液体排出装置和用于制造液体排出装置的方法

专利名称：液体排出装置和用于制造液体排出装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种液体排出装置，其包括设置在与排出头连通的液 体通道的中间部分中的压力腔室，改变压力腔室容积的压电层，和电 连接到压电层且向压电层施加电压的供电电极。本发明还涉及一种用 于制造该液体排出装置的方法。
背景技术：
迄今为止已知一种诸如喷墨打印机的液体排出装置，其将诸如油 墨的液体通过形成在通道单元中的液体通道的下游端处的排出口喷射 到记录介质上。具体地，具有预定容积且具有形成在其中的开口的压 力腔室形成在液体通道的中间，并且压力腔室的开口由压电层覆盖， 当施加电压时该压电层变形。在日本专利申请特开No.2004-114609中， 压电层夹在公共电极和驱动电极(单独电极)之间，其中公共电极保持在 预定电势，当施加电压时，驱动电极施加不同于公共电极的电势的预 定电势。此外，用于向驱动电极施加预定电势的供电电极(FPC触头) 与驱动电极相应地设置，且驱动电极和供电电极通过焊料或粘合剂来 电连接。
当电力从外电源供应到供电电极时，电压施加到与供电电极连接 的驱动电极上，且在驱动电极和保持在预定电势的公共电极之间形成 电势差。结果，压电层的形状改变且压力腔室的容积也改变。由于压力腔室容积的变化，压力腔室中的液体被加压，并且通过液体通道从 排出口喷射到外部。

发明内容
在具有上述结构的液体排出装置的情况下，驱动电极和焊料之间 (在单独电极上的其中形成有焊盘的区域)的电触头设置在压电层和压 力腔室的重叠区域的外侧上。通常，变硬的焊料具有差的柔性。因此， 当焊料和驱动电极之间的电触头设置在重叠区域中时，有一种可能性
是万一施加电压则压电层的重叠区域的形状变化受到妨碍。当重叠区 域形状的变化受到妨碍时，很难适当改变压力腔室的容积。为避免该 现象，电线从驱动电极延伸到重叠区域外侧以接连到焊料。
在这种情况下，对于每个压力腔室需要将电线延伸用于向上电连 接到重叠区域的外侧，如上所述。因此，当例如象在喷墨打印机中一 样有多个压力腔室时，具有高集成度的头(记录头)变得困难。结果，难 于使通道单元变小，且难于实现打印物如照片的高分辨率。
考虑到这一点，本发明的目的是设置一种液体排出装置，其中可 以适当改变压电层的形状，同时实现通道单元小型化和由喷射的液体 形成的图像的分辨率的提高，以及一种制造这种液体排出装置的方法。
本发明考虑上述情况而做出。依据本发明第一方面，设置一种排
出液体的液体排出装置，其包括
液体通道，其中在该液体通道的一端形成排出口，液体经过该排
出口排出，且在该液体通道的中间部分形成存储液体的压力腔室；
压电层，当电压施加到压电层上时，其变形以改变压力腔室的容
积，该压电层具有面对压力腔室的一个表面；
供电电极，其与压电层电连接以对压电层施加电压；和 液体导电材料，其与压电层的另一表面以及供电电极电连接； 其中接触区域形成在压电层的另一表面上，接触区域与压力腔室
重叠，压电层和液体导电材料通过接触区域电接触。
依据本发明第一方面，由于液体导电材料用于电连接，可以使压 电层和供电电极电连接，而不会妨碍在压电层的区域中的形状变化。 除此之外，由于压电层和液体导电材料之间的接触区域定位成和压力 腔室重叠，所以可以实现压力腔室的高集成度。可以制成小尺寸的通 道单元，其中设置在其中间部分具有这种压力腔室的多个液体通道，
并且可以提高通过排出液体形成的图像的高分辨率。
在本发明的液体排出装置中，还可包括驱动电极，其与接触区 域重叠且接合在压电层的另一表面上，其中压电层和供电电极可通过 驱动电极电连接液体导电材料。在这种情况下，可以通过低电阻连接 液体导电材料和压电层。
换句话说，当压电层和液体导电材料直接连接时，由于通过诸如 气溶胶沉积方法(AD方法)的方法形成的压电层具有粗糙表面，因此难 于确保充分的接触区域，并且可能的是根据液体导电材料的粘度(换句 话说，当粘度相对高时)接触点处的电阻变高。然而，当压电层和液体 导电材料经由驱动电极接合时，其中驱动电极通过利用具有相对光滑
表面的材料单独地设置在压电层的表面上，可保证驱动电极和液体导 电材料之间充分的接触区域，结果，可能通过低电阻来连接压电层和 液体导电材料。作为驱动电极，可以利用一种电极，该电极通过至今 为止已知的丝网印刷导电胶(诸如银-铯胶)的方法且然后干燥丝印的导 电胶而形成在压电层表面上。以这种方式形成的驱动电极足够近接触 压电层，并有具有相对光滑的外表面。
在本发明的液体排出装置中，不漏液体的且用于容纳液体导电材 料的导电材料容纳空间形成在压电层的接触区域和供电电极之间。在 这种情况下，可以将液体导电材料填充到导电材料容纳空间中。
本发明的液体排出装置还包括设置在压电层的另一表面上的第一 绝缘层；其中在第一绝缘层中形成第一通孔，在第一通孔中暴露接触 区域，且该第一通孔限定导电材料容纳空间。在这种情况下，可以使 压电层除了接触区域的其它表面电绝缘。此外，通过进行布置使得液 体导电材料和接触区域确定地接触，可以在第一绝缘层的第一通孔中 容纳液体导电材料。
本发明的液体排出装置，还包括电路板，该电路板包括基板， 在基板一个表面上设置供电电极；电线，其设置在基板一个表面上以 和供电电极电连接；和第二绝缘层，其覆盖该基板上的电线，
其中在第二绝缘层中形成第二通孔，在该第二通孔中部分暴露供 电电极面对接触区域的表面；第一绝缘层和第二绝缘层接合，使得第 一通孔和第二通孔相互连通以限定导电材料容纳空间。
