF 50之間呈現間隙。COF 50在側蓋53和存貯器單元71之間向上延伸，並且其另一端 被連接到安裝在控制板54的連接器54a。驅動器IC 52通過粘附到存 貯器單元71側面的海綿體82偏向於側蓋53，並被固定到側蓋53，插 入有散熱片81。接下來，將參考圖3， 4， 5， 6， 7和8更詳細地描述噴頭主體2。 如上所述，噴頭主體2包括通道單元9和四個致動器組21(參見圖3)。 這裡，在圖3和4中，致動器組21中包括的致動器21a未被示出，僅 僅示出了致動器組21的區域。雖然因為孔112和噴嘴108分別形成在 通道單元9內和通道單元9的下表面上，所有它們實際應該用虛線圖 示，但是在圖4中，利用實線圖示孔112和噴嘴108。通道單元9具有長方體形狀，並且其俯視圖大致與存貯器單元71 的板94相同。如圖3所示，在通道單元9的上表面9a上設置總共十個 對應於存貯器單元71 (參見圖2)的墨水流出通道62的墨水供應開口 105b。在通道單元9內形成與墨水供應開口 105b連通的歧管通道105， 以及從歧管通道105分支的副歧管通道105a。在本實施例中，如圖4所示，以規則間隔布置的多個壓力室形成在通道單元9的縱向上延伸的多行壓力室110，並且在一個致動器組 21中有十六行壓力室110。當壓力室行更靠近致動器組21的梯形區域 的較長邊(下底)時，壓力室行中包括的壓力室110的數目增加，而 當壓力室行更靠近致動器組21的梯形區域的較短邊(上底)時，壓力 室行中包括的壓力室110的數目減小。噴嘴108的情況也如此。在俯視圖中，每個壓力室IIO具有菱形形狀，該菱形形狀具有圓 潤的拐角。菱形形狀的較長對角線平行於通道單元9的橫向方向。每 個壓力室110的一端對應於與噴嘴108連通的壓力室110的一個銳角部 分，並且其另一端對應於通過孔112與副歧管通道105a連通的另一銳角部分。如圖5所示，通道單元9包括由如不鏽鋼的金屬製成的九個板， 即，從頂部依次是空腔板122、底板123、孔板124、電源板125、三 個歧管板126， 127， 128、蓋板129以及噴嘴板130。在俯視圖中，每 個板122至130具有在主掃描方向上延伸的矩形形狀。空腔板122是其中形成多個大致平行四邊形開口的金屬板，該開 口用作壓力室110。底板123是其中形成將空腔板122的每個壓力室110 連接到孔112的連通孔和將每個壓力室IIO連接到噴嘴108的連通孔的 金屬板。孔板124是其中形成孔112的金屬板，每個孔對應於空腔板 122的每個壓力室110。此外，在孔板124中也形成將每個壓力室110 連接到噴嘴108的每個連通孔。供電板125是金屬板，在其中形成每 個對應於空腔板122的每個壓力室110以及每個將孔112連接到副歧管 通道105a的連通孔，以及每個將每個壓力室110連接到噴嘴108的連 通孔。歧管板126， 127和128是其中形成連通孔的金屬板，除副歧管 通道105a之外，每個連通孔還將空腔板122的每個壓力室110連接到 噴嘴10S。蓋板129是其中形成連通孔的金屬板，每個連通孔將空腔板 122的每個壓力室110連接到噴嘴108。噴嘴板130是其中形成孔的金 屬板，每個孔對應於空腔板122的每個壓力室110並用作噴嘴108。板122至130呈層狀放置，由此在通道單元9內形成歧管通道105、 副歧管通道105a和多個單獨墨水通道132。每個單獨墨水通道132通 過用作節流閥的孔112和壓力室110，從副歧管通道105a的出口延伸 到噴嘴108 (參見圖5)。為各個壓力室110分別地設置單獨墨水通道 132。單獨墨水通道132從副歧管通道105a向上延伸，然後在孔112 中水平地延展，然後進一步向上延伸，且因此與壓力室110連通。