專利名稱：噴墨頭的制造方法及噴墨式記錄裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是涉及由壓電元件的變形從噴嘴噴出墨滴在記錄媒體上形成文字或者是畫像等的噴墨頭的制造方法，及包括由此方法制造的噴墨頭的噴墨式記錄裝置。
背景技術：
至今為止，將墨滴彈著于記錄媒體進行記錄的噴墨式機構已為所知。這個噴墨機構，包括順次沉積第1電極層、壓電層、第2電極層、振動層構成的噴頭層；沉積在這個噴頭層的振動層上的墨室間壁；沉積在這個墨室間壁上且形成噴嘴的噴嘴板。噴嘴層與墨室間壁與噴嘴板所圍成的空間，構成容納墨汁的墨室。并且，噴墨機構中，在第1及第2電極層之間施加電壓，由壓電體層的壓電效果，噴頭層變形向墨室內(nèi)的墨汁施加壓力，由此，從噴嘴噴出墨汁。
然而，墨室的厚度方向的高度，對墨汁的噴出速度和對應速度產(chǎn)生影響。因而，使用并列的多數(shù)噴墨機構構成的噴墨頭進行精細印刷時，最好的是各墨室的高度偏差小。還有，高度極端大的墨室，因為墨汁的噴出速度下降，不適合噴墨機構。
在此，與以前的噴墨頭的制造方法有大區(qū)別的有，加工襯底形成墨室的方法(參照圖4)和不加工襯底而用其他部件形成墨室的方法(參照圖5)的兩種方法。
前者方法中，如圖4(a)所示，首先，在襯底100的一個側面上順次沉積振動層101、第1電極層102、壓電層103、及第2電極層104形成噴頭層105。接下來，如圖4(b)所示，通過將襯底100中相當于墨室106部分從與噴頭層105對面的面蝕刻除去，形成墨室間壁107。最后，在墨室間壁107上，用粘接劑110接合形成了墨汁噴出口108的噴嘴板109(參照特開平10-286960號)。這個方法中，襯底100的厚度就成為墨室106的高度。
然而，使用前者的方法大量生產(chǎn)噴墨頭而在襯底上制作復數(shù)個噴墨頭時，使用面積大而薄的襯底是必要的。但是，面積大而薄的襯底非常容易破損，為此，成品量低。因此，為了防止襯底的破損，使用厚襯底在這個襯底上形成噴頭層，然后，研磨襯底使其變薄后形成墨室的方法被提出。然而，壓電體層一般是高溫成膜，由于熱膨脹系數(shù)或者是壓電層內(nèi)部的應力在室溫下產(chǎn)生翹曲。為此，為了使襯底的厚度能夠變得均勻所進行的研磨是困難的。因此，這個方法中，同時制作的噴墨頭之間的墨室的高度產(chǎn)生差異，其結果，在噴墨頭之間發(fā)生印刷特性不同的問題。由此，前者的方法，對噴墨頭的大量生產(chǎn)不適合。
另一方面，后者的方法中，如圖5(a)所示，首先，在襯底200的一側面上按次序沉積第1電極層201，壓電層體202，第2電極203，及振動層204形成噴頭層205。接下來，在噴頭層205的振動層204上，按順序通過粘結劑209、210粘接墨室間壁206和形成了墨汁噴出口207的噴頭板208。最后，如圖5(b)所示，通過化學蝕刻除去襯底200。在這個化學蝕刻中，有濕蝕刻和干蝕刻。只要根據(jù)這個方法，與襯底200的厚度、面積無關地可以使墨室等高，所以，可以同時制作墨室高度誤差小的復數(shù)個噴墨頭。因此，對于噴墨頭的批量制造，最好的是用后者的方法制造。
—發(fā)明所要解決的課題—但是，后者方法中，為方式襯底破損而加厚了襯底，通過蝕刻襯底除去的時間就變長。為此，噴墨頭的生產(chǎn)效率降低。
還有，因為襯底除去所要的時間長，在這除去過程中，電極層、粘接劑、壓電體層、墨室間壁及噴嘴板劣化，為此，同時制作的噴墨頭之間的吐墨性能產(chǎn)生偏差。
