专利名称：喷墨头单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括用于将墨滴喷出到记录介质上的打印头在内的喷墨头单元。
背景技术：
作为包括将墨滴喷出到纸张或其它记录介质上的打印头在内的一种喷墨头单元，已知有一种喷墨头单元，该喷墨头单元包括流动通道单元和压电致动器单元。该流动通道单元具有多个压力室和分别与这些压力室连通的多个喷嘴，以便通过这些喷嘴喷出墨滴。该压电致动器单元的功能是通过改变这些压力室的内部容积来对这些压力室内的墨加压。在例如JP-A-11-334061(见图2(a))和JP-A-9-156099中公开了这种喷墨头单元。典型的压电致动器单元包括延伸越过这些压力室的压电片、设置在与这些压力室对应的各个位置处的多个单独电极、和在该压电片的与这些单独电极相对的侧面上的公共电极。当对一个单独电极施加驱动电压时，压电片的介入该单独电极与公共电极之间的部分由于在压电片的厚度方向上受电场影响而收缩。因此，与该单独电极对应的压力室的内部容积改变，从而对该压力室内的墨加压。
将这些单独电极与布线相连，以便通过布线对这些单独电极施加驱动电压。在例如上述公开JP-A-11-334061的喷墨头单元中，布置成阵列(matrix)的多个上部电极分别与印刷布线板的多个连接终端相连，在该印刷布线板上形成布线图案。在另一个公开JP-A-9-156099的喷墨头单元中，在压电片上，在该压电片的变形区域内放置多个驱动电极，这些驱动电极包括多个上部驱动电极(单独电极)和一个下部驱动电极(公共电极)，并对这些驱动电极施加电压。多个布线从各个驱动电极在相同的方向上延伸进入该压电片上的布线区域，从而在那里与印刷布线板相连。该布线区域与压电片介入上部和下部驱动电极之间的变形区域相邻。当对上部驱动电极施加电压时，为了避免在压电片上介入下部驱动电极与连接该上部驱动电极的布线之间的部分处产生不必要的静电电容，在压电片上越过该布线区域形成具有相对较低的介电常数的介电薄膜，而那些布线形成在介电薄膜的与压电片相对的表面上。
在公开JP-A-11-334061的喷墨头单元中，放置印刷布线板使其覆盖上部电极的阵列，使得上部电极分别与印刷布线板的连接终端相连。在该布置中，印刷布线板在受到外力时倾向于与上部电极分离。因此，印刷布线板与上部电极之间电连接的可靠性较低。
同时，根据公开JP-A-9-156099的技术，只要压力室的数目较小，就容易只在布线区域内形成从设置在变形区域内的那些单独电极处延伸出的布线。但是，在压力室的数目增大的情况下，特别是在压力室布置成阵列的情况下，这些布线的一部分不可避免地形成在变形区域以及布线区域内。由于在变形区域内没有提供具有低介电常数的介电薄膜，在供有电压的布线与下部驱动电极或公共电极之间的变形区域内产生不必要的静电电容。该不必要的静电电容使压电片在介入公共电极与被施加电压的布线之间的部分处变形，导致压电片在与该布线附近的一个或多个压力室对应的位置处产生不需要的变形。即出现串扰，串扰使得墨滴喷出特性在压力室之间变化并相应地在喷嘴之间变化，从而降低了打印质量。另外，在为了确保在变形区域内的每两个相邻布线之间足够的间隔而将与对应于一个压力室的一个单独电极相连的布线的一部分设置在另一个压力室之上的情况下，在被施加电压的布线周围产生的电场直接对压电片的在所述另一个压力室之上的对应部分产生影响。在该情况下，在所述另一个压力室处，串扰的不利影响变得很严重。
发明内容
已经考虑上述情形而研制了本发明，本发明的一个目的是提供一种包括打印头的喷墨头单元，该打印头能够避免产生不必要的静电电容并避免出现串扰。
为实现以上目的，本发明提供一种包括打印头的喷墨头单元，该打印头包括流动通道单元，该流动通道单元具有多个喷嘴和分别与这些喷嘴连通的多个压力室；致动器单元，该致动器单元具有延伸越过这些压力室的压电片、设置在该压电片上与这些压力室对应的各个位置处的多个单独电极、和设置在该压电片的与这些单独电极相对的表面上的公共电极，该致动器单元固定在流动通道单元的表面上，用于改变每个压力室的内部容积；介电薄膜，该介电薄膜连续地形成在致动器单元的与流动通道单元相对的表面上，从而在位置不对应于这些压力室的第一区域上以及在位置对应于这些压力室的第二区域上延伸，该介电薄膜具有多个通孔，而且该介电薄膜的介电常数比压电片的介电常数低；多个第一布线，这些第一布线形成在介电薄膜的与致动器单元相对的表面上，从而在大致相同的方向上延伸；和多个第二布线，这些第二布线穿过介电薄膜的那些通孔延伸，并将各个单独电极与第一布线相连。
在该喷墨头单元中，当选择性地对打印头的致动器单元的一个单独电极施加电压时，压电片的介入公共电极与被施加电压的该单独电极之间的部分在压电片的厚度方向上受电场影响并变形。该变形改变了对应的压力室的内部容积，以对该压力室内的墨加压，从而从与该压力室连通的喷嘴中喷出墨滴。
在致动器单元的远离流动通道单元的表面上形成有介电常数比压电片低的介电薄膜。在该介电薄膜的与致动器单元相对的表面上形成有用于各个单独电极的第一布线。每个第一布线和对应的单独电极通过第二布线彼此相连，该第二布线通过穿过介电薄膜形成的一个所述通孔延伸。
这样，介电常数比压电片低的介电薄膜介入压电片与第一布线之间。因此，当通过对应的第一和第二布线对一个单独电极施加电压时，不会产生不必要的静电电容，从而提高了致动器单元的驱动效率。因为使得由于该不必要的静电电容所引起的变形最小化，所以在压电片中位于公共电极与被施加电压的第一布线之间的部分处，避免出现与该第一布线附近的所述一个或多个压力室的串扰。
