喷墨头的制作方法

专利名称：喷墨头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种喷墨头，它在记录介质上喷射墨水以进行记录。
背景技术：
在喷墨记录设备例如喷墨打印机中使用的喷墨头具有一个通道单元，该通道单元设有许多压力腔室和与该压力腔室相通的许多喷嘴。墨水从墨水容器中分配到压力腔室中，并选择地向每个压力腔室施加压力，从而使每个压力腔室的体积发生变化，由此从相应的喷嘴中喷射墨水。为了向各压力腔室施加压力，在通道单元的其上形成有压力腔室的面上设置促动器。
通常，通过以下步骤使得通道单元和促动器彼此粘接在通道单元中限定了压力腔室的壁部上形成粘合剂层；将促动器设置在该通道单元上；将例如加热器的加压部件设置在促动器上；然后施加压力并加热。当通道单元和促动器之间的粘合剂层的厚度不均匀的时候，可能会产生各压力腔室内产生的压力不同的问题，因此各喷嘴显示出不同的墨水喷射特性，导致图像质量的降低。在极端的情况下，可以导致压力腔室之间墨水泄漏。因此，为了防止墨水喷射特性的不同，希望该粘合剂层具有均匀的厚度。
通常采用压电元件来作为促动器。在这种情况下，在压电元件上形成电极作为表面电极，向该表面电极输出驱动信号，由此使得压电元件变形，并相应地改变压力腔室的体积。在这种技术中，有时表面电极是对每个压力腔室单独形成的，每个表面电极包括其面积比压力腔室的面积略小的主体、以及延伸至压力腔室面积之外(也就是延伸至与限定压力腔室的壁部相对的位置)的延伸部(参见日本专利申请公开11-34323)。在这种结构中，在表面电极的延伸部上形成表面电极和例如柔软扁平电缆的另一部件之间的触点。通过将该电缆焊接至该触点或者将该触点压在例如端子的触头部件上，可以在表面电极和电缆之间实现电连接。
但是在上述结构中，在表面电极的延伸部上形成与电缆的接触。因此，当电缆设置在压电元件上时，在电缆和压电元件之间仅形成相对较窄的空间。在这种状况下，当电缆焊接至每个表面电极的延伸部上时，焊剂的溢流倾向于导致相邻的表面电极之间的短路。当压力腔室密集地设置在通道单元中时，这个问题尤为突出。

发明内容
本实用新型的一个目的是提供一种喷墨头，该喷墨头的结构中，作为促动器的压电元件设置在其中形成有压力腔室的通道单元上，在通道单元和压电元件之间形成的粘合剂层具有均匀的厚度，在压电元件上形成的表面电极可以高的可靠性与电缆部件相连接。
根据本实用新型的一个方面，提供一种喷墨头，它包括一通道单元，它具有多个压力腔室以及与各压力腔室相通的多个喷嘴；一促动器单元，它粘接在通道单元上，并改变该压力腔室的体积，以由此通过喷嘴喷射墨水，所述促动器单元包括由共同电极和多个表面电极夹在中间的压电元件，所述多个表面电极在与相应压力腔室相对应的位置处形成在所述压电元件上；以及一电缆部件，它向促动器单元提供驱动信号。所述促动器单元还包括多个第一焊盘，它们形成在压电元件上以与相应表面电极连接，所述第一焊盘与表面电极相比距离压电元件表面的高度更高，并与所述电缆部件连接；以及多个第二焊盘，它们形成在压电元件上以与相应表面电极间隔开，所述第二焊盘与所述第一焊盘距离压电元件表面的高度基本相同。
根据上述方面，在包括压力腔室的通道单元上设置包括压电元件的促动器单元，并且在压电元件上不仅形成有与各压力腔室相对应的表面电极，而且还形成有与各表面电极相对应的第一焊盘和第二焊盘。第一焊盘与各表面电极连接，第二焊盘与各表面电极间隔开。这两种焊盘距离压电元件的表面具有基本相同的高度，该高度高于表面电极距离压电元件表面的高度。如此，给一个表面电极设置两个或者多个焊盘的组合。结果，当促动器单元粘接在通道单元上时，可以分散由例如加热器的加压部件所施加的压力。更具体的说，加压部件变为仅与第一和第二焊盘相接触，加压部件的压力通过第一和第二焊盘在压电元件和通道单元的平面上分散的较好。这样导致在通道单元和压电元件之间形成的粘合剂层厚度均匀，因此防止墨水喷射特性的变化。
另外，第一焊盘被成形为凸起，它们与表面电极相比距离压电元件表面的高度更高。因此，当电缆部件设置在压电元件上时，可以确保电缆部件和压电元件之间较大的空间。另外，通过在第一焊盘之外设置第二焊盘，可以更确保该空间。这样允许在第一焊盘和电缆部件之间稳定的连接，由此抑制焊剂的溢流，并因此防止相邻的表面电极之间的短路。也就是，该表面电极可以高度可靠地与电缆部件连接。


从
以下结合附图的详细说明中可以更加清楚本实用新型的其它和另外的目的、特征以及优点。
图1为本实用新型实施方案的喷墨头的透视图；图2为沿着图1的II-II线剖开的剖视图；图3为在图1中所示的喷墨头中所包括的头主体的平面图；图4为由图3中所示的交替长短虚线包围的区域的放大视图；图5为由图4中所示的交替长短虚线包围的区域的放大视图；图6为沿着图5的线VI-VI剖开的图3所示的头主体的局部剖视图；