在 壓力室110中，單獨墨水通道132再次水平地延展，然後傾斜地向下 延伸和略微地遠離孔112，然後垂直向下延伸到噴嘴108。如圖6所示，在空腔板122中形成在剖面圖上具有曲線形狀的突 出51。突出51被設置在對應於在俯視圖中具有菱形形狀的壓力室110 的每個銳角部分附近的部分。由於突出51，壓力室110的內部空間具 有以下形狀，其沿通道單元9的上表面9a的長度(即，圖6中的沿水 平方向的長度)在上表面9a和略微下部之間的區域內最小，而該長度 在更遠離上表面9a的更下部增加。在空腔板122中，突出51指夾在壓 力室110的環形曲面51b和側面51a之間的部分空腔板122。通過在空 腔板122的厚度方向上延伸壓力室110的底板123和側面51a之間的交 叉線，限定環形曲面51b。如圖7所示，在俯視圖中，突出51被限定 為被環形曲面51b的外緣和內緣51al圍繞的區域，內緣51al是側面 51a和上表面9a之間交叉線。接下來，將描述致動器組21。如圖3所示，在主掃描方向中以Z字形圖形布置四個致動器組21， 以便遠離墨水供應開口 105b，每個致動器組21具有梯形區域。致動器 組21的梯形區域的平行對邊在通道單元9的縱向上延伸。每個相鄰致 動器組21的梯形區域的斜邊相對於副掃描方向互相重疊。如圖6所示，致動器組21的每個致動器21a具有四個壓電片41，42， 43和44、單獨電極35、大約2/rni厚度的公共電極34以及圓形形 狀的焊盤37。在最上壓電片41的上表面上形成單獨電極35。在壓電 片41和壓電片41下面布置的壓電片42之間形成公共電極34，以便遍 布壓電板41和42的整個表面。焊盤37被電連接到單獨電極35。在壓 電片42和43之間以及在壓電片43和44之間沒有電極。壓電片41至44由具有鐵電性的鋯鈦酸鉛(PZT)基陶瓷材料制 成。每個壓電片41至44具有約15/rni的厚度，以及具有對應於一個壓 力室110的區域的平行四邊形形狀，如圖7所示。在俯視圖中，整個 壓力室110落入相應的壓電片41至44。單獨電極35和公共電極34由，例如，Ag-Pd基金屬材料製成。 如圖7所示，單獨電極包括主電極部分36和延伸部分38。在俯視圖中， 主電極部分36具有類似於但是略微地小於壓力室110的大致平行四邊 形形狀。延伸部分38是在主電極部分36的縱向上從主電極部分36的 一個銳角部分延伸的部分。主電極部分36被放置在與相應壓力室110 相對的區域內。延伸部分38從主電極部分36的一端延伸到不與壓力 室110相對的區域。主電極部分36和延伸部分38具有大約的厚 度。焊盤37由包括例如玻璃粉的金製成，並且具有大約160/im的直 徑。焊盤37被結合到延伸部分38的遠端的表面上。因此，焊盤37距 壓電片41表面的高度高於主電極部分36和延伸部分38距壓電片41 表面的高度(參見圖6)。 COF50的端子(未示出)被按壓結合到每個 焊盤37。在俯視圖中，整個焊盤37重疊於突出51。每個公共電極34和單獨電極35，通過在COF 50上設置的導線， 連接到驅動器IC 52 (參見圖2)。保持在地電位的信號從驅動器IC 52 提供到公共電極34。根據將被印刷的圖像圖形，交替地採用地電位和 正電位的驅動信號被從驅動器IC 52提供到單獨電極35。這裡，將描述致動器21a的驅動模式。壓電片41在其厚度方向上 被極化。即，致動器21a具有所謂的單壓電晶片(imimorph)結構，其 中距壓力室110最遠的壓電片41是包括有源部分的層，以及靠近壓力 室110下面的三個壓電片42至44是無源層。當單獨電極35被設置為 預定正或負電位，以便在厚度方向上的電場被施加到夾在單獨電極35 和公共電極34之間的壓電片41的有源部分時，因為橫向壓電效應， 有源部分在垂直於厚度方向的方向上縮短，即，在其平面方向上。