液体喷头和液体喷出装置的制作方法

本发明涉及液体喷头和液体喷出装置。

背景技术：

已知有在喷墨头等液体喷头中，在具有多个喷嘴的喷嘴板上具有压电性驱动元件的结构。液体喷头具备：第1基部，具有喷嘴板，该喷嘴板具备例如多个喷嘴和驱动元件；第2基部，构成与各喷嘴连通的多个压力室；第3基部，构成与多个压力室连通的共通室。通过对驱动元件施加电压而使喷嘴板变形，由此在压力室产生压力变动，从喷嘴喷出液体。液体喷头连接有收容液体的液体罐，由通过液体喷头和液体罐的循环流路径使液体循环。

对于这样的液体喷头而言，存在从喷嘴混入气泡的情况。若气泡通过共通室向下游侧的喷嘴移动则成为喷出不良的原因，因此谋求抑制由气泡引起的喷出不良的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-52723号公报

技术实现要素：

本发明要解决的技术课题为提供抑制气泡引起的喷出不良的液体喷头和液体喷出装置。

本发明提供一种一种液体喷头，其特征在于，其具备：第1基部，具有多个喷出液体的喷嘴；第2基部，配置在所述第1基部的一侧，并具有多个分别与多个所述喷嘴连通的压力室；第3基部，配置在所述第2基部的一侧，并具有与多个所述压力室连通的共通室，所述第3基部在所述共通室的内壁形成有保持气泡的凹凸部。

本发明提供一种液体喷头，其特征在于，其具备1个以上基部，所述基部形成喷出液体的多个喷嘴、与所述喷嘴连通的多个压力室、与多个所述压力室连通并且在内壁具有构成为能够保持气泡的凹凸部的共通室。

本发明提供一种液体喷出装置，其特征在于，其具备：上述的液体喷头；以及输送装置，沿预定的输送路径输送介质。

附图说明

图1是第1实施方式的液体喷出装置的说明图。

图2是该液体喷出装置的液体喷头的立体图。

图3是该液体喷头的分解立体图。

图4是该液体喷头的截面图。

图5是表示其他实施方式的液体喷头的一部分的结构的截面图。

图6是表示其他实施方式的液体喷头的一部分的结构的俯视图。

图7是表示其他实施方式的液体喷头的一部分的结构的截面图。

图8是表示其他实施方式的液体喷头的一部分的结构的俯视图。

图9是表示其他实施方式的液体喷头的一部分的结构的截面图。

附图标记说明

1…喷墨记录装置(液体喷出装置)，13…图像形成部，15…输送装置，16…控制部，16a…CPU，30…喷头单元，31…喷墨头(液体喷头)，32…墨罐(液体罐)，33…连接流路，40…第1基部(基部)，41…喷嘴板，41a…喷嘴，42…压电元件，48…驱动元件，50…第2基部(基部)，60…第3基部(基部)，63…流路部，63a…底面，64…供给口，65…排出口，67…凹凸部，67a…槽，131…喷墨头，160…基部，161…第1板，162…第2板，163…大径孔，63…流路部，63a…底面，164…小径孔，167…周槽，F1…循环流，A1…输送路径，C1…压力室，C2…共通室，C3…连接路径。

具体实施方式

以下，参照图1至图4说明第1实施方式的作为液体喷出装置的喷墨记录装置1和作为液体喷头的喷墨头31的结构。图1是作为液体喷出装置的喷墨记录装置1的说明图。图2是喷墨头31的立体图，图3是分解立体图。图4是喷墨头31的截面图。图中X、Y、Z表示彼此正交的3个方向。应予说明，在本实施方式中，记载了以使喷墨头31的喷嘴41a朝向Z方向的一个方向即朝下的姿态作为基准来进行的方向说明，但不限于此。

如图1所示，喷墨记录装置1具备壳体11、介质供给部12、图像形成部13、介质排出部14、输送装置15和控制部16。

喷墨记录装置1为，沿着从介质供给部12通过图像形成部13到达介质排出部14的预定的输送路径A1，在输送作为记录介质的纸张P的同时将墨水喷出来在纸张P上进行图像形成处理的液体喷出装置。

壳体11构成喷墨记录装置1的外部轮廓。在壳体11的预定位置具有将纸张P向外部排出的排出口11a。

介质供给部12具备多个供纸盒12a、12a。供纸盒12a在壳体11内设置多个。多个供纸盒12a构成为例如上侧开口的预定尺寸的箱状，能够将各种尺寸的纸张P层叠多个并进行保持。