图7为图6所示的头主体和与该头主体连接的柔性印刷电路的局部分解透视图；图8A为形成图6所示的墨水通道的空间的平面图；图8B为形成图6所示的墨水通道的空间的透视图；图9为由图6中所示的交替长短虚线包围的区域的放大视图；图10为一平面图，显示出在促动器单元表面上形成的一个单独电极的形状以及与该单独电极相对应的焊盘和伪焊盘的形状；图11A为一局部平面图，显示出在促动器单元表面上设置的单独电极、焊盘和伪焊盘；图11B为一局部放大图，显示出在图11A中所示的一个单独电极以及围绕该单独电极的焊盘和伪焊盘；图12为一放大剖视图，显示出其中柔性印刷电路的端子与促动器的焊盘连接的状态；图13为一剖视图，显示出将促动器单元粘接在通道单元上的步骤；图14A、14B和14C为剖视图，分步显示出将柔性印刷电路的端子连接至焊盘的示例性步骤；并且图15为设置在促动器单元表面上的单独电极、焊盘和伪焊盘的变型的局部平面图。
具体实施方式
首先，将参考图1、2和3对本实用新型实施方案的喷墨头的总体结构进行说明。
喷墨头用于行打印类型的喷墨打印机中。如图1和2所示，喷墨头1具有头主体1a和支撑该头主体1a的基底71。在平面图中，头主体1a具有沿着作为主扫描方向的一个方向延伸的矩形。基底71包括部分粘接在头主体1a上的基底模块75，以及粘接在基底模块75的上表面上用于支撑该基底模块75的支架72。
由金属材料例如不锈钢制成的基底模块75，基本是一长方体部件，其长度与头主体1a的纵向长度大致相同。基底模块75作为用于加强支架72的轻重量结构。该支架72由设置在头主体1a附近的支架主体73以及分别从支架主体73沿着与头主体1a一侧相对的方向延伸的一对支架支撑件74。每个支架支撑件74由平板部件构成。这些支架支撑件74沿着支架主体73的纵向延伸，并彼此之间以预定的距离平行设置。
在每个支架支撑件74的外侧表面上粘贴有弹性部件83例如海绵。沿着每个支架支撑件74的外侧表面设置柔性印刷电路(FPC)作为电缆部件或者柔性扁平电缆，弹性部件83夹在它们中间。驱动器IC80固定在FPC50上，从而面对弹性部件83。FPC50电连接至驱动器IC80和下述的促动器单元21。散热器82设置成与驱动器IC80的外侧表面紧密接触。近似长方体形状的散热器82有效地耗散在驱动器IC80中产生的热量。
基板81设置在散热器82之上的FPC50的外侧。在基板81上，设置控制器(未显示)，该控制器对喷墨头1进行总体控制。驱动器IC80连接至基板81，它能够对在通道单元4中形成的多个压力腔室10(见图5)中的每一个进行单独的电位控制，如下所述。
如图2所示，在散热器82和基板81之间以及在散热器82和FPC50之间设置密封件84。通过将密封件84插在中间来使它们彼此固定。
如图2所示，在支架主体73的两端处沿着副扫描方向也就是沿着与主扫描方向垂直的方向(见图1)形成向下突出的一对裙部73a。每个裙部73a在支架主体73的整个长度上形成，由此在支架主体73的下表面上限定基本长方体的沟槽73b。
基底模块75容纳在支架主体73的沟槽73b中，其上表面用粘合剂等粘接在沟槽73b的底面上。在基底模块75中，形成两个墨水储存器3，作为提供给头主体1a的墨水的通道。墨水储存器3是两个沿着基底模块75的纵向延伸的基本为长方体的空间或者中空区域。两个墨水储存器3沿着基底模块75的纵向以预定距离彼此平行地设置，并且中间插入了沿着基底模块75的纵向形成的隔板75a。在图3中用虚线示意性的显示出在基底模块75中形成的墨水储存器3。
参考图2，与墨水储存器3相通的开口3b在基底模块75的下表面75b上与墨水存储器3相对应地形成在左侧位置处(参见图3)。如图3所示，开口对3b按照之字形图案沿着墨水存储器3的延伸方向在没有设置后述的促动器单元21的区域中设置。每个开口3b设有过滤器(未示出)，用于捕获在墨水中可能含有的灰尘和脏物。在基底模块75的下表面75b中，开口3b的附近从其周围向下凸起，如图2所示。
如图3所示，每个墨水储存器3在其一端与开口3a相通。从墨水容器(未显示)中通过开口3a向每个墨水储存器3提供适当的墨水，从而使得墨水储存器3中始终填充有墨水。
如图2所示，在基底模块75下面支撑的头主体1a包括通道单元4和粘接在通道单元4的上表面上的多个促动器单元21(图2中只显示了其中的一个)。基底模块75粘接在头主体1a上，更详细的说，仅在下表面75b的每个开口3b的附近75c处，粘接在头主体1a的通道单元4上。基底模块75的下表面75b中除了每个开口3b附近75c之外的区域与头主体1a间隔开。促动器单元21设置在该空间内。因此，促动器单元21和基底模块75彼此不接触。
如图3所示，在平面图中，每个促动器单元21为沿着头主体1a的纵向延伸的梯形，具有平行的相对侧，也就是上侧和下侧。促动器单元21按照之字形图案设置在开口对3b之间。促动器单元21的相邻倾斜侧面沿着头主体1a的宽度方向彼此重叠。通道单元4的下表面与粘附至促动器单元21的区域对应的区域成为墨水喷射区域。如后所述，在墨水喷射区域的表面上设有许多喷嘴8(见图4)。尽管图4中只显示了一部分喷嘴8，但是在与粘接在促动器单元2的区域对应的整个区域上都设有喷嘴8。FPC50与促动器单元21的表面连接，如后所述。
如图2所示，在支架主体73的裙部73a的尖端周围设置密封部件85。该密封部件85将FPC50固定在通道单元4和支架主体73上。结果，即使头主体1a变得更长，FPC50也很难弯曲。另外，可以防止促动器单元21和FPC50之间的互连部分受到应力，FPC50可以牢固的保持在适当的位置。
