制造噴墨頭的方法

專利名稱:制造噴墨頭的方法
技術領域：
本發明涉及一種制造將墨從噴墨口噴出的噴墨頭的方法。
背景技術：
一種已知的噴墨頭具有通路單元、以及結合到該通路單元上的壓電致動器。該通路單元具有單獨墨通路，該單獨墨通路包括噴墨口和壓力腔室。該壓電致動器對壓力腔室中含有的墨施加壓力。在這種類型的一些噴墨頭中，在壓電致動器的表面上，電極電連接到接線構件上，通過該接線構件將驅動信號供應至該電極，從而驅動壓電致動器。例如，美國專利申請公布No.20040113994公開了一種噴墨頭，在該噴墨頭中，充當壓電致動器的致動器單元包括壓電體，該壓電體具有四個層壓壓電層，而且在形成于壓電體上的各個單獨電極的上表面上設有導電焊盤。通過將諸如金膏的金屬膏以一定圖案印刷在單獨電極上、然后烘焙該膏，從而形成所述焊盤中的每個焊盤。形成在致動器單元上的單獨電極通過焊盤電連接到形成在FPC(柔性印刷電路)上的接線端子上，該FPC為設置在致動器單元上方的接線構件。只有在焊盤處致動器單元才與FPC接觸。壓電體和FPC被夾在它們之間的焊盤充分分隔開，從而壓電體和FPC不彼此接觸。因此，FPC不阻礙壓電體的變形，從而從噴墨口噴墨的性能不改變。

發明內容然而，為了制造美國專利申請公布No.20040113994中公開的噴墨頭，需要在高溫下烘焙由金屬膏制成的焊盤。在該烘焙過程中，壓電體可能翹曲，或者金屬可能散布到壓電體內部，從而降低壓電體的絕緣電阻。此外，因為諸如金的材料昂貴，從而制造成本增大。解決這些問題的可能途徑是采用包括可在較低溫度烘焙的導電材料的樹脂膏來代替金屬材料作為焊盤的材料。然而，樹脂膏比金屬軟。因此，如果在形成焊盤之后，壓電致動器被擠壓到通路單元上從而使壓電致動器和通路單元結合，則焊盤被壓碎且焊盤的高度降低。結果，壓電體和FPC不能充分彼此分隔開。可替換地，在焊盤的高度不均勻的情況下，具有較大高度的焊盤被擠壓，并且其上表面變平。這樣的焊盤可能成為不良觸點。為了避免這些缺點，可設想的是，在使通路單元和壓電致動器彼此結合之后形成焊盤。然而，壓力腔室構成為在通路單元的表面上形成的凹進。因此，壓電致動器的下表面部分地支撐在通路單元上，而部分地不支撐在通路單元上，而是與壓力腔室相對。在壓電致動器的下表面像這樣部分地支撐在通路單元上的情況下，在將樹脂膏以一定的圖案印刷到單獨電極的表面上的時刻，壓電體中可能會由于施加到壓電體上的力而發生破裂。
本發明的目的在于提供一種制造噴墨頭的方法，該方法能夠在壓電體和接線構件之間確保足夠的空間，同時防止發生壓電體的翹曲、壓電體絕緣電阻的降低、以及壓電體中的破裂。
根據本發明的一方面，提供一種制造噴墨頭的方法，該噴墨頭包括通路單元、壓電致動器和接線構件。該通路單元具有單獨墨通路，該單獨墨通路包括噴墨口和壓力腔室，而且該通路單元還具有如下的表面，在該表面上以凹進的形式設置所述壓力腔室。該壓電致動器對所述壓力腔室中的墨施加噴射能量。所述壓電致動器包括壓電體、電極、和導電焊盤，該壓電體設置在所述通路單元的所述表面上，從而封閉所述凹進，該電極以與所述壓力腔室相對的方式形成在所述壓電體的與所述通路單元背對的表面上，該導電焊盤形成在所述電極上。該接線構件包括基片和形成在該基片上的布線，而且在該布線上設有端子，該端子電連接到所述焊盤上。所述方法包括以下步驟在所述壓電致動器的與其形成有所述焊盤的表面相反的整個表面支撐在支撐構件上的狀態下，在所述電極上形成由包括導電材料的樹脂膏制成的所述焊盤；在所述壓電致動器設置在所述通路單元的所述表面上、且所述電極與所述壓力腔室相對的狀態下，通過對所述焊盤除其一部分之外進行擠壓，從而使所述通路單元和所述壓電致動器彼此結合；以及通過使所述焊盤的在所述結合步驟中沒有被擠壓的所述部分與所述接線構件接觸，從而將所述焊盤電連接到所述端子上。
在該方面中，所述焊盤由樹脂膏制成。因此在形成所述焊盤時不必在高溫下烘焙所述焊盤。這樣能抑制所述壓電體的翹曲、并且能抑制所述焊盤內包含的導電材料散布到所述壓電體中，該散布降低了所述壓電體的絕緣電阻。此外，因為所述焊盤由樹脂膏制成，從而與當所述焊盤由諸如金的金屬材料制成時相比能降低制造成本。
此外，因為在所述壓電致動器結合到所述通路單元上之前在所述壓電致動器上形成所述焊盤，從而能夠在所述壓電致動器的與其形成有所述焊盤的表面相反的整個表面支撐在所述支撐構件上的狀態下形成所述焊盤。這使得所述壓電體中難以發生破裂。
而且，當將所述壓電致動器結合到所述通路單元上時，所述焊盤除其一部分之外被擠壓。因此，所述焊盤的所述部分不會由于結合擠壓而壓碎。因此，所述焊盤的所述部分的高度不降低，從而在所述壓電體和所述接線構件之間確保了足夠的空間。這能夠防止噴射故障，否則所述接線構件和所述壓電體之間發生接觸可能引起噴射故障。