還有，襯底除去使用干蝕刻時，干蝕刻的襯底表面如果有污物的話，污物覆蓋的部分沒有被干蝕刻，其結果，就會使噴墨頭的成品率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，是鑒于上述各點所發(fā)明，其目的在于提供一種在包括各自具有第1電極層、壓電體層、第2電極層及振動層的，且對復數(shù)個墨室內(nèi)的墨汁各自施加壓力從與該復數(shù)個墨室各自連通的噴頭將墨汁對記錄媒體噴出的復數(shù)個壓電元件的噴墨頭的制造方法中，可同時批量生產(chǎn)墨汁噴出性能的偏差小的噴墨頭的技術。還有，提供一種印刷時印刷不均勻少的噴墨式記錄裝置。
為達成上述目的，本發(fā)明所涉及的噴墨頭的制造方法，是使用不加工襯底而用其他部材形成墨室，在襯底除去上施加干蝕刻的機械研磨消去的方法。
具體地講，第1發(fā)明，是在各自具有第1電極層、壓電體層、第2電極層及振動層的，且對復數(shù)個墨室內(nèi)的墨汁各自施加壓力從與該復數(shù)個墨室各自連通的噴頭將墨汁對記錄媒體噴出的復數(shù)個壓電元件的噴墨頭的制造方法中，包括在襯底的一側面上按順序形成第1電極層、壓電體層、第2電極層及振動層的工序；在上述振動層上形成為相互隔離復數(shù)個墨室的墨室間壁的工序；在上述墨室間壁上形成復數(shù)個噴頭的噴頭板形成上述復數(shù)的墨室的工序；在上述墨室間壁形成工序后，將上述襯底的一部分從與上述第1電極層的背面機械研削除去工序；上述研削除去工序后，用有選擇性的化學蝕刻除去殘余的襯底的除去工序；上述蝕刻除去工序后，至少將露出的上述第1電極層以對應于上述各墨室的位置的方式制圖形成上述復數(shù)個壓電元件的工序。
由此，因為是不加工襯底而用其他部件形成墨室，所以可以按所規(guī)定的高度同一墨室。為此，不與襯底的厚度或者是面積相關，可以制作墨室高度誤差小的噴墨頭。還有，同時制作復數(shù)個噴墨頭時，可以同時制作墨室高度誤差小的復數(shù)個噴墨頭。
還有，由于可以任意設定墨室高度，所以可以設定墨汁噴出速度快且充填墨汁的時間短的墨室高度。還有，因為本發(fā)明中是不加工襯底而用其他部件形成墨室，所以完全除去襯底。因此，在襯底除去上，可以使用加上可以只選擇除去襯底的蝕刻，沒有選擇性加工速度快的機械研削。為此，可以大幅度縮短襯底除去所要時間，就可以提高噴墨頭的生產(chǎn)效率。
還有，在襯底的除去上與使用蝕刻的同時也是用研削，蝕刻所要的時間縮短。因此，電極層、粘結層、壓電體層、振動層、墨室間壁及噴頭板的劣化減少。為此，就可以減小噴墨頭的噴頭之間墨噴出性能的誤差。還有，同時制作復數(shù)個噴墨頭時，可以減小同時制作的噴墨頭之間的墨汁噴出性能的偏差。
第2發(fā)明，其特征為，在上述第1發(fā)明中，上述第1電極層至少包含Pt、Ir、Pd、Au、Ni、Fe、Cu及Cr中的一種，在上述蝕刻除去工序中，用濕蝕刻除去殘余的襯底。
在此，Pt、Ir、Pd、Au、Ni、Fe、Cu及Cr由濕蝕刻的蝕刻速度慢，可以不除去第1電極層而只除去襯底。
第3發(fā)明，其特征為包括用上述第1發(fā)明制造的噴墨頭；使上述噴墨頭與記錄媒體相對移動的相對移動器的噴墨式記錄裝置。
—發(fā)明的效果—根據(jù)本發(fā)明，在襯底除去上在濕蝕刻上增加了機械研削，例如，可以利用板厚大的襯底同時制造墨室高度誤差小的復數(shù)個噴墨頭。還有，可以提供印刷時印刷誤差少的噴墨式記錄裝置。


圖1，是噴墨式記錄裝置的概略構成圖。