参考图1，在喷墨头1的沿着主扫描方向的每个下边角附近，按照固定的间隔沿着喷墨头1的侧壁设置6个凸出部分30a。如图2所示，这些凸出部分30a设置在喷嘴板30(见图6)的沿着副扫描方向的两端，该喷嘴板是头主体1a的最下层。也就是，喷嘴板30沿着每个凸出部分30a和其它部分之间的边界按照大致90度的角度弯曲。凸出部分30a在与用于打印的各种尺寸的纸张的两端附近相对应的位置处形成。由于喷嘴板30的弯曲部分不是直角而是圆的，因此很难导致卡纸，卡纸可能是因为已经传送至喷墨头1的纸张的前端被喷墨头1的侧面所停止而造成的。
以下，参考图4-8描述通道单元4的结构。
在通道单元4中，形成与开口3b相通的支管管道5(如图4虚线所示)，从而在基底模块75的墨水储存器3中储存的墨水可以引入到支管管道5中。每个支管管道5的前端部分分支为两个子支管管道5a。在与一个促动器单元21对应的区域中，两个子支管管道5a从位于该促动器单元21的两侧上的两个开口3b中的每一个沿着喷墨头1的纵向延伸。也就是，在通道单元4的与一个促动器单元21对应的区域中，四个子支管管道5a全部沿着喷墨头1的纵向延伸。在剖视图中，通道单元4中每个子支管管道5a的位置显示在图6中。
参考图6，在通道单元4中的最上面的板(也就是后面将详细说明的空腔板22)中形成作为压力腔室10的许多开口，在该板表面上要粘附促动器单元21。在与粘附在促动器单元21上的区域相对应的喷墨区域内，如图4和5所示一样，压力腔室10a在通道单元4的表面上彼此相邻地布置。
如图6所示，压力腔室10通过孔道12与子支管管道5a连通。孔道12用来限制墨水流动，因此施加适当的通道阻力，由此使喷墨稳定。孔道12与压力腔室10平行即与通道单元4的表面平行地延伸。如图5所示，孔道12的一个端部位于子支管管道5a的区域中，并且其另一个端部位于具有基本上为菱形形状的压力腔室10的锐角部分处。
另外，参照图6，用作喷嘴8的许多开口形成在作为通道单元4的最下面层的喷嘴板30中。如在图4和5中所示一样，喷嘴8布置在与粘附在促动器单元21上的区域相对应的喷墨区域内。喷嘴8设置在子支管管道5a的范围外面，并且基本上与菱形形状的相应压力腔室10的一个锐角部分相对应。
图4和5显示出通道单元4的下表面，因此应该用虚线显示出压力腔室10和孔道12，但是为了便于理解用实线显示出它们。在平面视图中，一个压力腔室10如图5所示一样重叠着两个孔道12。如图6所示，通过将压力腔室10和孔道12设置在彼此不同的高度处来实现这种布置。这使得能够高度密集地布置压力腔室10，并且还能够采用占据着相对较小区域的喷墨头1来形成高分辨率图像。
这里将对压力腔室10和喷嘴8在与通道单元4的表面平行的平面中的布置进行说明。
在这些喷墨区域内，压力腔室10和喷嘴8沿着两个方向即作为第一布置方向的沿着喷墨头1的长度的方向和作为第二布置方向的相对于喷墨头1的宽度稍微倾斜的方向布置成矩阵形式。第一和第二布置方向形成比直角稍小的角度θ。喷嘴8沿着第一布置方向以50dpi的密度布置。另一方面这些压力腔室10如此布置，从而与粘附在一个促动器单元21上的区域相对应的一个喷墨区域沿着第二布置方向可以最大包含有12个压力腔室10。由沿着第二布置方向布置12个压力腔室10所引起的在第一布置方向上的偏移量等于一个压力腔室10。因此，在整个喷墨头1的宽度上，12个喷嘴8处于与沿着第一布置方向在两个相邻喷嘴8之间的间隔相对应的范围内。在沿着第一布置方向的每个喷墨区域的两个端部处，即在与每个促动器单元21的倾斜侧面相对应的部分处，一个喷墨区域与对应于沿着喷墨头1的宽度方向相对设置的促动器单元21的另一个喷墨区域互补，由此满足了上述条件。
因此，与纸张沿着喷墨头1的副扫描方向的相对运动结合，该喷墨头1可以通过利用沿着第一和第二布置方向布置的许多喷嘴8顺序喷射出墨滴，来沿着主扫描方向以600dpi进行打印。
参照图6和7，通道单元4具有包括总共九块板的层状结构，即从顶部开始依次为，空腔板22、基板23、孔板24、供应板25、支管板26、27和28、盖板29和喷嘴板30。这些板22至30由金属例如不锈钢等制成。
在空腔板22中形成有许多将用作压力腔室10的基本上为菱形的开口。在其中没有形成任何开口的空腔板22的部分构成限定了相应压力腔室10的壁部22a。在基板23中，位于压力腔室10和相应孔道12之间的一个连通孔12和位于压力腔室10和相应喷嘴8之间的一个连通孔两者都设置用于形成在空腔板22中的每个压力腔室10。在孔板24中，用作孔道12的一个开口和位于压力腔室10和相应喷嘴8之间的连通孔这两者都设置用于形成在空腔板22中的每个压力腔室。在供应板25中，在孔道12和子支管管道5a之间的一个连通孔与压力腔室10和相应的喷嘴8之间的一个连通孔两者都设置用于形成在空腔板22中的每个压力腔室10。在支管板26、27和28的每一个中，除了用作子支管管道5a的开口之外，在压力腔室10和相应喷嘴8之间的一个连通孔设置用于形成在空腔板22中的每一压力腔室10。在盖板29中，在压力腔室10和相应喷嘴8之间的一个连通孔设置用于形成在空腔板22中的每个压力腔室10。在喷嘴板30中，用作喷嘴8的一个锥形孔设置用于形成在空腔板22中的每个压力腔室10。
在通道单元4中形成有多条墨水通道32(参见图6)，每条从墨水容器(未示出)延伸穿过墨水储存器3、支管管道5、子支管管道5a、孔道12和压力腔室10通向喷嘴8。墨水通道32首先从子支管管道5a向上延伸，然后在孔道12中水平延伸，然后进一步向上延伸，然后再次在压力腔室10中水平延伸，然后在一定程度上远离孔道12向下倾斜地延伸，然后朝着喷嘴8垂直向下延伸。
