CN104070801B

CN104070801B - 液体喷头以及液体喷射装置

Info

Publication number: CN104070801B
Application number: CN201410099927.5A
Authority: CN
Inventors: 张俊华
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-03-18
Also published as: US9073320B2; JP2014188899A; US20140292944A1; JP6123998B2; CN104070801A

Abstract

本发明提供进一步提高运转效率的液体喷头。该液体喷头是具备多个填充有墨水的压力产生室（21）、和通过在该压力产生室（21）内对墨水赋予压力而使墨滴经由与各压力产生室（21）对应地设置的喷嘴开口（34）排出的压电元件（40）的喷墨式记录头（10），压力产生室（21）为下述形状：与将压电元件（40）的至少一部分向压力产生室（21）之外引出的引出方向侧相比，压电元件（40）容易在其相反侧变形。

Description

液体喷头以及液体喷射装置

技术领域

本发明涉及从喷嘴开口喷射液体的液体喷头以及液体喷射装置，尤其是涉及作为液体排出墨水的喷墨式记录头以及喷墨式记录装置。

背景技术

作为液体喷头的一个例子亦即喷墨式记录头，例如有的具备：致动器单元，其设有压电元件以及压力产生室；和流路单元，其具有设有与压力产生室连通并排出墨水的喷嘴开口的喷嘴板、以及设有成为压力产生室的共用的墨水室的歧管的歧管形成基板。

这种喷墨式记录头中的压力产生室的形状通常形成为矩形，但还提出有具有下述形状的压力产生室的喷墨式记录头，即，发挥高驱动效率这一优点的同时减小电极极板部对驱动部挠曲变形的约束而实现驱动效率的提高的形状（参照专利文献1）即圆形；为了降低构造的串扰，作为与大致平行四边形的独立电极对应的形状（参照专利文献2）而形成为平行四边形形状。此外，此处所述的压力产生室的形状是指，被投影在与形成有喷嘴开口的喷嘴板平行的平面上的压力产生室的形状（以下，在本说明书中相同）。

专利文献1：日本特开2002-248765号公报

专利文献2：日本特开2007-237746号公报

然而，如果提高压电元件的位移效率，则因电极极板引起的故障产生的可能性升高。

此外，这种问题不仅存在于喷墨式记录头，也同样存在于喷射除墨水以外的液体的液体喷头。

发明内容

本发明鉴于上述情况，提供进一步提高运转效率的液体喷头以及液体喷射装置。

解决上述课题的本发明的方式在于液体喷头，其特征在于，具备：多个填充有液体的压力产生室；和压电元件，通过在该压力产生室内对上述液体赋予压力而使液滴经由与各压力产生室对应地设置的喷嘴开口排出，上述压力产生室为下述形状：与将上述压电元件的至少一部分向上述压力产生室之外引出的引出方向侧相比，上述压电元件容易在其相反侧变形。

根据本方式，以与向压力产生室之外引出的引出方向侧相比压电元件容易在其相反侧变形的方式形成压力产生室的形状，因此能够使压电元件良好地位移，从而能够增大上述相反侧即与喷嘴开口对应的区域的位移效率。同时，能够有效地防止引出侧位移的急剧增大。其结果是，不仅能够缓和应力集中，还能够同时实现压电元件的位移效率的提高和长寿命化。另外，还能够有效地防止串扰。

此处，优选为，上述压力产生室为下述形状：距将上述压电元件的至少一部分向上述压力产生室之外引出的引出方向侧的端部离开规定距离的内侧处的、且与上述引出方向正交的方向上的、上述压力产生室的宽度，比距与上述压力产生室的上述引出方向相反的一侧的端部离开上述规定距离的内侧处的、且上述正交的方向上的、上述压力产生室的宽度窄。

此时，由于使引出方向侧的端部的宽度变窄，所以能够可靠地防止引出侧位移的急剧增大。其结果是，能够缓和应力集中。

另外，上述压电元件能够构成为具有多个压电元件所共用的共用电极、压电体层以及针对每个压电元件设置的独立电极，上述引出方向为将上述独立电极向上述压力产生室之外引出的方向。并且，优选为上述独立电极形成为与各压力产生室的形状对应的形状。此时，能够高效率地使压电元件的位移作用于压力产生室内的液体。另外，上述独立电极还能够形成为矩形。