圖2，是噴墨頭的上表面圖。
圖3，是噴墨頭的制造工序圖。
圖4，是以前的噴墨頭的制造工序圖。
圖5，是以前的噴墨頭的制造工序圖。
具體實施例方式
以下，基于圖面詳細說明本發(fā)明的實施方式。
如圖1所示，本實施方式所涉及的噴墨式記錄裝置P，包括利用壓電元件14(參照圖3)的壓電效果將墨滴噴向記錄紙等記錄媒體29的噴墨頭3；使這個噴墨頭3移動的滑架(carriage)31；沿著記錄媒體29的寬度方向(以下稱其為主掃描方向X)延伸的滑架軸30?；?1固定支撐著噴墨頭3，可自由移動地支撐著滑架軸30。在滑架31上設置了滑架馬達(圖中未示)，并且，通過驅(qū)動這個滑架馬達，噴墨頭3及滑架31沿著滑架軸30往返移動。記錄媒體29，由搬送馬達(圖中未示)回轉驅(qū)動，被上下各三個搬送輥軸32、32、…所夾。并且，通過回轉驅(qū)動這個搬送馬達，記錄媒體29在與主掃描方向X基本成垂直的副掃描方向Y上被搬送。且，本發(fā)明所涉及的相對移動器，與滑架軸30、滑架31、滑架馬達、搬送馬達及搬送輥軸32對應。
噴墨頭3，包括形成復數(shù)個噴頭孔10、10、…的噴頭板11；設置在這個噴頭板11上的同時，為把與各噴頭孔10連通且收容墨汁的復數(shù)個墨室(壓力室)8a隔離的墨室間壁8；在厚度方向的一側面各自相鄰各墨室8a設置且給各墨室8a內(nèi)的墨汁施加壓力從各噴頭孔10將墨汁噴向記錄媒體29的復數(shù)個壓電元件14、14、…(參照圖2及圖3)。壓電元件14，由按振動層(振動板層)7、第2電極層(共同電極層)6、壓電體層5、及第1電極層(個別電極層)4的順序沉積而構成。這個第1電極層4，對應于各墨室8a的位置(形狀)而形成。由振動層7、墨室間壁8和噴頭板11圍成的空間構成墨室8a。一組噴頭孔10、墨室8a和壓電元件14構成一個噴墨機構2。
—噴墨頭的制造方法—在此，上述的噴墨頭3，由以下的方法制造。也就是，如圖2所示，具有直徑為100mm、厚度為0.53mm的(100)面的硅襯底1上，將由寬度(W)為0.08mm、長度(L)為1.0mm的墨室8a形成的噴墨機構2，以寬度方向間距0.169mm、長度方向間距1.5mm的方式配置4列×100行。由此，制作成噴頭孔密度為1英寸150點的噴墨頭3。還有，這時，將以前的27倍的，9列×3行的噴墨頭3(也就是27個的噴墨頭3)同時形成在硅襯底1上。且如圖2所示，列Y為噴出黃色的噴墨機構2，列C為噴出青色(cyan)的噴墨機構2，列M為噴出紅色(magenta)的噴墨機構2，列B為噴出黑色的噴墨機構2。
以下，詳細說明上述噴墨頭3的制造方法。首先，如圖3(a)所示，在硅基板1上，形成由白金(Pt)制成的厚度為0.2μm的第1電極層4。這個第1電極層4，是將硅基板1在650℃中邊加熱邊在1Pa的氬氣中進行10分鐘的噴鍍(spattering)沉積成的。
接下來，在第1電極層4上，形成由鈦酸鋯酸鉛(PbZr0.53Ti0.47O3)制成的厚度為2.5μm的壓電體層5。這個壓電體層5，是將硅基板1在650℃中邊加熱邊在0.3Pa的氬氣—氧氣混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)中進行2小時的噴鍍(spattering)沉積成的。