介质排出部14具备排纸盘14a。排纸盘14a设置在壳体11的排出口11a附近。排纸盘14a构成为能够保持从排出口11a排出的纸张P。

图像形成部13具备支承纸张的支承部17和与支承部17的上方相向配置的多个喷头单元30。

支承部17具有：在进行图像形成的预定区域呈环状设置的输送带18；将输送带18从里侧进行支承的支承板19；在输送带18的里侧设置的多个带辊20。

在形成图像时，支承部17在作为输送带18的上表面的保持面18a支承纸张P，并且通过带辊20的旋转以预定的定时输送输送带18，由此向下游侧输送纸张P。

喷头单元30具有：多个(4色)喷墨头31；在各喷墨头31上分别安装的作为液体罐的墨罐32；连接喷墨头31和墨罐32的连接流路33；作为循环部的循环泵34。喷头单元30为使液体在墨罐32和嵌入形成于喷墨头31的内部的共通室C2和压力室C1中始终循环的循环式喷头单元。在本实施方式中，喷墨头31具有氰、品红、黄、黑4色的喷墨头31C、31M、31Y、31K和作为分别容纳这些各色墨水的墨罐32的墨罐32C、32M、32Y、32K。墨罐32通过连接流路33与喷墨头31连接。连接流路33具有与喷墨头31的供给口64连接的供给流路33a和与喷墨头31的排出口65连接的回收流路33b。

另外，墨罐32上连接有未图示的泵等负压控制装置。并且，对应于喷墨头31和墨罐32的液面差值，通过负压控制装置对墨罐32内进行负压控制，由此将供给到喷墨头31的各喷嘴的墨水形成为预定形状的弯液面。

循环泵34为由例如压电泵构成的送液泵。循环泵34设置在供给流路33a中。循环泵34构成为利用配线与控制部16的驱动电路连接，能够通过CPU16a的控制进行控制。循环泵34通过包含喷墨头31和墨罐32的循环路径使液体循环。

输送装置15将纸张P沿从介质供给部12的供纸盒12a通过图像形成部13而到达介质排出部14的排纸盘14a的输送路径A1进行输送。输送装置15具有沿输送路径A1配置的多个导向板对21a～21h和多个输送用辊22a～22h。

多个导向板对21a～21h各自具有夹着被输送的纸张P而相向配置的一对板部件，沿输送路径A1引导纸张P。

输送用辊22a～22h具有送纸辊22a、输送辊对22b～22g、排出辊对22h。这些输送用辊22a～22h通过控制部16的CPU16a的控制而被驱动旋转，从而沿输送路径A1向下游侧输送纸张P。应予说明，在输送路径A1中在各处配置检测纸张的输送状况的传感器。

控制部16具有：作为控制部的CPU(中央控制装置)16a；存储各种程序等的ROM；暂时存储各种可变数据、图像数据等的RAM；进行来自于外部的数据的输入和向外部的数据的输出的接口部。

如图2～4所示，喷墨头31具有：具有多个喷嘴41a的第1基部40；配置在作为第1基部40的一侧的上方并形成与喷嘴41a连通的多个压力室C1的第2基部50；配置在作为第2基部的一侧的上方并形成与多个压力室C1连通的共通室C2的第3基部60。应予说明，在图2和图3中，为了便于说明，省略绝缘层45、保护层46和拒墨层47而暴露示出配线层44、43。

第1基部40具有：喷嘴板41、形成在喷嘴板41的下表面即与纸张P对置的表面的第1配线层43、压电元件42、第2配线层44、绝缘层45、保护层46和拒墨层47。

喷嘴板41利用例如硅片呈矩形板状构成。喷嘴板41为例如厚度4μm左右的SiO2(氧化硅)膜。喷嘴板41的膜厚优选为1～50μm的范围。喷嘴板41与例如第2基部50一体形成，在氧化环境下加热处理而形成。喷嘴板41具有多个作为喷出液体的贯通孔的喷嘴41a。喷嘴41a在Y方向上并列配置2个，在X方向上并列配置8个。在喷嘴板41的表面层积形成有第1配线层43、压电元件42和第2配线层44。

第1配线层43是例如Pt(铂)和Al(铝)的薄膜。第1配线层43沿X方向并列多个个体配线43c，个体配线43c一体地设置有在喷嘴板41的表面形成在各喷嘴41a外缘的环状的第1电极43a、从第1电极43a沿Y方向导出的线形的图案配线43b、以及与外部电连接的连接部43d。各个体配线43c分别与喷嘴41a的位置对应，在各喷嘴41a上形成一个个体配线43c。