上述压力产生室能够以形成为在与上述引出方向正交的方向亦即上述压力产生室的并列设置方向上邻接的上述压力产生室所对应的上述喷嘴开口的位置，在上述引出方向上错开的交错配置的方式构成。此时，由于喷嘴开口交错配置，所以能够容易实现喷嘴开口的高密度化。

并且，上述压力产生室还能够配设为：在上述并列设置方向上邻接的压力产生室中的一个，在与该压力产生室相互邻接的其他的压力产生室之间，使上述引出方向形成在与所述邻接的其他压力产生室的上述引出方向相反的一侧。在这种情况下也能够使邻接的压力产生室间的间隔变窄而实现高密度化。

另外，本发明也可以使压力产生室为矩形，并且仅将包括经由连接配线与电极极板形成为一体的上电极膜在内的压电元件的形状如上所述地形成为各形状。即，本发明的其他的方式在于液体喷头，其特征在于，具备：多个填充有液体的压力产生室；和压电元件，通过在该压力产生室内对上述液体赋予压力而使液滴经由与各压力产生室对应地设置的喷嘴开口排出，上述上电极膜为下述形状：与将其至少一部分向上述压力产生室之外引出的引出方向侧相比，上述压电元件容易在其相反侧变形。

根据本方式，对于位移效率的提高以及应力集中的缓和，也能够获得与使压力产生室形成为上述方式所示的形状的情况相同的效果。

此处，优选为，上述上电极膜为，距将其至少一部分向上述压力产生室之外引出的引出方向侧的端部离开规定距离的内侧处的、且与上述引出方向正交的方向上的、上述上电极膜的宽度，比距与上述引出方向相反的一侧的端部离开上述规定距离的内侧处的、且上述正交的方向上的、上述上电极膜的宽度窄的形状。另外，以上述压电元件具有多个压电元件所共用的共用电极、压电体层以及针对每个压电元件设置的独立电极，上述引出方向为将上述独立电极向压力产生室之外引出的方向的方式构成的情况、以形成为在与上述引出方向正交的方向亦即上述压力产生室的并列设置方向上邻接的上述压力产生室所对应的上述喷嘴开口的位置在上述引出方向上错开的交错配置的方式构成的情况、以及以将上述压力产生室配设为，在上述并列设置方向上邻接的压力产生室中的一个在该压力产生室相互邻接的其他压力产生室之间，使上述引出方向形成在与上述邻接的其他压力产生室的上述引出方向相反的一侧的方式构成的情况等也能够任意地进行。

本发明的其他方式的液体喷射装置的特征在于，具备如上所述的液体喷头。

根据本方式，能够实现提高了液体喷射特性的液体喷射装置。

附图说明

图1是本发明的实施方式的记录头的剖视图。

图2是本发明的实施方式的记录头的主要部位俯视图。

图3是用于对压力产生室的形状进行说明的主要部位俯视图。

图4是用于对压力产生室的形状进行说明的主要部位俯视图。

图5是用于对压力产生室的形状进行说明的主要部位俯视图。

图6是用于对压力产生室的形状进行说明的主要部位俯视图。

图7是本发明的其他实施方式的记录头的剖视图。

图8是用于对图7所示的情况的压力产生室的形状进行说明的主要部位俯视图。

图9是本发明的一个实施方式的喷墨式记录装置的概略图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式详细地进行说明。

图1是喷墨式记录头的剖视图，表示本发明的实施方式的液体喷头的一个例子，图2是喷墨式记录头的主要部位俯视图。

如两图所示，本实施方式的喷墨式记录头10由致动器单元20、供该致动器单元20固定的流路单元30构成。

致动器单元20是具备压电元件40的致动器装置，具有形成有压力产生室21的流路形成基板22、设于流路形成基板22的一面侧的振动板23、以及设于流路形成基板22的另一面侧的压力产生室底板24。

流路形成基板22例如由具有150μm左右的厚度的氧化铝（Al₂O₃）、氧化锆（ZrO₂）等陶瓷板构成，在本实施方式中，多个压力产生室21沿其宽度方向并列设置。而且，在该流路形成基板22的一面，例如固定有由厚度10～12μm的不锈钢（SUS）薄板构成的振动板23，压力产生室21的一面由该振动板23密封。此处，如图2所明示那样，本方式中的压力产生室21形成为，与将压电元件40的至少一部分向压力产生室21之外引出的引出方向侧（图2的右侧）相比，压电元件40容易在其相反的一侧（图2的左侧）变形的形状，同时形成为上述引出方向侧的端部的宽度变窄的形状。关于上述压力产生室21的形状之后进行详述。