此外，所述焊盤的未擠壓部分的上表面不是平坦的。因此，當將所述焊盤電連接到所述端子上時，能吸收所述焊盤的高度的不均勻，從而能夠使所述焊盤和所述端子確實地彼此連接。
此外，當將壓電致動器結合到通路單元上時，不是直接擠壓所述壓電體，而是通過焊盤間接擠壓所述壓電體。因此，即使在所述壓電體與夾具之間存在小的異物，或者在所述壓電體的表面上存在小的突起，也能防止在所述壓電體中發生破裂等。
本發明的其它和另外的目的、特征和優點將從以下與附圖相聯系的描述中顯得更加完全，在附圖中圖1示意地示出具有通過根據本發明實施例的方法制造的噴墨頭的噴墨打印機的結構；圖2為圖1所示的頭主體的平面圖；圖3為圖2的放大比例的局部視圖；圖4為沿圖3中的線IV-IV的剖面圖；圖5為圖4的放大比例的局部視圖，包括FPC；圖6為示意地示出在壓電致動器的焊盤和FPC的接線端子之間在平面圖中的位置關系的圖；圖7A至7D為逐步示出制造圖1所示的噴墨頭的方法的剖面圖；圖8A和8B為分別與圖7C和7D對應的剖面圖，并示出根據本發明實施例的第一變型的制造方法；圖9A和9B為分別與圖7C和7D對應的剖面圖，并示出根據本發明實施例的第二變型的制造方法；圖10A至10B為分別與圖7C和7D對應的剖面圖，并示出根據本發明實施例的第三變型的制造方法；圖11為與圖7B對應的剖面圖，并示出根據本發明實施例的第四變型的制造方法；而圖12為與圖7B對應的剖面圖，并示出根據本發明實施例的第五變型的制造方法。
具體實施方式將對通過根據本發明實施例的方法制造的噴墨頭給出描述。圖1示出包括通過根據該實施例的方法制造的噴墨頭2的打印機1。圖1示出的打印機1為行式頭型的彩色噴墨打印機，其包括四個固定的噴墨頭2。在平面圖中，噴墨頭2具有在垂直穿越圖1的附圖紙面的方向上細長的矩形形狀。打印機1包括饋紙單元114、排紙盤116、以及輸送單元120，它們分別在圖1的下部、上部和中部示出。打印機1還包括對上述單元的操作進行控制的控制器100。
饋紙單元114具有紙張保持器115和饋紙輥145。矩形形狀的一疊打印紙張(記錄介質)P能夠被保持在紙張保持器115中。饋紙輥145把保持在紙張保持器115中的打印紙張P的最上面的一張送出到輸送單元120。在紙張保持器115中，打印紙張P被保持成在沿其較長側的方向上送出。在紙張保持器115和輸送單元120之間沿輸送路徑設置兩對饋送輥118a和118b、以及119a和119b。在饋送輥118a和118b的作用下，從饋紙單元114排出的打印紙張P以其一個較短邊為前緣在圖1中向上傳送。然后，通過饋送輥119a和119b將打印紙張P向左傳送到輸送單元120。
輸送單元120具有環形輸送皮帶111、以及兩個皮帶輥106和107，輸送皮帶111繞在這兩個皮帶輥106和107上。以如下方式調節輸送皮帶111的長度，該方式使得在輸送皮帶111繞在這兩個皮帶輥106和107上的狀態下，在輸送皮帶111中產生預定的張力。繞在這兩個皮帶輥106和107上的輸送皮帶111具有兩個平行平面，這兩個平面每個都包括皮帶輥106和107的公切線。這兩個平面中的與噴墨頭2對置的一個平面形成用于打印紙張P的輸送面127。在由輸送皮帶111形成的輸送面127上輸送從饋紙單元114送出的打印紙張P，同時噴墨頭2在打印紙張P的上表面(打印面)上進行打印。然后，打印紙張P到達排紙盤116。這樣打印了的打印紙張P堆疊在排紙盤116中。
所述四個噴墨頭2中的每個噴墨頭在其下端都具有頭主體13。該頭主體13由通路單元4和四個壓電致動器21制成，這四個壓電致動器21通過膠粘劑結合到通路單元4上(參見圖2和4)。如稍后將描述的那樣，在通路單元4內部形成許多單獨墨通路32，每個單獨墨通路32都包括噴墨口8和壓力腔室10。對壓力腔室10中的墨施加壓力。壓電致動器21對許多壓力腔室10中的所期望的一個或多個壓力腔室中含有的墨施加壓力。用作對壓電致動器供應打印信號的接線構件的FPC50結合到每個壓電致動器21的上表面上(參見圖5)。
如圖2所示，在平面圖中，頭主體13具有在垂直穿越圖1的附圖紙面的方向上細長的矩形形狀。所述四個頭主體13沿圖1的附圖紙面的水平方向彼此相鄰地布置。所述四個頭主體13中的每個頭主體13在其底面(噴墨面)上具有許多小直徑噴墨口8，如圖3所示。從噴墨口8噴出的墨的顏色是品紅色(M)、黃色(Y)、青色(C)、和黑色(K)中的任何顏色。一個頭主體13中包括的許多噴墨口8噴射相同顏色的墨。此外，所述四個頭主體13分別從它們的許多噴墨口8噴出品紅色、黃色、青色、和黑色四種不同顏色的墨。