压电元件42层积设置于第1配线层43的第1电极43a。压电元件42为由压电材料形成的具有预定厚度的膜。压电元件42由例如锆钛酸铅(P b(Zr，Ti)O3：PZT)形成。压电元件42构成为包围喷嘴41a周围的环状。压电元件42在其厚度方向上产生分极。即，压电元件42若被施加与分极的方向相同方向的电场，则沿与该电场的方向正交的方向、即与膜厚正交的方向(平面方向)收缩或伸长。

第2配线层44在喷嘴板41的表面且含有第1配线层43和压电元件42的表面的预定区域层积形成。

第2配线层44构成为将第2电极44a、多个图案配线部44b、共通图案配线部44c和连接部44d连续地一体设置的梳齿状。

第2电极44a构成为在各喷嘴41a的外缘重叠在压电元件42上的多个环状。

多个图案配线部44b构成为从多个第2电极44a分别沿Y方向引出的线形。共通图案配线部44c构成为沿X方向的线形，将多个图案配线部44b的与第2电极44a相反一侧的端部连接。在第2配线层44的X方向的两端的图案配线部44b的端部构成与外部电连接的连接部44d。

利用第1电极43a、压电元件42和第2电极44a的层积构造，构成有包围喷嘴41a周围的环状的驱动元件48。驱动元件48在压电元件42一侧层积形成第1电极43a，在另一侧层积形成第2电极44a，因此通过使电压选择性地施加到两电极43a、44a上，使压电元件42变形，产生压力室C1的压力变动，从而从喷嘴41a喷出液体。

绝缘层45是由SiO2构成的膜。绝缘层45形成在第1配线层43上的预定区域和第2配线层44上的预定区域。绝缘层45使第1配线层43和第2配线层44在预定区域绝缘。应予说明，绝缘层45也可以通过SiN(氮化硅)那样的其他材料形成。

保护层46为与绝缘层不同的材料，例如由东丽株式会社的“フォトニース”(日文注册商标)那样的感光性聚酰亚胺形成。保护层46形成在喷嘴板41的表面且是驱动元件48以外的区域上。保护层46与喷嘴板41接合形成，由此抑制喷嘴板41的压弯变形。保护层46在与各喷嘴41a对应的位置具有圆形的开口部46a。

拒墨层47是形成在保护层46和位于开口部46a的绝缘层45上的膜。拒墨层47由具有拒液性的硅类拒液材料或者含氟的有机材料形成。

第2基部50形成为具有例如100～775μm的厚度的矩形板状。第2基部具备：例如由硅晶片形成的基材层51和层积在基材层的与喷嘴板41相反一侧的面的变形限制膜52。第2基部50具有多个构成例如圆柱形的压力室C1的贯通孔50a。压力室C1的直径为例如190μm。多个压力室C1分别形成在与第2基部50相向配置的喷嘴板41的各喷嘴41a连通的位置。

这里，如图4所示，压力室C1的孔的形状以深度L1大于直径D1的方式构成。通过将压力室C1的形状设为深度L1＞直径D1，能够延迟压力室C1内的墨水的压力流失到共通室C2。

变形限制膜52在喷嘴板41与第2基部50一体形成的情况下发挥降低第2基部50的翘曲的功能。例如，若将变形限制膜52由与喷嘴板41相同的材料设置为相同的膜厚，则喷嘴板41的膜应力和变形限制膜52的膜应力在基材层51两面的变得相同，能够有效地降低在第2基部50产生的翘曲。因此，变形限制膜52也可以使用将基材层51的硅晶片通过CVD法(化学气相成膜法)或氧环境下的加热处理形成的厚度4μm的SiO2(氧化硅)膜。

第3基部60通过例如不锈钢、陶瓷或者树脂那样的其他材料构成为矩形的板状。使用的陶瓷为例如铝陶瓷、氧化锆、碳化硅、氮化硅那样的氮化物、碳化物或氧化物。使用的树脂为例如ABS、聚缩醛、尼龙、聚碳酸脂或聚醚砜那样的塑料材料。第3基部60的材料考虑与喷嘴板41的膨胀系数之差而选择，以便不对用于喷出墨水的压力的产生发生影响。

在第3基部60的下表面、即与第2基部50相向的面形成构成与压力室C1连通的共通室C2的流路部63。流路部63是例如俯视下矩形且具有预定深度的凹部。流路部63包括与多个压力室C1相向的区域，构成与多个压力室C连通的一个共通室C2。

