液体喷出头以及液体喷出装置的制作方法

[0001]
本发明的实施方式涉及液体喷出头以及液体喷出装置。


背景技术：

[0002]
已知有使液体从喷嘴喷出的喷墨头(液体喷出头)以及搭载了喷墨头的喷墨记录装置(液体喷出装置)。作为这样的喷墨头，有一种通过对致动器施加驱动电压而利用致动器的动作使液体喷出的喷墨头。在这样的喷墨头中，若驱动电压高则存在致动器的寿命缩短等影响。


技术实现要素：

[0003]
本发明的实施方式要解决的技术问题在于，提供能够以低于以往的驱动电压来进行动作的液体喷出头以及液体喷出装置。
[0004]
实施方式的液体喷出头包括压力室、致动器以及施加部。压力室容纳液体。致动器根据被施加的驱动信号使所述压力室内的液体的压力变化。施加部向所述致动器施加所述驱动信号，所述驱动信号使所述液体从与所述压力室连通的喷嘴多次喷出。驱动信号包括第一波形以及所述第一波形之后的n个第二波形，其中，n≥1。第一波形包括第一变化以及第二变化。第一变化使所述压力减少，并且是从第一电压向第二电压的变化。第二变化是从所述第一变化起经所述压力室内的液体的固有振动周期的一半的时间后的变化，所述第二变化使所述压力增加，并且是从所述第二电压向所述第一电压与所述第二电压之间的第三电压的变化。第二波形包括第三变化以及第四变化。第三变化使所述压力减少，并且是从所述第三电压向所述第二电压的变化。第四变化是从所述第三变化起经比所述固有振动周期的一半的时间短的时间后的变化，所述第四变化是从所述第二电压向所述第三电压的变化。
[0005]
实施方式的液体喷出装置，具备：压力室，容纳液体；液体供给装置，向所述压力室供给液体；致动器，根据被施加的驱动信号使所述压力室内的液体的压力变化；以及施加部，向所述致动器施加所述驱动信号，所述驱动信号使所述液体从与所述压力室连通的喷嘴多次喷出，所述驱动信号包括第一波形以及所述第一波形之后的n个第二波形，其中，n≥1，所述第一波形包括第一变化以及第二变化，所述第一变化使所述压力减少，并且是从第一电压向第二电压的变化，所述第二变化是从所述第一变化起经所述压力室内的液体的固有振动周期的一半的时间后的变化，所述第二变化使所述压力增加，并且是从所述第二电压向所述第一电压与所述第二电压之间的第三电压的变化，所述第二波形包括第三变化以及第四变化，所述第三变化使所述压力减少，并且是从所述第三电压向所述第二电压的变化，所述第四变化是从所述第三变化起经比所述固有振动周期的一半的时间短的时间后的变化，所述第四变化是从所述第二电压向所述第三电压的变化。
附图说明
[0006]
图1是示出实施方式所涉及的喷墨头的外观的立体图。
[0007]
图2是示出图1中的流路基板的详情的俯视图。
[0008]
图3是示出图2中的致动器及其周边的详情的俯视图。
[0009]
图4是图3的a-a线剖视图。
[0010]
图5是示出实施方式所涉及的喷墨记录装置的简图。
[0011]
图6是示出实施方式所涉及的驱动信号的波形的图表。
[0012]
图7是示出实施方式所涉及的压力振动的波形的图表。
[0013]
附图标记说明
[0014]1…
喷墨头；2
…
流路基板；3
…
油墨供给部；4
…
柔性布线板；5
…
驱动电路；6
…
致动器；7
…
独立电极；8a、8b
…
公共电极；9
…
安装垫；10
…
振动板；11
…
下部电极；12
…
压电体；13
…
上部电极；14
…
绝缘层；15a、15b
…
接触孔；16
…
保护层；17
…
喷嘴；18
…
压力室；100
…
喷墨记录装置；c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7