在頭主體13的底面和輸送皮帶111的輸送面127之間形成狹窄的空間。該空間構成輸送路徑，打印紙張P沿著該輸送路徑從圖1的右邊輸送到左邊。當打印紙張P在所述四個頭主體13下方通過時，根據圖像數據從噴墨口8向打印紙張P的上表面噴墨，從而在打印紙張P上形成期望的彩色圖像。
所述兩個皮帶輥106及107與輸送皮帶111的內表面111b接觸。在輸送單元120的所述兩個皮帶輥106和107中，位于輸送路徑下游的皮帶輥106連接到未示出的輸送馬達的驅動軸174上。輸送馬達在控制器100的控制下被驅動轉動。另一皮帶輥107為從動輥，其在輸送皮帶111給予的轉動力的作用下隨著皮帶輥106的轉動而一起轉動。
夾壓輥138和夾壓支承輥139設置在皮帶輥107附近，從而將輸送皮帶111夾在夾壓輥138和夾壓支承輥139之間。夾壓輥138被未示出的彈簧向下偏壓，以便把供應到輸送單元120的打印紙張P壓到輸送面127上。輸送皮帶111和打印紙張P被夾壓在夾壓輥138和夾壓支承輥139之間。因為輸送皮帶111的外表面用粘性硅橡膠進行了處理，所以能夠將打印紙張P確實地粘附到輸送面127上。
如圖1所示，在輸送單元120的左側設置剝離板140。剝離板140的右端進入到打印紙張P和輸送皮帶111之間，從而從輸送面127剝離粘附到輸送皮帶111的輸送面127上的打印紙張P。
在輸送單元120和排紙盤116之間設置兩對饋送輥121a和121b、以及122a和122b。在饋送輥121a和121b的作用下，從輸送單元120排出的打印紙張P以其一個較短邊為前緣在圖1中向上傳送。然后，饋送輥122a和122b將打印紙張P傳送到排紙盤116。
在夾壓輥138和最上游的一個噴墨頭2之間設置紙張傳感器133，以便檢測輸送路徑上的打印紙張P的前緣的位置，該紙張傳感器是由發光體和受光體構成的光學傳感器。
接著，將描述頭主體13的細節。圖2為圖1所示的頭主體13的平面圖。圖3為圖2中的點劃線包圍的塊的放大比例的平面圖。在圖3中，為了容易理解，用虛線示出壓電致動器21，不過它們應該用實線示出，而用實線示出實際上應該用虛線示出的噴墨口8、壓力腔室10、和孔隙12。
如圖2和3所示，頭主體13具有通路單元4，在該通路單元4中形成許多壓力腔室10和許多噴墨口8。所述許多壓力腔室10形成四個壓力腔室組9。對相應壓力腔室10中的墨施加壓力，從而從所述許多噴墨口8噴墨。梯形的四個壓電致動器21結合到通路單元4的上表面上。這些壓電致動器21沿通路單元4的縱向方向以Z字形圖案布置成兩排。更具體而言，這些壓電致動器21中的每個壓電致動器都設置成使得它的平行對邊、即其上側和下側沿通路單元4的縱向方向延伸。此外，每個相鄰壓電致動器21的斜邊相對于通路單元4的寬度方向而言彼此部分地重疊。
通路單元4的下表面的與結合有壓電致動器21的位置相對應的區域限定了噴墨區域。如圖3所示，在這些噴墨區域中規則地布置許多噴墨口8。在通路單元4的上表面上以二維形式(以矩陣形式)規則地布置許多壓力腔室10。這些壓力腔室10構成為形成在通路單元4的上表面上的凹進。這些凹進被壓電致動器21封閉，從而限定了壓力腔室10。結果，壓電致動器21的下表面被部分地支撐在通路單元4上，且部分地不支撐在通路單元4上，而是與壓力腔室10對置。
在通路單元4的上表面中，由存在于與一個壓電致動器21對置的區域內的壓力腔室10構成一個壓力腔室組9。如稍后將描述的那樣，形成在壓電致動器21上的單獨電極35與各個壓力腔室10一一對應地相對。
在通路單元4的內部形成有充當公共墨腔室的集管通道5、以及充當公共墨腔室的分支通路的副集管通道5a。一個噴墨區域與沿通路單元4的縱向方向延伸的四個副集管通道5a相對。墨通過設置在通路單元4的上表面上的墨流入開口5b而供應至集管通道5。
墨通過副集管通道5a的出口，然后通過充當節流閥的孔隙12、以及在平面圖中具有大致菱形形狀的壓力腔室10，然后從噴墨口8噴出。多排噴墨口8在通路單元4的縱向方向上延伸。從相同的副集管通道5a供應從包括在四個相鄰排中的噴墨口8噴出的墨。
以如下方式設置通路單元4的所述許多噴墨口8，該方式使得當所有噴墨口8在與沿通路單元4的縱向方向延伸(即，與紙張輸送方向垂直地延伸)的假想線垂直的方向上投影到該假想線上時，這些噴墨口8在該假想線上的投影點能以600dpi的規則間隔布置。