图8A和8B分别显示出在图6中所示的通道单元4中形成墨水通道32的空间结构的平面图和透视图。在图8A和8B中显示出设在位于孔道12和子支管管道5a之间的边界处的过滤器13。该过滤器13用于除去包含在墨水中的灰尘。
下面将参照图9和10对促动器单元21的结构进行详细说明。
包括四个层叠放置的压电片41、42、43和44的促动器单元21通过插入在促动器单元21和空腔板22之间的粘合剂层70(参见图9)粘附到作为通道单元4的最上层的空腔板22上。这些压电片41至44构成一压电元件。每块压电片41至44其厚度大约为15μm，并且由锆钛酸铅(PZT)基陶瓷材料制成，该材料具有良好的可加工性和铁电性。
压电片41至44形成为层状平板件，其跨过在喷墨头1中形成在一个喷墨区域内的多个压力腔室10。因此，可以使压电片41至44的机械刚度保持较高，另外喷墨头1提高了对喷墨的响应性。
作为厚度大约为1μm的表面电极的单独电极35形成在最上面的压电片41上。这些单独电极35对应于相应的压力腔室10。如图10所示一样，这些单独电极35具有一主电极部分35x和一连接部分35y。主电极部分35x对着压力腔室10，并且在平面图中具有与压力腔室10的形状类似的基本上为菱形的形状，其长度为850μm并且宽度为250μm。主电极部分35x的一个锐角部分延伸出以形成对着空腔板22的壁部22a的连接部分35y。
其厚度大约为2μm的共同电极34插入在压电片41和设置在压电片41下面的压电片42之间(参见图9)。共同电极34为在一个促动器单元21的基本上整个表面上延伸的单块导电片。单独电极35和共同电极34都由例如Ag-Pd基金属材料制成，并且如将在下面所述一样用来通过向压电片41施加电场来改变压力腔室10的体积。
在压电片42和设置在压电片42下面的压电片43之间、在压电片43和压电片44之间以及在压电片44下面没有设置任何电极。
如图4和5所示一样，形成有单独电极35的促动器单元21的表面区域在其整个外周上由圆形接地电极38包围。换句话说，许多接地电极38以基本上相同的间隔围绕着梯形压电片41的表面的外周边形成。所有接地电极38通过形成在压电片41中的通孔(未示出)与共同电极34连接，但是图9没有任何其图示。
这里将对促动器单元21的驱动方法进行说明。
包括在促动器单元21中的压电片41至44沿着其厚度方向被极化。夹在单独电极35和共同电极34之间的部分用作活性部分。在该情况中，当将单独电极34设定在与共同电极34不同的电位处以沿着极化方向向压电片41的相应活性部分施加电场时，该活性部分沿着其厚度方向膨胀或收缩，并且在横向压电效应的作用下沿着与厚度方向垂直的其平面方向收缩或膨胀。另一方面，其它三个压电片42至44为非活性层，它们不具有夹在电极之间的区域，因此自身不能变形。也就是说，促动器单元21具有一种所谓的单形态结构，其中远离压力腔室10的上面压电片41为包括活性部分的层，而靠近压力腔室10的下面三块压电片42至44为非活性层。
在该结构中，当沿着极化方向向压电片41的活性部分施加电场时，该活性部分沿着厚度方向膨胀并且沿着平面方向收缩，同时其它三块压电片42至44不出现任何变形。这时，由于压电片41至44的最下面表面如图9中所示一样固定在空腔板22的壁部22a的上表面上，所以与压电片41的活性部分的变形相关联，整个压电片41至44变形以朝着压力腔室10一侧凸起(即，单形态变形)。这减小了压力腔室10的体积，并且提高了在压力腔室10中的墨水压力，由此通过喷嘴8将墨水喷射出。然后，当再次将单独电极35设定在与共同电极34相同的电位处时，压电片41至44恢复其原始的平板形状。这时，压力腔室10的体积增加，并且因此在子支管管道5a中的墨水被引入到压力腔室10中。
在另一个可能的驱动方法中，提前使所有单独电极35保持在与共同电极34不同的电位处，从而整个压电片41至44变形以朝着压力腔室10侧凸起。然后，在每次喷射请求时，立即将相应的单独电极35设定在与共同电极34相同的电位处。之后，在预定的定时处再次将单独电极35设定在与共同电极34不同的电位处。在该情况中，在当单独电极35和共同电极34具有相同的电位时，压电片41至44恢复其原始的平板形状，并且由此相应的压力腔室10与其初始状态相比体积增加，其中压电片41至44全部变形以朝着压力腔室10侧凸起。在压力腔室10体积增加时，在子支管管道5a中的墨水被引入到压力腔室10中。之后，在单独电极35和共同电极34的电位彼此不同时，压电片41至44整个变形以朝着压力腔室10侧凸起。这就减小了压力腔室10的体积，并且提高了在压力腔室10中的墨水压力，由此通过喷嘴8喷射出墨水。
另一方面当将与极化方向垂直的电场施加在压电片41的活性部分上时，活性部分沿着其平面方向膨胀并且沿着其厚度方向收缩。这时，压电片41至44整个变形以在压力腔室10侧上凹入。这就增加了压力腔室10的体积，由此将在子支管管道5a中的墨水引入到压力腔室10中。然后，当单独电极35的电位返回至其初始数值时，压电片41至44恢复其原始的平板形状。这就降低了压力腔室10的体积并且提高了在压力腔室10中的墨水压力，由此通过喷嘴8喷射出墨水。