在致动器单元上，介电薄膜连续地形成在位置不对应于这些压力室的第一区域上以及在位置对应于这些压力室的第二区域上。因此，即使把用于与一个压力室对应的单独电极的一个第一布线设置在另一个压力室之上，也使得由于对该第一布线施加电压而引起的压电片在所述另一个压力室之上的部分处的变形最小化，从而避免由于在所述另一个压力室之上存在该第一布线而引起的串扰。因而也能够在位置对应于这些压力室的第二区域内放置第一布线，从而增大用于布置第一布线的空间。这样能够使每相邻两个第一布线之间的间隔变宽，从而便于形成这些第一布线，继而能够减少致动器单元或打印头的制造成本。第一布线在大致相同的方向上延伸，使得这些第一布线的在同一侧上的端部聚集在一个区域内，第一布线在该区域处与布线件例如可称为柔性印刷电路(FPC)的柔性印刷布线板相连。根据该布置，容易将第一布线连接到布线件上，从而提高两者之间连接的可靠性。
优选地，第一布线在大致相同的方向上延伸。
在本发明的第一形式中，每个第一布线的整体都设置在第一区域内。当采用这种布置时，在对与一个特定压力室对应的一个单独电极施加电压时，避免了在与该单独电极相连的第一布线周围产生的电场对压电片的与另一个压力室对应的部分产生影响。从而更可靠地避免串扰。
在本发明的第二形式中，一个或多个所述第一布线的一部分设置在第二区域内。通过该布置，增大了用于布置第一布线的区域，从而能够使每两个相邻的第一布线之间的间隔变宽。因而便于形成第一布线。
根据第二形式的喷墨头单元，可以使得所述单独电极的形状大致类似于压力室的形状但比压力室的形状小，使得当在与压电片垂直的方向上观察时这些单独电极设置在各个相应的压力室的轮廓线内，而且一个或多个所述第一布线的所述部分设置在介电薄膜上位置与所述压力室对应但不与所述单独电极对应的第三区域内。当对该单独电极施加电压时，压电片的介入该单独电极与公共电极之间的部分极大地变形。在该布置中，在第一布线不设置在与这样一个介入部分对应的区域内的情况下，有效地避免了由于第一布线的存在而抑制所需要的压电片的变形。
在本发明的喷墨头单元中，介电薄膜的通孔优选形成在第二区域内。当采用这种布置时，形成在压电片上的该单独电极与在通孔内延伸的第二布线相连，该单独电极在平面图中位于压电片上对应的压力室的轮廓线内部的位置处。因此，在不与该压力室对应的第一区域处，电场不直接影响压电片，从而有效地避免与在该第一布线附近的一个或多个压力室的串扰，否则压电片在第一区域处的不需要的变形会引起该串扰。
可以布置使得所述压力室在相同的方向上伸长，而且每个通孔都形成在与对应的一个压力室的两个相对纵向端中的至少一端对应的位置处。由于在对该单独电极施加电压时压电片在与该压力室的两个纵向端部对应的位置处不容易变形，而在本布置中，每个通孔都形成在与这样一个位置对应的位置处，从而该单独电极与第二布线之间的连接位于该位置处，所以本布置有效地避免了该连接抑制所需要的压电片的变形而造成的不便。
另外，可以布置使得所述压力室的形状是在其两个相对纵向端处具有两个锐角部分的四边形，而且每个通孔都形成在与对应的一个压力室的所述两个锐角部分中的至少一个锐角部分对应的位置处。由于在对该单独电极施加电压时压电片在与该压力室的两个锐角部分对应的位置处不容易变形，而在本布置中，通孔形成在与这样一个锐角部分对应的位置处，从而该单独电极与第二布线之间的连接位于该位置处，所以本布置有效地避免了该连接抑制所需要的压电片的变形而造成的不便。
本发明的喷墨头单元可以使得所述单独电极布置在第一区域内，而且所述第一布线延伸进入沿该第一区域延伸的第二区域。当采用这种布置时，能够使所述单独电极通过第一布线与布线板例如柔性印刷布线板相连，使得这些第一布线的端部聚集在一个区域内，第一布线在该区域处与布线件相连。在传统的布置中，例如如上面提及的公开JP-A-11-334061中公开的那样，在布线件的表面与致动器单元的表面平行的状态下布线件与致动器单元相连，与该传统的布置相比，本布置使得将这些第一布线与布线件相连更容易，从而提高了两者之间连接的可靠性。
介电薄膜的介电常数优选不高于压电片的介电常数的1/100。这种布置提高了致动器单元的驱动效率，同时可靠地避免了串扰。
介电薄膜可以由玻璃和树脂之一制成。由于玻璃和树脂相对不贵，通过使用玻璃或树脂作为介电薄膜的材料来减少喷墨头单元的制造成本。
本发明的喷墨头单元可以使得压力室布置成阵列(matrix)。传统上，当为了实现高速高质量打印而将多个压力室布置成阵列时倾向于出现串扰。对这种情况应用本发明将可靠地避免串扰。
通过阅读对本发明优选实施例的下列详细描述，并结合附图考虑时，将更好地理解本发明的上述与其它目的、特征、优点和技术与工业重要性，其中图1的透视图示出了将本发明的原理应用到其上的喷墨头单元；图2是沿图1中线2-2的剖视图；图3的平面图示出了图1的喷墨头单元的喷墨打印头；图4是图3中用点划线圈起的区域的放大视图；图5是图4中用点划线圈起的区域的放大视图；图6是沿图5中线6-6的剖视图；图7的放大平面图示意性示出了打印头的致动器单元的一部分；图8是沿图7中线8-8的剖视图；图9的放大平面图示意性示出了根据本发明第二实施例的喷墨头单元的打印头的致动器单元的一部分；图10的放大平面图示意性示出了根据本发明第三实施例的喷墨头单元的打印头的致动器单元的一部分；图11的放大平面图示意性示出了根据本发明第四实施例的喷墨头单元的打印头的致动器单元的一部分。
具体实施方式
下文将参考附图描述本发明目前优选的实施例。
参考图1到8，将描述根据本发明第一实施例的喷墨头单元。在图1和2中，附图标记1一般表示喷墨头单元，该喷墨头单元设置在喷墨打印机(未示出)中，用于向纸张形式的记录介质上喷射墨滴，以便在记录介质上记录信息或图像。喷墨头单元1包括喷墨打印头70，该喷墨打印头70在平面图中具有沿主扫描方向延伸的矩形形状和通过其向纸张喷墨的多个喷嘴8(图4和5)；基块71，该基块71设置在打印头70上面，并在基块71中形成两个贮墨器3、3，每个贮墨器3都用作为将给打印头70供应的墨的流动通道。