在这种情况下，可以仅暴露供电电极面对接触区域的表面，并且 电绝缘除了面对表面之外的电线等。此外，可以在第二绝缘层的第二 通孔中容纳液体导电材料，使得液体导体材料确定地与供电电极的暴 露部分接触。此外，可以通过这种第一通孔和第二通孔形成导电材料 容纳空间，并且在该导电材料容纳空间中填充液体导电材料。
在本发明的液体排出装置中，供电电极具有隆起，该隆起向压电 突出以插入第一通孔。在这种情况下，可以通过使隆起没入液体导电 材料中而使供电电极和液体导电材料确定地接触。
在本发明的液体排出装置中，隆起是通过挤压供电电极而形成的 挤压隆起、通过在供电电极上进行焊接而形成的焊接隆起，和螺旋触 头之一。当隆起是挤压隆起或焊接隆起时，可以容易地以低成本形成 隆起。当隆起是螺旋触头时，可以使隆起和液体导电材料确定地接触。
在本发明的液体排出装置中，导电材料容纳空间具有除了用于容
纳液体导电材料的容积之外的额外容积。在这种情况下，即使当使用 液体排出装置时液体导电材料经受热膨胀，也可以在导电材料容纳空 间的额外容积部分中容纳由于膨胀增加的容积量。
在本发明的液体排出装置中，能够容纳从第一通孔漏出的液体导 电材料的凹部形成在第一通孔周围，该第一通孔形成在第一绝缘层中。 在这种情况下，在压电层和供电电极通过第一绝缘层接合时，即使当 液体导电材料已从形成导电材料容纳空间的第一通孔泄漏出去，也可 以在凹部中接收漏出的液体导电材料。因此，可以防止液体导电材料 扩散。
依据本发明第二方面，提供一种用于制造液体排出装置的方法， 该液体排出装置包括液体通道，其中在该液体通道的一端形成排出 口，液体经过排出口排出，和在该液体通道的中间部分形成存储液体 的压力腔室；压电层，当电压施加到压电层上时，其变形以改变压力 腔室的容积，该压电层具有面对压力腔室的一个表面；和供电电极， 其与压电层电连接以对压电层施加电压，该方法包括
设置压电层，使得压电层的一个表面面对压力腔室； 在该压电层的另一表面上设置第一绝缘层，该第一绝缘层具有形 成于其中的第一通孔，使得第一通孔与压力腔室重叠，以使在第一通
孔中暴露压电层的另一表面的一部分；
将液体导电材料喷射到第一通孔中；和
将供电电极通过第一绝缘层连接到压电层，使得供电电极在经过 第一通孔的区域中面对压电层的另一表面。
依据本发明第二方面，可以使压电层和供电电极电连接，而不妨 碍压电层的区域中的形状变化，并且制造能够实现压力腔室的高集成 度的液体排出装置。而且，可以制造这样的液体排出装置，其中仅压 电层的适当区域通过第一通孔与液体导电材料接触。
依据本发明第三方面，提供一种用于制造液体排出装置的方法， 该液体排出装置包括液体通道，其中在该液体通道的一端形成排出 口，液体经过排出口排出，和在该液体通道的中间部分形成存储液体 的压力腔室；压电层，当电压施加到压电层上时，其变形以改变压力 腔室的容积，该压电层具有面对压力腔室的一个表面；和供电电极， 其与压电层电连接以对压电层施加电压，该方法包括
设置压电层，使得压电层的一个表面面对压力腔室； 将驱动电极接合到压电层的另一表面以使得驱动电极相应于压力 腔室的位置；
在该压电层的另一表面设置第一绝缘层，该第一绝缘层具有形成 于其中的第一通孔，使得压力腔室、驱动电极和第一通孔彼此重叠以
将驱动电极暴露在第一通孔中；
将液体导电材料喷射到第一通孔中；和
将供电电极通过第一绝缘层连接到压电层，使得供电电极经由第 一通孔面对压电层的另一表面。
依据本发明的第三方面，可以与第二方面类似地实现高集成度的 压力腔室，而不妨碍压电层的区域的形状变化，并且制造一种液体排 出装置，其中可以通过驱动电极以低电阻连接液体导电材料和压电层。 而且，可以制造液体排出装置，其中仅有压电层的合适区域与液体导 电液体接触。
用于制造本发明的液体排出装置的方法，还包括在供电电极上 形成隆起，该隆起向压电层突出；
其中供电电极向压电层的接合包括将供电电极通过第一绝缘层接 合到压电层，使得隆起插入第一通孔中。在这种情况下，可以制造一 种液体排出装置，其中供电电极和液体导电材料通过将隆起没入液体 导体材料而确定地连接。
用于制造本发明的液体排出装置的方法，还包括用第二绝缘层
覆盖供电电极的面对压电层的面对表面，第二通孔形成在第二绝缘层 上，在第二通孔中部分暴露该面对表面；其中供电电极向压电层的接 合包括接合第一绝缘层和第二绝缘层，使得第一通孔和第二通孔彼此 连通。在这种情况下，可以制造这样的液体排出装置，其中液体导电 材料填充在由第一通孔和第二通孔形成的空间中。而且，可以制造液 体排出装置，其中仅有供电电极的适当区域通过第二通孔与液体导电 材料接触。
在本发明的液体排出装置和用于制造本发明的液体排出装置的方 法中，液体导电材料是由选自包括导电粘合剂、离子液体、导电聚合 体和液体金属的组的材料形成，所述导电粘合剂包括导电填充剂和硅 树脂的粘结剂。在这种情况下，由于可以利用具有高导电性和低粘度 的材料作为液体导电材料，所以不怕导电层变形的干扰。而且，可以 利用可商业获得的材料作为液体导电材料。
依据本发明的液体排出装置和用于制造液体排出装置的方法，可 以实现这样的液体排出装置，其中压电层和供电电极可以电连接，而 在当从压电层的厚度方向看时压力腔室占据的区域中不干扰压电层的 形状变化。而且，可以实现液体排出装置，其中可以实现高集成度的 压力腔室、小型的连通单元，其中设置多个在中间具有这种压力腔室 的液体通道，并且提高通过排出液体形成的图像的分辨率。


图1是依据本发明第一实施例的液体排出装置的示意透视图2是当从顶面看时图1中所示的记录头的示意平面图； 图3是以放大形式示出图2所示的记示头的一部分的示意平面图4是图3中所示的记录头沿IV-IV线切开的示意剖面图； 图5是表示供电电极的结构的底视图6A到图6D是表示制造致动器的方法的第一步到第四步的步骤
