CN102218918A - 液体喷射头及其制造方法、以及液体喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种液体喷射头及其制造方法、以及液体喷射装置，能够抑制液体对液体流路的壁面的侵蚀，并能够长期良好地维持液滴的喷射特性。振动板(50)的流路形成基板(10)侧的最表层由绝缘体膜(51)构成，绝缘体膜(51)由氧化锆形成，并且，由具有耐液体性的材料形成的保护膜(20)覆盖液体流路的壁面而设置在流路形成基板(10)的表面。

Description

液体喷射头及其制造方法、以及液体喷射装置

技术领域

本发明涉及液体喷射头及其制造方法、以及液体喷射装置，利用压电元件使构成压力产生室的一面的振动板变形，此时利用在压力产生室内产生的压力变化从喷嘴喷射液滴。

背景技术

作为液体喷射头的代表例，可举出从喷嘴喷射墨滴的喷墨式记录头。作为喷墨式记录头的构造，提出了各种方案，例如，具备：流路形成基板，该流路形成基板由硅基板构成，且形成有包含与喷嘴连通的压力产生室的液体流路；振动板，该振动板设置于流路形成基板的一面侧；以及压电元件，该压电元件设置在该振动板上(例如，参照专利文献1)。

在这样结构的喷墨式记录头中，压力产生室等的液体流路的壁面的大部分由氧化硅形成。氧化硅虽然是比较难以被墨水侵蚀的材料，但随着长期的使用而被渐渐地侵蚀。因此，压力产生室的形状渐渐发生变化。此外，振动板的形状(厚度)也渐渐发生变化，伴随于此变位量也发生变化。因而，有可能因长期的使用而导致墨滴的喷射特性渐渐发生变化。

例如，在专利文献1所记载的结构中，为了解决这样的问题，而在压力产生室等的流路的壁面设置保护膜。由此，能够在某种程度上抑制构成压力产生室等的流路的流路形成基板、振动板等被墨水侵蚀。

【专利文献1】日本特开2004-262225号公报

但是，例如，也具有在流路形成基板和振动板的边界部分等、难以贴附保护膜的部分，担心无法充分抑制振动板等被墨水侵蚀。此外，也担心由于保护膜而导致振动板的变位特性变化，易于使各头中的墨滴的喷射特性产生偏差。

另外，不仅在喷射墨滴的喷墨式记录头中，而且在喷射墨水以外的液滴的其他液体喷射头中，当然也同样存在这样的问题。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而研发的，其目的在于提供一种液体喷射头及其制造方法、以及液体喷射装置，能够抑制液体对液体流路的壁面的侵蚀，并能够长期良好地维持液滴的喷射特性。

用于解决上述课题的本发明提供一种液体喷射头，其特征在于，上述液体喷射头具备：流路形成基板，流路形成基板形成有包含喷射液滴的喷嘴和与该喷嘴连通的压力产生室的液体流路；振动板，该振动板设置在该流路形成基板上，且构成上述压力产生室的一面；以及压电元件，该压电元件与各压力产生室对应地设置在该振动板上，上述振动板的上述流路形成基板侧的最表层由绝缘体膜构成，上述绝缘体膜由氧化锆形成，并且，由具有耐液体性的材料形成的保护膜覆盖上述液体流路的壁面而设置在上述流路形成基板的表面。

在这样的本发明中，由于液体流路由氧化锆所形成的绝缘体膜、和保护膜构成，所以能够有效地抑制液体对液体流路的壁面的侵蚀。因而，能够长期良好地维持液滴的喷射特性。

此处，优选上述保护膜由氧化钽形成。由此，能够更可靠地抑制液体对液体流路的壁面的侵蚀。

此外，优选上述流路形成基板由硅基板构成。由此，由于能够高精度地形成压力产生室等的液体流路，所以能够提高喷射特性。而且，能够长期良好地维持初始状态的良好的喷射特性。