另 一方面，由於壓電片42至44未受電場影響，它們不單獨變形。因此， 在上壓電片41的平面方向中的變形和下壓電片42至44的平面方向中 的變形之間發生差異。結果，壓電片41至44總體上變形為朝向壓力 室110 (即，單壓電晶片形變)凸出的凸面形狀。這裡，壓電片41至 44被固定到限定壓力室110的空腔板122的上表面。因此，對應於有 源部分的壓電片41至44的區域變形為朝向壓力室110凸出的凸面形 狀。這種形變減小了壓力室110的容積，換言之，因此壓力噴射能量 被施加到壓力室110中包含的墨水。因此，墨滴從噴嘴108噴出。然 後，當單獨電極35返回到與公共電極34相同的電位時，壓電片41至 44恢復它們的原始形狀，並且壓力室110恢復其原始容積。因此，墨 水從歧管通道105吸收到壓力室110中。在另一種可能的驅動方法中，單獨電極35被預先保持不同於公共 電極34電位的電位。基於每個噴射請求，單獨電極35被一度設置在 與公共電極34相同的電位，然後，在預定時間，單獨電極35被再次 設置為不同於公共電極34電位的電位。在此情況下，在初始狀態中， 對應於有源部分的壓電片41至44的區域變形為朝向壓力室110凸出 的凸面形狀。當發出噴射請求時，在單獨電極35和公共電極34具有 相同電位時，壓電片41至44恢復它們的原始平面形狀，因此與初始 狀態相比較，壓力室110的容積增加。結果，墨水從歧管通道105吸 收到壓力室110中。然後，在單獨電極35被再次設置為不同於公共電 極34電位的電位時，對應於有源部分的壓電片41至44區域變形為朝向壓力室110凸出的凸面形狀，以減小壓力室110的容積，且因此提高 由此噴出的墨水的壓力。圖8示出了布置在一個致動器組21內的部分致動器21a和壓力室 110的說明性視圖。平行四邊形區域10是通過以網格圖形切分通道單 元9的上表面9a獲得的虛擬區域。在每個區域10內布置壓力室110 和對應於各個壓力室110的致動器21a。在俯視圖中，致動器21a中包 括的壓電片41至44具有大致與由區域IO的外緣限定的形狀相同的平 行四邊形形狀。相鄰致動器21a的壓電片41至44以一 定距離互相隔開。 在俯視圖中，致動器21a以矩陣來布置，以便對應於壓力室110。焊盤 37被布置在兩個相鄰致動器21a的主電極部分36之間的位置。如上所述，在本實施例的噴墨頭1中，在突出51上面布置焊盤 37，如圖6所示。與在與壓力室110相對的區域外面布置焊盤37時相 比較(即，當在圖6中的曲面51b的左側上布置焊盤37時)，這使得 能夠以高密度布置壓力室110。在壓電片41至44遍布在多個壓力室110上的情況下， 一旦施加 電壓，與單獨電極35相對的壓電片41至44的區域以及焊盤37變形， 導致相鄰壓力室110之間的串擾。但是，在本實施例中，由於與一個 壓力室110相對的壓電片41至44和與另一壓力室110相對的壓電片 41至44隔開，因此幾乎不發生串擾。因此，即使當與相鄰壓力室IIO 連通的噴嘴108同時噴出墨水時，希望數量的墨水以希望的墨水噴射 速度從每個噴嘴108噴出。因此，列印質量被提高。此外，在俯視圖中，焊盤37重疊於突出51。由此，在將COF50 的端子結合到焊盤37中，在將壓電片41至44固定到通道單元9中， 等，施加到焊盤37的壓力被傳遞到突出51，使壓電片41至44很難被 損壞。如果，例如，為了可以以高密度布置壓力室110，在更靠近主電 極部分36並且不重疊於突出51的位置布置焊盤壓力室110之間僅僅存在四個壓電片41至44。