…
变化；pw1、pw2
…
压力波形；w1、w2
…
驱动波形；w11、w12、w13
…
波形。
具体实施方式
[0015]
以下，使用附图对实施方式所涉及的喷墨头以及搭载有该喷墨头的喷墨记录装置进行说明。需要指出，以下实施方式的说明所使用的各附图有时会适当变更各部的比例尺。另外，为了说明，以下实施方式的说明所使用的各附图有时会省略结构加以示出。另外，在各附图以及本说明书中，相同的附图标记表示同样的要素。
[0016]
图1是示出实施方式所涉及的喷墨头1的外观的立体图。喷墨头1具备流路基板2、油墨供给部3、柔性布线板4以及驱动电路5。需要指出，喷墨头1是液体喷出头的一例。
[0017]
设置有喷出油墨的喷嘴17(在后述的图3中示出)的致动器6呈阵列状配置于流路基板2。各喷嘴17在印刷方向上没有互相重叠，且在与印刷方向正交的方向上等间隔地被配置。各个致动器6经由柔性布线板4与驱动电路5电连接。驱动电路5与进行印刷控制的控制电路电连接。流路基板2与柔性布线板4在已通过异方性导电胶膜(acf(anisotropic conductive film))电连接的状态下被接合。柔性布线板4与驱动电路5例如在已通过cof(chip on flex：覆晶薄膜)电连接的状态下被接合。
[0018]
油墨供给部3例如通过环氧系粘合剂等与流路基板2接合。油墨供给部3具有与管等连接的油墨供给口，将供给到油墨供给口的油墨向流路基板2供给。需要指出，供给到油墨供给口的油墨的压力期望是相对于大气压大体低1000pa左右的值。在等待油墨喷出的期间，从油墨供给口注入的、已填充到压力室18和喷嘴17内部的油墨处于压力室18内的油墨的压力维持在比大气压低1000pa左右的压力。以上，油墨供给部3作为向压力室18供给油墨的液体供给装置的一例。
[0019]
驱动电路5向致动器6施加电信号。也将该电信号称为驱动信号。若驱动电路5向致动器6施加驱动信号，则致动器6进行驱动以使流路基板2内部的压力室18(在后述的图3中示出)的容积变化。由此，填充到压力室18中的油墨产生压力振动。由于压力振动，从设置于致动器6的喷嘴17向流路基板2表面的法线方向喷出油墨。需要指出，喷墨头1通过变更着落于一个像素的墨滴的量来实现灰度表现。另外，喷墨头1通过改变油墨的喷出次数，来变更
着落于一个像素的墨滴的量。以上，驱动电路5是对致动器6施加驱动信号的施加部的一例。
[0020]
图2是示出流路基板2的详情的俯视图。不过，图2省略示出了重复相同的图案的部分。在流路基板2上形成有多个致动器6、多个独立电极7、公共电极8a、公共电极8b以及多个安装垫9。需要指出，也将公共电极8a或公共电极8b简称为公共电极8。
[0021]
独立电极7将各个致动器6与安装垫9电连接。独立电极7彼此互相在电气上是独立的。公共电极8b与端部的安装垫9电连接。公共电极8a从公共电极8b分支，并与多个致动器6电连接。在多个致动器6彼此之间，公共电极8a以及公共电极8b在电气上是通用的。
[0022]
安装垫9经由形成于柔性布线板4的多个布线图案而与驱动电路5电连接。针对安装垫9与柔性布线板4的连接可以使用异方性导电胶膜。除此之外，安装垫9也可以通过引线接合等方法与驱动电路5连接。
[0023]
图3是示出致动器6及其周边的详情的俯视图。另外，图4是图3的a-a线剖视图。致动器6包括公共电极8、振动板10、下部电极11、压电体12、上部电极13、绝缘层14、保护层16以及喷嘴17而构成。另外，下部电极11与独立电极7电连接。
[0024]