打印头70包括流动通道单元4，在该流动通道单元4中形成墨通道；和多个致动器单元21，这些致动器单元21与流动通道单元4的上表面相结合。在流动通道单元4与所述多个致动器单元21中的每个单元形成为使得多个薄板彼此堆叠并结合。如图2所示，每个致动器单元21的一个端部与引出到两侧的两个柔性印刷布线板50(下文如“背景技术”中所解释那样称为“FPC 50”)中的一个柔性印刷布线板50相结合。基块71由金属例如不锈钢等形成。形成在基块71中的每个贮墨器3、3是沿基块71的纵向延伸的大致为长方体的中空区域。
基块71的下表面73在其位于开口3b附近的部分73a处向下突出。下文可能会将部分73a称为“开口附近部分73a”。基块71仅在其下表面73的开口附近部分73a处与流动通道单元4接触。因此，基块71的除开口附近部分73a之外的下表面73的区域与打印头70隔开，而打印头70与基块71在其上述隔开区域处的下表面73之间的空间内放置着致动器单元21。
基块71容纳在形成于保持器72的保持部分72a的下表面上的凹进内，并与保持部分72a相结合固定。保持器72包括保持部分72a和一对平板状伸出部分72b，这对平板状伸出部分72b从保持部分72a的上表面沿与该上表面垂直的向上方向延伸，从而彼此相对并在两者之间具有预定距离。与致动器单元21相结合的两个FPC 50中的每个FPC50都沿伸出部分72b的外表面延伸，在FPC 50与伸出部分72b之间介入弹性件83例如海绵。在沿保持器72的伸出部分72b的表面放置的各个FPC 50上安装驱动器IC 80。每个FPC 50都通过焊接与驱动器IC80和打印头70的后述致动器单元21同时电连接，以便将从驱动器IC80输出的操作信号传递给致动器单元21。
将具有大致为长方体形状的每个散热器82放置成与相应的驱动器IC 80紧密接触，从而通过散热器82散开驱动器IC 80处产生的热。在每一侧，在驱动器IC 80与散热器82上方和FPC 50的外侧都放置有衬底81。在每个散热器82的上表面与同一侧的衬底81之间和在每个散热器82的下表面与同一侧的FPC 50之间提供密封件84。
图3是图1所示打印头70的平面图。在图3中，在基块71中形成的每个贮墨器3实际上用虚线表示。两个贮墨器3、3彼此平行地沿打印头70的纵向延伸，在两个贮墨器3、3之间具有预定间隔。在每个贮墨器3的相对端中的一端处形成有端部开口3a，贮墨器3通过该端部开口3a与墨容器(未示出)连通以便注墨。每个贮墨器3形成有多个开口3b，这些开口3b排列在打印头70的纵向上。贮墨器3、3与流动通道单元4通过开口3b彼此相连。开口3b形成为多对，每一对的两个开口3b放置成沿打印头70的纵向彼此相邻。与两个贮墨器3中的一个贮墨器3连通的开口对3b和与另一个贮墨器3连通的开口对3b在平面图中布置成锯齿形图案。
每个致动器单元21在平面图中都具有梯形形状，这些致动器单元21设置在流动通道单元4上表面的不与开口3b对应的区域上，使得这些致动器单元21布置成与开口对3b的锯齿形图案相对的锯齿形图案。每个致动器单元21的平行对边(短边和长边)都平行于打印头70的纵向，而相邻致动器单元21的斜边在沿主扫描方向观察时部分重叠。如图3所示，各个致动器单元21的设置在左手侧的左端部与两个FPC50中的一个FPC 50相结合，而各个致动器单元21的设置在右手侧的右端部与另一个FPC 50相结合。
图4放大示出了图3中用点划线圈起的区域。如图4所示，为每个贮墨器3提供的开口3b与相应的集管5连通。每个集管5都分支为两个子集管5a，每个子集管5a都作为一个公共墨室。两个分支子集管5a从位于每个致动器单元21的两个斜边的相对侧上的两个开口3b中的一个开口3b起延伸，而另两个分支子集管5a从这两个开口3b中的另一个开口3b起延伸。因此，在平面图中，在每个致动器单元21下面一共四个子集管5a沿着该致动器单元21的两个平行边延伸，并使得这四个子集管5a彼此隔开。
在流动通道单元4的下表面上形成有多个喷墨区域，在其中的每个喷墨区域内，大量的喷嘴8布置成如下所述的阵列。尽管在图4中为了简洁只示出了一些喷嘴8，喷嘴8事实上布置遍及每个喷墨区域。
图5是图4中用点划线圈起的区域的放大视图。流动通道单元4的大量压力室10在一个平面上布置成阵列，图4和5示出了在与打印头70的喷墨表面垂直的方向上观察该平面时的状态。每个压力室10在平面图中都大致为具有圆角的菱形形状。每个菱形压力室10的长对角线都平行于流动通道单元4的宽度方向。如图6所示，每个压力室10的一端与相应的喷嘴8连通，而其另一端通过相应的孔12与作为公共墨室的相应的子集管5a连通。在每个致动器单元21上形成多个单独电极35，这些单独电极35在平面图中所处位置与各个压力室10重叠。每个单独电极35在平面图中都具有与压力室10的形状类似而且尺寸比压力室10略小的形状。为简单起见，在图5中只示出了一些单独电极35。另外，压力室10、孔12等在致动器单元21或流动通道单元4中，应该用虚线表示，但在图4和5中用实线表示它们。
在图5中，在多个假想菱形区域10x内容纳各个压力室10(10a、10b、10c、10d)，在两个方向即布置方向A和布置方向B上，这些假想菱形区域10x彼此相邻地布置成阵列，使得相邻的菱形区域10x彼此不重叠并具有相应的公共边。布置方向A是打印头70的纵向即每个子集管5a的延伸方向，并平行于每个菱形区域10x的短对角线。布置方向B是每个菱形区域10x的相对于布置方向A形成钝角θ的一个斜边的方向。在平面图中，每个压力室10的中心位置与相应的菱形区域10x的中心位置共用，而每个压力室10的轮廓线与相应的菱形区域10x的轮廓线分离。