此外，本发明是具备这样的液体喷射头的液体喷射装置。在这种液体喷射装置中，能够实现提高了耐久性的液体喷射装置。

进而，本发明提供一种液体喷射头的制造方法，其特征在于，上述液体喷射头具备：流路形成基板，流路形成基板形成有包含喷射液滴的喷嘴和与该喷嘴连通的压力产生室的液体流路；振动板，该振动板设置在该流路形成基板上，且构成上述压力产生室的一面；以及压电元件，该压电元件与各压力产生室对应地设置在该振动板上，上述液体喷射头的制造方法具备：将由具有耐液体性的材料形成的保护膜覆盖上述液体流路的壁面而形成于形成有上述液体流路的流路形成基板的表面的工序；对由硅基板构成的支承基板的表面进行热氧化而形成由二氧化硅形成的氧化膜的工序；在上述氧化膜上形成至少包含由氧化锆形成的绝缘体膜的上述振动板的工序；在上述振动板上形成上述压电元件的工序；将上述支承基板及上述氧化膜从与上述压电元件相反侧的面除去而使上述绝缘体膜的表面露出的工序；以及将构成上述振动板的上述绝缘体膜和形成有上述保护膜的流路形成基板接合的工序。

在这样的本发明中，能够良好地制造流路形成基板的液体流路的壁面由氧化锆所形成的绝缘体膜和保护膜构成的喷墨式记录头。

附图说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的记录头的分解立体图。

图2是本发明的一实施方式所涉及的记录头的俯视图及截面图。

图3是表示本发明的一实施方式所涉及的记录头的制造工序的截面图。

图4是表示本发明的一实施方式所涉及的记录头的制造工序的截面图。

图5是表示本发明的一实施方式所涉及的记录头的制造工序的截面图。

图6是表示本发明的一实施方式所涉及的记录装置的概略构成的图。

符号说明

10...流路形成基板；12...压力产生室；13...墨水供给路；14...连通路；15...连通部；16...喷嘴；20...保护膜；30...保护基板；40...柔性基板；50...振动板；51...绝缘体膜；60...下电极；70...压电体层；80...上电极；90...引线电极；210...流路形成基板用晶片；230...保护基板用晶片；250...支承基板；251...氧化膜；300...压电元件。

具体实施方式

以下，基于实施方式对本发明进行详细说明。

(实施方式1)

图1是作为本发明的实施方式1所涉及的液体喷射头的一例的喷墨式记录头的分解立体图，图2是图1的俯视图及截面图。

如图所示，在构成喷墨式记录头的流路形成基板10，沿着其宽度方向并列设置有由间隔壁11划分而成的多个压力产生室12。此外，在流路形成基板10的压力产生室12的长边方向一端部侧，设置有由间隔壁11划分且与各压力产生室12连通的墨水供给路13和连通路14。进而，在连通路14的外侧设置有与各连通路14连通的连通部15。

另外，流路形成基板10的材料，并没有特别的限定，但例如优选使用结晶面方位为(110)的单结晶硅基板等。而且，对于这些压力产生室12、墨水供给路13、连通路14及连通部15，将流路形成基板10从其一面侧例如通过干蚀刻而在厚度方向上不贯通地形成，详细情况将在后面加以阐述。

此外，在流路形成基板10并列设置有喷嘴16，该喷嘴16朝流路形成基板10的另一面侧开口而与各压力产生室12连通。对于喷嘴16的形状，并没有特别的限定，例如本实施方式所涉及的喷嘴16由大径部16a和小径部16b构成，大径部16a设置于压力产生室12侧，小径部16b设置于供墨滴喷出的一侧，且具有比大径部小的内径。

这样，在流路形成基板10一体地形成包含压力产生室12、墨水供给路13、连通路14、连通部15及喷嘴16的墨水流路(液体流路)。而且，在这些压力产生室12等的墨水流路的壁面形成有保护膜20，该保护膜20由具有耐墨水性的材料，例如氧化钽等形成。在本实施方式中，在包含压力产生室12等的墨水流路的壁面的流路形成基板10的整个表面形成保护膜20。