在此情況下，在將壓電 片41至44固定到通道單元9中等，為了防止由將COF 50的端子結合 到焊盤37中施加的壓力導致的損壞，因為由陶瓷材料製成的壓電片41 至44是易碎的，必須施加減小的壓力。結果，焊盤37和COF50的端 子之間，或壓電片41至44和通道單元9之間的結合強度不夠高。但 是，在本實施例中，在焊盤37和壓力室110之間不僅存在壓電片41 至44，而且存在突出51。因此，通過突出51的厚度，剛性增加，和 壓電片41至44變得不可損壞。結果，在足夠的壓力下，焊盤37和COF 50的端子或壓電片41至44以及通道單元9可以被牢固地互相結合。如果，例如，部分焊盤37不重疊於突出51，而是重疊於壓力室 110，那麼在將COF50的端子結合到焊盤37中，在將壓電片41至44 固定到通道單元9中，等等，與不具有突出51的壓力室110的區域相 對的部分壓電片41至44很可能被損壞。但是，在本實施例中，但是 在俯視圖中，焊盤37沒有不重疊於突出51而重疊於壓力室110的部 分，如圖7所示。因此，壓電片41至44更難被損壞，它們可以以足 夠的壓力被穩固地互相結合。此外，由於焊盤37不重疊於超出突出51 的壓力室110，壓電片41至44的變形幾乎不被阻礙。此外，在本實施例中，在俯視圖中，整個焊盤37重疊於突出51。 與部分焊盤37位於突出51之外時(在圖6中的曲面51b的左側)相 比較，這使得壓力室110能夠以更高的密度布置。此外，在俯視圖中，整個壓力室110落入壓電片41至44內，並 且在設置焊盤37的一個頂點，壓力室110具有平行四邊形形狀。這允 許壓力室110被有效地布置在通道單元9的上表面，以便以更高的密 度布置壓力室110。突出51形成在壓力室110的每個墨水入口和墨水出口，艮卩，分別 與孔112和噴嘴108的連通孔連通的壓力室110的每個銳角部分。結果，墨水可以流暢地流入和流出壓力室110，因此氣泡難於停留在壓力室110內。即使產生氣泡，它們被容易地排出壓力室110。壓力室110內 存在的氣泡可能導致從每個噴嘴108噴出的墨水變化，這會降低列印 質量。在上述結構中，這種問題可以被減輕。對應於突出51的壓力室110的側面51a具有如圖6所示的曲線形 狀。結果，墨水可以流暢地流入和流出壓力室110，因此氣泡更難於停 留在壓力室110內。即使產生氣泡，它們被更容易地排出壓力室110。接下來，將參考圖9描述本實施例的製造噴墨頭1的方法。圖9 示出了製造噴墨頭1中包括的磁頭主體2的方法的流程圖。首先，分別地製備通道單元9和梯形部件，該梯形部件是致動器 組21的前體。為了製備通道單元9，首先，由如不鏽鋼的金屬製成的九個板的 每一個利用構圖光刻膠的掩模來蝕刻，以便在其中形成孔。因此，板 122至130被製備(Sl)。此時，刻蝕用作空腔板122的板，由此在多 個平行四邊形區域10的每一個區域內形成作為壓力室110的開口，多 個平行四邊形區域IO被假定在該板的表面(參見圖8)。更具體地說， 通過利用兩個掩模，在一個表面上執行刻蝕兩次，形成壓力室110的 側面51a， g卩，具有相對較小孔的掩模(抗蝕劑膜)，對應於圖7所示 的內緣51al，以及具有相對較大孔的掩模(抗蝕劑膜)，對應於曲面51b 的外緣。通過執行刻蝕，由此在側面51a可以容易地形成具有上述形狀 的突出51。然後，通過插入環氧熱固性粘合劑，以層狀放置板122至130， 同時其被互相定位，以便形成圖5所示的單獨墨水通道132。然後，在 壓力下加熱它們直到等於或高於熱固性粘合劑的固化溫度的溫度。結 果，熱固性粘合劑被固化，以將板122至130互相固定。因此，可以獲得通道單元9。為了製備梯形部件，該梯形部件是致動器組21的前體，首先，制 備由壓電陶瓷製成的四個生片(green sheet)。考慮到將由預先燒結引 起的估計收縮量，製備該生片。