在两个布置方向A和B上彼此相邻地布置成阵列的这些压力室10在布置方向A上彼此隔开对应于37.5dpi的距离R。在本实施例中，在一个喷墨区域内，18个压力室10沿布置方向B布置成一行。位于布置方向B上的两个相对端处的压力室10是不促使喷墨的假室(dummychamber)。
如图5所示，形成为阵列的所述多个压力室10沿布置方向A构成多个压力室行。每个压力室行延伸的方向与这些压力室的菱形形状的长对角线垂直。在与图5的纸张表面垂直的方向上观察时，所述多个压力室行根据它们相对于子集管5a的位置分成第一压力室行11a、第二压力室行11b、第三压力室行11c和第四压力室行11d。第一到第四压力室行11a-11d中的各个压力室行从致动器单元21的平行对边的短边(下文称为“较短底边”)向长边(下文称为“较长底边”)以11c、11d、11a、11b、11c、11d...11b的顺序周期性地放置四次。
在与图5的纸张表面垂直的方向上观察时，在构成第一压力室行11a的压力室10a和构成第二压力室行11b的压力室10b中，相对于图5中与布置方向A垂直的垂直方向，喷嘴8位于每个压力室10a、10b的离图5的纸张表面下侧较近的下端处。即在图5中的垂直方向看时，压力室10a、10b的喷嘴8位于相应的菱形区域10x的各个下端处。另一方面，在与图5的纸张表面垂直的方向上观察时，在构成第三压力室行11c的压力室10c和构成第四压力室行11d的压力室10d中，相对于图5中与布置方向A垂直的垂直方向，喷嘴8位于每个压力室10c、10d的离图5的纸张表面上侧较近的上端处。即在图5中的垂直方向看时，压力室10c、10d的喷嘴8位于相应的菱形区域10x的各个上端处。在与图5的纸张表面垂直的方向上观察时，在第一压力室行11a、第四压力室行11d中，每个压力室10a、10d的区域的一半或更多与相应的子集管5a重叠。在第二压力室行11b、第三压力室行11c中，每个压力室10b、10c的整个区域都不与任何子集管5a重叠。因此，属于任意压力室行11a-11d的压力室10能够形成为使得与相应的压力室10连通的喷嘴8不与子集管5a重叠，同时使子集管5a的宽度尽可能地大，从而能够平稳地向压力室10供墨。
下面参考图6，图6是沿图5中线6-6的剖视图，在图6中将解释打印头70的剖面结构。如图6所示，每个喷嘴8通过相应的压力室10和相应的孔12与相应的子集管5a连通。因此，在打印头70中为每个压力室10形成有单独墨通道32，该单独墨通道32从子集管5a的出口处经过孔12和压力室10延伸到喷嘴8。
打印头70具有层状结构，在该层状结构中，一共十个板彼此堆叠或重叠。这十个板包括致动器单元21和构成流动通道单元4的九个板，即空腔板22、基板23、孔板24、供应板25、集管板26、27和28、盖板29和喷嘴板30。
每个致动器单元21包括四个彼此堆叠的压电片41-44(图8)，使得在四个压电片41-44中只有最上层的片用作包括工作部分的工作层，在施加电场时，每个工作部分都会工作，而其余三个层或片是非工作层。空腔板22是金属板，在空腔板22中形成大量在平面图中大致为菱形形状的开口，这些开口给出了各个压力室10。基板23是金属板，对于空腔板22的一个压力室10而言，在基板23中形成该压力室10与相应的孔12之间的连通孔，并形成用于在该压力室10与相应的喷嘴8之间连通的连通孔。孔板24是金属板，对于空腔板22的一个压力室10而言，在孔板24中形成孔12，孔12由两个孔和连接这两个孔的半蚀刻部分构成；和一个连通孔，该连通孔用于该压力室10与相应的喷嘴8之间的连通。供应板25是金属板，对于空腔板22的一个压力室10而言，在供应板25中形成在相应的孔12与相应的子集管5a之间的连通孔；和用于在该压力室10与相应的喷嘴8之间连通的连通孔。集管板26、27和28是金属板，对于一个压力室10而言，集管板26、27和28除具有当这些集管板26-28堆叠时合作形成子集管5a的切口之外，还具有用于该压力室10与相应的喷嘴8之间连通的各个连通孔。盖板29是金属板，对于一个压力室10而言，在盖板29中形成用于该压力室10与相应的喷嘴8之间连通的连通孔。喷嘴板30是金属板，对于一个压力室10而言，在喷嘴板30中形成给出相应的喷嘴8的孔。
流动通道单元的这九个板22-30彼此堆叠，同时彼此相对地定位，从而形成单独墨通道32，在图6中示出了这些单独墨通道32中的一个单独墨通道32。每个单独墨通道32首先从子集管5a向上延伸，接着在孔12处水平延伸，进而向上延伸，然后在压力室10处再次水平延伸，沿向下方向倾斜延伸以便离开孔12，并垂直向下向喷嘴8延伸。
下面参考图7和8，将对重叠在流动通道单元4的最上层的板空腔板22上的每个致动器单元21的结构进行解释。图7的局部平面图放大示出了致动器单元21的端部，致动器单元21在该端部处与FPC 50相结合，而图8是沿图7中线8-8的剖视图。如图7和8所示，致动器单元21包括四个延伸越过压力室10的压电片41-44；设置在最上层的压电片41上与压力室10对应的各个位置处的那些单独电极35；和公共电极34，该公共电极34设置在最上层的压电片41的与这些单独电极35相对的侧面上。
四个压电片41、42、43、44具有大致相同的厚度，约15μm。这些压电片41-44形成为分层的平板(由连续的平坦层构成)，该分层的平板延伸越过形成在打印头70的一个喷墨区域内的所述大量压力室10。由于压电片41-44延伸越过作为连续的平坦层的所述大量压力室10，通过例如丝网印刷术能够在压电片41上高密度地放置那些单独电极35。另外，还能够高密度地放置形成在与各个单独电极35对应的位置处的压力室10，从而能够实现高分辨率图像打印。压电片41-44由具有铁电性的锆钛酸铅(PZT)陶瓷材料形成。