另外，墨水供给路13形成为具有比压力产生室12狭小的截面积，将从连通部15流入压力产生室12的墨水的流路阻力保持为一定。将压力产生室12的宽度方向两侧的间隔壁11朝连通部15侧延伸设置而划分墨水供给路13和连通部15之间的空间，由此形成连通路14。连通部15与后述的保护基板30的贮液器部32连通而构成贮液器100。

振动板50例如通过粘接剂55接合于这样的流路形成基板10的与喷嘴16相反侧的面。此处，振动板50具备由氧化锆形成的绝缘体膜51，该绝缘体膜51构成流路形成基板10侧的最表层。例如，在本实施方式中，绝缘体膜51以1.0～1.2[μm]左右的厚度形成，振动板50仅由该绝缘体膜51构成。

因此，形成于流路形成基板10的压力产生室12、墨水供给路13及连通路14的一面由绝缘体膜51构成。即，在本发明中，形成于流路形成基板10的压力产生室12等的墨水流路的壁面，由绝缘体膜51和保护膜20构成，该绝缘体膜51构成振动板50且由氧化锆形成，保护膜20形成于流路形成基板10的表面且由氧化钽形成。

由此，能够有效地抑制形成于流路形成基板10的墨水流路的壁面被墨水侵蚀。即，能够将伴随着墨水流路的壁面的侵蚀而导致墨滴的喷射特性的变化抑制为最小限度。因而，能够长期良好地维持墨滴的喷射特性。墨水对氧化锆、氧化钽的蚀刻速率，例如与对二氧化硅的蚀刻速率相比，为1/10以下。因此，通过由绝缘体膜51和保护膜20构成压力产生室12等的墨水流路的壁面，即使长期的使用，墨滴的喷射特性也不会发生较大地变化。此外，通过仅由绝缘体膜51构成振动板50，与由多层构成振动板50的情况相比，也起到减小振动板50的变位量的偏差这样的效果。

另外，在这样的构成振动板50的绝缘体膜51上形成有压电元件300，该压电元件300由下电极60、压电体层70、上电极80构成。此外，在压电元件300的各上电极80分别连接有引线电极90，经由该引线电极90将各上电极80与后述的驱动IC连接起来。

在本实施方式中，虽然绝缘体膜51构成振动板50，但也可以将下电极60与绝缘体膜51一起兼用作振动板50。总之，对于振动板50，只要压力产生室12侧的最表层由绝缘体膜51构成即可，也可以包含其他层。

具有用于保护压电元件300的压电元件保持部31的保护基板30例如通过粘接剂35接合于流路形成基板10的压电元件300侧的面。贮液器部32与压电元件保持部31一起设置于保护基板30。该贮液器部32与如上述那样形成于流路形成基板10的连通部15连通而构成贮液器100。

作为保护基板30的材料，并没有特别的限定，但优选使用与流路形成基板10的热膨胀率大致相同的材料，例如玻璃材料、陶瓷材料等，在本实施方式中，使用与流路形成基板10相同的材料亦即硅基板。

此外，在保护基板30设置有沿厚度方向贯通保护基板30的贯通孔33，从各压电元件300引出的引线电极90的端部附近，露出到该贯通孔33内。在保护基板30上固定有驱动IC120，该驱动IC120用于驱动并列设置的压电元件300。而且，驱动IC120和引线电极90，通过在贯通孔33内延伸设置的由接合线等的导电性电线构成的连接配线121电连接。

由封闭膜41及固定板42构成的柔性基板40接合在保护基板30上。此处，封闭膜41由刚性低且具有可挠性的材料形成。贮液器部32的一面由该封闭膜41封闭。此外，固定板42由金属等的硬质材料形成。该固定板42的与贮液器100对置的区域，成为沿厚度方向被完全除去的开口部43，贮液器100的一面仅由具有可挠性的封闭膜41封闭。