將描述頭主體13的剖面結構。圖4為沿圖3中的線IV-IV的剖面圖。如圖4所示，頭主體13由彼此結合的通路單元4和壓電致動器21制成。通路單元4具有分層結構，其中，從頂部開始分層放置空腔板22、基板23、孔隙板24、供應板25、集管板26、27、28、蓋板29、以及噴嘴板30。在通路單元4內部形成有延伸至噴墨口8的墨通路，從外部供應來的墨在這些噴墨口8處以墨滴形式噴出。這些墨通路包括其中暫時存儲墨的集管通道5和副集管通道5a，而且還包括單獨墨通路32，每個單獨墨通路32從副集管通道5a的出口延伸到噴墨口8。在各個板22至30中形成凹進和孔，這些凹進和孔構成這些墨通路的一部分。
空腔板22為金屬板，其中形成有用作壓力腔室10的許多大致菱形的孔。基板23為金屬板，其中形成有每個都將每個壓力腔室10連接到對應的孔隙12上的許多連接孔、和每個都構成從每個壓力腔室10至對應的噴墨口8的通路的一部分的許多連接孔。孔隙板24為金屬板，其中形成有用作孔隙12的許多孔、和每個都構成從每個壓力腔室10至對應的噴墨口8的通路的一部分的許多連接孔。供應板25為金屬板，其中形成有每個都將每個孔隙12連接到副集管通道5a的許多連接孔、以及每個都構成從每個壓力腔室10至對應的噴墨口8的通路的一部分的許多連接孔。集管板26、27、和28中的每個集管板為金屬板，其中形成有構成副集管通道5a的孔、和每個都構成從每個壓力腔室10至對應的噴墨口8的通路的一部分的許多連接孔。蓋板29為金屬板，其中形成有每個都構成從每個壓力腔室10至對應的噴墨口8的通路的一部分的許多連接孔。噴嘴板30為金屬板，其中形成有許多通孔。這些通孔在噴嘴板30的外側面上構成噴墨口8。所述九塊金屬板分層定位以便形成單獨墨通路32。
如圖5所示，壓電致動器21包括壓電體45，該壓電體45具有四個壓電層41、42、43和44的分層結構。壓電層41至44中的每個壓電層都具有大約15μm的相同厚度，從而壓電致動器21具有大約60μm的厚度。壓電層41至44中的任何壓電層都是在形成于頭主體13的一個噴墨區域中的所有壓力腔室10上延伸的連續層狀平板(連續的平層)。壓電層41至44由具有鐵電性的鋯鈦酸鉛(PZT)基陶瓷材料制成。
在最上面的壓電層41上形成厚度約為1μm的單獨電極35。通過印刷包括諸如金屬的導電材料的導電膏而形成單獨電極35以及后述的公共電極34。單獨電極35在平面圖中具有大致菱形形狀。單獨電極35形成為使得它與壓力腔室10相對，此外在平面圖中單獨電極35的大部分落入在壓力腔室10內。因此，大致在最上面的壓電層41上的整個區域上，按照與壓力腔室10的圖案相同的圖案以二維形式規則地布置有許多單獨電極35，如圖3所示。在該實施例中，單獨電極35只形成在壓電致動器21的表面上，因此只有最外層的壓電層41包括引起壓電應變的活性區域。其它的壓電層42、43、和44為非活性層。因此，壓電致動器21為具有層壓的活性層和非活性層、且引起單壓電晶片變形的致動器，從而呈現良好的變形效率。
單獨電極35的一個銳角部分不與壓力腔室10相對。具體地，所述一個銳角部分延伸到位于空腔板22的梁22a上方的位置，該位置是指空腔板22的沒有形成壓力腔室10的部分。梁22a結合到壓電致動器21上，并支撐壓電致動器21。在單獨電極35的不與壓力腔室10相對的部分上設置由導電樹脂膏制成的焊盤36。焊盤36在平面圖中具有大約30μm的直徑。單獨電極35和焊盤36彼此電連接。焊盤36在平面圖中具有大致圓形形狀。如圖5所示，焊盤36的中央部分形成突起36a，該突起36a在圍繞該突起36a的周邊部分36b上方突出。突起36a在平面圖中具有大約15μm的直徑。如稍后將詳述的那樣，每個焊盤36通過設置在FPC50上的布線53而電連接到作為控制器100的一部分的未示出的驅動器IC上。
厚度約為2μm的公共電極34介于最上面的壓電層41和設置于該最上面的壓電層41下方的壓電層42之間。公共電極34大致形成在壓電致動器21的整個表面上。結果，壓電層41在其與壓力腔室10相對的部分中被夾在包括單獨電極35和公共電極34的一對電極之間。在壓電層42和43之間、以及在壓電層43和44之間都不設置電極。
在壓電層41上，在單獨電極35構成的電極組的外側形成未示出的表面電極。該表面電極通過未示出的導電構件而電連接到公共電極34上，該未示出的導電構件嵌入在形成于壓電層41內的通孔中。此外，該表面電極還連接到設置于FPC50上的未示出的布線上。公共電極34通過該布線接地。因此，公共電極34在其與所有壓力腔室10對應的部分中同等地保持在地電位。在該表面電極上設有形狀與焊盤36的形狀相同的未示出的焊盤。