如图7所示，每个单独电极35在平面图中具有菱形形状，该菱形形状类似于压力室10的菱形形状但略小于压力室10的菱形形状。这些单独电极35形成在压电片41-44的最上层的片41上，使得每个单独电极35在平面图中位于相应的一个压力室10的轮廓线内。相应地，这些单独电极35以类似于压力室10的方式在压电片41的上表面上布置成阵列。这些单独电极35的厚度约为例如1μm。
公共电极34形成在最上层的压电片41与第二最上层的压电片42之间，并延伸遍布压电片41、42的整个区域。公共电极34的厚度约为例如2μm。公共电极34在未示出的位置处接地，从而在与任何压力室10对应的每个位置处保持在地电位。
单独电极35和公共电极34都由例如基于Ag-Pd的金属材料等制成。
在该喷墨打印头70中，遍及致动器单元21的上表面的整个区域形成介电薄膜60，该上表面是致动器单元21的与流动通道单元4相对的表面。即越过那些单独电极35形成该介电薄膜60。介电薄膜60具有比压电片41-44的介电常数低的介电常数，并优选由低k(低介电常数)材料制成，该低k(低介电常数)材料的介电常数不大于压电片41-44的介电常数的1/100。在本实施例中，压电片41-44的相对介电常数约为3500。因此，形成介电薄膜60的材料的相对介电常数应该约为几十。通过提供具有这样的介电常数的介电薄膜60提高致动器单元21的驱动效率，同时有效地避免串扰。
可以通过已知的方法用相对不贵的材料形成介电薄膜60。例如，介电薄膜60可以由通过化学蒸气沉积法(CVD)沉积的玻璃材料形成，或通过印刷术由氟树脂形成。通过采用相对不贵的材料例如玻璃和树脂作为绝缘薄膜或介电薄膜60降低了打印头的制造成本。
介电薄膜60的厚度约为例如0.5到2μm。
如图7所见，在介电薄膜60中与每个菱形压力室10的两个锐角部分中下侧的一个锐角部分对应的部分处形成有通孔60a，通孔60a延伸穿过介电薄膜60的厚度。
如图7所见，连接布线61从每个大致为菱形的单独电极35的下端部起延伸，而且该连接布线61与(构成第二布线的)垂直布线62相连，该垂直布线62设置在通孔60a内部并延伸穿过介电薄膜60的厚度。
由于通孔60a形成在如上所述的位置处，当对一个单独电极35施加电压时，压电片41的在位置上与对应于该单独电极的压力室10的两个纵向端部中的每个纵向端部对应的部分不容易变形。即在压力室10的区域内，通孔60a形成在压电片41最不容易变形的位置处，使得该单独电极35在压电片41最不容易变形的位置处与垂直布线62相连。根据该布置，在该单独电极35与垂直布线62之间连接的存在不会抑制压电片41的变形。为了获得这种效果，该布置同样可应用于压力室在平面图中的形状为长条形的任何情况，即不仅对如本实施例中那样压力室在其纵向端处为菱形形状或具有两个锐角部分的长条的四边形的情况，而且对压力室在平面图中具有任何其它长条形状的情况也可应用该布置。
每个垂直布线62都与(构成第一布线的)表面布线63相连。如图7所示，这些表面布线63设置在介电薄膜60上，使得每个表面布线63(严格地说，除从排列在致动器单元21的要与FPC 50相连的那一侧的边缘处的那些单独电极35中延伸出的表面布线63之外)的一部分位于与该表面布线63延伸出自的压力室10不同的一个或更多个压力室10之上，但不位于任何单独电极35之上。这些表面布线63沿相同的方向即压力室10的长对角线的方向向图7中的下侧延伸，而将这些表面布线63在该侧的端部连接到各个连接终端64上，以与FPC 50相连。这些连接终端64设置在沿着致动器单元21的梯形形状的较长底边21a并与之相邻地延伸的区域(构成第二区域)内。该区域沿着布置一组单独电极的另一个区域(构成第一区域)的一侧延伸。如图7和8所示，FPC 50通过其连接盘50a与连接终端64相连，FPC 50的一个边缘与致动器单元21的梯形形状的较长底边21a平行。当请求从一个喷嘴8喷出一个墨滴时，驱动器IC 80选择性地对与该喷嘴8对应的一个单独电极35施加电压。
根据该布置，单独电极35和(作为布线件的)FPC 50通过表面布线63(每个表面布线63都构成第一布线)相连，使得这些表面布线63的端部聚集在一个区域内，以便在该区域使FPC 50与这些表面布线63相连。与布线件连接致动器单元或致动器单元的电极的布置相比，如上面提及的公开JP-A-11-334061中那样，其处于使得布线件的表面与致动器单元的表面平行的状态，本布置使得通过表面布线63将这些单独电极与FPC 50形式的布线件相连更容易，同时提高了两者之间连接的可靠性。
注意到在图7中只示出了实际提供的所有表面布线63中的一部分。换言之，在实际的打印头中，表面布线63的数目是图7中所示表面布线63数目的两倍，相应地，连接终端64的数目是图7中所示连接终端64数目的两倍。
如上所述，在压电片41与连接单独电极35的每个表面布线63之间插有由低k材料制成的介电薄膜60。因此，当通过一个单独电极35的相应的表面布线63对该单独电极35施加电压时，使得作用于压电片41在该表面布线63下方的部分上的电场最小化。另外，还使得在压电片41的这部分处相对于该表面布线63而产生的不必要的静电电容即寄生电容最小化。
与本布置对比，在不采用介电薄膜60而且以与图5所示本打印头70类似的方式把压力室10布置成阵列的情况下，即使当为了避免由于在压力室10之上存在表面布线63所引起的压力室10的变形而将表面布线63放置成不位于任何压力室10之上时，在每个表面布线63周围产生电场，该电场取决于在公共电极34与每个单独电极35之间的距离，从而在介入公共电极34与每个单独电极35之间的位置处使压电片41变形。从而出现串扰。另外，产生了相对于表面布线63的寄生电容，这些寄生电容取决于表面布线63的布置方式，因此驱动器IC 80所施加电压的相位和波形出现变化。该电压的相位和波形变化的程度取决于例如表面布线63的延伸距离，因此打印头70受如下不便的影响，即喷墨特性在分别与表面布线63对应的压力室10之间变化。