的图7A到图7D是表示制造致动器的方法的第五步到第八步的步骤
的图8是表示依据第二实施例的液体排出装置中的致动器的结构的 部分剖面图9A和图9B是表示依据第三实施例的液体排出装置中的致动器 的结构图，其中图9A表示部分剖面图，图9B表示第一绝缘层的平面 图10是表示依据第四实施例的液体排出装置中的致动器的结构 的部分剖面图ll是表示依据第五实施例的液体排出装置中的致动器的结构的 部分剖面图；和
图12是表示螺旋触头的结构的底视图。
具体实施例方式
将在下面参考附图描述依据本发明实施例的液滴排出装置和用于 制造该液滴排出装置的方法，其中附图示出喷墨打印机的示例。
第一实施例
图1是依据本发明第一实施例的液体排出装置的示意剖面图。如 图1所示，液体排出装置1是喷墨打印机，其具有安装在外壳2中的 引导杆3和由引导杆3可滑动地支撑的滑架4。记录头5设置在滑架4 的下方，且记录头5向下喷射油墨(液体)。
两个皮带轮7分别设置在引导杆3的两端部附近，正时皮带8绕 着两个皮带轮7设置。以正反方向(CW和CCW方向)旋转的马达9的 输出轴与皮带轮7之一联接。因此，正时皮带8根据马达9的驱动以 一方向或另一方向旋转。而且，滑架4连接到正时皮带8，且随着正时 皮带8的旋转，滑架4和记录头5沿着引导杆3以一方向或另一方向 往复运动。
记录头5下面的部分是记录介质(记录纸张)IO的输送路径，且记 录介质10通过纸张输送辊11在记录头5下面沿着输送路径输送，输 送辊11设置到外壳2以使得其旋转轴平于引导杆3。当记录头5位于 记录纸张10上方时，在间歇输送记录纸张10的同时使记录头5往复 运动。同时，可以通过从记录头5排出油墨在记录纸张IO上的预定位 置处形成需要的图像。
在下面的描述中，"扫描方向"指的是记录头5沿引导杆3移动的 方向，且"输送方向"指的是记录纸张IO在记录头5之下输送的方向。 其它情况和其它方向将被适当描述。
图2是从顶面看时记录头5的示意平面图。图3是以放大形式示 出图2所示的记录头5的一部分的示意平面图。图4是记录头5沿着 IV-IV线的示意剖面图。如图2所示，记录头5主要包括通道单元15， 其中形成将在后面描述的液体通道30(参见图4);和致动器16，其与通 道单元15的上表面连接。以扫描方向延伸的多个压力腔室孔列17(图2 中有两个压力腔室孔列)设置在通道单元15的上部。压力腔室孔列17 在输送方向上邻近。每个压力腔室孔列17具有多个压力腔室孔21a， 每个压力腔室孔都具有椭圆形状，椭圆的较长侧沿着扫描方向。而且， 致动器16是膜上芯片(COF)16a和驱动层16b，该膜上芯片16a具有供 应电极(供电电极)46，每个供应电极设置为相应于一个压力腔室孔17; 该驱动层16b通过将在后面描述的压电层20形成，在电压施加到供应 电极(供电电极)46时该驱动层16b变形(也参见图4)。
记录头
参考图3和4将进一步详细描述记录头5的结构。首先，如图4 所示，通道单元15按从顶部起的顺序包括压力腔室板21、连接通道板 22、集管板23和喷嘴板24，它们以堆叠形式粘附在一起。
如上所述每个都具有椭圆形状的压力腔室孔21a(也参见图3)形成
在压力腔室板21中。连接通道板22连接到压力腔室板21的下表面， 且在连接通道板22中形成多个液体流入孔22a和多个第一液体流出孔 22b，其中每个液体流入孔和一个压力腔室孔21a的一端相连，每个第 一液体流出孔和一个压力腔室孔21a的另一端相连。集管板23具有集 管孔23a，该集管孔具有相当大的开口区域，且在输送方向延伸(也参 见图2)。集管孔23a经由液体流入孔22a与一个压力腔室孔列17中所 有的压力腔室孔21a连通(参见图2)。而且，在集管板23中行成多个第 二流体流出孔23b。每个第二液体流出孔23b通过一个第一液体流出孔 22b与一个压力腔室孔21a连通。喷嘴板24具有多个喷嘴孔24a，每个 喷嘴孔通过一个第一液体流出孔22b和一个第二液体流出孔23b与一 个压力腔室孔21a连通，且喷嘴孔24a的开口直径向下逐渐变窄(是锥 形的)。
压力腔室板21、连接通道板22、集管板23、喷嘴板24堆叠且粘 附在一起。上述集管孔23a由喷嘴板24和连接通道板22覆盖，因此 形成多个公共液体腔室31。换句话说，集管孔23a被喷嘴板24不包括 喷嘴孔24a的一部分覆盖，并且被连接通道板22除了液体流入孔22a 和第一液体流出孔22b的一部分从上侧部分地覆盖。而且，压力腔室 孔21a被由金属材料制成的振动板25从上侧覆盖，其中振动板堆叠且 粘附在压力腔室板21上，且压力腔室孔被连接通道板22中的除了液 体流入孔22a和第一液体流出孔22b的一部分从下侧部分地覆盖。因 此，形成了多个压力腔室33。
此外，在连接通道板22中形成的液体流入孔22a形成多个液体流 入通道(通路)32，其每一个与公共液体腔室31和一个压力腔室33连通； 第一液体流出孔22b和第二液体流出孔23b分别形成在连接通道板22 和集管板23中，并且彼此连通，它们形成多个液体流出通道34，其每 一个与一个压力腔室33和一个喷嘴孔24a连通。而且，多个连续的液 体通道30由公共液体腔室31、液体流入通道32、压力腔室33、液体 流出通道34和喷嘴孔24a形成，油墨流动通过该液体通道30。
如图2所示，相应于两个压力腔室孔列17设置的两个公共液体腔
室31彼此连通。这些公共液体腔室31通过形成在压力腔室板21和连 接通道板22中的通孔35和墨箱(图中未示出)连通，该墨箱与记录头5 分开设置。因此，油墨从墨箱通过通孔35供应到公共液体腔室31，并 且填充到从公共液体腔到31向上延伸到喷嘴孔24a的液体通道30。当 形成压力腔室33的上壁的振动板25由于致动器16的驱动而振动时， 压力腔室33的容积改变，并且压力施加到压力腔室33内的油墨。由 于该施加的压力，油墨被强有力地供应到液体通道30的上游侧，并且 通过喷嘴孔24a喷射到外面。