如圖5所示，充當接線構件的FPC50設置在壓電致動器21上方。FPC50具有絕緣基片51、以一定圖案形成在該基片51上的布線53、以及覆蓋層52，該覆蓋層52與基片51一起夾著布線53從而保護布線53。在覆蓋層52的在平面圖中與每個焊盤36的突起36a重疊的部分處形成直徑約為17μm的通孔52a。布線53在通孔52a的底部處暴露，而且布線53的暴露區域用作直徑約為17μm的端子53a。該端子53a電結合到焊盤36的突起36a的端部，從而單獨電極35和布線53通過焊盤36而電連接。圖6表示在焊盤36和端子53a之間在平面圖中的位置關系。
焊盤36的側面覆蓋有由熱固性合成樹脂材料制成的合成樹脂層54。因此將焊盤36穩定地固定到FPC50上。此外，合成樹脂層54的覆蓋焊盤36的該側面的部分允許壓電體45和FPC50在物理上彼此牢固地固定。而且能夠改善在單獨電極35和其它布線53之間的電絕緣。與設置在單獨電極35上的焊盤一樣，設置在表面電極上的焊盤也電結合到形成在FPC50上的另一布線的端子上。
這里將描述致動器單元21的操作。在致動器單元21中，在所述四個壓電層41至44中只有壓電層41在從單獨電極35朝向公共電極34取向的方向上極化。在驅動器IC給予單獨電極35預定電位時，電壓施加到壓電層41的活性區域上，即施加到壓電層41的被夾在給予該預定電位的單獨電極35和保持為地電位的公共電極34之間的區域上。結果，在壓電層41的該區域中產生沿厚度方向的電場，從而壓電層41的活性區域由于橫向壓電效應而在與極化方向垂直的方向上收縮。由于沒有對其它的壓電層42至44施加電場，從而這些壓電層42至44不以這樣的方式收縮。因此，壓電層41至44的與該活性區域相對的部分總體上呈現向壓力腔室10突出的單壓電晶片變形。這減小了壓力腔室10的容積，從而提高墨壓力，使得墨如圖4所示從噴墨口8噴出。然后，當單獨電極35的電位返回到地電位時，壓電層41至44恢復它們的原始形狀，而且壓力腔室10恢復其原始容積。因此將墨從副集管通道5a吸入到單獨墨通路中。
在另一驅動模式中，預先給予單獨電極35預定電位。在每次噴射請求時，單獨電極35一度被設置在地電位，然后在預定的時刻再次被給予該預定電位。在該模式中，在將單獨電極35設置在地電位的時刻，壓電層41至44返回到它們的原始狀態，并且壓力腔室10的容積變得比在預先施加有預定電壓的初始狀態下的容積大。因此將墨從副集管通道5a吸入到壓力腔室10中。然后，在再次給予單獨電極35該預定電位的時刻，壓電層41至44的與活性區域相對的部分向壓力腔室10突出地變形。因此，壓力腔室10的容積改變從而提高墨壓力，使得墨從噴墨口8噴出。
接著，將參照圖7A至7D描述制造頭主體3的方法。圖7A至7D為逐步示出制造頭主體13的方法的剖面圖。
為了制造頭主體13，通過分層放置板22至30并將它們彼此結合而預先制備上述通路單元4。同時，在由陶瓷材料制成的將成為壓電層42的生片上以一定圖案印刷將成為公共電極34的導電膏，而在由陶瓷材料制成的將成為壓電層41的生片上以一定圖案印刷將成為單獨電極35的導電膏。這里采用Ag-Pd基導電膏用于公共電極34，而采用Au基導電膏用于單獨電極35。公共電極34的厚度約為2μm，而單獨電極35的厚度約為1μm。隨后，分層定位所述四個壓電層41至44，從而獲得分層體，然后在預定溫度烘焙該分層體，從而形成包括所述四個壓電層41至44且支撐電極34和35的壓電體45。
之后，如圖7A所示，通過掩模印刷(焊盤形成步驟)，在每個單獨電極35上，更具體地說在該單獨電極35的如上所述不與壓力腔室10相對的區域上形成由包括導電材料的樹脂膏制成的焊盤36。此時，壓電體45的整個下表面支撐在支撐構件201上。樹脂膏例如為包括陶瓷粒子和導電粒子的印刷膏。所述粒子中的每個粒子由球形粒子形成。采用二氧化硅、氧化鋁等用于所述陶瓷粒子。導電粒子包括乙烯或丙烯酸樹脂粒子作為芯材，在該芯材的表面上形成諸如Au、Ni、Cu等的金屬層。以預定的圖案印刷樹脂膏，然后在大約150至200攝氏度烘焙。因此將樹脂膏固化從而形成焊盤36。在該實施例中，該操作是在大約180攝氏度進行的。
接著，如圖7B所示，以壓力腔室10和單獨電極35彼此相對的方式，用壓電致動器21和通路單元4之間的熱固性膠粘劑將壓電致動器21設置在通路單元4上。在此狀況下，利用能通過內置的加熱器進行溫度控制的板狀夾具60，在將焊盤36加熱到熱固性膠粘劑的固化溫度或更高溫度的同時向下壓焊盤36。結果，熱固性膠粘劑固化，從而通過熱固性膠粘劑(結合步驟)將壓電致動器21結合到通路單元4上。