作为一例，流路基板2由厚度500μm的单晶硅片形成。在流路基板2的内部形成有填充油墨的压力室18。作为一例，压力室18的直径为200μm。压力室18通过以干式蚀刻从流路基板2的下表面开孔而形成。
[0025]
振动板10以覆盖压力室18的上表面的方式与流路基板2一体地形成。在形成压力室18之前，对流路基板2高温加热而通过二氧化硅形成振动板10。在振动板10上形成有与喷嘴17呈同心圆状且比喷嘴17大的贯通孔。作为一例，振动板10的厚度为4μm。
[0026]
在振动板10之上，下部电极11、压电体12以及上部电极13以喷嘴17为中心形成为甜甜圈状。作为一例，内径为30μm。作为一例，外径为140μm。作为一例，下部电极11以及上部电极13是通过溅射法等将铂等成膜而得。另外，压电体12是通过溅射法或溶胶凝胶法等将pzt(pb(zr,ti)o3)(锆钛酸铅)等成膜而得。作为一例，上部电极13的厚度以及下部电极11的厚度为0.1～0.2μm。作为一例，pzt的厚度为2μm。
[0027]
若向致动器6施加正电压，在压电体12的厚度方向上产生电场，则压电体12产生d31模式的变形。即，若向致动器6施加正电压，则压电体12在与厚度方向正交的方向上收缩。通过该收缩，振动板10和保护层16产生压缩应力。这时，由于振动板10的杨氏模量大于保护层16的杨氏模量，因此振动板10上产生的压缩力胜于保护层16上产生的压缩力。为此，致动器6若被施加正的电压，则向压力室18的方向弯曲。由此，与未向致动器6施加电压的状态相比，压力室18的容积变小。也就是说，施加于致动器6的驱动信号的电压的值越大，压力室18的容积越小。
[0028]
在上部电极13的上表面形成有绝缘层14。在绝缘层14中形成有接触孔15a以及接触孔15b。接触孔15a为甜甜圈状的开口，使上部电极13与公共电极8电连接。接触孔15b为圆形的开口，使下部电极11与独立电极7电连接。作为一例，绝缘层14通过teos(tetraethoxysilane：正硅酸乙酯)-cvd(chemical vapor deposition：化学气相沉积)法将二氧化硅成膜而形成。作为一例，绝缘层14的厚度设为0.5μm。绝缘层14防止公共电极8与下部电极11在压电体12的外周部电接触。
[0029]
在绝缘层14的上表面形成有独立电极7、公共电极8以及安装垫9。分别经由接触孔15b、15a，独立电极7与下部电极11连接，公共电极8与上部电极13连接。需要指出，除此之外
独立电极7也可以与上部电极13连接。另外，公共电极8也可以与下部电极11连接。作为一例，独立电极7、公共电极8以及安装垫9通过溅射法将金成膜而形成。作为一例，独立电极7、公共电极8以及安装垫9的厚度为0.1μm至0.5μm。
[0030]
保护层16形成在独立电极7、公共电极8以及绝缘层14之上。作为一例，保护层16通过旋转涂布法将光敏聚酰亚胺材料成膜而得。作为一例，保护层16的厚度为4μm。与压力室18连通的喷嘴17在保护层16开口。
[0031]
作为一例，喷嘴17是通过对作为保护层16的光敏聚酰亚胺材料进行曝光显影而形成的。作为一例，喷嘴17的直径为20μm。喷嘴17的长度根据振动板10的厚度与保护层16的厚度的合计来决定。作为一例，喷嘴17的长度为8μm。
[0032]
接下来，对具备喷墨头1的喷墨记录装置100进行说明。图5是用于说明喷墨记录装置100的一个例子的简图。喷墨记录装置100也可以称为喷墨打印机。需要指出，喷墨记录装置100也可以是复印机那样的装置。喷墨记录装置100为液体喷出装置的一例。
[0033]
喷墨记录装置100例如一边输送作为记录介质的记录纸p一边进行图像形成等各种处理。喷墨记录装置100具备：壳体101、供纸盒102、排纸托盘103、保持辊(鼓)104、输送装置105、保持装置106、图像形成装置107、除电剥离装置108、翻转装置109以及清洁装置110。