接下來，在壓電體層5上，將厚度為0.2μm的由白金制成的第2電極層6在與第1電極層4同樣的噴鍍條件下形成。接下來，在第2電極層6上，形成厚度為3μm的由氧化鋯(ZrO2)制成的振動層7。這個振動層7，是將硅基板1在650℃中邊加熱邊在0.5Pa的氬氣—氧氣混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝10∶1)中進行2小時的噴鍍(spattering)沉積成的。通過以上的做法，形成了按照第1電極層4、壓電體層5、第2電極層6、及振動層7的順序沉積構成的噴頭層。
接下來，在噴頭層的振動層7上，介于熱硬化性樹脂制成的粘結劑9粘貼由鎳(Ni)制成的墨室間壁8。并且，在80℃的環(huán)境下對墨室間壁8施加0.1kg/cm2的壓力保持60分鐘，由此，粘接固定了振動層7和墨室間壁8。接下來，在墨室間壁8上介于粘結劑12粘貼固定形成了復數(shù)個噴頭孔10、10、…的噴頭板11，形成與各噴頭孔10各自連通的復數(shù)個墨室8a、8a、…。
接下來，作為本發(fā)明的特征，如圖3(b)所示，使用研削機(圖中未示)，將硅基板1的一部分從與第1電極層4的反面的面起以每分鐘0.05mm的加工速度研削。這個研削，進行到硅基板1的厚度成為0.03mm為止。還有，這個研削作業(yè)需要10分鐘。接下來，如圖3(c)所示，利用蝕刻氣體為SF6氣體的干蝕刻裝置，通過進行干蝕刻除去殘余的硅基板13。這個干蝕刻作業(yè)需要15分鐘。也就是，除去硅基板1全部需要的時間，合計為25分鐘。
接下來，如圖3(d)所示，通過對露出的第1電極層4在對應于各墨室8a的位置制圖(個別化)形成分隔了的第1電極層4，制成了復數(shù)個壓電元件14、14、…。通過以上的做法，形成了復數(shù)個噴墨機構2、2、…。
最后，通過將復數(shù)個噴墨機構2、2、…沿著圖2所示的X-X線方向及Y-Y線方向延長的虛線切開，形成27個噴墨頭3。
—噴墨頭的動作—在此，說明噴墨頭3的動作。首先，在第1及第2電極層4、6之間施加電信號，在壓電體層5中這個電信號被變換為機械信號，使墨室8a的容積變小壓電元件14變形。并且，由于這個變形墨室8a內(nèi)的墨汁從噴頭孔10噴出。
(比較例)在此，說明比較例所涉及的噴墨頭的制造方法。這個比較例的制造方法，只由干蝕刻實施硅基板的除去，而其他的點與本實施方式所涉及的制造方法幾乎相同。也就是，在直徑為100mm、厚度為0.53mm的(100)面的硅基板上，按照第1電極層、壓電體層、第2電極層、振動層的順序沉積形成噴頭層。并且，在振動層上順次粘接好墨室間壁及噴頭板并固定后，只由干蝕刻除去硅基板。
根據(jù)這個比較例，硅基板除去所要的時間為260分鐘，是并用機械研削的本實施方式所要的時間(25分鐘)的10倍以上。還有，因為干蝕刻的時間長，在這個除去中噴墨頭的溫度上升，就發(fā)生粘結劑的劣化。還有，因為硅基板的除去所要時間長，由干蝕刻的等離子分布干蝕刻速率的差變大，硅基板中央部分和周邊部分其除去完成時間生成20分鐘以上的差。由這些工序上的問題，在同時制作的噴墨頭之間，產(chǎn)生10％以上的墨汁噴出特性的差。還有，使用直徑為100mm的硅基板進行10次噴墨頭的制作，因蝕刻殘余產(chǎn)生不良品。并且，這個不良品在全部不良品的10％。
—效果—對此，根據(jù)本實施方式，因為相對比較例可以縮短硅基板1的除去所要的時間，所以能夠提高噴墨頭3的生產(chǎn)性。
還有，因為干蝕刻的時間與比較例相比短，所以在工序中溫度上升只有30℃。
還有，因為殘余的硅基板13薄，硅基板1的中央和周邊由于等離子的分布蝕刻結束時間差只有1分鐘。為此，第1及第2電極層4、6，粘結劑9、12，壓電體層5，振動層7，墨室間壁8及噴頭板11的劣化減少。其結果，同時生產(chǎn)的噴墨頭3、3、…之間的噴墨速度的誤差控制在3％以內(nèi)。