在流路部63的底面63a的两端部分别形成与墨罐32连通的供给口64和排出口65。供给口64和排出口65是轴心沿Z方向的圆形的贯通孔，并将共通室C2和与墨罐32连接的连接流路33连通。供给口64和排出口65配置在喷嘴排列的X方向两端的喷嘴41a的外侧位置。

在流路部63的内壁形成有保持气泡的凹凸部67。凹凸部67在X方向上排列有多条槽67a，该多条槽67a分别沿Y方向延伸并且横截面呈V字形。各槽67a的宽度尺寸w1在例如w1＜D1的范围内，在本实施方式中作为一例采用50μm。各槽67a的深度d1在本实施方式中作为一例采用50μm。

槽67a设置在至少与相邻的一对压力室C1之间的区域相向的位置。在本实施方式中，在与第2基部50的上表面相向的壁面上，在相邻的一对压力室C1之间在X方向上以等间隔配置4～6条左右的槽67a。应予说明，槽67a的条数不限于4～6条。

槽67a沿与共通室C2中的循环流F1的流动方向、即X方向正交的Y方向连续延伸，并且在流动方向、即X方向上排列配置多个。通过构成槽67a的壁，使气泡在与循环流F1一起向下游侧流动时被捕捉。

对如上所述构成的喷墨记录装置1的动作进行说明。CPU16a检测例如用户在界面通过操作输入部的操作进行的印刷指示。并且，若检测到印刷指示，则CPU16a驱动输送装置15来输送纸张P，并且在预定时机对喷头单元30输出印字信号，由此驱动喷墨头31。作为喷出动作，喷墨头31利用与图像数据对应的图像信号，选择性地驱动驱动元件48而从喷嘴41a喷出墨水，在保持在输送带18上的纸张P上形成图像。

作为液体喷出动作，CPU16a利用驱动电路经由配线层43、44将驱动电压施加在驱动元件48上。于是，利用压电元件42的变形，驱动元件48变形。例如，向增大所驱动的压力室C1的容积的方向变形，使压力室C1内为负压，由此墨水被导向压力室C1内。另一方面，向减小压力室C1的容积的方向变形，对压力室C1内加压，由此使墨水滴从喷嘴41a喷出。

CPU16a驱动循环泵34，从而使液体在通过墨罐32和喷墨头31的循环路径进行循环。利用循环动作，墨罐32内的墨水通过供给口64向由流路部63构成的共通室C2流入，供给到多个压力室C1。即，产生图4箭头所示的墨水的循环流F1。

如上所述构成的喷墨头31具有在共通室C2的壁面捕捉气泡的凹凸部67。因此，在当进行液体喷出动作时，气泡从上游侧的喷嘴41a混入到压力室C1内的情况下，即使气泡与墨水的循环流F1一起向共通室C2流入，也会在向下游侧流动的途中被凹凸部67捕捉。被凹凸部67捕捉而滞留在共通室C2中的气泡通过溶存于墨水中而被自然消除。

即，根据喷墨头31，在远离喷嘴41a的位置上留住气泡，避免气泡到达下游侧的喷嘴41a的情况，由此能够抑制气泡引起的喷出不良。

另外，作为凹凸部67，喷墨头31采用具有延与共通室C2的长边方向大致正交的方向、即与墨水的循环流F1的流动方向正交的方向延伸的槽67a的结构，因此易于捕捉向下游侧的压力室C1移动的气泡，另外能够将大部分气泡连在一起留住。因此，能够可靠地捕捉气泡，能够实现高的喷出性能。

应予说明，本发明并不被限定为上述实施方式的原样，在实施阶段可以在不脱离其宗旨的范围内变通结构要件加以具体化。

例如在上述第1实施方式中，作为凹凸部67，示出了形成底部侧的宽度尺寸变窄的横截面呈V字状的槽67a的例子，但不限于此。例如作为其他实施方式，如图5和图6所示的第3基部60A那样，作为凹凸部67，也可以采用具备多个横截面呈半圆形的槽68a的结构。

另外，例如在上述第1实施方式中，作为凹凸部67，示出了形成沿Y方向连续延伸并且截面呈V字状的槽67a的例子，但不限于此。例如作为其他实施方式，如图7和图8所示的第3基部60B那样，也可以适用具备在压力室侧开口并且宽度尺寸恒定的槽69a，并且在Y方向上间歇地排列配置多个槽69a的结构。在这些实施方式的第3基部60A、60B中也起到与上述第1实施方式相同的效果。

图9是表示其他实施方式的喷墨头131的结构的截面图。作为凹凸部67，本实施方式的喷墨头131具备由形成于与压力室C1连通的圆周状的周壁的台阶形成的周槽167来代替槽67a。