之后将对焊盘36和作为第二焊盘的伪焊盘37进行说明，这两个焊盘形成在压电片41的表面上，从而与每个单独电极35相对应。
焊盘36如图9所示一样设置在压电片41的表面上，更具体地说如图10所示一样设置在远离主电极部分35x的连接部分35y的端部处。也就是说，焊盘36设置成对着壁部22a并且与单独电极35连接。焊盘36形成为柱状体，其直径大约为160μm，厚度大约为10μm，并且由例如包括玻璃粉的金制成。图9显示出，焊盘36与单独电极35相比离压电片41表面的高度更高。由于焊盘36的厚度大约为10μm并且单独电极35的厚度大约为1μm，所以焊盘36离压电片41的表面的高度大约为11μm。
如图9和10所示一样，伪焊盘37和焊盘36构成一对，并且相对于相应压力腔室10的中心对称设置。伪焊盘37与焊盘36类似(设置成对着壁部22a)由包含有玻璃粉的金制成，并且具有与焊盘36基本上相同的大约为160μm的直径以及基本上相同的10μm的厚度。由于焊盘36形成在单独电极35上，所以在离压电片41的表面的高度中在焊盘36和伪焊盘37之间存在1μm的差异，但是该差异在制造焊盘36、伪焊盘37和FPC50等中处于许可变化范围内。伪焊盘37在其上没有电连接的情况下与单独电极35间隔开，同时焊盘36与单独电极35连接。
参照图11A和11B，每个单独电极35由成对的相应焊盘36和伪焊盘37包围，并且也由与位于单独电极35附近的其它单独电极35对应的焊盘36和伪焊盘37包围。另外参照图11B，在每个单独电极35周围设有六个焊盘36和伪焊盘37，包含与位于单独电极35附近的其它单独电极35相对应的焊盘36和伪焊盘37。这三个焊盘36和三个伪焊盘37成对，并且每对相对于相应压力腔室10的中心对称设置。这三个焊盘36和三个伪焊盘37布置成六边形形式。
接下来将参照图12对FPC50的结构进行详细说明。
FPC50包括一基底薄膜51、形成在基底薄膜51的下表面上的多个导电图案53、覆盖着基底薄膜51的基本上整个下表面的覆盖薄膜52以及从覆盖薄膜52的下表面伸出的端子54。基底薄膜51、导电图案53以及覆盖薄膜52的厚度分别大约为25μm、9μm和20μm。在覆盖薄膜52中形成有多个通孔52a，每个通孔的面积小于导电图案53的面积。每个通孔52a与多个导电图案53中的每一个相对应。基底薄膜51、导电图案53和覆盖薄膜52层叠设置，从而每个通孔52a的中心可以与每个导电图案53的中心相对应，并且覆盖薄膜52可以覆盖着导电图案53的外周边。
基底薄膜51和覆盖薄膜52为绝缘片部件。基底薄膜51由聚酰亚胺树脂制成，而覆盖薄膜52由感光材料制成。同样，通过用感光材料制成该覆盖薄膜52，可以很容易形成许多通孔52a。
导电图案53由铜箔制成。导电图案53为用于将从驱动器IC80输出的驱动信号传送给促动器单元21的线路(参见图1和2)。导电图案53与驱动器IC80连接，并且在基底薄膜51的下表面上形成预定图案。
由导电材料例如镍制成的端子54通过覆盖薄膜52的通孔52a与导电图案53连接。更具体地说，端子54形成为用来封闭通孔52a，覆盖着位于覆盖薄膜52的下表面一侧上的通孔52a的外周边并且朝着压电片41侧伸出。端子54的直径大约为50μm，并且端子54从覆盖薄膜52的下表面的伸出长度大约为30μm。
每个端子54与其中一个焊盘36相对应。端子54和相应的焊盘36通过焊料60相互连接。由于端子54与导电图案53连接，所以与相应焊盘36电连接的每个单独电极35通过相互独立地形成在FPC50上的导电图案53与驱动器IC80连接。这允许在每个压力腔室10上进行单独的电位控制。
FPC50没有与伪焊盘37相对应的端子。如上所述，这是因为伪焊盘37没有与单独电极35电连接。
除了上述导电图案53之外，FPC50同样具有接地导电图案(未示出)。接地导电图案(未示出)的端子与上述接地电极38连接(参见图4和5)，从而与接地电极38连接的共同电极34在其与任意压力腔室10相对应的区域中同样保持在接地电位处。
接下来将对制造该喷墨头1的方法的实施例进行说明。
在该实施例中，在形成喷墨头主体1a时，通道单元4和促动器单元21彼此单独地制备出并且随后相互粘接在一起。
为了制造该通道单元4，首先用形成图案的光致抗蚀剂掩模对九块板22至30中的每一块进行蚀刻，由此在板22至30的每一块中形成如在图6和7中所示的开口和沟槽。随后，板22-30重叠起来并用粘合剂彼此粘接，从而它们可以形成如图6所示的墨水通道32。
为了制造该促动器单元21，首先，按照一定图案将会形成为共同电极34的导电糊印刷在陶瓷材料生片上，以形成压电片42。然后利用夹具定位四个压电片41-44并彼此重叠，通过在预定温度燃烧而形成一个片。随后，在压电片41上按照一定图案来印刷会形成单独电极35的导电糊。然后进行燃烧过程。另外，在单独电极35的一端上，更具体的说，是在每个单独电极35的连接部分35y上按照一定图案印刷会形成每个焊盘36的导电糊。在以与配对的焊盘36和伪焊盘37相应的压力腔室10为中心与该焊盘36大致对称的位置处，印刷会形成每个伪焊盘37的导电糊。通过随后的燃烧过程来烧结糊料。结果，在压电片41的表面上形成单独电极35、焊盘36以及伪焊盘37。