在本实施例的打印头70中，另一方面，当对一个表面布线63进行电压施加时，在不需要的部分处作用于压电片41的电场极其微弱，而且避免了与在该表面布线63附近的所述一个或多个压力室10的串扰。另外，由于对各个表面布线63产生的寄生电容也极小，所以喷墨特性在压力室10之间是均匀的。
介电薄膜60形成在位置与压力室10对应的区域处以及与压力室10之间空隙对应的区域处。因此，即使在把与对应于一个压力室10的单独电极35相连的表面布线63设置在另一个压力室10之上时，也使得当对该表面布线63进行电压施加时压电片41在与所述另一个压力室10对应的所述部分处的变形最小化，从而避免由于在所述另一个压力室10之上存在该表面布线63而引起的串扰。由于允许表面布线63位于压力室10之上，所以能够使表面布线63之间的间隔变宽。这样便于形成表面布线63。
如图7所示，在平面图中，通孔60a形成在压力室10的一个区域内。相应地，设置在压电片41上用于使单独电极35与在通孔60a中的垂直布线62相连的连接布线61也位于压力室10的该区域内。同时，与垂直布线62的另一端相连的表面布线63设置在介电薄膜60的上表面或外表面上。因此，在不对应于压力室10的区域内，压电片41以及介电薄膜60介入表面布线63与公共电极34之间，使得电场在该区域处不直接影响压电片41。从而压电片41在该区域处不变形，而且不会出现由于片41在该不需要的区域处的变形而引起的与在供有电压的表面布线63附近的所述一个或多个压力室10的串扰。以这种方式避免压力室10中或喷嘴之间喷墨特性的变化。
同时，压电片41的一部分直接夹在每个连接布线61与公共电极34之间，在平面图中该连接布线61位于相应的压力室10的所述区域内。这可能会促使喷出墨滴，但实际上决不会降低喷墨特性，而且至少与串扰无关。
表面布线63在介电薄膜60上从与垂直布线62的连接点处延伸进入沿着致动器单元21的梯形形状的较长底边21a延伸的所述区域。在该区域内，为各个表面布线63形成连接终端64，而这些连接终端64与FPC 50相连。该布置便于在喷墨头单元1的生产过程中可靠地连接FPC 50与连接终端64的工作操作，从而增强两者之间的电连接。
如上面的段落中详细描述的那样，(表面布线63中除一些表面布线63之外的)每个表面布线63的一部分位于所述一个或多个压力室10之上，但不位于任何单独电极35之上。这样增大了用于布置表面布线63的空间，从而能够使相邻表面布线63之间的间隔变宽，并能够提高致动器单元21上的布线密度。压力室10的允许在其上放置表面布线63的部分使得即使在那里放置表面布线63时，实际在结构上也根本不会促使压力室10变形。即在对单独电极35进行电压施加时，压电片41的介入该单独电极35与公共电极34之间的部分极大地变形。在与压电片41-44的部分或压力室10的部分对应的区域内没有任何表面布线63会极大地变形，不会抑制所需要的压力室10的变形。
如上所述，在本实施例中，除在表面布线63下方存在介电薄膜60之外，布置表面布线63的特定方式也有助于避免串扰。从而以增强的可靠性避免串扰。
现在将描述当对压力室10中的墨加压时致动器单元21的操作。在致动器单元21的压电片41处的极化方向平行于压电片41的厚度方向。即致动器单元21是单压电芯片型的，即在片41-44中最远离压力室10的压电片41-44的最上层压电片41是工作层，而在压力室10附近的三个下部片42、43、44是非工作层。因此，在电场方向与极化方向一致的情况下，当使得单独电极35处的电位处于给定的正值或负值时，压电片41的介入单独电极与公共电极之间并施加有电场的部分用作工作部分，并由于横向压电效应而在与极化方向垂直的方向上收缩。同时，电场不影响压电片42-44，因此压电片42-44不会自己收缩。因此，在最上层的片41与其它片42-44之间沿着与极化方向垂直的方向出现了变形差异，使得压电片41-44作为一个整体变得凸向非工作层42-44侧。由于压电片41-44或致动器2 1固定到形成压力室10的空腔板22上表面上，压电片41-44变形为凸向压力室10。这样减少压力室10的内部容积，对其中的墨加压，并导致从喷嘴8喷出墨滴。其后，当改变单独电极35处的电位使其回到与公共电极34相同的电平时，压电片41-44恢复到原始形状，也使压力室10的内部容积恢复。这时，将集管5中的墨吸入压力室10。
在另一种驱动方法中，所有的单独电极35都预先设定为具有与公共电极34的电位不同的电位。每当作出喷墨请求时，与该喷墨请求一致的任何一个单独电极35就设定为具有与公共电极34的电位相同的电位。然后，在预定的时刻，该单独电极35再次设定为具有与公共电极34的电位不同的电位。在这种情况下，在该单独电极35设定为具有与公共电极34的电位相同的电位的时刻，由于压电片41-44恢复到原始形状，当与初始状态(在初始状态下，该单独电极35与公共电极34的电位彼此不同)相比时，与该单独电极35对应的压力室10的容积增大了，从而从集管5将墨吸入该压力室10。其后，在该单独电极35再次设定为具有与公共电极34的电位不同的电位的时刻，压电片41-44变形为凸向该压力室10的凸形。结果，该压力室10的容积减少，从而增大墨压，使得从与该压力室10连通的喷嘴8中喷墨。