還有，通過在進行干蝕刻之前進行研削，除去了硅基板1中第1電極層4的反面(干蝕刻面)的污物，所以，能夠控制蝕刻殘余的產(chǎn)生。因此，即便是使用直徑為100mm的硅基板1進行10次噴墨頭3的制作，也不會因為蝕刻殘余的原因而產(chǎn)生不良品。
還有，因為在第1電極層4上使用了干蝕刻的蝕刻速度慢的白金，所以不會除去第1電極層4而只除去硅基板1。
還有，根據(jù)本實施方式的制造方法，例如，使用板厚厚的硅基板1能夠同時制造墨室8a高度誤差小的復數(shù)個噴墨頭3。
還有，本實施方式所涉及的噴墨頭3，因為是由上述的方法制造的，墨室8a的高度誤差小，所以，本實施方式所涉及的噴墨式記錄裝置P，在印刷時印刷不均勻也少。
(其他實施方式)且，本實施方式中，在壓電體層5中使用了鈦酸鋯酸鉛(PbZr0.53Ti0.47O3)，但是，并不只限于此，只要是結晶體從菱面體晶體變?yōu)檎骄w的界限近旁，壓電定數(shù)高的材料，如即便是使用PbZr0.7Ti0.3O3～PbZr0.4Ti0.6O3等，也能得到與本實施方式同樣的效果。還有，在壓電體層5中，即便是使用在鈦酸鋯酸鉛(PbZr0.53Ti0.47O3)中至少添加鎂(Mg)、鈮(Nb)、及鋅(Zn)中的一個的多成份材料，也能得到與本實施方式同樣的效果。
還有，本實施方式中，第1電極層4上使用了白金，但是并不只限于此，Ir、Pd、Au、Ni、Fe、Cu及Cr中的任何一種單元素材料，或者是至少包含Pt、Ir、Pd、Au、Ni、Fe、Cu及Cr中的一種的合金等，即便是在干蝕刻除去工序中蝕刻速度慢的材料，也能得到與本實施方式同樣的效果。
還有，本實施方式中，第2電極層6上使用了白金，但是并不只限于此，即便是使用Al、Cr、Cu、Fe、Au、Ni、Ir、及SUS等，也能得到與本實施方式同樣的效果。
還有，本實施方式中，在墨室間壁8上使用了Ni，但是并不只限于此，即便是使用結晶化玻璃、Si、SUS、感光性玻璃、及MgO等，也能得到與本實施方式同樣的效果。
還有，本實施方式中，在振動層7上介于粘結劑9粘接固定了墨室間壁8，但是并不只限于此，例如，如以下所述的在振動層7上形成墨室間壁8亦可。也就是，首先，在振動層7上，形成作為形狀的干膜后，用電鍍在振動層7上形成厚度為0.15mm的墨室間壁8。接下來，由研削或者是研磨使墨室間壁8復合干膜的高度。最后，通過除去干膜，完成墨室間壁8。這時，就不需要粘結振動層7和墨室間壁8的粘結劑。且，研削或者是研磨工序和除去干膜工序，其順序相反亦可。還有，形成墨室間壁8工序中，不使用電鍍，使用無電場電鍍亦可。這時，就不再需要研削或者是研磨工序。
還有，本實施方式中，在振動層7上使用了氧化鋯，但是并不限于此，即便是使用氧化鋁、氧化硅、Cr、SUS、及Ni等，也能得到與本實施方式同樣的效果。在此，在振動層7上使用Cr、SUS、及Ni等導電性材料時，振動層7作為第2電極層起作用，就沒有必要另外設置第2電極層。
還有，最好的是，壓電體層5的厚度為1～10μm。其理由是，厚度不滿1μm無法得到大的位移量。還有，厚度超過10μm，壓電體層5的表面凹凸變大平整地形成第2電極層6就變得困難，其結果，安定地制作位移量偏差小的壓電元件14就變得困難。
還有，本實施方式中，硅基板1為直徑100mm厚度0.53mm，但是并不限制于此，例如硅基板1即便是具有噴頭層100倍以上的厚度，也能得到與本實施方式同樣的效果。還有，硅基板1的面積、硅基板1的厚度、研削硅基板1的厚度、及殘余硅基板13的厚度，可以對應于其目的任意設定。