在兩個生片上，在單獨電極35和公共 電極34的圖形上絲網印刷導電膏。然後，放置兩個未印刷的生片，同 時使用夾具互相定位生片。在其上放置印刷有公共電極34的圖形的生 片，印刷側向上。此外，在其上放置印刷有單獨電極35的圖形的生片， 印刷側向上(S3)。因此類似於已知的制陶瓷工藝，S3中獲得的層狀結構被去汙，並 在預定溫度下燒結(S4)。因此，四個生片轉變為壓電片41至44，以 及導電膏轉變為單獨電極35和公共電極34。然後，在每個單獨電極 35的延伸部分38上印刷包括玻璃粉的金，以形成多個焊盤37 (S5)。 結果，獲得具有在其最上表面上形成的多個單獨電極35和焊盤37和 在其內部形成的公共電極34的板部件。然後，沿梯形形狀切割該板部 件，該梯形形狀對應於致動器組21的區域(S6)。以此方式，獲得四 個梯形部件，該梯形部件是致動器組21的前體。然後，在圖3所示的致動器組21的區域，在插入有熱固性粘合劑 的通道單元9的上表面9a上分別布置四個梯形部件(S7)。此時，該 梯形部件被互相定位，由此單獨電極35與各個壓力室IIO相對，每個 焊盤37被全部容納在平行四邊形區域10內，並且焊盤37重疊於突出 51。然後，在梯形部件上放置諸如陶瓷加熱器的加熱和加壓器件，以 便被焊盤37支撐，以施加壓力到通道單元9和梯形部件的層狀結構， 同時加熱直到溫度等於或高於熱固性粘合劑(S8)的固化溫度。在S9 中，該層狀結構被自冷卻，然後，使用切割機，將該梯形部件切分為 圖8所示的多個平行四邊形區域10 (SIO)。因此，該梯形部件被分為致動器組21中包括的多個致動器21a。因此形成相對於平面方向互相 隔開的致動器21a，每個致動器21a與壓力室110相對並且封閉壓力室 110的開口。通過上述步驟，完成噴頭主體2。此後，在焊盤37上塗敷熱固性 導電粘合劑。COF50上形成的端子和焊盤37被放置為互相重疊，以及 在COF 50被加熱並朝向噴頭主體2按壓的這些狀態中，由此將它們互 相結合。此外，存貯器單元71被固定到通道單元9的上表面9a，因此 完成噴墨頭1。如至此描述，在本實施例的製造噴墨頭的方法中，由於焊盤37被 全部容納在平行四邊形區域10內，如圖8所示。因此，在S10中，梯 形部件可以被筆直地分開為柵格。例如，如果焊盤37被布置跨過相鄰 的平行四邊形區域10，那麼不可能將梯形部件筆直的分為柵格，並且 S10中執行的工序變得困難。但是，在本實施例中，梯形部件可以被切 割機容易地分開。由於製備通道單元9的步驟和製備梯形部件的步驟被互相獨立地 執行，其中梯形部件是致動器組21的前體，他們中的任何一個步驟可 以在另一個步驟之前，或者它們可以同時執行。作為製造方法的變形，可能的是，在該梯形部件被固定在通道單 元9上之後，在壓電片41上形成單獨電極35和/或焊盤37。也可以是 在通道單元9上順序地放置壓電片41至44並燒結。在固定梯形部件 到通道單元9上之前可以先分開該梯形部件，並且將通過該劃分獲得 的致動器21a分別固定到通道單元9上。接下來，將參考圖10， 11和12描述突出的變形。沒有特殊說明 時，如上所述的相同部件將由相同的附圖標記表示。在圖10所示的變形中，在通道單元9的上表面9a略微下面的位置，最大突出151的突出量最大，以及在更遠離上表面9a向下的位置該量減小。具有突出151的壓力室110可以通過刻蝕空腔板122的下表面形成，以便形成在與副歧管通道105a連通的連通孔上和與噴嘴108連通的連通孔上延伸的孔151a，此外刻蝕空腔板122的上表面，以便 形成具有形狀類似於孔151a但是小於孔151a的孔151b。通過如此刻蝕空腔板122的兩側，可以在空腔板122中的精確位置形成壓力室110。 因此，可以製造具有精確定位的壓力室110的噴墨頭。