然后，将通过前述步骤形成的通道单元4以及促动器单元21彼此粘附。在该粘附步骤中，利用适当的方法例如转移法在通道单元4的空腔板22的壁部22a上形成热固性粘合剂层70(见图13)。然后将促动器单元21定位和设置在通道单元4上，作为加压部件的陶瓷加热器100设置在促动器单元21上，以施加压力和热。相应的，通道单元4和促动器单元21彼此固定，制备头主体1a。此时，加热器100仅与焊盘36和伪焊盘37相接触，与压电片41-44以及单独电极35没有任何接触。
然后，将FPC50的端子54连接至焊盘36，以向单独电极35输送电信号，通过另外的预定步骤，完成喷墨头1的制造。
此处，参考图14A、14B和14C来描述将FPC50的端子54连接至焊盘36的示例性步骤。图14A、14B和14C分步显示了将端子54连接至焊盘36的步骤。
图14A显示了通过如上所述将促动器单元21粘附至通道单元4而形成的头主体1a。首先，施加厚度大致为10μm的焊料60，以覆盖FPC50的端子54的整个表面(见图14B)。然后设置FPC50，使得端子54可以面对焊盘36，在这种状况下，使FPC50与促动器单元21越来越接近，最终实现端子54和焊盘36之间的接触(见图14C)。当例如将陶瓷加热器(未示出)设置在FPC50的基底薄膜51的上表面上，并且施加压力和热量时，焊料60熔融成这样一种形状，从而覆盖了端子54的整个外周面，即从覆盖薄膜52的下表面到焊盘36的表面，因此使端子54和焊盘36形成完全连接。焊料60的随后固化完成了端子54和焊盘36的连接，并且因此使FPC50与单独电极35电连接。
虽然FPC50和伪焊盘37在图14C没有相互接触，但是它们在FPC50弯曲或扭曲时会接触。但是在任何一种情况中，FPC50永远不会与压电片41至44和单独电极35接触，并且在FPC50和压电片41之间确保了一空间。
如上所述，该实施方案的喷墨头1具有这样一种结构，其中包括压电片41至44的促动器单元21布置在包括压力腔室10的通道单元4上，其中在压电片41上不仅形成有与相应压力腔室10相对应的单独电极35，而且还形成有与相应单独电极35相对应的焊盘36和伪焊盘37。焊盘36与相应的单独电极35连接，并且使伪焊盘37与相应单独电极35间隔开。焊盘36和伪焊盘37两者离压电片41的高度基本上相同，该高度高于单独电极35离压电片41的高度。同样，由于为一个单独电极35设有总共两个突起即焊盘36和伪焊盘37，所以由加热器100施加的压力在促动器单元21粘接在通道单元4上时可以分散。更具体地说，加热器10只与焊盘36和伪焊盘37接触，并且其压力在压电片41至44和通道单元4的平面上通过焊盘36和伪焊盘37相对较好地分散。这使得形成在通道单元4和压电片44之间的粘合剂层70的厚度均匀，因此防止了喷墨特性出现变化。
另外，焊盘36形成为突起，并且其离压电片41表面的高度高于单独电极35离压电片41表面的高度。因此，当将FPC50设置在压电片41上时，在FPC50和压电片41之间能够确保相对较大的空间。另外，可以通过除了焊盘36之外还提供伪焊盘37来更加牢靠地确保该空间。这使得焊盘36和FPC50能够进行稳定连接，由此抑制了焊料60溢流，因此防止了相邻单独电极35之间出现短路。也就是说，可以非常可靠地将单独电极35连接在FPC50上。
从该实施方案的制造方法的效果方面看，在将促动器单元21粘接在通道单元4上的步骤中，利用基本上用作与FPC50的触点的焊盘36还有伪焊盘37来分散由加热器100施加的压力。因此可以有效地制造出具有上述效果的喷墨头1。
另外，还有在使FPC50的端子54与焊盘36连接的步骤中，焊盘36和伪焊盘37用来确保在FPC50和压电片41之间的空间。由此，可以采用一种稳定的方式来进行该连接。
另外，由可靠地确保在FPC50和压电片41之间的空间所获得的一个值得一提的效果在于，可以防止外力作用在单独电极35上。也就是说，即使在FPC50弯曲或扭曲时，该FPC50也不会与单独电极35接触，因为每个单独电极35由焊盘36和伪焊盘37包围，从而尤其在每个单独电极35周围确保了一空间。由外力引起的单独电极35的变形会削弱促动器单元21的可变形性，但是在该实施方案中可以防止出现这个问题。
如果将焊盘36和伪焊盘37布置成对着压力腔室10而不是壁部22a；则当焊盘36和伪焊盘37在例如加热器10施加压力的期间受到作用力时，压电片41至44由于位于其下面的压力腔室10的空腔所以容易受损。另一方面，在该实施方案中，因为焊盘36和伪焊盘37两者如图9所示一样布置在对着壁部22a的位置处，所以可以缓解上述对压电片41造成破坏的问题。
通过将焊盘36布置成对着壁部22a并且通过如上所述抑制焊料60的溢流所获得的一个值得一提的效果在于，可以防止焊料60流进对着压力腔室10的区域中。当焊料60流进对着压力腔室10的区域中时，可以削弱促动器单元21的可变形性。但是，在该实施方案中可以防止出现这个问题。
另外，在该实施方案中，每个单独电极35设有相应一个焊盘36以及相应一个伪焊盘37，它们构成一对并且相对于相应一个压力腔室10的中心对称设置，如图10所示一样。因此，由加热器100所施加的压力尤其在压力腔室10周围可以被有效地分散，由此更加牢靠地使压力腔室10周围的粘合剂层70的厚度均匀。