[0034]
壳体101容纳构成喷墨记录装置100的各部。供纸盒102位于壳体101内且能够容纳多张记录纸p。排纸托盘103处于壳体101的上部。排纸托盘103是被喷墨记录装置100形成图像的记录纸p的排出目的地。
[0035]
保持辊104具有圆筒状的导体的框架和形成于该框架的表面的薄的绝缘层。该框架接地(接地连接)。保持辊104通过在表面上保持有记录纸p的状态下进行旋转，来输送记录纸p。
[0036]
输送装置105具有沿着记录纸p的输送路径配置的多个引导件以及多个输送辊。该输送辊被电机驱动旋转。输送装置105将作为从喷墨头1喷出的油墨的附着对象的记录纸p从供纸盒102输送至排纸托盘103。
[0037]
保持装置106将通过输送装置105从供纸盒102送出的记录纸p吸附于保持辊104的表面(外周面)并进行保持。保持装置106在将记录纸p按压于保持辊104后，通过由带电引起的静电力使记录纸p吸附于保持辊104。
[0038]
图像形成装置107在被保持装置106保持于保持辊104表面的记录纸p上形成图像。图像形成装置107具有面向保持辊104的表面的多个喷墨头1。多个喷墨头1例如通过分别向记录纸p喷出青色、品红色、黄色以及黑色四种颜色的油墨，从而在记录纸p表面形成图像。
[0039]
除电剥离装置108通过对形成有图像的记录纸p进行除电，从而将其从保持辊104剥离。除电剥离装置108供给电荷对记录纸p进行除电，并将爪插入记录纸p与保持辊104之间。由此，记录纸p从保持辊104剥离。输送装置105将从保持辊104剥离的记录纸p向排纸托盘103或翻转装置109输送。
[0040]
翻转装置109使从保持辊104剥离的记录纸p的正反面翻转，并将该记录纸p再次供给到保持辊104的表面上。翻转装置109例如通过沿着使记录纸p前后方向反向的规定的翻转路径输送记录纸p，从而使记录纸p翻转。
[0041]
清洁装置110清理保持辊104。清洁装置110在保持辊104的旋转方向上处于除电剥离装置108的下游。清洁装置110使清洁部件110a抵接于旋转的保持辊104的表面，来清理旋
转的保持辊104的表面。
[0042]
以下，对实施方式所涉及的喷墨头1的动作进行说明。图6是示出驱动电路5对致动器6施加的驱动信号的波形的图表。在图6中示出驱动波形w1以及驱动波形w2。驱动波形w1为实施方式所涉及的驱动信号的波形的一例。驱动波形w2是以往的驱动信号的波形的一例。另外，图6所示的图表的纵轴为电压、横轴为时间。需要指出，该横轴的1刻度的长度为1al(acoustic length：声学长度)。这里，1al是指压力室18内的油墨的固有振动周期(主声学谐振频率(main acoustic resonance frequency)的周期)的一半的时间。
[0043]
驱动波形w1包括一个波形w11、(n-1)个波形w12以及一个波形w13。这里，n表示油墨的喷出次数。另外，n为1以上的整数。需要指出，图6所示的驱动波形w1是n为3时的驱动波形w1。
[0044]
波形w11是包括变化c1以及变化c2的脉冲波形。波形w11的脉冲宽度优选为1al。波形w11的脉冲宽度是从变化c1的开始直至变化c2的开始为止的时间。通过使波形w11的脉冲宽度为1al，从而油墨的喷出力提高。需要指出，波形w11为第一波形的一例。
[0045]