在此時采用的夾具60的下表面上形成有凹進60a。該凹進60a在平面圖中比焊盤36的輪廓小，而且該凹進60a的深度大于焊盤36的高度。此外，在平面圖中，凹進60a比端子53a的輪廓和通孔52a的輪廓小。具體地說，在平面圖中，凹進60a具有大約15μm的直徑。在結合步驟中，夾具60定位成使得在平面圖中凹進60a位于焊盤36的中央部分處，然后通過夾具60擠壓焊盤36。擠壓力只施加到焊盤36的在平面圖中不與凹進60a重疊的部分上，該部分是指焊盤36的周邊部分36b。周邊部分36b被夾具60擠壓，從而高度降低。這里，不管擠壓力多大，周邊部分36b的高度都不降低到一定極限之外。另一方面，由周邊部分36b圍繞的中央部分沒有被夾具60擠壓，因此高度不降低。結果，焊盤36的中央部分成為比周邊部分36b向上突出更多的突起36a。
接著，如圖7C所示，FPC50設置在壓電致動器21的上方，其設置方式使得突起36a和通孔52a在平面圖中彼此重疊。未固化的合成樹脂層54形成在FPC50上，從而覆蓋從覆蓋層52暴露出的端子53a及其周邊。
然后，如圖7D所示，利用能夠通過內置的加熱器進行溫度控制的未示出的板狀夾具，在將壓電致動器21的焊盤36加熱到合成樹脂層54的固化溫度或更高溫度的同時，通過已經以使得突起36a和通孔52a在平面圖中彼此重疊的方式定位的FPC50擠壓焊盤36。此時，合成樹脂層54在固化過程中一度軟化。焊盤36的突起36a穿過這樣軟化的合成樹脂層54到達端子53a，從而將焊盤36電結合到端子53a上。然后，合成樹脂層54固化，從而在物理上將焊盤36固定到FPC50上(連接步驟)。按照上述方式制造頭主體13。
在上述實施例中，因為焊盤36由包括導電材料的樹脂膏制成，所以，與由金屬膏制成的焊盤能固化的溫度相比，所述焊盤能在較低的溫度固化。這樣能抑制壓電層41至44在焊盤36的固化過程中的翹曲，并且能抑制金屬材料在壓電層41至44內部的散布，金屬材料的散布降低了壓電層41至44的絕緣電阻。此外，因為焊盤36由樹脂膏制成，從而與當焊盤36由諸如金的金屬材料制成時相比能降低制造成本。
此外，因為在壓電致動器21結合到通路單元4上之前在壓電致動器21上形成焊盤36，從而能夠在壓電致動器的整個下表面支撐在支撐構件201上的狀態下形成焊盤36。這使得在形成焊盤時壓電體45中難以發生破裂。
而且，當將壓電致動器21結合到通路單元4上時，焊盤36除它的突起36a之外被擠壓。因此，焊盤36的突起36a不會因為結合擠壓而壓碎。因此，焊盤36的突起36a的高度不降低，從而在壓電體45和FPC50之間確保了足夠的空間。這能夠防止噴射故障，否則FPC50和壓電體45之間發生接觸可能引起噴射故障。
因為突起36a在結合步驟中不受擠壓，所以，在結合步驟之后，突起36a的高度隨焊盤的不同而不同。然而，即使在結合步驟之后，焊盤36的突起36a的上表面也不是平坦的。當將焊盤36電結合到端子53a上時，突起36a的上表面受到擠壓，并容易變形。因此能吸收焊盤36的高度的不均勻，并且焊盤36和端子53a確實地彼此連接。
此外，當結合通路單元4和壓電致動器21時，板狀夾具60不直接擠壓壓電體45，而是通過位于板狀夾具60和壓電體45之間的焊盤36擠壓壓電體45。這樣能防止夾具60在結合步驟期間離壓電體45太近超過極限。因此，即使在壓電體45與夾具60之間存在小的異物，或者在壓電體45的表面上存在小的突起，也不會有壓力施加到該異物或突起上。因此，能防止在壓電體45中發生破裂等。
在板狀夾具60定位成使得其中形成的凹進60a與焊盤36的中央部分相對的狀態下，進行結合步驟。因此，容易在焊盤36上形成突起36a。
形成在夾具60中的凹進60a在平面圖中比焊盤36的輪廓小。在結合步驟中，以所述中央部分被周邊部分36b圍繞的方式定位夾具60。這樣給予焊盤36高度可靠、穩定的形狀，該形狀使焊盤36的突起36a被比突起36a短的部分圍繞。
因為凹進60a在平面圖中比端子53a的輪廓小，從而突起36a不制成為比端子53a的輪廓大。因此，能夠將突起36a形成為較小，而且容易使突起36a接觸在通孔52a的底部處暴露出的端子53a。此外，即使當沒有用覆蓋層52覆蓋布線53時，突起36a也幾乎不與和意圖用于該突起36a的端子53a相鄰的另一端子接觸。
凹進60a的深度大于焊盤36的高度。因此，即使當在結合步驟中夾具60最大程度地靠近壓電致動器21時，突起36a也不會由于被夾具60擠壓而下降。因此必然在壓電體45和FPC50之間確保足夠的空間。
合成樹脂層54在約150攝氏度的相對低的溫度下固化。因此，在連接步驟中不容易產生由熱引起的缺點，例如壓電體45的翹曲。此外，因為未固化的合成樹脂此時由于加熱而固化，從而提高了焊盤36與FPC50之間的機械結合強度。
而且，因為采用了具有形成在其中的凹進60a的夾具60，從而在結合通路單元4和壓電致動器21時容易只擠壓焊盤36的周邊部分36b。