致动器
接下来，将在下面描述致动器16。如图4所示，致动器16包括 在上层处的膜上芯片(C0F)16a和在下层处的驱动层16b。驱动层16b 具有压电层20、将压电层20夹在中间的公共电极40和多个驱动电极 41、以及堆叠在压电层20的上表面上的第一绝缘层42。
将在下面详细描述驱动层16b。公共电极40堆叠在振动板25的 上表面(表面的面对通道单元15的相反侧上的表面)上，并且压电层20 堆叠在公共电极40的上表面上。压电层20由压电材料形成，其中压 电材料主要由锆钛酸铅(PZT)组成，锆钛酸铅是钛酸铅和锆酸铅的固溶 体，并且是铁电物质。压电层20形成在公共电极40的上表面上，作 为遍布(覆盖)在多个压力腔室33上的层。对于形成压电层20的方法， 可以使用已知的膜形成技术。例如，可以利用AD(气溶胶沉积)方法， 其中亚微型精细颗粒和气体混合以制成气溶胶，并且通过喷嘴吹入。 诸如氧化铝的材料的非导电层(绝缘层)在振动板25的上表面上形成为 膜，并且公共电极40设置在非导电层的上表面上。因此，振动板25 和公共电极40相互电绝缘。
驱动电极41布置在压电层20的上表面上，且可能通过丝网印刷
诸如银-钯胶的导电胶形成驱动电极41。驱动电极41设置在压电层20 的上表面上，当从压电层20的厚度方向(在平面图中)看时在与压力腔 室33重叠的区域中，换句话说，设置在压电层20上表面上的压力腔 室区域33a中(参见图3和图4)。而且，如图3所示，依据第一实施例， 每个驱动电极41形成为菱形，其对角线的尺寸和具有椭圆形状的压力 腔室区域33a的纵向的尺寸和横向(宽度方向)的尺寸基本相同。此外， 每个驱动电极41设置为不从压力腔室区域33a伸出(设置为完全容纳在 压力腔室区域33a中)。由于压力腔室区域33a是在平面图上和压力腔 室33重叠的区域，如上面提到的，从而优选的是当油墨从喷嘴孔24a 喷射时，压电层20的和压力腔室区域33a相重叠的一部分是基本可变 形的。
第一绝缘层42堆叠在压电层20的上表面上，并且具有形成在其 中的多个第一通孔42a，每个第一通孔露出一个驱动电极41，每个第 一通孔和一个驱动电极41对应。第一绝缘层42由诸如聚酰亚胺的非 导电材料形成，并且比驱动电极41厚。如图3所示，每个第一通孔42a 具有与第一电极41类似的菱形形状，且驱动电极41的上表面通过第 一通孔42a暴露。而且，液体导电材料50容纳(填充)在由第一通孔42a 和驱动电极41形成的凹形空间内。
另一方面，形成致动器16的上层的膜上芯片16a具有由金属材料 构成的保持板44，且由聚酰亚胺制成的TAB片45设置在保持板44的 下表面上。而且，多个供电电极46和第二绝缘层47设置在TAB片45 的下表面上，其中该多个供电电极46设置成与各个压力腔室33相对 应，该第二绝缘层中形成有多个第二通孔47a，其每一个部分地暴露一 个供电电极46。第二绝缘层47由抗蚀剂形成。第二绝缘层47可以由 聚酰亚胺形成，且TAB片45可以由抗蚀剂形成。
当膜上芯片16a与驱动层16b接合时，每个供电电极46设置为面 对驱动层16b的一个驱动电极41。如图5中的底视图所示，每个供电
电极46包括具有圆盘形的电极部分46a和从电极部分46a向外延伸的 电线连接部分46b。向下突出的隆起46c通过压力成型形成在电极部分 46a的中央部分处(参考图4)，并且和膜上芯片16a的驱动器IC(图中未 示出)连接的电线46d的一端连接到电线连接部分46b。
而且，如图5所示，第二绝缘层47中的每个第二通孔47a具有圆 形开口，并且设置成与一个供电电极46相应。在第二绝缘层47中， 每个供电电极46的中央部分，包括电极部分46a的隆起46c，通过第 二通孔47a暴露；且供电电极46的其余部分和TAB页45的下表面(其 上安装有电线46d)由第二绝缘层遮蔽(覆盖)。
如图4所示，上面提到的驱动层16b的第一绝缘层42的上表面和 膜上芯片16a的第二绝缘层47的下表面通过粘合剂48粘合起来。因 此，不漏液体的(不漏流体的)导电材料容纳空间51由第一通孔42a、第 二通孔47a、压电层20(或驱动电极41)和供电电极46形成，并且液体 导电材料50填充在导电材料容纳空间51中。而且，导电材料容纳空 间51除了液体导电材料50的容积还有额外的容积。换言之，其中没 有填充液体导电材料50的额外空间51a在导电材料容纳空间51中形 成为靠近隆起46 c的外围部分。
在上面的描述中，独立设置第一绝缘层42、第二绝缘层47和粘 合剂48。但是，只要第一绝缘层42和第二绝缘层47在其表面都由具 有粘性的材料构成，则独立的粘合剂48是不必需的。
此外，当膜上芯片16a与驱动层16b接合时，供电电极46的隆起 46c设置为面对供应电极46。隆起46c从第一绝缘层42的开口表面42b 向下突出(参考图4)，并且没入液体导电材料50中。结果，驱动电极 41和供电电极46电连接到液体导电材料50。
用于制造致动器的方法
下面将参考图6A到6D和7A到7D描述上述致动器16的制造方 法。如图6A到6D所述，在制造方法的第一步骤到第四步骤的步骤中， 驱动层16b形成在通道单元15的上部，并且在从图7A到7C所示的第 五步骤到第七步骤的步骤中，形成膜上芯片16a，并且在图7D所示的 第八步骤中，最终形成致动器16。