在这样的本实施方式的喷墨式记录头中，从未图示的外部墨水供给机构取入墨水，在从贮液器100至喷嘴16的内部充满墨水后，根据来自驱动IC120的记录信号，对与压力产生室12对应的各个压电元件300施加电压而使各个压电元件300挠曲变形，各压力产生室12内的压力升高而从喷嘴16喷射墨滴。

以下，对本实施方式的喷墨式记录头的制造工序进行说明。另外，图3～图5是压力产生室的长边方向的各部件的截面图。

首先，如图3(a)所示，通过对一体形成多个流路形成基板10的硅晶片亦即流路形成基板用晶片210例如进行干蚀刻，由此形成作为墨水流路的压力产生室12、墨水供给路13、连通路14、连通部15及喷嘴16。由于这些墨水流路只要使用公知技术形成即可，所以对于墨水流路的形成方法省略详细的说明。

接着，如图3(b)所示，在包含压力产生室12等的墨水流路的壁面的流路形成基板用晶片210的表面，例如通过CVD法等形成由氧化钽形成的保护膜20。

另一方面，如图4(a)所示，在由硅晶片构成的支承基板250的表面形成氧化膜251。具体而言，通过用约1100℃的扩散炉对支承基板250进行热氧化，在支承基板250的表面形成由二氧化硅形成的氧化膜251。该支承基板250的厚度例如为400μm左右，氧化膜251形成为约1.0μm左右的厚度。

接着，如图4(b)所示，在氧化膜251上形成绝缘体膜51，该绝缘体膜51构成振动板50的流路形成基板10侧的最表层且由氧化锆形成。此时，通过在支承基板250的表面形成氧化膜251，能够提高绝缘体膜51相对于支承基板250的密合性。另外，如上所述，在本实施方式中，振动板50仅由绝缘体膜51构成。

接着，如图4(c)所示，在绝缘体膜51(振动板50)上依次形成压电元件300及引线电极90。此外，此时，在绝缘体膜51上形成用于连接连通部15和贮液器部32的贯通孔51a。另外，这些压电元件300及引线电极90等的形成方法，由于只要使用公知技术即可，所以省略详细的说明。

接着，如图5(a)所示，在支承基板250的压电元件300侧的面，接合一体形成有多个保护基板30的保护基板用晶片230。在本实施方式中，例如通过热固化型的粘接剂35接合支承基板250和保护基板用晶片230。

接着，如图5(b)所示，从与保护基板用晶片230相反侧的面除去支承基板250及氧化膜251而使绝缘体膜51的表面露出。对于这些支承基板250及氧化膜251的除去方法，并没有特别的限定，例如只要按照如下的方法除去即可。

首先，通过研磨来除去支承基板250直至剩余少量支承基板250为止，之后，例如通过氟硝酸等的蚀刻液进行蚀刻而完全除去支承基板250。进而，例如通过氟酸等的蚀刻液进行蚀刻而除去氧化膜251，使绝缘体膜51的表面露出。通过利用这样的方法除去支承基板250及氧化膜251，能够迅速且良好地除去这些支承基板250及氧化膜251。

接着，如图5(c)所示，利用粘接剂55接合形成有压力产生室12等的墨水流路的流路形成基板用晶片210，和保护基板用晶片230。即，在上述工序露出的绝缘体膜51的表面接合流路形成基板用晶片210。

之后，例如通过切割等切断流路形成基板用晶片210和保护基板用晶片230的外周缘部的不需要部分而将其除去，在保护基板用晶片230上接合柔性基板40。而且，通过将这些流路形成基板用晶片210等分割成图1所示那样的一个芯片尺寸，来制造本实施方式的喷墨式记录头。