這是因為可以同時從空腔板122的兩側控制形成構成壓力室110的兩個孔151a和 151b的位置。除了空腔板122包括兩個片22a和22b之外，圖11所示的變形與圖10所示的變形相同。在片材22a和22b上分別形成孔151a和孔151b。 通過使片材22a和22b互相粘附形成空腔板122，由此孔151a和151b 互相連通，以形成一個孔。如此，空腔板122包括兩個片材22a和22b。 在決定壓力室IIO的側壁形狀中，這提供高自由度。因此，壓力室IIO 的側壁可以容易地形成為不同於圖11所示形狀的形狀。在圖12所示的變形中，空腔板222包括三個片材222a， 222b和 222c。分別具有孔251a, 251b和251c的片材222a至222c呈層狀放置， 以便使孔251a至251c互相重疊。孔251a至251c具有互相類似的大致 平行四邊形形狀。孔251a小於孔251b並且大於孔251c。從片材222b 凸出的最上的部分片材22a用作突出251。儘管片材222c也在與片材222a相同的方向上凸出，但是因為在片材222a和片材222c之間有間隙，施加到焊盤37的壓力被傳遞到片材222a的凸出部分。因此，片材222c不會有助於增加用於結合到COF 50的端子的壓力或用於結合壓 電片41至44到通道單元9的壓力。如類似於圖12所示的變形，空腔板可以包括三個片材，在三個片材當中最上片材具有最大的孔，而較 低的片材具有相同尺寸的孔，或最底下的兩個片材之一具有大於它們的另一個的孔。在任何情況下，朝向壓力室內部凸出的部分接收在層疊和固定致動器COF中施加的壓力，以防止壓力引起損壞致動器。接下來，將參考圖13和14描述焊盤37的位置的變形。沒有特殊 說明時，如上所述的相同部件將由相同的附圖標記表示。在圖13和14所示的變形中，焊盤37部分地、而不全部重疊於突 出51。與圖7所示的實施例中相比，圖13所示的焊盤37被布置更遠 離壓力室IIO。與圖7所示的實施例中相比，圖14所示的焊盤37被布 置更靠近壓力室110。圖13所示的延伸部分38長於圖7所示的延伸部 分38，以及圖14所示的延伸部分38短於圖7所示的延伸部分38。如 此，在俯視圖中至少部分焊盤37重疊於突出51就足夠了。在圖14所 示的結構中，在壓力室110的開口上設置部分焊盤37。為了防止致動 器在層疊和固定致動器和COF中被損壞，優選地，至少焊盤37的中心 處於重疊於突出51的位置。接下來，將參考圖15A和15B描述單獨電極的變形。沒有特殊說 明時，如上所述的相同部件將由相同的附圖標記表示。在圖15A和15B所示的變形中，單獨電極135具有主電極部分136 和延伸部分138。主電極部分136具有在壓力室110的縱向上延伸的U 形形狀。延伸部分138從對應於壓力室110的一個銳角部分的主電極 部分136的部分伸出。主電極部分136被布置為避開壓力室110的中 心。在延伸部分138的遠端表面上形成焊盤137。如上述實施例，在俯 視圖中，焊盤137整體地重疊於突出51。當驅動電壓被提供給單獨電極135時，在極化方向上，即，在厚 度方向上，夾在主電極部分136和公共電極34之間的壓電片41的有 源部分，即，圖15B所示的區域Al的部分，被施加有電場。因為橫向 壓電效應，這使得壓電片41的有源部分在垂直於偏振方向的方向上縮 短，即，在平面方向中縮短。另一方面，由於對應於區域Al的部分壓電片42至44沒有自身變形。因此，上壓電片41的平面方向中的變形 和下壓電片42至44的平面方向中的變形之間發生差異。結果，對應 於區域Al的部分壓電片41至44整體地變形為朝向壓力室110凸出的 凸面形狀。這裡，對應於區域A3的部分壓電片41至44被固定到空腔 板122的上表面上。