首先，在第一步骤中，公共电极40堆叠在振动板25的上表面上， 其中振动板设置在通道单元15的上部，并且进一步，压电层20堆叠 在公共电极40的上表面上。在第二步骤，驱动电极41设置在压电层 20的上表面上(参见图6A)。相应地，公共电极40接合到压电层20的 下表面(面对压力腔室33的表面)，驱动电极接合到压电层20的上表面。 而且，在将驱动电极41接合到压电层20上时，驱动电极41将设置为 相应于压力腔室33的位置(更完美的是与压力腔室重叠)。换句话说， 驱动电极41设置为分别与压力腔室重叠。
在第三步骤，第一绝缘层42堆叠在压电层20的上表面上，该第 一绝缘层具有形成在其中的第五通孔42a(参见图6C)。此时，驱动电极 41设置为通过第一通孔42a暴露。在这种情况下，第一绝缘层42设置 为使得压力腔室区域33a、驱动电极41和第五通孔42a彼此重叠。可 以通过诸如照像平版印刷和丝网印刷的方法形成第一绝缘层42。在通 过照像平板印刷法形成第一绝缘层42的情况下，上述形状的第一通孔 42a可以通过一种方法形成，其中涂敷的感光物质的表面被部分掩模且 掩模的感光物质曝光。而且，从形成微小(精细)的第一通孔42a的观点 出发，优选使用照像平版印刷法而不是丝网印刷法。
在第四步骤，液体导电材料50被喷射(填充)进第一通孔42a中(参 考图6D)，并且压电层20和液体导电材料50通过驱动电极41电连接。 这里，压电层20和液体导电材料50的电接触区域20a(与第一实施例 中的驱动电极41和压电层20接合的区域相同)位于压力腔室区域33a 内。而且，液体导电材料50喷射的量相当小，通常难于喷射液体导电
材料50。但是，可以通过迄今为止已知的方法喷射液体导电材料50， 该已知的方法诸如这样一种方法，其中通过毛细现象在相当细的玻璃 管中向上抽吸液体导电材料50，并且通过使玻璃管的前端接近第一通 孔42a内的驱动电极41的上表面而将液体导电材料50输送到第一通 孔42a中。
另一方面，在第五步骤，如图5所示的供电电极46粘合到TAB 片45的下表面，其已经预先接有电线(参考图7A),并且供电电极46 和电线(配线)连接。在第六步骤，第二绝缘层47堆叠到TAB片45的 下表面上，使得第二通孔47a位于供电电极46的中央部分(参考图7B)。 第二通孔47a通过诸如蚀刻和激光加工的方法形成。相应地，供电电 极46的中央部分通过第二通孔47a暴露，并且其余部分(剩余部分)由 第二绝缘层47覆盖，且连接到供电电极46的电线46d也被覆盖。可 以通过诸如照像平版印刷法和丝网印刷法来形成第二绝缘层47，与第 一绝缘层42类似。
此外，在第七步骤中，向下突出的隆起46c通过压力成型形成在 通过第二通孔47a暴露的供电电极46的中央部分中，接着，保持板44(其 为金属板)接合到TAB页45的上表面(参见图7C)。隆起46c的高度是 使得隆起46c的前端从第二绝缘层47的下表面突出。换句话说，隆起 46c的前端从第二通孔47a的下部开口的表面向下突出(伸出)。
最后，如上所述形成的膜上芯片16a接合到在到第四步骤的步骤 中所形成的驱动层16b(参考图7D)。换句话说，通过粘合剂48将驱动 层16b的第一绝缘层42的上表面和膜上芯片16a的第二绝缘层47的 下表面接合，膜上芯片16a接合到驱动层16b，且致动器16被制造。
由于该接合，膜上芯片16a的隆起46c面对压电层20和液体导电 材料50的接触区域20a，且第一通孔42a和第二通孔47a相互连通， 液体导电材料50填充到不漏液体的导电材料容纳空间51中，该空间
由第一通孔42a、第二通孔47a、压电层20(或驱动电极41)和供电电极 46形成。相应地，通过供电电极46的隆起46c形成的多个电势供应部 分55、驱动电极41和接触区域20a(参考图7D)从平面图上看位于压力 腔室区域33a中。此外，供电电极46和驱动电极41通过液体导电材 料50电连接。
在具有以这种方式形成的致动器16的记录头5中，当电压通过 电线46d(参见图5)施加到一个供电电极46时，通过液体导电材料50 连接到一个供电电极46的一个驱动电极41的电势与公共电极40的电 势不同。因此，在驱动电极41和公共电极40之间产生电场。由于电 场的产生，夹在驱动电极41和公共电极40之间的压电层20的形状改 变，振动板25的形状也改变。结果，压力腔室33的容积改变且压力 腔室33中的油墨通过液体通道30经由喷嘴孔24a被喷射到外面。
依据上述液体排出装置1，由于电势供应部分55在平面视图中位 于压力腔室区域33a内，因此可以紧凑地形成电势供应部分55，并且 可以与电势供应部分55相对应地高集成度压力腔室33。而且，在压力 腔室33的高集成度的情况下，可以使记录头5小型化，以及提高由喷 射的液体所形成的图像的分辨率。
另外，由于供电电极46和驱动电极41通过液体导电材料50连接， 因此尽管压电层20与液体导电材料50的连接区域20a位于压力腔室 区域33a内，但是压电层20的与压力腔室区域33a重叠的部分的形状 的改变不因施加的电压而被妨碍。因此，由于压电层20的该重叠部分 是实质上可变形的，所以在从喷嘴孔24a排出油墨时，容易控制压电 层20的变形程度，并且有利于降低(减少)在变形时施加到压电层20上 的电压。
而且，由于除了由液体导电材料50占据的容积以外，在导电材料 容纳空间51中还存在额外空间51a(参见图4)，因此可以在额外空间51a
中容纳膨胀的容积，并且即使当液体导电格料50由于驱动记录头5时
产生的热量膨胀时，也能防止液体导电材料50从导电材料容纳空间51 中漏出。
此外，由于在依据第一实施例的致动器16中，液体导电材料50 通过驱动电极41连接压电层20，因此有利于减少液体导电材料50和 压电层20之间的电阻。换言之，通过利用具有光滑表面的驱动电极41， 可以使驱动电极41和液体导电材料50之间的接触区域充分。因此， 与液体导电材料50和具有普通粗糙表面的压电层20直接接触的情况 相比，可降低压电层20和液体导电材料50之间的电阻。