当对该单独电极35施加电压时，压电片41-44在对应于该单独电极35的位置处变形最大。如上所述，在该位置处不形成表面布线63，从而消除如下不便，即表面布线63的存在抑制了压电片41-44在对应于该单独电极35的位置处的变形。如图7所见，压力室10具有带有两个锐角部分的菱形形状，而通孔60a形成在与压力室10的下部的一个锐角部分对应的位置处。当对该单独电极35进行电压施加时，压电片41-44在与压力室10的锐角部分对应的部分处在结构上最不容易变形。因此，设置在对应于该部分的位置处的连接布线61与垂直布线62实际上根本不使压电片41-44变形。根据物理原理，当对该单独电极35施加电压而对连接布线61与垂直布线62施加电压时，连接布线61与垂直布线62将使压电片41-44变形。然而，由于连接布线61与垂直布线62位于压电片41-44在结构上比较不容易变形的位置处，压力室10的变形几乎唯一取决于该单独电极35周围产生的电场。因此，通过在压力室10之上的特定位置处形成通孔60a，能够获得无串扰的显示均匀喷墨特性的喷墨打印头。
如上所述的喷墨头单元1享有下列优点。
介电常数比压电片41-44小的介电薄膜60介入每个表面布线63与压电片41之间，该布置最小化了当通过一个表面布线63对一个单独电极35进行电压施加时对于该表面布线63而产生的静电电容或寄生电容；以及在该表面布线63与公共电极34之间产生的不必要的电场。因此提高了致动器单元21的驱动效率，同时使得喷墨特性在致动器单元21上均匀。由于在表面布线63与公共电极34之间的不必要的电场最小化，使得压电片41在介入表面布线63与公共电极34之间的部分处的变形最小化，这意味着使得压电片41-44在该部分附近处的变形最小化，从而避免与在该部分附近处的一个或多个压力室10的串扰。从而提高了打印质量。
在位置对应于压力室10的区域处形成介电薄膜60的布置避免了串扰，否则，在与用于一个压力室的一个单独电极35相连的表面布线63设置在另一个压力室之上的情况下会出现串扰。根据该布置，用于布置表面布线63的空间增大了，从而能够使相邻表面布线63之间的间隔变宽。这样便于形成表面布线63，能够减少致动器单元21或打印头70的制造成本。
传统上，在为了实现高速高质量的打印而将大量压力室布置成阵列的情况下倾向于出现串扰。本实施例的喷墨头单元可应用于这种情况，以可靠地避免串扰。
现在将描述本发明的其它一些实施例。在下面的描述中，与第一实施例相同的元件或部件，或者至少与第一实施例中的对应物类似的元件或部件将由相同的附图标记表示，在不必要的情况下不提供对其的描述。
参考图9，将描述根据本发明的第二实施例的喷墨头单元。
在该实施例中，类似于第一实施例，表面布线63不设置在任何单独电极35之上。第二实施例与第一实施例的不同在于在位置对应于每个单独电极35的区域内去除介电薄膜60的一部分，从而对外部暴露该单独电极35。
根据该实施例，压电片41-44在对应于每个单独电极35的位置处更容易变形，从而提高了压电片41-44的变形效率，并相应地提高了压力室10的变形效率。
注意到在图9中只示出了实际提供的所有表面布线63中的一部分。换言之，在实际的打印头中，表面布线63的数目是图9中所示表面布线63数目的两倍，相应地，连接终端64的数目是图9中所示连接终端64数目的两倍。
参考图10，将描述根据本发明的第三实施例的喷墨头单元。
在本实施例中，允许每个表面布线63(严格地说，除从排列在致动器单元21的要与FPC 50相连的一侧的边缘处的单独电极35中延伸出的表面布线63之外)的一部分设置在一个或多个单独电极35之上，以及与该表面布线63延伸出自的压力室10不同的一个或多个压力室10之上。
根据该实施例，用于布置表面布线63的空间进一步增大，从而能够使相邻表面布线63之间的间隔进一步变宽。如果表面布线63放置于单独电极35之上的方式在布线63之间变化，则压力室10的变形量在布线63之间变化。因此，为了实现均匀喷墨特性，优选地，在所有表面布线63中，表面布线63相对于各个相应的单独电极35的位置和被各个表面布线63占用的空间或区域是均匀的。
注意到在图10中只示出了实际提供的所有表面布线63中的一部分。换言之，在实际的打印头中，表面布线63的数目是图10中所示表面布线63数目的两倍，相应地，连接终端64的数目是图10中所示连接终端64数目的两倍。
现在参考图11，将描述根据本发明的第四实施例的喷墨头单元。
在上述第一到第三实施例的每个实施例中，都允许表面布线63在所述一个或多个压力室10之上延伸。但是，在本实施例中，表面布线63放置成只在那些压力室之间的空隙之上延伸，而不在任何压力室10之上延伸。
根据第四实施例，当通过与一个单独电极35相连的一个表面布线63对在位置上与一个压力室10对应的该单独电极35施加电压时，在该表面布线63周围产生的电场不对压电片41的在位置上与另一个压力室10对应的部分产生影响。从而进一步可靠地避免串扰，否则，在所述另一个压力室10之上存在表面布线63会引起该串扰。
如上所述，在本实施例中，作为第一布线的表面布线原则上不设置在任何压力室10之上。然而，严格地说，如在图7中可见，(作为第一布线的)每个表面布线在其与(作为第二布线的)垂直布线相连的一端处的部分设置在该表面布线本身延伸出自的压力室之上，但是只越过很短的距离。该距离可以是零，即每个通孔60a都可以形成在虚线所示的相应的压力室10的轮廓线上，或形成在该轮廓线外侧的位置处。当通孔60a形成在该轮廓线外侧时，优选通孔60a位于尽可能靠近该轮廓线处。
注意到在图11中只示出了实际提供的所有表面布线63中的一部分。换言之，在实际的打印头中，表面布线63的数目是图11中所示表面布线63数目的两倍，相应地，连接终端64的数目是图11中所示连接终端64数目的两倍。