因此，對應於區域Al的部分壓電片41至44變形， 以致反向於壓力室IIO彎曲。由此，對應於沒有自身變形的區域A2的 部分壓電片41至44也變形，以致反向於壓力室彎曲。結果，如圖15B 所示，與壓力室110相對的部分壓電片41至44朝向與壓力室IIO側面 相對的側面突出地變形。這增加壓力室110的容積，以在壓力室110 內產生負壓力波。在壓力波傳播以沿壓力室110的長度單程傳播並轉 變為正向壓力波時，通過停止向單獨電極135提供電壓，壓電片41至 44恢復它們的原始扁平狀態，並且壓力室110的容積減小。此時，當 壓力室110的容積增加時產生的壓力波，以及壓電片41至44被恢復 它們的原始狀態時產生的壓力波被合成，由此高壓被施加到壓力室110 中包含的墨水以從噴嘴108噴射墨滴。在圖15A和15B所示的變形中，壓力室IIO的容積可以被有效地 改變，並且可以通過較低的驅動電壓來驅動致動器21a。突出的形狀不局限於上述形狀，只要內部空間具有其沿通道單元 9的上表面9a的長度在更遠離上表面9a的部分增加的這種形狀。突出 可以被僅僅設置在壓力室110的墨水入口和墨水出口之一，或者可替 換地可以被設置在不同於入口和出口的部分。在上述實施例中，公共電極34和壓電片42至44用作隔膜，但是 可以採用其他各種隔膜。例如，可以用由導電材料製成的平板代替壓 電片43和44。在此情況下，因為壓電片42是絕緣材料，公共電極34 和平板沒有被電連接。可替換地，也可以省略公共電極34和壓電片42 和43，並且同時用由導電材料製成的平板來代替壓電片44，該導電材 料作為公共電極被用作隔膜。在此情況下，該平板可以被布置在多個壓力室110上方。也可以省略壓電片43和44並且使壓電板42延展遍 布在多個壓力室110上。此時，可以為每個壓力室110分別地形成公共 電極34,或可以形成在多個壓力室IIO上方。壓電片和致動器21a中包括的電極的材料不局限於上述材料。其 他已知的材料可以被使用。作為無源層，可以使用除壓電片以外的絕 緣片。包括有源部分的層數目、無源層的數目等可以適當地改變。單 獨電極和公共電極的數目可以根據壓電片的數目適當地改變。在上述 實施例中，公共電極34被保持在地電位。但是，這不是限制，而只要 公共電極34的電位與壓力室IIO相同。儘管在上述實施例中，無源層 被布置為比包括有源部分的層更靠近壓力室110，但是包括有源部分的 層可以被布置為比無源層更靠近壓力室110，或可替換地可以不設置無 源層。但是，通過在比包括有源部分的層更靠近壓力室110的側面設 置無源層，如上述實施例，可以預期的是致動器21a高效地變形。在上述實施例中，包括多個致動器21a的致動器組21以Z字形圖 形布置。但是，致動器組21可以以單行布置，或以具有三行或更多行 的Z字形圖形布置。致動器組21的區域不必需具有梯形形狀。此外， 不必需致動器21a形成組。壓力室110和對應於各個壓力室110的單獨電極35不必需以矩陣 布置，而是可以以單行布置。在俯視圖中壓力室110和單獨電極35不必需具有平行四邊形形 狀。各種形狀是可接受的。容納壓力室110的區域IO可以不必需具有 平行四邊形形狀，而是可以具有各種形狀。根據本發明的噴墨頭不局限於行式印表機，並且可以被應用於具 有往復噴頭的串行印表機。此外，根據本發明的噴墨頭的應用不局限 於印表機，它也可應用於噴墨型傳真或複印機等等。儘管結合上面概述的具體實施例描述了本發明，但是本領域的技 術人員應當明白，許多替換、變形和變化是顯而易見的。由此，如上 面闡述的本發明的優選實施例說明性的，而不是限制。在不脫離權利 要求限定的本發明的精神和範圍的條件下，可以進行各種改變。
權利要求