第二实施例
图8是表示依据第二实施例的液体排出装置1A中的致动器60 的结构的部分剖面图。在该致动器60中，驱动电极41没有设置在压 电层20的上表面上，且填充在导电材料容纳部分51中的液体导电材 料50直接连接到压电层20的上表面。而且，液体导电材料50和压电 层20之间的接触区域60a(在第二实施例中等同于第一通孔42a的下部 开口区域)位于压力腔室区域33a内。除了上述结构，致动器60具有和 第一实施例所述的致动器16的结构类似的结构，相同的参考标号表示 相应的部件，而且省略这种部件的描述。
而且，这种致动器60的制造方法与致动器16的制造方式相同， 除了省略了在第一实施例中描述的且在图6B中示出的第二步骤(设置 驱动电极41的步骤)。因此，致动器60的制造方法包括第一步骤，和 第三步骤到第八步骤。因此，致动器60的制造方法的描述参考第一实 施例中的致动器16的制造方法的描述，这里省略其详细描述。
即使在安装了具有这种致动器60的记录头5的液体排出装置1A 中，供电电极46和接触区域60a定位成在平面图中和压力腔室区域33a 重叠。换言之，供电电极46和接触区域60a与压力腔室33重叠。由
于平面视图上形状的紧凑性是有利的，因此可以实现压力腔室33的高
集成度，和记录头5尺寸的减少。除此之外，由于供电电极46和压电 层20通过液体导电材料50连接，因此位于压力腔室区域33a内的压 电层20的形状改变不会由于施加的电压而受到妨碍。此外，由于致动 器60不设有驱动电极41，因此液体排出装置1A的部件的数量和制造 步骤的数量减少，且可有利于减少成本。
第三实施例
图9A和9B是表示依据第三实施例的液体排出装置1B中致动器 65的结构的图。图9A表示第一绝缘层的部分剖面图，图9B表示第一 绝缘层的平面图。如图9A所示，在致动器65中，在第二绝缘层47中 的每个第二通孔47a的周边部分之外，面对导电材料容纳空间51的下 侧部分是具有倾斜槽的锥形部分65a。因此，导电材料容纳空间51的 容积变大，并且当由于热量而膨胀时可以容纳液体导电材料50的容积 的进一步增加。
而且，如图9A和9B所示，在面对第二绝缘层47的表面(上表面) 开口的凹部65b形成为靠近第一绝缘层42中的第一通孔42a。如图9B 所示，凹部65b形成为在平面图中围绕第一通孔42a。因此，在将膜上 芯片16a接合到驱动层16b时，即使当液体导电材料50由于隆起46c 的没入而从第一通孔42a中泄漏时，泄漏的液体导电材料50也容纳在 凹部65b中，并且可以防止液体导电材料50泄漏到外面。
此外，即使在安装了具有这种致动器65的记录头5的液体排出装 置1B中，也可容易得到与上述第一实施例和第二实施例类似的压力腔 室33的高集成度和记录头5的紧凑度，且位于压力腔室区域33a中的 压电层20的形状的变化不会由于施加到压电层20上的电压而被妨碍。
除了上述结构，致动器65的结构类似于第一实施例中所述的致动 器16的结构，相同的参考标号表示相应的部件，并且省略这种部件的
描述。
第四实施例
图10是示出依据第四实施例液体输送装置1C的致动器70的结构
的部分剖面图。如图IO所示，在致动器70的情况下，每个供电电极 71具有通过进行焊接而形成的焊接隆起72，代替依据第一实施例通过 压力(压力成型)形成的隆起46a。即使有这种结构，也可以使焊接隆起 72没入液体导电材料50中，并且通过液体导电材料50连接供电电极 71和驱动电极41。
此外，即使在其中安装了具有这种致动器70的记录头5的液体排 出装置1中，也可以容易得到和上述第一实施例到第三实施例类似的 压力腔室33的高集成度和记录头5的紧凑度，并且定位成和压力腔室 33a重叠的压电层20的形状的改变也不会由于施加到压电层20的电压 而被妨碍。
除了上述结构以外，致动器70的结构类似于第一实施例中所述的 致动器16的结构，相同的参考标号表示相应的部件，省略这种部件的 描述。
第五实施例
图11是表示依据第五实施例在液体排出装置1D中的致动器75 的结构的部分剖面图。如图11所示，致动器72的每个供电电极76具 有金属材料的螺旋触头77，代替依据第一实施例通过压力(压力成型) 形成的隆起46c和依据第四实施例的焊接隆起72。
在图12的底视图中所示的螺旋触头77中，金属端子77a形成为 从外周部分向中央以螺旋状盘旋。此外，如图11所示，由于当螺旋触 头向中央盘旋时向下突出，从而在整体结构的侧视图中形成一倒三角 形(将上侧朝下的三角的形状)。而且，螺旋触头77的下部没入液体导
电材料50中，并且下端部77b与驱动电极41直接接触。因此，通过 以这种方进行构造，供电电极76和驱动电极41通过液体导电材料50 确定地连接。此外，由于螺旋触头77和液体导电材料50的接触区域 是充足的，因此可以减少供电电极76和驱动电极41之间的接触电阻。
此外，即使在安装了具有这种致动器75的记录头5的液体排出装 置1D中，也可以容易得到和上述第一实施例到第四实施例类似的压力 腔室33的高集成度和记录头5的紧凑度。而且定位成和压力腔室33a 重叠的压电层20的形状改变也不会由于施加到压电层20的电压而被 妨碍。
除了上述结构以外，致动器75的结构类似于第一实施例所述的致 动器16的结构，相同的参考标记指示相应的部件，省略对这种部件的 描述。
液体导电材料的类型
顺便提及地，作为上述每个致动器16、 60、 65、 70和75中的液 体导电材料50，可以利用在使用这种致动器16时具有预定流动率(流 动特性)和预定导电率的已知的材料。