变化c1是从电压v1向电压v2的变化。需要指出，在变化c1之前的待机状态下，驱动波形w1维持电压v1。另外，电压v2是低于电压v1的电压。电压v2优选为0v，但也可以是负一点的值，即与电压v1极性相反。不过，若负的值大，则会导致压电体12的极化方向相对于待机状态反转而得不到期望的动作，所以优选电压v2为0v或者为与电压v1同极性的电压。需要指出，电压v1是第一电压的一例。另外，电压v2是第二电压的一例。由于变化c1，压力室18的容积扩大。由此，压力室18内的油墨的压力减少。以上，变化c1是第一变化的一例。
[0046]
变化c2是从电压v2向电压v3的变化。需要指出，电压v3是电压v1与电压v2之间的电压。即，电压v3是小于电压v1且大于电压v2的电压。另外，优选电压v3是电压v1的一半的电压。优选的理由稍后叙述。需要指出，电压v3是第三电压的一例。由于变化c2，压力室18的容积收缩。由此，压力室18内的油墨的压力增加，油墨从喷嘴17喷出。以上，变化c2为第二变化的一例。
[0047]
波形w12是处于波形w11之后的脉冲波形。波形w12包括变化c3以及变化c4。波形w12的脉冲宽度短于1al。波形w12的脉冲宽度是从变化c3的开始直至变化c4的开始为止的时间。需要指出，作为现有例的驱动波形w2中的波形w22的脉冲宽度为1al。即，波形w12的脉冲宽度短于以往的波形中的脉冲宽度。另外，通过使波形w12的脉冲宽度短于1al，从而能够在保持喷出力的状态下使电压v3比以往大。另外，如果能够增大电压v3，则能够在保持喷出力的状态下使电压v1变小。即，通过使波形w12的脉冲宽度短于1al，从而能够使电压v1比以往小。需要指出，若电压v3过低则有必要提高电压v1，若电压v3过高则残余振动增大，因此优选电压v3为电压v1的一半左右。需要指出，波形w12为第二波形的一例。变化c3是从电压v3向电压v2的变化。由于变化c3，压力室18的容积扩大。由此，压力室18内的油墨的压力减少。因此，变化c3为第三变化的一例。
[0048]
变化c4是从电压v2向电压v3的变化。由于变化c4，压力室18的容积收缩。由此，压力室18内的油墨的压力增加，油墨从喷嘴17喷出。因此，变化c4为第四变化的一例。
[0049]
从喷出力的角度出发，自变化c1的开始与变化c2的开始的中间直至第一个波形w12中的变化c3的开始与变化c4的开始的中间为止的时间t1优选为2al。需要指出，这里的中间意指正中。另外，从变化c2的结束直至变化c3的开始为止的驱动波形w1的电压为v3。另
外，从第(m-1)个波形w12中的变化c3的开始与变化c4的开始的中间直至第m个波形w12中的变化c3的开始与变化c4的开始的中间为止的时间t2优选为2al。需要指出，m是2以上且n以下的任意的整数。另外，从第(m-1)个波形w12中的变化c4的结束直至第m个波形w12中的变化c3的开始为止的驱动波形w1的电压为v3。
[0050]
波形w13是用于抵消残余振动的脉冲波形。即，波形w13是使残余振动降低的抵消脉冲的一例。波形w13处于最后的喷出波形之后。需要指出，当n在2以上时，最后的喷出波形是指第(n-1)个波形w12。此外，在n为1时，最后的喷出波形是波形w11。需要指出，波形w13的脉冲宽度是能够抵消残余振动那样的宽度。另外，驱动波形w1在最后的喷出波形与波形w13之间包括变化c5。需要指出，从最后的喷出波形中的变化c2或变化c4的结束直至变化c5的开始为止的驱动波形w1的电压为v3。变化c5是从电压v3向电压v1的变化。由于变化c5，压力室18的容积收缩。由此，压力室18内的油墨的压力增加。
[0051]