1.一種液體噴頭，包括通道部件，包括多個單獨的液體通道和一平面，每個所述液體通道具有液體噴射開口和對應於所述液體噴射開口的壓力室，並且在所述平面上形成有多個開口，以露出每個壓力室的內部空間；一個或多個隔膜，被固定到所述平面以便封閉所述開口；多個壓電層，相對於沿所述平面的方向互相隔開，並且形成在所述隔膜上，以便與各個壓力室相對；多個單獨電極，形成在各個壓電層上；以及多個焊盤，被電連接到各個單獨電極並且所述多個焊盤距所述壓電層的表面的高度高於所述單獨電極距所述壓電層的表面的高度，其中在更遠離所述平面的部分在每個壓力室的側壁形成突出，由此增加所述內部空間沿所述平面的長度；以及當在垂直於所述平面的方向上觀看時，每個焊盤的至少一部分重疊於對應於所述焊盤的壓力室的所述突出。
2. 根據權利要求1的液體噴頭，其中當在垂直於所述平面的方向 觀看時，所述焊盤沒有不重疊於所述突出而重疊於所述壓力室的部分。
3. 根據權利要求2的液體噴頭，其中當在垂直於所述平面的方向 觀看時，所述焊盤整體地重疊於所述突出。
4. 根據權利要求1至3的任意一項的液體噴頭，其中當在垂直於 所述平面的方向觀看時，所述壓力室整體地被容納在與其對應的壓電 層內。
5. 根據權利要求1至4的任意一項的液體噴頭，其中當在垂直於 所述平面的方向觀看時，在設置對應於所述壓力室的所述焊盤的一個頂點處，所述壓力室具有四邊形形狀。
6. 根據權利要求1至5的任意一項的液體噴頭，其中在所述壓力 室的液體入口和液體出口的至少一個上形成所述突出。
7. 根據權利要求6的液體噴頭，其中在所述壓力室的所述液體入 口和所述液體出口處都設置所述突出。
8. 根據權利要求6或7的液體噴頭，其中對應於所述突出的所述 壓力室的所述側壁具有曲線形狀。
9. 一種製造液體噴頭的方法，包括以下步驟 製備包括多個單獨的液體通道和一平面的通道部件，每個所述液體通道具有液體噴射開口和對應於所述液體噴射開口的壓力室，並且在所述平面上形成有多個開口，以露出每個壓力室的內部空間； 將一個或多個隔膜固定到所述平面，以便封閉所述開口； 在所述隔膜上放置壓電層，以便與所述壓力室相對； 在所述壓電層上放置多個單獨電極，以便與各個壓力室相對； 形成電連接到各個單獨電極的多個焊盤，並且所述焊盤距所述壓電層的表面的高度高於所述單獨電極距所述壓電層的表面的高度；以及將所述壓電層分為與各個壓力室相對的，並且相對於沿所述平面 的方向互相隔開的多個部分， 其中在製備所述通道部件的步驟中，在更遠離所述平面的部分，在每 個壓力室的側壁上形成突出，由此增加所述內部空間沿所述平面的長 度，此外每個開口被安置在多個四邊形區域的每一個內，所述多個四 邊形區域將所述平面切分為柵格；以及在形成焊盤的步驟中，每個焊盤整體地容納在所述四邊形區域內， 以及當在垂直於所述平面的方向上觀看時，每個焊盤的至少一部分重 疊於對應於所述焊盤的壓力室的所述突出。
全文摘要
一種液體噴頭包括其中形成單獨的液體通道的通道部件、固定到該通道部件的平面的隔膜、形成在該隔膜上的壓電層、形成在各個壓電層上的單獨電極、電連接到各個單獨電極的焊盤。該焊盤距壓電層的表面的高度高於該單獨電極距壓電層的表面的高度。每個單獨的液體通道具有液體噴射開口和壓力室，其中在該平面上露出該壓力室的內部空間。在更遠離該平面的部分，在每個壓力室的側壁形成突出，由此增加該壓力室的內部空間沿該平面的長度。當在垂直於該平面的方向觀看時，焊盤的至少一部分重疊於該突出。
文檔編號B41J2/16GK101274521SQ200810090738
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月31日 優先權日2007年3月29日
發明者渡邊英年 申請人:兄弟工業株式會社