例如，可以利用用于支持石英振动器(晶体谐振器)的导电粘合剂作 为液体导电材料50。作为这种导电粘合剂，可使用诸如基础材料和导 电填充剂的材料，该基础材料例如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、和硅树 脂(也称为粘结剂)，在该导电填充剂中金属粉末或诸如金、银、铜、镍、 铝、碳和石墨的导电材料(导电粉末)和基础材料一起捏制。从确保流动 性这一点看，优选利用硅树脂作为基础材料。作为商业可获得的产品， 可以利用由ThreeBond Co. , Ltd.制造的3300系列中的产品或Fujikura Chemical Industry Co.,Ltd的DOTITE SERIES的产品。
而且，也可以利用低熔融点(低熔点)的离子液体。离子液体的蒸汽
气压几乎为零，离子液体是耐火的，并且具有低粘度特性和高导电性。 诸如咪唑化合物、嘧啶化合物和脂肪族化合物的化合物可以用做离子
液体。作为咪唑离子液体，由Kanto Kagaku Co., Ltd.制造的 AEImBer,AEImBer4,AEImTFSI,ABImBr，ABImBF4，ABImTFSI，AAImBr， AAImBF4，AAImTFSI(精确地，l-芳基-3-烷基咪唑化合物)是可商业获得 的产品的例子。而且，作为脂肪族离子液体，可以获得由KantoKagaku Co., Ltd.帝lJ造的TMPATFSI, PP13, TFSI， P13 TFSI禾口 P14TFSI等。
除此之外，可以使用已知的导电聚合物(诸如由TA化学公司制造 的Baytron PEDOT)和在室温时作为液体金属的茜素酸苷。
对于何种材料用作液体导电材料50，可以在考虑下列因素的基础 上进行适当确定当使用液体排出装置1时，除了在致动器16、 60、 65、 70、 75的温度范围内的流动性(换言之，硬化(固化)特性)外，考虑 诸如每种材料的容积电阻率(fi cm)和与液体导电材料50接触的驱动电 极41和供电电极46、 71、 76的接触电阻(mfi)。已经通过几个例子描 述了液体导电材料50。但是，本发明的液体导电材料不限于上述的液 体导电材料50。
在从上述第一实施例到第五实施例的实施例中，已经描述了具有 菱形形状的开口的第一通孔42a和第二通孔47a。但是，不限制为菱形 形状，可以是其它形状。而且，第一通孔42a和第二通孔47a的整个开 口区域不需要和压力腔室区域33a完全重叠，而是可以在平面图上部 分地重叠。类似地，结构不必需为使驱动电极41和供电电极46、 71、 76(特别地，隆起46c、焊接隆起72和螺旋触头77)仅存在于压力腔室 区域33a中，且可以在平面图中部分地重叠。
而且，隆起46c、焊接隆起72和螺旋触头77的存在是为了供电电 极46、 71和76与液体导电材料50之间的确定的连接。但是，这并非 是不可缺少的，且供电电极46、 71和76的下表面可以是任意形状，
只要供电电极46、 71和76和驱动电极41通过液体导电材料50连接。 例如，供电电极46、 71和76的下表面可以是平坦的。
此外，上述致动器16、 60、 65、 70和75是单压电晶片致动器。 然而，也可以使用双压电晶片致动器。例如，当用双压电晶片致动器 代替致动器16、 60、 65、 70和75进行设置时，在双压电晶片致动器 的多个电极中，驱动电极41和供电电极46、 71、 76的连接可适用于 位于压力腔室33的一侧相反的一侧的末端的电极和供电电极的电连 接。在上述实施例中，已经引证了通过AD方法形成的压电层的例子。 但是，在本发明中形成压电层的方法不限于AD方法，且可以利用通过 烘焙PZT印刷电路板形成的压电层或通过任何方法形成的压电层。
本发明适用于液体排出装置，其中可以适当改变压电层的形状， 同时实现通道单元尺寸减少和由喷射的液体形成的图像的分辨率的提高。
权利要求
1.一种排出液体的液体排出装置，包括液体通道，其中在所述液体通道的一端处形成排出口，所述液体经过所述排出口排出，且在所述液体通道的中间部分中形成压力腔室，所述压力腔室存储所述液体；压电层，当电压施加到所述压电层时，所述压电层变形以改变所述压力腔室的容积，所述压电层具有面对所述压力腔室的一个表面；供电电极，所述供电电极与所述压电层电连接，以对所述压电层施加电压；和液体导电材料，所述液体导电材料将所述压电层的另一表面和所述供电电极电连接；其中在所述压电层的所述另一表面上形成有接触区域，所述接触区域与所述压力腔室重叠，所述压电层和所述液体导电材料通过所述接触区域电接触。
2. 如权利要求1所述的液体排出装置，还包括驱动电极，所述 驱动电极与所述接触区域重叠，且所述驱动电极接合到所述压电层的 所述另一表面，其中所述压电层和所述供电电极通过所述驱动电极和 所述液体导电材料电连接。
3. 如权利要求l所述的液体排出装置，其中在所述压电层和所述 供电电极的所述接触区域之间形成导电材料容纳空间，所述导电材料 容纳空间是不透液体的，且所述导电材料容纳空间容纳所述液体导电 材料。
4. 如权利要求3所述的液体排出装置，还包括设置在所述压电层 的所述另一表面上的第一绝缘层；其中在所述第一绝缘层中形成第一通孔，在所述第一通孔中暴露 所述接触区域，且所述第一通孔限定所述导电材料容纳空间。
5. 如权利要求4所述的液体排出装置，还包括电路板，所述电路 板包括基板，在所述基板的一个表面上设置所述供电电极；电线， 所述电线设置在所述基板的所述一个表面上以和所述供电电极电连 接；和第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述基板上的所述电线，其中在所述第二绝缘层上形成第二通孔，在所述第二通孔中，部 分地暴露所述供电电极的面对所述接触区域的表面；且所述第一绝缘 层和所述第二绝缘层接合，使得所述第一通孔和所述第二通孔相互连 通以限定所述导电材料容纳空间。