還有，本實施方式中，只制圖了第1電極層4，但是并不只限于此，在第1電極層4的基礎上制圖壓電體層5亦可。
還有，本實施方式中，是由分隔復數(shù)個噴墨機構2、2、…形成27個噴墨頭3的，但是并不限于此，由復數(shù)個噴墨機構2、2、…形成一個噴墨頭3亦可，還有，分隔復數(shù)個噴墨機構2、2、…形成兩個以上的噴墨頭3亦可。
還有，本實施方式中，在振動層7上形成墨室間壁8后，在墨室間壁8上形成噴頭板11，但是并不只限于此，如在制圖第1電極層4后，在墨室間壁8上形成噴頭板亦可。
還有，本實施方式中，將本實施方式所涉及的制造方法，也就是所謂的連續(xù)方式使用于噴墨式記錄裝置P的噴墨頭3，但是并不只限于此，使用于線方式的噴墨式記錄裝置的噴墨頭亦可。
還有，本實施方式中，對殘余的硅基板1 3使用了SF6氣體由干蝕刻除去，但是并不只限于此，使用包含氟素或者是氯氣等的鹵素的蝕刻氣體由干蝕刻除去亦可。
還有，本實施方式中，由干蝕刻除去殘余的硅基板13，但是并不限制于此，由濕蝕刻除去亦可。但是，用濕蝕刻除去時對粘結劑9、12產(chǎn)生破壞，所以，最好的是，襯底除去使用干蝕刻。
(產(chǎn)業(yè)上的利用可能性)如上所述，本發(fā)明在同時批量生產(chǎn)噴墨頭時是有用的。
權利要求
1.一種噴墨頭的制造方法，是包括各自具有第1電極層、壓電體層、第2電極層及振動層的，且對復數(shù)個墨室內(nèi)的墨汁各自施加壓力并從與該各墨室各自連通的復數(shù)個噴頭將墨汁噴向記錄媒體的復數(shù)個壓電元件的噴墨頭的制造方法，其特征為包括在襯底的一側面上按順序形成第1電極層、壓電體層、第2電極層及振動層的工序；在上述振動層上形成相互隔離的復數(shù)個墨室的墨室間壁的工序；在上述墨室間壁上形成制成了復數(shù)個噴頭的噴頭板，形成上述復數(shù)個墨室的工序；在上述墨室間壁形成工序后，將上述襯底的一部分從與上述第1電極層的背面機械研削的除去工序；上述研削的除去工序后，進行蝕刻除去殘余襯底的工序；上述蝕刻除去工序后，至少將上述第1電極層在對應于上述各墨室的位置上制圖，形成上述復數(shù)個壓電元件的工序。
2.根據(jù)權利要求1所涉及的噴墨頭的制造方法，其特征為上述第1電極層，至少包含Pt、Ir、Pd、Au、Ni、Fe、Cu及Cr中的一種；在上述蝕刻除去工序中，進行干蝕刻除去殘余襯底。
3.一種噴墨式記錄裝置，其特征為包括上述權利要求1所涉及的噴墨頭的制造方法所制造的噴墨頭；使上述噴墨頭與記錄媒體相對移動的相對移動器。
全文摘要
首先，在硅基板(1)的一側面上按第1電極層(4)、壓電體層(5)、第2電極層(6)及振動層(7)的順序沉積而成。接下來，在振動層(7)上沉積墨室間壁(8)和噴頭板(11)。再下來，從第1電極層(4)的背面研削硅基板(1)到所規(guī)定的厚度為止，之后，進行干蝕刻除去殘余的硅基板(13)。其后，制圖第1電極層(4)形成復數(shù)個噴墨機構(2、2、…)。最后，分隔復數(shù)個噴墨機構(2、2、…)同時制作復數(shù)個噴墨頭(3、3、…)。
文檔編號B41J2/16GK1692020SQ200380100
公開日2005年11月2日 申請日期2003年12月8日 優(yōu)先權日2002年12月10日
發(fā)明者平澤拓, 村田晶子, 藤井映志, 鳥井秀雄, 中川徹 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社