在流路形成基板22的一面，固定有由例如厚度10～12μm的不锈钢（SUS）薄板构成的振动板23，压力产生室21的一面由该振动板23密封。压力产生室底板24固定于流路形成基板22的另一面侧并对压力产生室21的另一面进行密封，并且具有设于压力产生室21的长度方向的一端部附近并将压力产生室21与后述的歧管连通的供给连通孔25、和设于压力产生室21的长度方向的另一端部附近并与后述的喷嘴开口34连通的喷嘴连通孔26。而且，压电元件40分别设于振动板23上的与各压力产生室21对置的区域。

此处，各压电元件40由设于振动板23上的下电极膜41、针对各压力产生室21独立设置的压电体层42、与各压电体层42对应地设于其上表面的独立电极亦即上电极膜43、位于压力产生室21的外部的电极极板44、以及将上电极膜43与电极极板44连接的配线亦即连接配线45构成。此处，上电极膜43、电极极板44以及连接配线45形成为一体。而且，电极极板44以与连接配线45相比从振动板23高高地突出的方式形成。压电体层42通过粘贴由压电材料构成的印刷电路基板而形成，或通过印刷而形成。另外，下电极膜41被设置为遍及并列设置的压电体层42而成为各压电元件40的共用电极，作为振动板的一部分发挥功能。当然，也可以针对各压电体层42设置下电极膜41。

此外，致动器单元20的各层亦即流路形成基板22、振动板23以及压力产生室底板24，将粘土状的陶瓷材料即所谓的印刷电路基板成形为规定的厚度，并例如在贯穿设置压力产生室21等后层叠并烧制，从而形成为一体而不需要粘合剂。而且，之后，在振动板23上形成压电元件40。

另一方面，流路单元30由与致动器单元20的压力产生室底板24接合的液体供给口形成基板31、形成有成为多个压力产生室21的共用墨水室的歧管32的歧管形成基板33、设于歧管形成基板33的与液体供给口形成基板31相反的一侧的基板50、以及形成有喷嘴开口34的喷嘴板35构成。

液体供给口形成基板31由厚度60μm的不锈钢（SUS）薄板构成，并构成为贯穿设置有将喷嘴开口34与压力产生室21连接的喷嘴连通孔36、以及与前述的供给连通孔25一起将歧管32与压力产生室21连接的液体供给口37，另外，设有与各歧管32连通并供给来自外部的墨水罐的墨水的液体导入口38。液体供给口37与液体导入口38，以在压力产生室21的长度方向、即与压力产生室21的并列设置方向亦即一方向正交的方向，与后述的歧管32的两端部分别连通的方式设置。

歧管形成基板33在适于构成墨水流路（液体流路）的例如150μm的不锈钢等具备耐腐蚀性的板材上，具有从外部的墨水罐（未图示）接受墨水的供给而对压力产生室21供给墨水的歧管32、和将压力产生室21与喷嘴开口34连通的喷嘴连通孔39。歧管32被设置为遍及多个压力产生室21，即遍及压力产生室21的并列设置方向。

基板50与歧管形成基板33的与液体供给口形成基板31相反的一侧的面接合并对歧管32的底面进行密封。另外，在基板50，沿厚度方向贯通而设有将设于歧管形成基板33的喷嘴连通孔39、与喷嘴开口34连通的喷嘴连通孔52。即，将来自压力产生室21的墨水经由设于液体供给口形成基板31、歧管形成基板33以及基板50的喷嘴连通孔36、39以及52从喷嘴开口34排出。

喷嘴板35由例如不锈钢等金属、硅等陶瓷材料形成的板状部件构成。在喷嘴板35，以与压力产生室21相同的排列间距贯穿设置地形成有喷嘴开口34。

这种流路单元30是通过利用粘合剂、热熔片等来固定液体供给口形成基板31、歧管形成基板33、基板50以及喷嘴板35而形成的。此外，在图1中，仅例示了将喷嘴板35与基板50粘合的粘合剂62，但在构成流路单元30的其他部件之间虽未图示也设有粘合剂。而且，经由粘合剂、热熔片来将这种流路单元30与致动器单元20接合并固定。