喷墨头131的第3基部160具备层叠的第1板161和第2板162。

第1板161通过例如不锈钢、陶瓷或者树脂那样的其他材料构成为矩形的板状。在第1板161中形成有与压力室C1连通的连接路径C3。连接路径C3为具有台阶的贯通孔，具有连续的大径孔163和小径孔164。即，在本实施方式中，作为共通室C2的一部分，共通室C2具有与压力室C1连通并且使流路直径扩大和缩小的连接路径C3。

构成为连接路径C3的大径孔163的直径D2大于压力室C1的直径D1，且构成为小径孔164的直径D3与压力室C1的直径D1相等。作为一例，D1、D2和D3分别为190μm、210μm、190μm。

应予说明，在各墨水压力室C1内的墨水产生压力变化，从各喷嘴41a喷出墨水时，第3基部160的第1板161起到作为封闭在压力室C1内产生的压力而防止压力向共通室C2流失的分离板的效果，因此直径D3也可以相对于压力室C1的直径而言在1/4以下。

第2板162通过例如不锈钢、陶瓷或者树脂那样的其他材料构成为矩形的板状。在第2板162的下表面、即与第1板161和压力室C1相向的面形成有构成与压力室C1连通的共通室C2的流路部63。流路部63是例如俯视为矩形且具有预定深度的凹部。流路部63包括与多个压力室C1相向的区域，通过多个连接路径C3构成与多个压力室C1连通的一个共通室C2。

在流路部63的底面63a的两端部形成有分别与墨罐32连通的供给口64和排出口65。

在本实施方式的喷墨头131中，也起到与上述第1实施方式的喷墨头31相同的效果。即，在喷墨头131中，作为凹凸部，能够通过形成在共通室C2的一部分的内壁、即连接路径C3的周壁的周槽167捕捉气泡。因此，能够防止气泡向下游侧的喷嘴移动，能够避免喷出不良。

另外，在喷墨头131中，在各墨水压力室C1内的墨水发生压力变化并且使墨水从各喷嘴41a喷出时，第3基部160的第1板161能够起到封闭在压力室C1内产生的压力而防止压力向共通室C2流失的分离板的作用。

另外，在上述实施方式中示出了由作为基部的3个基部40、50、60构成喷墨头31、131的例子，但不限于此，也可以由一个基部构成，或者将2个或4个以上的基部组合构成。

另外，构成各部分的材料不限于在上述实施方式例示的材料，可以适当进行改变。例如，喷嘴板41也可以在硅晶片表面通过CVD法(化学气相成膜法)使SiO2(氧化硅)膜成膜而形成。另外，喷嘴板41可以由通过多个层构成的层积膜形成。另外，作为喷嘴板41，可以使用SiN(氮化硅)等半导体材料或者Al2O3(氧化铝)等来代替SiO2(氧化硅)膜。

第2基部的基材层可以是例如碳化硅(SiC)或锗基板那样的其他半导体。另外，基材不限于此，也可以由陶瓷、玻璃、石英、树脂或者金属那样的其他材料形成。使用的陶瓷为例如铝陶瓷、氧化锆、碳化硅、氮化硅或钛酸钡那样的氮化物、碳化物或氧化物。利用的树脂为例如ABS(丙烯腈·1,3-丁二烯·苯乙烯)、聚缩醛、尼龙、聚碳酸脂或聚醚砜那样的塑料材料。使用的金属为例如铝或钛。

另外，压电元件42不限于此，也可以由例如PTO(PbTiO3：钛酸铅)、PMNT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)、PZNT(Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)、ZNO和AlN那样的各种压电材料形成。

各配线层43、44不限于此，也可以由Ni(镍)、Cu(铜)、Al(铝)、Ag(银)、Ti(钛)、W(钨)、Mo(钼)、Au(金)那样的其他材料形成。

保护层46的材料也不限于此，也可以使用例如其他种类的聚酰亚胺、ABS、聚缩醛、尼龙、聚碳酸酯、聚醚砜那样的塑料材料作为保护层46。

另外，喷出的材料也不限于墨水，作为其他液体，也可以采用将例如含有导电性粒子的高粘度液体材料喷出的结构。例如，也可以应用于向封装基板将金属配线材料喷出的配线图案描画装置。

除此以外，说明了本发明的几个实施方式，但是，这些实施方式仅是示例，并不是用于限定本发明的范围。这些新的实施方式可以以其他各种形式被实施，在不脱离发明的主旨的范围内可以进行各种省略、置换、变形。这些实施方式及其变形也包括在发明的范围和主旨内，属于记载于权利要求书的发明及其等同的范围。