通过利用这样的方法来制造喷墨式记录头，能够良好地制造形成于流路形成基板10的压力产生室12等的墨水流路的壁面由绝缘体膜51和保护膜20构成的喷墨式记录头。

另外，这样的喷墨式记录头，构成具备与墨盒等连通的流路的记录头单元的一部分，并搭载于喷墨式记录装置(液体喷射装置)。图6是表示该喷墨式记录装置的一例的概略图。

如图6所示，具有喷墨式记录头的记录头单元1A及1B，可装卸地设置有构成墨水供给机构的盒2A及2B，搭载有该记录头单元1A及1B的滑架3，以沿轴向移动自如的方式设置于在装置主体4安装的滑架轴5。该记录头单元1A及1B，例如分别喷出黑色墨水组成物及彩色墨水组成物。而且，驱动马达6的驱动力经由未图示的多个齿轮及同步带7传递到滑架3，由此，搭载有记录头单元1A及1B的滑架3沿着滑架轴5移动。另一方面，在装置主体4沿着滑架3设置有压板8。该压板8能够通过未图示的送纸马达的驱动力而旋转，由进纸辊等供给的纸等记录介质亦即记录片材S卷挂于压板8而被输送。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于该实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内追加各种变更。

例如，在本实施方式中，在形成于流路形成基板的墨水流路的壁面设置由氧化钽形成的保护膜，但当然也可以在形成于保护基板的贮液器部的壁面设置同样的保护膜。由此，能够更可靠地抑制墨滴的喷射特性的变化。

此外，在上述的实施方式中，作为液体喷射头的一例举出喷墨式记录头进行了说明，但本发明大体上以全部液体喷射头作为对象，当然也能够应用于喷射墨水以外的液滴的液体喷射头。作为其他液体喷射头，例如能够举出打印机等的图像记录装置所使用的记录头，液晶显示器等的彩色滤光器的制造所使用的颜色材料喷射头，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射头，生物芯片制造所使用的生物体有机物喷射头等。

Claims (5)

1.一种液体喷射头，其特征在于，

所述液体喷射头具备：

流路形成基板，该流路形成基板形成有包含喷射液滴的喷嘴和与该喷嘴连通的压力产生室的液体流路；

振动板，该振动板设置在该流路形成基板上，且构成所述压力产生室的一面；以及

压电元件，该压电元件与各压力产生室对应地设置在该振动板上，

所述振动板的所述流路形成基板侧的最表层由绝缘体膜构成，所述绝缘体膜由氧化锆形成，并且，

由具有耐液体性的材料形成的保护膜，以覆盖所述液体流路的壁面的方式设置在所述流路形成基板的表面。

2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，

所述保护膜由氧化钽形成。

3.根据权利要求1或2所述的液体喷射头，其特征在于，

所述流路形成基板由硅基板构成。

4.一种液体喷射装置，其特征在于，

所述液体喷射装置具备权利要求1至3中任一项所述的液体喷射头。

5.一种液体喷射头的制造方法，其特征在于，

所述液体喷射头具备：

流路形成基板，该流路形成基板形成有包含喷射液滴的喷嘴和与该喷嘴连通的压力产生室的液体流路；

振动板，该振动板设置在该流路形成基板上，且构成所述压力产生室的一面；以及

压电元件，该压电元件与各压力产生室对应地设置在该振动板上，

所述液体喷射头的制造方法包括下述工序：

将由具有耐液体性的材料形成的保护膜，以覆盖所述液体流路的壁面的方式形成于形成有所述液体流路的流路形成基板的表面的工序；

对由硅基板构成的支承基板的表面进行热氧化而形成由二氧化硅形成的氧化膜的工序；

在所述氧化膜上形成至少包含由氧化锆形成的绝缘体膜的所述振动板的工序；

在所述振动板上形成所述压电元件的工序；

将所述支承基板及所述氧化膜从与所述压电元件相反侧的面除去而使所述绝缘体膜的表面露出的工序；以及

将构成所述振动板的所述绝缘体膜和形成有所述保护膜的流路形成基板接合的工序。

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