此处，根据图2对本方式中的压力产生室的形状进行更为详细的说明。如图2所示，压力产生室21形成为，与将作为独立电极的上电极膜43从压电元件40引出并与电极极板44连接为一体的压电元件40的电极极板侧端部（在图中为右端部）相比，压电元件40容易在其相反侧变形的形状。即，形成为能够允许面积相对较大的压电元件40的大的位移的形状。同时，形成为压力产生室21的、距该压力产生室21的上述电极极板侧端部离开规定距离L的内侧处的宽度W1，比距与压力产生室21的上述电极极板侧端部相反的一侧的端部（在图中为左端部）离开规定距离L的内侧处的宽度W2窄的形状。即，电极极板侧端部处的形状形成为宽度W1逐渐减小的尖的形状而形成为能够使压电元件40的电极极板侧的各部位的位移缓慢变化的形状。此处，压电元件40的形状是仿效压力产生室21的形状而成形的。

通过这样形成，能够在压力产生室21的相对于电极极板44相反的一侧的端部侧使压电元件40良好地位移，从而能够增大与喷嘴开口34对应的区域中的位移效率。同时，由于能够使压力产生室21的在电极极板44侧的端部的宽度W1变窄，所以能够降低电极极板44侧的位移效率。其结果是，能够缓和应力集中。与此相伴，能够减小压电元件40每次位移时都受到反复应力作用的连接配线45上的反复应力，从而能够预先防止其断线。

如上所述，在本方式的喷墨式记录头10中，从墨盒（存积单元）经由液体导入口38向歧管32内获取墨水，用墨水充满从歧管32到喷嘴开口34的墨水流路内后，根据来自未图示的驱动电路的记录信号，对与各压力产生室21对应的各压电元件40施加电压而使振动板23与压电元件40一起弯曲变形，由此提高各压力产生室21内的压力而从各喷嘴开口34喷射墨滴。

此处，如上所述，如图2所示地形成压力产生室21的形状，因此能够提高与电极极板44侧相反的一侧的位移效率，从而能够经由喷嘴开口34良好地进行墨滴的排出，同时能够缓和对电极极板侧压电元件40的应力集中。其结果是，能够同时实现压电元件40的位移效率的提高和长寿命化。另外，还能够有效地防止串扰。

起到与上述相同的作用、效果的压力产生室的形状等，不限定于图2所示的形状。只要形成为向电极极板侧被引出的电极侧，与其相反侧相比难以位移的构造即可，因此能够考虑例如图3～图5的形状。图3所示的压力产生室211其基本为直线边的组合，但压力产生室211随着接近电极极板441侧而宽度逐渐减小。此处，上电极膜431经由连接配线451与电极极板441连接。

另外，如图4所示，也可以将压力产生室212构成为，通过使在其并列设置方向上邻接的压力产生室在长度方向（电极极板442侧）错开而形成为交错配置。此时，还能够实现喷嘴开口34的高密度化。此外，上电极膜432经由连接配线452与电极极板442连接。

并且，如图5所示，也可以将压力产生室213配设为，使在其并列设置方向上邻接的压力产生室彼此互相不同，在这种情况下也能够实现喷嘴开口34的高密度化。此处，上电极膜433经由连接配线453与电极极板443连接。

在图3～图5中，与电极极板441、442、443成为一体的上电极膜431、432、433的形状比压力产生室211、212、213的形状稍小，但形成为仿效该压力产生室211～213的形状。在这样使上电极膜431～433的形状仿效压力产生室211～213的形状的情况下，能够最高效地将压电元件40的位移传递至压力产生室211～213的墨水。然而，不限定于此。即使在具有上述的例子那样的压力产生室的形状，上电极膜431～433的形状以及压电元件40为与以往相同的矩形的情况下，虽程度变小，但发挥与上述实施方式相同的作用、效果。

并且，如图6所示，也可以将压力产生室214设为与以往相同的矩形，并且仅将包括经由连接配线454与电极极板444成为一体的上电极膜434在内的压电元件的形状形成为图2～图5所示的形状（图6为与图2同一形状的情况）。关于位移效率的提高以及应力集中的缓和，能够获得与将压力产生室211～213形成为图2～图5所示的形状的情况相同的效果。

另外，如图7及其俯视图的图8所示，也可以构成为使压电元件405的压电体层425延伸至电极极板445部分，并且在宽度方向上配设于振动板23的整个表面。此处，上电极膜43经由连接配线455与电极极板445连接。

其他实施方式

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明的基本结构不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，例示了具有厚膜型压电元件40的喷墨式记录头10，但作为使压力产生室21产生压力变化的压力产生单元，不特别局限于此，例如，即使具有下述压电元件等的喷墨式记录头也起到相同的效果，即，通过具有利用溶胶-凝胶法、MOD法、溅射法等形成的压电材料的薄膜型压电元件的变形而从喷嘴开口排出墨滴。