如图11A和11B所示一样，压力腔室10彼此相邻地形成在通道单元4的表面上，并且每个单独电极35由成对的相应焊盘36和相应伪焊盘37包围，并且还由与该单独电极35附近的其它单独电极35相对应的焊盘36和伪焊盘37包围。在该情况中，不仅与该单独电极35相对应的焊盘36和伪焊盘37而且还有与其它相邻单独电极35相对应的焊盘36和伪焊盘37有助于将力传递给相应一个压力腔室10周围的粘合剂层70。因此，由于由加热器100施加的压力尤其在压力腔室10周围被有效地分散，所以可以可靠地使粘合剂层70的厚度均匀。
同样，由于单独电极35不仅由相应的焊盘36和伪焊盘37包围而且还由与其它单独电极35对应的焊盘36和伪焊盘37包围，所以尤其在压力腔室10周围可以更加可靠地确保在FPC50和压电片41之间的空间，从而可以更加可靠地进行焊接，从而有利地防止了短路。
而且，焊盘36和伪焊盘37如图11B所示一样以相对于相应压力腔室10的中心对称的方式布置在每个单独电极35周围。更具体地说，每个都具有菱形形状的压力腔室10形成于通道单元4的表面上，并且三个焊盘36和三个伪焊盘37以六边形的形式布置在与每个压力腔室10对应的每个单独电极35周围。在该情况中，通过设置在六边形的顶点处的六个焊盘36和伪焊盘37将由加热器100施加的压力传递给压电片41至44以及粘合剂层70。因此，使压力更加有效且更加均匀地尤其分散在压力腔室10周围。因此，可以更加可靠地使粘合剂层70的厚度均匀。
多个压力腔室10在通道单元4的表面上形成为一矩阵，这有助于使压力腔室10高密度化，即高分辨率。当压力腔室10密集地布置在通道单元中时，在相邻单独电极35之间的短路问题变成为最主要的问题。但是在该实施方案中，压力腔室10的密集化导致焊盘36和伪焊盘37的圆形布置图案，从而在FPC50和压电片41之间更加牢靠地确保了所述空间，因此可以采用更加可靠的方式来进行焊接。也就是说，即使在压力腔室10以高密度布置时，也能有效地防止短路。而且，焊盘36和伪焊盘37的圆形布置图案使得粘合剂层70的厚度均匀。
在将促动器单元21粘接在通道单元4上的步骤中所使用的加压部件不限于加热器100。例如可以在不施加热量的情况下将促动器单元21粘接在通道单元4上。在这种情况中，粘合剂层70不必具有热固性特性。
图15显示出如何布置压力腔室10、单独电极35、焊盘36和伪焊盘37的可能变型。该变型与上述实施方案的不同之处在于压力腔室10和单独电极35的形状和布置方向(参见图5和11A)。对于形状，在上述实施方案中的该压力腔室10和单独电极35比在该变型中更长且更薄。至于布置方向，在上述实施方案中的压力腔室10没有沿着形成压力腔室10的菱形长对角线和短对角线布置，而在该变型中的压力腔室10沿着这两条对角线布置。具体地说在上述实施方案中，压力腔室10不沿着形成压力腔室的菱形的短对角线布置。由于在压力腔室10等的布置上的这个差异，所以布置在每个单独电极35周围的六个焊盘36和伪焊盘37在该变型中处于规则六边形形式，而在上述实施方案中它们没有处于这种形式中。布置在每个单独电极35周围的焊盘36和伪焊盘37的这种平衡形式使得粘合剂层70的厚度更均匀。因此，在图15中所示的变型对于实现粘合剂层70的厚度均匀而言更加理想。
但是，布置在每个单独电极35周围的焊盘36和伪焊盘37的形式不限于六边形。另外，布置在每个单独电极35周围的焊盘36和伪焊盘37不必相对于相应压力腔室10的中心对称设置。
另外，每个单独电极35不必由与该单独电极35附近的其它单独电极35相对应的焊盘36和伪焊盘37包围。也就是说，每个单独电极35可以只是由与该单独电极35相对应的焊盘36和伪焊盘37包围。或者，如后面所述一样，可以布置任意形成的伪焊盘。
在上述实施方案中，为一个单独电极35设置单个焊盘36。但是，这不是进行限定，可以为一个单独电极35设置多个焊盘36。但是在这种情况中，焊盘36和端子54的连接数量增加，同时电连接系统变得复杂。
在上述实施方案中，焊盘36形成在单独电极35的表面上，更具体地说形成在连接部分35y的表面上。但是，这些焊盘36的位置不限于此，只要焊盘36离压电片41的表面的高度高于单独电极35离压电片41的表面的高度。例如，这些焊盘36可以形成在压电片41的表面上。
同样，虽然为一个单独电极35设置了单个伪焊盘37以与焊盘36成对，但这不是进行限定。例如，可以为一个单独电极35设置两个或多个伪焊盘37。另外，可以将伪焊盘37形成在压电片41的表面上的任意位置处，除了形成有单独电极35和焊盘36的位置。
焊盘36和伪焊盘37的形状也可以有各种变化。
虽然在上述实施方案焊盘36和伪焊盘37由包含玻璃粉的金制成，但是这不是进行限定。但是，优选的是，用相同的材料来形成焊盘和伪焊盘，因为可以一次就将它们形成，由此可以简化制造过程。
而且，不必使用焊料60来使端子54和焊盘36连接。例如，该连接可以采用由锡、热固性树脂ACP(各向异性导电膏)制成的金属粘接剂和任意其它材料。
虽然在上述实施方案中伪焊盘37没有与FPC50连接，但是FPC50可以设有用于伪焊盘37的端子，用于使这些端子与伪焊盘37连接。在这种情况中，由于FPC50不容易与促动器21分开，所以可以使FPC50和促动器21相互弯曲，从而提高可靠性。