波形w13包括变化c6以及变化c7。需要指出，从变化c5的结束直至变化c6的开始为止的驱动波形w1的电压为v1。变化c6是从电压v1向电压v3的变化。由于变化c6，压力室18的容积扩大。由此，压力室18内的油墨的压力减少。变化c7是从电压v3向电压v1的变化。由于变化c5，压力室18的容积收缩。由此，压力室18内的油墨的压力增加。
[0052]
需要指出，为了有效地抵消残余振动，从最后的喷出波形中包括的第一个变化的开始与第二个变化的开始的中间直至波形w13中的变化c6的开始与变化c7的开始的中间为止的时间t3优选为3al。需要指出，在n为1时，最后的喷出波形中包括的第一个变化是指变化c1。另外，在n为1时，最后的喷出波形中包括的第二个变化是指变化c2。此外，当n在2以上时，最后的喷出波形中包括的第一个变化是指变化c3。另外，当n在2以上时，最后的喷出波形中包括的第二个变化是指变化c4。
[0053]
图7是示出由驱动信号产生的、压力室18内的油墨的压力振动的波形的图表。图7中示出压力波形pw1以及压力波形pw2。压力波形pw1是施加了驱动波形w1时的压力室18内的油墨的压力振动的波形的一例。压力波形pw2是施加了驱动波形w2时的压力室18内的油墨的压力振动的波形的一例。另外，图7所示的图表的纵轴为压力、横轴为时间。需要指出，横轴的1刻度的长度为1al。
[0054]
如图7所示，在压力波形pw1与压力波形pw2之间，振幅为相同程度。因此，了解到在对致动器6施加了驱动波形w1时与施加了驱动波形w2时，能够以相同程度的喷出力喷出油墨。
[0055]
另外，如图7所示，了解到压力波形pw1由于波形w13而充分抵消了残余振动。
[0056]
上述的实施方式也可以进行如下所示的变形。
[0057]
实施方式的喷墨记录装置100是在记录纸p上通过油墨形成二维图像的喷墨打印机。然而，实施方式的喷墨记录装置并不限定于此。实施方式的喷墨记录装置例如也可以是3d打印机、工业用的制造机械或者医疗用器械等。在实施方式的喷墨记录装置为3d打印机、工业用的制造机械或者医疗用器械等时，实施方式的喷墨记录装置例如通过使作为原料的物质或者用于凝固原料的粘合剂等从喷墨头喷出而形成立体物。
[0058]
实施方式的喷墨记录装置100具备四个喷墨头1，各个喷墨头1所使用的油墨的颜色分别为青色、品红色、黄色或黑色。然而，喷墨记录装置所具备的喷墨头1的数量不限于四个，另外，也可以不是多个。另外，各个喷墨头1所使用的油墨的颜色以及特性等没有限定。
[0059]
另外，喷墨头1也能够喷出透明光泽油墨、在照射红外线或紫外线等时显色的油墨或者其它特殊油墨等。而且，喷墨头1也可以是能够喷出油墨以外的液体的喷墨头。需要指出，喷墨头1所喷出的液体也可以是悬浊液等分散液。作为喷墨头1所喷出的除了油墨之外的液体，例如列举有：包括用于形成印刷布线基板的布线图案的导电性粒子的液体、包括用于形成人工组织或器官等的细胞等的液体、粘合剂等粘结剂、蜡或者液体状的树脂等。
[0060]
除了上述实施方式之外，喷墨头1例如也可以是通过静电使振动板变形而喷出油墨的构造，或者是利用加热器等的热能而从喷嘴喷出油墨的构造等。这些情况下，该振动板或加热器等是使压力室内的油墨的压力变化的致动器。
[0061]
虽然说明了几个实施方式，但这些实施方式只是作为示例而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些实施方式能够以其它各种方式进行实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略，替换，变更。这些实施方式及其变形被包括在发明的范围和宗旨中，同样地被包括在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。