另外，本实施方式的喷墨式记录头构成具备与墨盒等连通的墨水流路的记录头单元的一部分，并搭载于喷墨式记录装置。图9是表示该喷墨式记录装置的一个例子的概略图。

如图9所示，喷墨式记录装置I具备具有喷墨式记录头10的记录头单元1A以及1B。记录头单元1A、1B可拆装地设于构成墨水供给单元的盒2A以及2B，搭载有该记录头单元1A以及1B的滑架3可沿轴向移动地设于安装于装置主体4的滑架轴5。该记录头单元1A以及1B形成为例如分别排出黑色墨水组合物以及彩色墨水组合物。

另外，驱动马达6的驱动力经由未图示的多个齿轮以及同步带7传递至滑架3，从而搭载有记录头单元1A以及1B的滑架3沿滑架轴5移动。另一方面，在装置主体4沿滑架轴5设有压纸滚筒8，利用未图示的供纸辊等供给的纸等记录介质亦即记录纸S卷绕于压纸滚筒8而被输送。而且，利用由未图示的CPU、存储器等构成的控制部，来控制上述驱动马达6、记录头单元1A以及1B的压力产生单元等的动作。

在上述实施方式中，作为液体喷头的一个例子例举喷墨式记录头进行了说明，但本发明以广泛的液体喷头全体为对象，当然还能够应用于喷射除墨水以外的液体的液体喷头。作为其他的液体喷头，例举有打印机等的图像记录装置所使用的各种记录头、制造液晶显示器等的彩色滤光片所使用的色料喷头、有机EL显示器、FED（场致发射显示器）等的电极形成所使用的电极材料喷头、制造生物芯片所使用的生物体有机物喷头等。

附图标记说明：

10…喷墨式记录头（液体喷头）；20…致动器单元；21…压力产生室；22…流路形成基板；23…振动板；24…压力产生室底板；25…供给连通孔；30…流路单元；31…液体供给口形成基板；32…歧管；33…歧管形成基板；34…喷嘴开口；35…喷嘴板；36…喷嘴连通孔；37…液体供给口；38…液体导入口；39…喷嘴连通孔；40、405…压电元件；41…下电极膜；42、425…压电体层；43…上电极膜；44、441～445…电极极板。

Claims

1.一种液体喷头，其特征在于，

具备：多个填充有液体的压力产生室；和压电元件，通过在该压力产生室内对所述液体赋予压力，来使液滴经由与各压力产生室对应地设置的喷嘴开口排出，

所述压力产生室为下述形状：距将所述压电元件的至少一部分向所述压力产生室之外引出的引出方向侧的端部离开规定距离的内侧处的、且与所述引出方向正交的方向上的、所述压力产生室的宽度，比距与所述压力产生室的所述引出方向相反的一侧的端部离开所述规定距离的内侧处的、且所述正交的方向上的、所述压力产生室的宽度窄。

2.根据权利要求1所述的液体喷头，其特征在于，

所述压力产生室为下述形状：与将所述压电元件的至少一部分向所述压力产生室之外引出的引出方向侧相比，所述压电元件容易在其相反侧变形。

3.根据权利要求1或2所述的液体喷头，其特征在于，

所述压电元件具有多个压电元件所共用的共用电极、压电体层以及针对每个压电元件设置的独立电极，所述引出方向为将所述独立电极向所述压力产生室之外引出的方向。

4.根据权利要求3所述的液体喷头，其特征在于，

所述独立电极形成为与各压力产生室的形状对应的形状。

5.根据权利要求3所述的液体喷头，其特征在于，

所述独立电极形成为矩形。

6.根据权利要求1或2所述的液体喷头，其特征在于，

所述压力产生室，以形成为在与所述引出方向正交的方向亦即所述压力产生室的并列设置方向上邻接的所述压力产生室所对应的所述喷嘴开口的位置，在所述引出方向上错开的交错配置的方式构成。

7.根据权利要求6所述的液体喷头，其特征在于，

所述压力产生室配设为：在所述并列设置方向上邻接的压力产生室中的一个，在与该压力产生室相互邻接的其他压力产生室之间，使所述引出方向形成在与所述邻接的其他压力产生室的所述引出方向相反的一侧。

8.一种液体喷射装置，其特征在于，具备权利要求1～7中的任一项所述的液体喷头。