6. 如权利要求4所述的液体排出装置，其中所述供电电极具有隆 起，所述隆起向所述压电层突出以插入到所述第一通孔中。
7. 如权利要求6所述的液体排出装置，其中所述隆起是通过挤压 所述供电电极而形成的挤压隆起、通过在所述供电电极上进行焊接而 形成的焊接隆起、和螺旋触头之一。
8. 如权利要求3所述的液体排出装置，其中所述导电材料容纳空 间具有除了用于容纳所述液体导电材料的容积之外的额外容积。
9. 如权利要求4所述的液体排出装置，其中在形成于所述第一绝 缘层中的所述第一通孔周围形成能够容纳从所述第一通孔漏出的所述 液体导电材料的凹部。
10. —种用于制造液体排出装置的方法，所述液体排出装置包括 液体通道，其中在所述液体通道的一端处形成排出口，所述液体经过 所述排出口排出，且在所述液体通道的中间部分处设置压力腔室，所 述压力腔室存储所述液体；压电层，当电压施加到所述压电层上时， 所述压电层变形以改变所述压力腔室的容积，所述压电层具有面对所 述压力腔室的一个表面；和供电电极，所述供电电极与所述压电层电 连接，以对所述压电层施加电压，所述方法包括设置所述压电层，使得所述压电层的所述一个表面面对所述压力 腔室；在所述压电层的另一表面上设置第一绝缘层，所述第一绝缘层在 其中形成有第一通孔，使得所述第一通孔与所述压力腔室重叠，以在 所述第一通孔中暴露所述压电层的所述另一表面的一部分；将液体导电材料喷射到所述第一通孔中；和将所述供电电极通过所述第一绝缘层接合到所述压电层，使得所 述供电电极在经过所述第一通孔的区域中面对所述压电层的所述另一 表面。
11. 一种用于制造液体排出装置的方法，所述液体排出装置包括 液体通道，其中在所述液体通道的一端处形成排出口，所述液体经过 所述排出口排出，且在所述液体通道的中间部分处设置压力腔室，所 述压力腔室存储所述液体；压电层，当电压施加到所述压电层上时， 所述压电层变形以改变所述压力腔室的容积，所述压电层具有面对所 述压力腔室的一个表面；和供电电极，所述供电电极与所述压电层电 连接，以对所述压电层施加电压，所述方法包括设置所述压电层，使得所述压电层的所述一个表面面对所述压力腔室；将驱动电极接合到所述压电层的另一表面，使得所述驱动电极对 应于所述压力腔室的位置；在所述压电层的所述另一表面上设置第一绝缘层，所述第一绝缘 层在其中形成有第一通孔，使得所述压力腔室、所述驱动电极和所述 第一通孔彼此重叠，以在所述第一通孔中暴露所述驱动电极；将液体导电材料喷射到所述第一通孔中；和将所述供电电极通过所述第一绝缘层接合到所述压电层，使得所 述供电电极经由所述第一通孔面对所述压电层的所述另 一表面。
12. 权利要求IO所述的用于制造液体排出装置的方法，还包括在所述供电电极上形成隆起，所述隆起向所述压电层突出；其中将所述供电电极接合到所述压电层上包括将所述供电电极通 过所述第一绝缘层接合到所述压电层上，使得所述隆起插入到所述第 一通孔中。
13. 如权利要求ll所述的用于制造液体排出装置的方法，还包括 在所述供电电极上形成隆起，所述隆起向所述压电层突出；其中将所述供电电极接合到所述压电层上包括将所述供电电极通 过所述第一绝缘层接合到所述压电层上，使得所述隆起插入到所述第 一通孔中。
14. 如权利要求IO所述的用于制造液体排出装置的方法，还包括 用第二绝缘层覆盖所述供电电极的面对所述压电层的面对表面，在所 述第二绝缘层中形成第二通孔，在所述第二通孔中部分地暴露所述面 对表面；其中将所述供电电极接合到所述压电层上包括接合所述第一绝缘 层和所述第二绝缘层，使得所述第一通孔和所述第二通孔彼此连通。
15. 如权利要求ll所述的用于制造液体排出装置的方法，还包括 用第二绝缘层覆盖所述供电电极的面对所述压电层的面对表面，在所 述第二绝缘层中形成第二通孔，在所述第二通孔中部分地暴露所述面 对表面；其中将所述供电电极接合到所述压电层上包括接合所述第一绝缘 层和所述第二绝缘层，使得所述第一通孔和所述第二通孔彼此连通。
16. 如权利要求1所述的液体排出装置，其中所述液体导电材料 是由选自包括导电粘合剂、离子液体、导电聚合体、和液体金属的组 的材料形成，所述导电粘合剂包括导电填充剂和硅树脂的粘结剂。
17. 如权利要求IO所述的用于制造液体排出装置的方法，其中所述液体导电材料是由选自包括导电粘合剂、离子液体、导电聚合体、 和液体金属的组的材料形成，所述导电粘合剂包括导电填充剂和硅树 脂的粘结剂。
18.如权利要求ll述的用于制造液体排出装置的方法，其中所述 液体导电材料是由选自包括导电粘合剂、离子液体、导电聚合体、和 液体金属的组的材料形成，所述导电粘合剂包括导电填充剂和硅树脂 的粘结剂。
全文摘要
提供液体排出装置和用于制造液体排出装置的方法，液体排出装置包括连接排出口和压力腔室的液体通道；压电层，其一个表面面对压力腔室；供电电极，其向压电层施加电压；和液体导电材料，其与压电层的另一表面以及供电电极电连接，并且在压电层的和压力腔室重叠的另一表面上的一个区域中，形成一接触区域，其是在压电层和液体导电材料之间的电触头。因此，可以提供一种液体排出装置，其能够实现小尺寸的通道单元和通过排出液体形成的图像的分辨率的提高，以及适当改变压电层的形状。
文档编号B41J2/045GK101352964SQ200810133668
公开日2009年1月28日 申请日期2008年7月18日 优先权日2007年7月18日
发明者鶸田周平 申请人:兄弟工业株式会社