另外促动器单元不限于在上述实施方案中所述的那种。例如，可以将一共同电极设置在压电片43和44之间，或者可以将其它单独电极设置在压电片42和43之间。上述实施方案的共同电极34为跨过压电片的整个表面的单个导电片。但是，可以为每个压力腔室10设置其面积大于压力腔室10的共同电极，从而每个共同电极在这些片的厚度方向上的伸出区域可以覆盖每个压力腔室10的区域。或者，可以为每个压力腔室10设置其面积稍小于压力腔室10的面积的共同电极，从而每个共同电极在这些片的厚度方向上的伸出区域会落入在每个压力腔室10的区域内。在每个压力腔室10设有其自身共同电极的这些情况中，共同电极必须相互电连接，从而所有共同电极在其与相应压力腔室10相对应的部分中可以具有相同的电位。
该压力腔室的平面形状不限于四边形例如菱形，而是可以变化成圆形、椭圆形等。另外，压力腔室10在通道单元4的表面上的布置不限于矩阵布置。
根据本实用新型的喷墨头不仅可以用在如在上述实施方案中一样通过相对于固定的0头主体输送纸张来进行打印的行式喷墨打印机中，而且还可以用在通过例如输送纸张同时使头主体垂直于纸张输送方向进行往复运动来进行打印的串列式喷墨打印机。
另外，根据本实用新型的喷墨头的用途不限于喷墨打印机，它还可以应用于例如喷墨式传真机或复印机。
虽然已经结合上面列出的具体实施方案对本实用新型进行了说明，但是显然本领域普通技术人员可以作出许多变化，改变和更改。因此，上面所述的本实用新型的优选实施方案只是用来举例说明，而不是进行限定。在不脱离如在以下权利要求中所限定的本实用新型的精神和范围的情况下可以作出各种改变。
权利要求1.一种喷墨头，它包括一个通道单元，它具有多个压力腔室以及与各压力腔室相通的多个喷嘴；一个促动器单元，它粘接在所述通道单元上，并改变所述压力腔室的体积，以由此通过所述喷嘴喷射墨水，所述促动器单元包括由共同电极和多个表面电极夹在中间的压电元件，所述多个表面电极在与相应压力腔室相对应的位置处形成在所述压电元件上；以及一个电缆部件，它向所述促动器单元提供驱动信号，其特征在于，所述促动器单元还包括多个第一焊盘，它们形成在所述压电元件上以与相应表面电极连接，所述第一焊盘与所述表面电极相比距离压电元件表面的高度更高，并所述第一焊盘与所述电缆部件连接；以及多个第二焊盘，它们形成在压电元件上以与相应的表面电极间隔开，所述第二焊盘与所述第一焊盘距离压电元件表面的高度基本相同。
2.如权利要求1所述的喷墨头，其特征在于每个表面电极设有相应一个所述第一焊盘和相应一个所述第二焊盘，它们形成一对并且相对于相应一个压力腔室的中心对称设置。
3.如权利要求2所述的喷墨头，其特征在于所述多个压力腔室彼此相邻地形成在所述通道单元的表面上；并且每个表面电极由成对的相应第一和第二焊盘包围，并且也由与所述表面电极附近的至少一个表面电极相对应的成对第一焊盘和第二焊盘中的一个包围。
4.如权利要求3所述的喷墨头，其特征在于所述表面电极由相对于相应压力腔室的中心对称设置的两个或多个第一焊盘和两个或多个第二焊盘包围。
5.如权利要求4所述的喷墨头，其特征在于所述压力腔室具有四边形形状；并且所述表面电极由布置成六边形形式的三个第一焊盘和三个第二焊盘包围。
6.如权利要求5所述的喷墨头，其特征在于所述压力腔室具有菱形形状；并且所述表面电极由布置成规则六边形形式的三个第一焊盘和三个第二焊盘包围。
7.如权利要求1所述的喷墨头，其特征在于每个表面电极由相对于相应一个压力腔室的中心对称设置的两个或多个第一焊盘和两个或多个第二焊盘包围。
8.如权利要求1所述的喷墨头，其特征在于第一和第二焊盘具有直径基本上相同的相同圆形形状。
9.如权利要求1所述的喷墨头，其特征在于每个表面电极具有对着相应一个压力腔室的主电极部分和连接在相应一个第一焊盘上的连接部分，所述主电极的平面形状类似于相应的压力腔室的平面形状。
10.如权利要求1所述的喷墨头，其特征在于所述共同电极保持在恒定电位处，并且形成为跨过多个压力腔室，所述共同电极比表面电极更靠近压力腔室设置。
11.如权利要求1所述的喷墨头，其特征在于所述电缆部件为具有形成在其上的布线图案和端子的柔性扁平电缆，所述柔性扁平电缆与所述促动器单元连接，并且所述多个第一焊盘与所述柔性扁平电缆的各个端子连接。
12.如权利要求1所述的喷墨头，其特征在于所述多个压力腔室以矩阵的形式布置在所述通道单元的表面上。
13.如权利要求1所述的喷墨头，其特征在于所述通道单元具有多个使压力腔室相互分开的壁部，并且形成在压电元件上的所述第一焊盘和第二焊盘与所述壁部相对。
14.如权利要求1所述的喷墨头，其特征在于所述第二焊盘与所述电缆部件连接。
专利摘要一种喷墨头，它包括具有喷嘴和压力腔室的一个通道单元以及粘接在所述通道单元上用来改变压力腔室体积的促动器单元。在促动器单元的压电片上不仅形成有与各个压力腔室对应的单独电极，而且还形成有与每个单独电极相对应的成对的焊盘和伪焊盘。焊盘与单独电极连接，而伪焊盘与所述单独电极间隔开。所述焊盘和伪焊盘离压电片表面的高度基本上相同，该高度比单独电极离压电片表面的高度更高。这些单独电极通过焊盘与电缆部件连接以给促动器单元提供驱动信号。
文档编号B41J2/135GK2792765SQ20042000497
公开日2006年7月5日 申请日期2004年3月19日 优先权日2003年3月19日
发明者广田淳 申请人:兄弟工业株式会社