接著，將描述對上述實施例作出的各種變型。以下將用相同的附圖標記表示與上述實施例中相同的結構，并適當地省略對這些相同結構的描述。
在第一變型中，如圖8A所示，在布線53的下表面上形成未固化的熱固性合成樹脂層74來代替覆蓋層52。在連接步驟中，如圖8B所示，利用能夠通過內置的加熱器進行溫度控制的未示出的板狀夾具，在將壓電致動器21的焊盤36加熱到合成樹脂層74的固化溫度或更高溫度的同時，通過已經以使得突起36a和端子53a在平面圖中彼此重疊的方式定位的FPC70擠壓焊盤36。此時，合成樹脂層74在固化過程中一度軟化。焊盤36的突起36a穿過這樣軟化的合成樹脂層74到達端子53a，從而將焊盤36電結合到端子53a上。然后，合成樹脂層74固化，從而在物理上將焊盤36固定到FPC70上。另外，用固化的合成樹脂層74覆蓋布線53的整個下表面。因此，布線53能夠確實地保持與其相鄰的布線53絕緣。
在另一變型中，如圖9A所示，在結合步驟之后，在焊盤36的上表面上形成由熱固性合成樹脂材料制成的未固化合成樹脂層81，從而用合成樹脂層81覆蓋焊盤36(樹脂層形成步驟)。
然后，在連接步驟中，如圖9B所示，利用能夠通過內置的加熱器進行溫度控制的未示出的板狀夾具，在將焊盤36加熱到合成樹脂層81的固化溫度或更高溫度的同時，通過已經以使得突起36a和端子53a在平面圖中彼此重疊的方式定位的FPC50擠壓焊盤36。此時，合成樹脂層81在固化過程中一度軟化。焊盤36的突起36a穿過這樣軟化的合成樹脂層81到達端子53a，從而將焊盤36電結合到端子53a上。然后，合成樹脂層81固化，從而在物理上將焊盤36固定到FPC50上。
合成樹脂層81在約150攝氏度的相對低的溫度下固化。因此，在連接步驟中不容易產生由熱引起的缺點，例如壓電體45的翹曲。此外，因為未固化的合成樹脂此時由于加熱而固化，從而提高了焊盤36與FPC50之間的機械結合強度。
在另一變型中，如圖10A所示采用FPC85。在該FPC85中，用由導電材料制成的突出部86覆蓋端子53a。突出部86填充通孔52a，并且還擴展成將覆蓋層52的下表面的一部分覆蓋。此外，突出部86的下表面覆蓋有焊料層87。突出部86的軟化溫度比焊料層87的軟化溫度高。
在此情況下的連接步驟中，如圖10B所示，利用能通過內置的加熱器進行溫度控制的未示出的板狀夾具，在將焊盤36加熱到等于或高于焊料層87的軟化溫度而低于突出部86的軟化溫度的溫度的同時，通過已經以使得突起36a和端子53a在平面圖中彼此重疊的方式定位的FPC85擠壓焊盤36。焊料層87由此熔化，而且焊盤36的突起36a進入焊料層87。通過停止加熱，焊料層87固化，并且突起36a和焊料層87彼此電結合。因此，焊盤36電連接到端子53a。
還可行的是，突起36a的上端穿過焊料層87并到達突出部86。此外，未固化的合成樹脂層可以形成為覆蓋焊盤36。該合成樹脂層在結合中由于加熱而固化。因此，固化了的合成樹脂層直接將壓電體45結合到FPC85上，同時防止熔化了的焊料過分擴展。即，能夠將焊料的擴展限制于焊盤36的附近。
在另一變型中，在結合步驟中，夾具90如圖11所示設置，其設置方式使得形成在夾具90中的凹進90a的一部分在平面圖中與焊盤91重疊，該部分指的是凹進90a在圖11中的左端部分，而凹進90a的其余部分在平面圖中不與焊盤91重疊，該其余部分指的是凹進90a在圖11中的右端部分。在此狀況下，焊盤91被夾具90擠壓。這里，凹進90a的直徑小于焊盤91的直徑，而且凹進90a的深度小于焊盤91的高度。
在此情形下，在結合步驟后，突起91a出現在焊盤91的右端部分處，而焊盤91的其余部分被夾具90擠壓并因此變平。通過在連接步驟中使突起91a和端子53a在平面圖中彼此重疊，可以將焊盤91電連接到端子53a上。
在另一變型中，如圖12所示，采用在其中形成有通孔95a的夾具95。通孔95a的直徑小于焊盤36的直徑。在結合步驟中，夾具95設置成使得通孔95a在平面圖中與焊盤36的中央部分重疊，然后夾具95在加熱的同時擠壓焊盤36。因此，通路單元4以及壓電致動器21彼此結合。而且，在此情況下，焊盤36的與通孔95a重疊的部分不受擠壓，從而在結合步驟中在焊盤36上形成突起36a。此時，即使突起36a通過通孔95a并從通孔95a的相反側突出，不管夾具95的厚度如何也都能夠將突起36a保持在期望的高度，因為對突起36a沒有任何限制。
壓電體可包括一個至三個壓電層，或可替換地可包括五個或更多的壓電層。然而，考慮到產生單壓電晶片變形，優選壓電體包括一層或多層活性層以及一層或多層非活性層。