在每个上述实施例中，对每个压力室形成一个通孔，而且该通孔设置在与该压力室的两个相对纵向端中的一端对应的位置处。但是，每个实施例都可以改进，使得对每个压力室形成两个通孔，而且这两个通孔设置在与该压力室的两个相对纵向端对应的各个位置处。就通用性而言，该改进优于上述实施例。即同一个介电薄膜能够很容易地用于两种类型的喷墨头单元，如图7和9-11所见，在这两种类型的喷墨头单元中，表面布线分别向上和向下延伸以与FPC 50相连。在该改进中，可以布置成使得从每个单独电极延伸出两个连接布线以与在所述两个通孔内垂直延伸的相应垂直布线相连，而垂直布线与相应的表面布线相连，或者垂直布线通过各个单独布线与单独一个公共表面布线相连。就故障保险而言，该布置优于上述实施例。即在垂直布线与相应的表面布线相连的情况下，即使用于一个压力室的两个表面布线中的一个表面布线断开或以其它方式失效，另一个表面布线也能够工作。在垂直布线通过各个单独布线与所述单独一个公共表面布线相连的情况下，即使两个单独布线中的一个单独布线断开或以其它方式失效，该单独电极也通过另一个正常的单独布线与表面布线保持连接。
在每个上述实施例中，压力室10在平面图中的形状是菱形。但是，本发明的原理同样可应用于压力室在平面图中具有其它形状例如椭圆和矩形等的情况。
权利要求1.一种包括打印头的喷墨头单元，包括流动通道单元，该流动通道单元具有多个喷嘴和分别与这些喷嘴连通的多个压力室；致动器单元，该致动器单元具有延伸越过压力室的压电片、设置在该压电片上与压力室对应的各个位置处的多个单独电极、和设置在该压电片的与单独电极相对的表面上的公共电极，该致动器单元固定在流动通道单元的表面上，用于改变每个压力室的内部容积；介电薄膜，该介电薄膜连续地形成在致动器单元的与流动通道单元相对的表面上，从而在位置不对应于压力室的第一区域上以及在位置对应于压力室的第二区域上延伸，该介电薄膜具有多个通孔，而且该介电薄膜的介电常数低于该压电片的介电常数；多个第一布线，第一布线形成在介电薄膜的与致动器单元相对的表面上，从而彼此不相交地延伸；和多个第二布线，第二布线穿过介电薄膜的所述通孔延伸，并将各个单独电极连接到第一布线。
2.根据权利要求1的喷墨头单元，其中第一布线在大致相同的方向上延伸。
3.根据权利要求1的喷墨头单元，其中每个第一布线的整体都设置在第一区域内。
4.根据权利要求1的喷墨头单元，其中一个或多个所述第一布线的一部分设置在第二区域内。
5.根据权利要求4的喷墨头单元，其中所述单独电极的形状大致类似于压力室的形状但比压力室的形状小，使得当在与压电片垂直的方向上观察时，单独电极设置在各个相应的压力室的轮廓线内，且其中一个或多个所述第一布线的所述部分设置在介电薄膜上的第三区域内，该第三区域的位置与所述压力室相对应但不与所述单独电极相对应。
6.根据权利要求1的喷墨头单元，其中所述介电薄膜的通孔形成在第二区域内。
7.根据权利要求6的喷墨头单元，其中所述多个压力室在相同的方向上伸长，而且每个所述通孔都形成在与多个压力室中相应的一个压力室的两个相对纵向端中的一端相对应的位置处。
8.根据权利要求7的喷墨头单元，其中所述压力室的形状是在其两个相对纵向端处具有两个锐角部分的四边形，而且每个通孔都形成在与多个压力室中相应的一个压力室的所述两个锐角部分的其中之一相对应的位置处。
9.根据权利要求1的喷墨头单元，其中在位置对应于每个单独电极的区域内去除介电薄膜的一部分，从而对外部暴露该单独电极。
10.根据权利要求1的喷墨头单元，其中所述单独电极布置在一第一区域内，且所述第一布线延伸进入沿该第一区域延伸的一第二区域。
11.根据权利要求1的喷墨头单元，其中介电薄膜的介电常数不高于压电片的介电常数的1/100。
12.根据权利要求11的喷墨头单元，其中介电薄膜由玻璃和树脂的其中之一制成。
13.根据权利要求1到12中任一项的喷墨头单元，其中所述压力室布置成阵列。
14.根据权利要求1的喷墨头单元，其中所述压力室布置成在第一方向上延伸的至少一行，而且所述压力室在与第一方向相交的第二方向上伸长。
15.根据权利要求14的喷墨头单元，其中所述第一布线大致在与第一方向相交的方向上延伸。
16.根据权利要求15的喷墨头单元，其中所述单独电极布置在第一区域内，且所述第一布线延伸进入沿该第一区域延伸的第二区域。
17.根据权利要求16的喷墨头单元，其中所述压力室布置成在第一方向上延伸的多行。
18.根据权利要求17的喷墨头单元，其中每个第一布线的整体都设置在所述第一区域内。
19.根据权利要求17的喷墨头单元，其中一个或多个所述第一布线的一部分设置在所述第二区域内。
20.根据权利要求14到19中任一项的喷墨头单元，其中每个通孔都形成在与多个压力室中相应的一个压力室的两个相对纵向端中的一端相对应的位置处。
专利摘要一种喷墨头单元，包括打印头，该打印头包括流动通道单元，该流动通道单元具有多个喷嘴和与这些喷嘴连通的多个压力室；致动器单元，该致动器单元具有延伸越过这些压力室的压电片，并具有设置在该压电片上与这些压力室对应地定位的多个单独电极、和在与这些单独电极相对的侧面上的公共电极，该致动器单元固定到流动通道单元上，用于改变每个压力室的容积；介电薄膜，该介电薄膜形成在致动器单元的与流动通道单元相对的表面上，从而在对应和不对应于这些压力室的区域上延伸，该薄膜具有多个通孔和比该片低的介电常数；多个第一布线，这些第一布线形成在薄膜的与致动器单元相对的表面上，从而在大致相同的方向上延伸；和多个第二布线，这些第二布线与所述单独电极和所述第一布线相连，并穿过那些通孔延伸。
文档编号B41J2/045GK2837075SQ20052011305
公开日2006年11月15日 申请日期2005年7月18日 优先权日2004年7月16日
发明者坂井田 惇夫 申请人:兄弟工业株式会社