在上述實施例中，在形成于壓電體的表面上的單獨電極上設置焊盤。然而，焊盤可以不必設置在單獨電極上，而是可設置在任何電極上，只要該電極形成在壓電體的表面上即可。
在熱固性膠粘劑不介于通路單元與壓電致動器之間的情況下，在結合步驟中不需要加熱。
盡管已經結合以上概述的具體實施例對本發明進行了描述，但顯然本領域內技術人員將顯而易見許多替換物、變型和變體。因此，以上闡述的本發明優選實施例意圖用于說明而不是限制。在不偏離如所附權利要求
所限定的本發明的精神和范圍的情況下可作出各種改變。
權利要求
1.一種制造噴墨頭的方法，該噴墨頭包括通路單元，該通路單元具有單獨墨通路，該單獨墨通路包括噴墨口和壓力腔室，而且該通路單元還具有如下的表面，在該表面上以凹進的形式設置所述壓力腔室；壓電致動器，該壓電致動器對所述壓力腔室中的墨施加噴射能量，所述壓電致動器包括壓電體、電極、和導電焊盤，該壓電體設置在所述通路單元的所述表面上，從而封閉所述凹進，該電極以與所述壓力腔室相對的方式形成在所述壓電體的與所述通路單元背對的表面上，該導電焊盤形成在所述電極上；以及接線構件，該接線構件包括基片和形成在該基片上的布線，而且在該布線上設有端子，該端子電連接到所述焊盤上，所述方法包括以下步驟在所述壓電致動器的與其形成有所述焊盤的表面相反的整個表面支撐在支撐構件上的狀態下，在所述電極上形成由包括導電材料的樹脂膏制成的所述焊盤；在所述壓電致動器設置在所述通路單元的所述表面上、且所述電極與所述壓力腔室相對的狀態下，通過對所述焊盤除其一部分之外進行擠壓，從而使所述通路單元和所述壓電致動器彼此結合；以及通過使所述焊盤的在所述結合步驟中沒有被擠壓的所述部分與所述接線構件接觸，從而將所述焊盤電連接到所述端子上。
2.根據權利要求
1所述的方法，其中，在所述結合步驟中，在板狀夾具以使得形成在該夾具中的凹進或通孔與所述焊盤的所述部分相對的方式定位的狀態下，通過所述夾具擠壓所述焊盤。
3.根據權利要求
2所述的方法，其中當在與所述壓電體的所述表面垂直的方向上看時，所述凹進或所述通孔比所述焊盤的輪廓小；而且在結合步驟中，所述夾具以使得所述焊盤的所述部分由所述焊盤的被所述夾具擠壓的那部分圍繞的方式定位。
4.根據權利要求
2或3所述的方法，其中當在與所述壓電體的所述表面垂直的方向上看時，所述凹進或所述通孔比所述端子的輪廓小。
5.根據權利要求
2或3所述的方法，其中所述凹進的深度比所述焊盤的高度大。
6.根據權利要求
1所述的方法，其中，在所述結合步驟中，在進行加熱的同時，所述焊盤除其一部分之外被擠壓。
7.根據權利要求
1所述的方法，其中，在所述結合步驟中，使熱固性膠粘劑介于所述通路單元和所述壓電致動器之間，并加熱到該熱固性膠粘劑的固化溫度或更高的溫度。
8.根據權利要求
1所述的方法，其中所述接線構件包括熱固性合成樹脂層，該熱固性合成樹脂層覆蓋所述端子；在所述連接步驟之前，所述合成樹脂層未固化；而且在所述連接步驟中，在進行加熱的同時，所述焊盤被所述接線構件擠壓，使得所述焊盤的所述部分穿過所述未固化的合成樹脂層，從而將所述部分電結合到所述端子上，而所述合成樹脂層固化，從而在物理上將所述焊盤固定到所述接線構件上。
9.根據權利要求
1所述的方法，在所述結合步驟之后和所述連接步驟之前，該方法還包括形成覆蓋所述焊盤的未固化的熱固性合成樹脂層的步驟，其中，在所述連接步驟中，在進行加熱的同時，所述焊盤被所述接線構件擠壓，使得所述焊盤的所述部分穿過所述未固化的合成樹脂層，從而將所述部分電結合到所述端子上，而所述合成樹脂層固化，從而在物理上將所述焊盤固定到所述接線構件上。
專利摘要
提供一種制造噴墨頭的方法，該噴墨頭包括通路單元、壓電致動器和接線構件。該通路單元具有如下的表面，在該表面上以凹進的形式設置壓力腔室。該壓電致動器包括壓電體、電極、和導電焊盤，該壓電體封閉所述凹進，該電極形成在壓電體上，該導電焊盤形成在所述電極上。所述接線構件包括布線，在該布線上設有端子，該端子電連接到焊盤上。所述方法包括以下步驟在電極上形成由樹脂膏制成的焊盤；在所述電極與所述壓力腔室相對的狀態下，通過對所述焊盤除其一部分之外進行擠壓，從而使所述通路單元和所述壓電致動器彼此結合；以及通過使所述焊盤的在所述結合步驟中沒有被擠壓的所述部分與所述接線構件接觸，從而將所述焊盤電連接到所述端子上。
文檔編號H05K3/34GK1990249SQ200610168570
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月21日
發明者廣田淳, 坂井田惇夫 申請人:兄弟工業株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan