專利名稱：噴墨打印頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用壓電體元件作為噴出墨水的驅(qū)動源的噴墨打印頭及其制造方法。
背景技術(shù)：
作為噴出液體或墨水的驅(qū)動源、即電氣-機械變換元件，有使用由PZT構(gòu)成的壓電元件的壓電型的噴墨打印頭。
圖11是示出該類型的噴墨打印頭的結(jié)構(gòu)的一例的圖。12是頭基臺，29是共用電極(振動板)，32是壓電元件，33是墨水壓力室，35是具有墨水噴出用的噴口13的噴嘴板，36是墨水供給口，37是儲存器(reservoir)，38是墨水容器口，其它組成包括未圖示的布線圖形、信號電路、墨水容器等。
這樣的噴墨打印頭一般通過應(yīng)用光刻技術(shù)的工序來制造。圖12是簡單地示出該制造工序的一例的圖，以圖11中的A-A’的剖面圖來示出。
首先，如圖12(a)中所示，在表面上形成了熱氧化膜40的硅襯底(晶片)39上依次形成共用電極29、壓電體薄膜30、上電極31。
其次，如圖12(b)中所示，在上電極31上形成抗蝕劑層15，通過掩模以預(yù)定的圖形進行曝光、顯影，對抗蝕劑層15進行圖形刻蝕。
然后，如圖12(c)中所示，以抗蝕劑層15作為掩模對壓電體薄膜30和上電極31進行刻蝕后，將抗蝕劑層15剝離下來，得到壓電元件32。
其次，如圖12(d)中所示，在與形成了壓電元件32的相反的面上形成抗蝕劑層15，通過掩模以預(yù)定的圖形進行曝光、顯影，對抗蝕劑層15進行圖形刻蝕。
然后。將該抗蝕劑層15作為掩模，對氧化膜40和硅晶片39進行了刻蝕后，將抗蝕劑層15剝離下來，如圖12(e)中所示，得到形成了墨水壓力室33等的頭基臺12。
如圖12(f)中所示，將在對應(yīng)于墨水壓力室33的位置上形成了墨水噴出用的噴口13的噴嘴板35通過粘接層等接合(粘接)到這樣制造的頭基臺12上，再者，形成布線圖形、信號電路、墨水容器等，得到噴墨打印頭。
發(fā)明的公開近年來，隨著個人計算機的發(fā)展，噴墨打印機正在迅速地得到普及。今后，為了噴墨打印機的進一步普及，必須降低成本和提高分辨率，為了實現(xiàn)這一點，降低噴墨打印頭成本和提高其分辨率是必不可少的課題。
但是，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，在頭基臺的制造中需要非常多的工序，要大幅度地降低成本是不容易的。
此外，隨著分辨率的提高，必須減小墨水壓力室的寬度和高度以及將墨水壓力室隔開的隔壁的寬度(在圖12中，分別由W、H、W’來示出)。
但是，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，墨水壓力室的高度大致與所使用的硅晶片的厚度相同。因而，為了降低墨水壓力室的高度，必須使用更薄的硅晶片。但是，目前的情況是使用厚度約為200微米的硅晶片，如使用比此更薄的硅晶片，則在強度等的方面看，在工藝流程時的操作變得困難。
再者，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，使用粘接劑使頭基臺與噴嘴板一體化，隨著分辨率的提高，不使粘接劑溢出到墨水壓力室中變得困難。
因此，本發(fā)明是解決這樣的問題的發(fā)明，其目的在于提供一種噴墨頭的制造方法，該方法能廉價地并用簡單的工序來制造可適應(yīng)于分辨率的提高的噴墨頭。
與本發(fā)明有關(guān)的噴墨頭的制造方法是一種利用因設(shè)置在形成墨水壓力室的頭基臺上的電信號而變形的壓電元件對所述墨水壓力室進行加壓從而噴出墨水的噴墨打印頭的制造方法，上述頭基臺的制造工序的特征在于包括下述工序制造具有對應(yīng)于所述頭基臺的預(yù)定的凹凸圖形的原盤的第1工序；通過使所述頭基臺形成用的材料涂敷在所述原盤的具有凹凸圖形的表面上并使其固化來形成所述頭基臺的第2工序；從所述原盤剝離所述頭基臺的第3工序；以及在所述頭基臺上形成墨水噴出用的噴口的第4工序。根據(jù)該特征，由于能用簡單的工序制造墨水噴出用的噴嘴一體型的噴墨打印頭，故可提供能廉價地制造可適應(yīng)于分辨率的提高的噴墨打印頭。
簡要地說，本發(fā)明是將原盤作為模子來復(fù)制形成頭基臺的方法。由于如果一旦制造了原盤后，則在耐久性許可的范圍內(nèi)可使用多次，故在第2個以后的頭基臺的制造工序中可將上述原盤的制造省略，可謀求工序數(shù)的減少和成本的降低。
此外，由于一體地形成噴嘴板，故分辨率的提高變得容易。
作為第1工序，具體地說有例如下述的方法。
(1)在原盤母體材料上形成對應(yīng)于預(yù)定的圖形的抗蝕劑層，其次，利用刻蝕在上述原盤母體材料上形成上述凹凸圖形以制造上述原盤的工序。
按照該工序，通過改變刻蝕條件，能以高精度且自由地控制凹凸圖形的形狀。
作為上述原盤母體材料，硅晶片是合適的。刻蝕硅晶片的技術(shù)作為半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)被使用，可進行高精度的加工。
此外，作為上述原盤母體材料，石英玻璃也是合適的。石英玻璃在機械強度、耐熱性、耐化學(xué)藥品性等方面性能良好，再者，在下面敘述的使照射光照射到原盤與頭基臺界面上來提高剝離性的方法中，對于在使用方面很合適的短波長范圍的光的透射性很好。
(2)在第2原盤上形成對應(yīng)于預(yù)定的圖形的抗蝕劑層，其次，使所述第2原盤和抗蝕劑層變成導(dǎo)體，再用電鍍法來電鍍金屬并形成了金屬層之后，將該金屬層從上述第2原盤和抗蝕劑層剝離下來以制造上述原盤的工序。
利用該工序得到的金屬制原盤一般來說在耐久性和剝離性方面性能良好。
其次，上述頭基臺形成用的材料最好是通過施加能量能硬化的物質(zhì)。
如果利用這樣的物質(zhì)，則在原盤上涂敷時可作為低粘性的液狀的物質(zhì)來處理，故可容易地將基臺形成用的材料充填到原盤上的凹部的微細部分，因而，可精密地復(fù)制原盤上的凹凸圖形。
作為能量，最好是光、熱、或光和熱兩者中的任一種。通過這樣做，可利用通用的的曝光裝置及烘爐、熱板，可謀求設(shè)備的低成本和節(jié)省空間。
此外，如果能滿足所要求的機械強度、耐腐蝕性、耐熱性等的物理性質(zhì)、而且能容易地充填到原盤上的凹部的微細部分，則也可用熱可塑性的物質(zhì)來形成上述頭基臺。
作為這樣的物質(zhì)，具體地說，例如水合玻璃是合適的。
水合玻璃是在低溫下顯示出可塑性的玻璃材料，在成形后通過施加脫水處理，可得到機械強度、耐腐蝕性、耐熱性等方面性能良好的頭基臺。
此外，在第3工序中，通過原盤與頭基臺的材料的組合，密接性提高，有時從原盤將頭基臺剝離下來變得困難。通過以下舉出的任一種方法，或合并使用2種或2種以上的方法，可良好地進行從原盤的脫模。
(3)將在上述原盤上形成的凹凸圖形的凹部形狀作成開口部比底部大的錐狀的方法。
(4)在具有上述凹凸圖形的原盤表面上形成由與上述頭基臺的密接性低的材料構(gòu)成的脫模層的方法。
(5)使照射光照射到上述原盤與頭基臺的界面上的方法。
此時，也可在原盤與頭基臺之間設(shè)置因照射光的照射在與內(nèi)部和/或上述原盤的界面上產(chǎn)生剝離的分離層。通過這樣做，不會對頭基臺直接造成損傷，此外，也增加頭基臺形成用的材料的選擇的自由度。
其次，作為第4工序，具體地說有下述方法。
(6)利用光刻法形成上述墨水噴出用的噴口的方法。
(7)利用激光形成上述墨水噴出用的噴口的方法。
(8)利用會聚離子束形成上述墨水噴出用的噴口的方法。
(9)利用放電加工形成上述墨水噴出用的噴口的方法。
再有，本發(fā)明的特征在于，是利用上述各工序制造的噴墨打印頭。
附圖的簡單說明圖1是示出制造本發(fā)明的實施形態(tài)中的頭基臺的工序的圖。
圖2是示出制造本發(fā)明的第1工序的第1實施形態(tài)中的原盤的工序的圖。
圖3是示出制造本發(fā)明的第1工序的第2實施形態(tài)中的原盤的工序的圖。
圖4是示出制造本發(fā)明的第1工序的第2實施形態(tài)中的原盤的工序的圖。
圖5是示出本發(fā)明的實施形態(tài)中的原盤的圖。
圖6是示出形成了本發(fā)明的實施形態(tài)中的脫模層的原盤的圖。
圖7是說明本發(fā)明的實施形態(tài)中照射照射光的工序的圖。
圖8是說明本發(fā)明的實施形態(tài)中照射照射光的工序的圖。
圖9是示出形成本發(fā)明的實施形態(tài)中的墨水噴出用的噴口的工序的圖。
圖10是示出在本發(fā)明的實施形態(tài)中的頭基臺上形成壓電元件的工序的圖。
圖11是示出噴墨打印頭的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
圖12是示出噴墨打印頭的現(xiàn)有的制造工序的一例的圖。
符號的說明10原盤11凹部12頭基臺13墨水噴出用的噴口14原盤母體材料15抗蝕劑層16掩模17光18曝光區(qū)域19刻蝕劑20第2原盤21掩模22導(dǎo)體層23金屬層24脫模層25照射光26分離層27掩模28第3原盤29共用電極30壓電體薄膜31上電極32壓電元件33墨水壓力室34粘接層35噴嘴板
36墨水供給口37儲存器38墨水容器口39硅基板(晶片)40熱氧化膜用于實施發(fā)明的最佳形態(tài)以下參照


本發(fā)明的優(yōu)選實施形態(tài)。
圖1是示出制造本發(fā)明的實施形態(tài)中的頭基臺的工序的圖。
本發(fā)明的頭基臺的制造方法包括如圖1(a)中所示的制造具有對應(yīng)于打算制造的頭基臺的凹凸圖形的原盤10的第1工序；如圖1(b)中所示的通過在原盤10的具有凹凸圖形的表面上對頭基臺形成用的材料進行涂敷、固化來形成頭基臺12的第2工序；如圖1(c)中所示的將該頭基臺12從原盤10剝離下來的第3工序；以及如圖1(d)中所示的在頭基臺12上形成墨水噴出用的噴口13的第4工序。
以下，對各工序進行詳細的敘述。
(第1工序)該工序是制造具有對應(yīng)于打算制造的頭基臺的凹凸圖形的原盤10的工序。
圖2是示出制造第1工序的第1實施形態(tài)中的原盤的工序的圖。
具體地說，通過以下的方法來進行。
首先，如圖2(a)中所示，在原盤母體材料14上形成抗蝕劑層15。
原盤母體材料14是用于對表面進行刻蝕作成原盤的材料，在此使用硅晶片。刻蝕硅晶片的技術(shù)在半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)中已被確立，可實現(xiàn)高精度的刻蝕。再有，只要原盤母體材料14是能刻蝕的材料，則不限定于硅晶片，例如，可利用玻璃、石英、樹脂、金屬、陶瓷等基板或膜等。
作為形成抗蝕劑層15的物質(zhì)，可原封不動地利用例如在半導(dǎo)體器件制造中一般使用的在市場上出售的正型的抗蝕劑，該抗蝕劑在甲酚酚醛清漆系列的樹脂中摻合了重氮萘醌誘導(dǎo)劑作為感光劑。在此，所謂正型的抗蝕劑是能用顯影液有選擇地除去被曝光的區(qū)域的抗蝕劑。
作為形成抗蝕劑層15的方法，可使用旋轉(zhuǎn)涂敷法、浸漬法、噴射涂敷法、輥壓涂敷法、棒涂敷法等方法。
其次，如2(b)中所示，在抗蝕劑層15上配置掩模16，通過掩模16使光17只照射到抗蝕劑層15的預(yù)定區(qū)域上，形成曝光區(qū)18。
掩模16的圖形是這樣來形成的，使得光17只透過對應(yīng)于圖2(e)中示出的凹部11的區(qū)域。
此外，凹部11對應(yīng)于形成打算制造的噴墨頭的墨水壓力室、墨水供給口、儲存器等的隔壁的形狀和排列而形成。
然后，在對抗蝕劑層15進行曝光后，如果以預(yù)定的條件進行顯影處理，則如圖2(c)中所示，有選擇地只除去曝光區(qū)18的抗蝕劑，露出原盤母體材料14，除此以外的區(qū)域成為被抗蝕劑層15覆蓋的原有的狀態(tài)。
如果以這種方式對抗蝕劑層15進行圖形刻蝕，則如圖2(d)中所示，以該抗蝕劑層15作為掩模將原盤母體材料14刻蝕到預(yù)定的深度。
作為刻蝕方法，有濕法方式或干法方式，可根據(jù)原盤母體材料14的材料性質(zhì)、刻蝕剖面形狀及刻蝕率等諸特性所要求的規(guī)格進行適當?shù)倪x擇。從控制性方面來看，干法方式較好，如果通過變更刻蝕氣體種類、氣體流量、氣體壓力、偏置電壓等的條件，將凹部11加工成矩形、或是作成錐形，則可刻蝕成所希望的形狀。尤其是，感應(yīng)耦合型(ICP)方式、電子回旋共振(ECR)方式、螺旋波激勵方式等的高密度等離子的刻蝕方式，在將原盤母體材料14刻蝕得較深方面是合適的。
其次，在刻蝕結(jié)束后，如圖2(e)中所示，除去抗蝕劑層15，作成具有對應(yīng)于頭基臺的凹凸圖形的原盤10。
在上述實施形態(tài)中，在原盤母體材料上形成凹凸圖形時，使用了正型的抗蝕劑，但也可使用負型的抗蝕劑，在負型的抗蝕劑中，曝光區(qū)相對于顯影液不溶化、可用顯影液有選擇地除去未曝光的區(qū)域，在這種情況下，可使用與上述掩模16相比其圖形反轉(zhuǎn)了的掩模。或者，也可不使用掩模，而是利用激光或電子線直接以圖形的形狀對抗蝕劑進行曝光。
其次，說明第1工序的第2實施形態(tài)。
圖3和圖4是示出制造第1工序的第2實施形態(tài)中的原盤的工序的圖。
具體地說，通過以下的方法來進行。
首先，如圖3(a)中所示，在第2原盤20上形成抗蝕劑層15。
第2原盤20起到作為工藝流程中的抗蝕劑層15的支撐體的作用，只要是對于工藝流程具有必要的機械強度及抗化學(xué)藥品性等抗工藝的性能并與形成抗蝕劑層15的物質(zhì)的潤濕性、密接性良好的材料，則不作特別的限定，例如，可利用玻璃、石英、硅晶片、樹脂、金屬、陶瓷等的基板。在此，使用利用氧化鈰系列的研磨劑將表面研磨成平坦狀之后進行了清洗、干燥的玻璃制的原盤。
此外，作為形成抗蝕劑層15的物質(zhì)和方法，由于可利用與上述第1實施形態(tài)中已說明的物質(zhì)和方法相同的物質(zhì)和方法，故省略其說明。
其次，如圖3(b)中所示，在抗蝕劑層15上配置掩模21，通過掩模21使光17只照射到抗蝕劑層15的預(yù)定區(qū)域上，形成曝光區(qū)18。
由于掩模21的圖形是這樣來形成的，使得光17只透過相當于打算制造的原盤10的凸部的區(qū)域，故具有與圖2的掩模16相比其圖形反轉(zhuǎn)了的關(guān)系。
然后，在對抗蝕劑層15進行曝光后，如果以預(yù)定的條件進行顯影處理，則如圖3(c)中所示，有選擇地只除去曝光區(qū)18的抗蝕劑，對抗蝕劑層15進行圖形刻蝕。
然后，如圖4(a)中所示，在抗蝕劑層15和第2原盤20上形成導(dǎo)體層22，使表面變成導(dǎo)體。
作為導(dǎo)體層22，例如形成厚度為500?！?000埃的Ni即可。作為導(dǎo)體層22的形成方法，可使用濺射法、CVD、蒸鍍、無電解電鍍法等方法。
然后，將由該導(dǎo)體層22變成了導(dǎo)體的抗蝕劑層15和第2原盤20作為陰極，將片狀或球狀的Ni作為陽極，用電鍍法再次進行Ni的電鍍，如圖4(b)中所示，形成金屬層23。
以下示出電鍍液的組成的一例。
氨基磺酸鎳500g/l硼酸 30g/l氯化鎳5g/l均化劑15g/l其次，如圖4(c)中所示，將導(dǎo)體層22和金屬層23從第2原盤20剝離下來后，根據(jù)需要進行清洗，將其作成原盤10。
再有，也可根據(jù)需要通過進行剝離處理從金屬層23除去導(dǎo)體層22。
此外，在耐久性許可的范圍內(nèi)，通過進行再生、清洗處理，可再次利用第2原盤20。
在上述第2實施形態(tài)中與上述第1實施形態(tài)相同，也可使用負型的抗蝕劑，在這種情況下，可使用上述掩模21，即，具有與圖2的掩模16相同的圖形的掩模?；蛘撸部刹皇褂醚谀?，而是利用激光或電子線直接以圖形的形狀對抗蝕劑進行曝光。
(第2工序)第2工序是通過在具有第1工序中制造的原盤10的凹凸圖形的表面上涂敷頭基臺形成用的材料、并使之固化來形成頭基臺12的工序。
作為頭基臺形成用的材料，只要是滿足作為噴墨頭的頭基臺所要求的機械強度及耐腐蝕性等的特性，而且具有耐工藝處理的性能的材料，則不作特別的限定，可利用各種物質(zhì)，但最好是通過施加能量可硬化的物質(zhì)。
如果利用這樣的物質(zhì)，則在原盤上進行涂敷時可作為低粘性的液狀的物質(zhì)來處理，因此，可以容易地將頭基臺形成用的材料充填到原盤上的凹部的微細部分，因而，可精密地復(fù)制原盤上的凹凸圖形。
作為能量，最好是光、熱、或光和熱兩者中的任一種。通過這樣做，可利用通用的的曝光裝置及烘爐、熱板，可謀求設(shè)備的低成本和節(jié)省空間。
作為這樣的物質(zhì)，具體地說，例如可利用丙烯系列樹脂、環(huán)氧系列樹脂、蜜胺系列樹脂、酚醛清漆系列樹脂、苯乙烯系列樹脂、聚酰亞胺系列等合成樹脂、聚硅氮烷(polysilazane)等的硅系列的聚合物。在原盤10上涂敷這樣的基臺形成用的材料。
作為涂敷頭基臺形成用的材料的方法，可利用旋轉(zhuǎn)涂敷法、浸漬法、噴射涂敷法、輥壓涂敷法、棒涂敷法等方法。
對于在頭基臺形成用的材料中包含溶劑成分的材料，可進行熱處理來除去溶劑。
然后，通過進行對應(yīng)于頭基臺形成用的材料的硬化處理，使其固化，形成頭基臺12。
此外，作為頭基臺形成用的材料也可利用熱可塑性的物質(zhì)。作為這樣的物質(zhì)，水合玻璃是合適的。所謂水合玻璃，是在常溫下含有幾至幾十重量百分比的水的固體的玻璃，在低溫下(根據(jù)組成的情況在100℃以下)顯示出可塑性。在將該水合玻璃成形為頭基臺之后，如果進行脫水處理，則可得到機械強度、耐腐蝕性、耐熱性方面性能良好的頭基臺。
(第3工序)第3工序是將在第2工序中在原盤10上形成的頭基臺12從原盤10剝離下來的工序。
作為剝離方法，具體地說，例如對形成了頭基臺12的原盤10進行固定，以吸附方式支撐頭基臺12，以機械方式將其剝離下來。
在剝離時，有時由于原盤10與頭基臺12的材料的組合情況，其密接性提高，難以將頭基臺12從原盤10上剝離下來。
在這種情況下，例如如圖5中所示，最好將在原盤10上形成的凹凸圖形的凹部形狀作成開口部比底部大的錐狀。通過這樣做，由于可降低在剝離時在原盤10與頭基臺12間起作用的摩擦力等的應(yīng)力，故可很好地進行從原盤10的脫模。
此外，如圖6中所示，即使在原盤10的具有凹凸圖形的表面上形成由與頭基臺12的密接性低的材料構(gòu)成的脫模層24，也可得到同樣的效果。作為脫模層24，與原盤10與頭基臺12的材料性質(zhì)相一致地進行適當?shù)倪x擇即可。
此外，如圖7中所示，也可在剝離之前，使照射光25照射到原盤10與頭基臺12的界面上，使原盤10與頭基臺12的密接力降低或消失，可很好地進行從原盤10的脫模。該方法是利用照射光25在原盤10與頭基臺12的界面處使原子間或分子間的各種耦合力降低或消失，實際上是使消融(ablation)等的現(xiàn)象發(fā)生，以便達到界面剝離。
再者，也有因照射光25而使氣體從頭基臺12放出而顯現(xiàn)出分離效果的情況。即，在頭基臺12中含有的成分發(fā)生氣化而被放出，有助于分離。
作為照射光25，例如受激準分子激光是較為理想的。受激準分子激光器那樣的在短波長范圍內(nèi)輸出高能量的裝置已達到實用化，可進行極短時間的處理。于是，只在界面附近引起消融，幾乎不對原盤10和頭基臺12產(chǎn)生溫度沖擊。
再有，作為照射光25，只要是在原盤10與頭基臺12的界面處引起界面剝離的光，則不限定于受激準分子激光，可利用各種光(放射線)。
此時，原盤10相對于照射光25具有透射性是必要的。透射率在50％以上是較為理想的，更為理想的是50％以上。如果透射率太低，則照射光在透過原盤時的衰減變大，在引起消融等現(xiàn)象方面所需要的光量變大。由于石英玻璃在短波長范圍的透射率高、機械強度及耐熱性方面性能良好，故作為原盤材料是很合適的。
此外，如圖8中所示，也可在原盤10與頭基臺12的界面間設(shè)置因照射光25的緣故在與原盤10的界面處產(chǎn)生剝離的分離層26。通過在分離層26內(nèi)和/或界面處引起消融剝離，不會對原盤10和頭基臺12直接造成沖擊。
作為分離層26，具體地說，例如可利用非晶硅、氧化硅、硅酸化合物、氧化鈦、鈦酸化合物、氧化鋯、鋯酸化合物、氧化鑭、鑭酸化合物等各種氧化物陶瓷、(強)電介質(zhì)或半導(dǎo)體、氮化硅、氮化鋁、氮化鈦等氮化物陶瓷、丙烯系列樹脂、環(huán)氧系列樹脂、聚酰胺、聚酰亞胺等的有機高分子材料、從Al、Li、Ti、Mn、In、Sn、Y、La、Ce、Nd、Pr、Gd、Sm中選擇的1種或2種及2種以上的合金等，從這些材料中根據(jù)工藝條件、原盤10和頭基臺12的材料性質(zhì)等進行適當?shù)倪x擇。
作為形成分離層26的方法，不作特別限定，可根據(jù)分離層26的組成及形成膜厚進行適當?shù)倪x擇。具體地說，例如，CVD、蒸鍍、濺射、離子鍍等各種氣層生長法、電鍍、無電解電鍍、Langmuir-Blodgett(LB)法、旋轉(zhuǎn)涂敷法、浸漬法、噴射涂敷法、輥壓涂敷法、棒涂敷法等。分離層26的厚度根據(jù)剝離目的及分離層26的組成等不同而不同，但通常為1nm～20μm較好、10nm～20μm更好、約40nm～1μm則更為理想。如果分離層26的厚度太薄，則對于頭基臺12的損傷變大，此外，如果膜厚太厚，則為了確保分離層26的良好的剝離性所必要的照射光的光量必須增大。再有，分離層26的膜厚最好盡可能均勻。
然后，通過進行清洗處理等，將分離層26的殘骸除去。
(第4工序)第4工序是在第3工序中得到的頭基臺12上形成墨水噴出用的噴口13的工序。
作為墨水噴出用的噴口13的形成方法，不作特別限定，具體地說，例如可利用光刻法、激光加工、FIB加工、放電加工等。
圖9是示出利用光刻法形成墨水噴出用的噴口13的工序的圖。具體地說，通過以下的方法來進行。
首先，如圖9(a)中所示，在頭基臺12上形成抗蝕劑層15。
作為形成抗蝕劑層15的物質(zhì)和方法，由于可利用與圖2中已說明的物質(zhì)和方法相同的物質(zhì)和方法，故省略其說明。
其次，如圖9(b)中所示，在抗蝕劑層15上配置掩模27，通過掩模27使光17只照射到抗蝕劑層15的預(yù)定區(qū)域上，形成曝光區(qū)18。
掩模27的圖形是這樣來形成的，使得光17只透過對應(yīng)于圖9(e)中示出的墨水噴出用的噴口13的區(qū)域。
然后，在對抗蝕劑層15進行曝光后，如果以預(yù)定的條件進行顯影處理，則如圖9(c)中所示，有選擇地只除去曝光區(qū)18的抗蝕劑，露出頭基臺12，除此以外的區(qū)域成為被抗蝕劑層15覆蓋的原有的狀態(tài)。
如果以這種方式對抗蝕劑層15進行圖形刻蝕，則如圖9(d)中所示，以該抗蝕劑層15為掩模對頭基臺12進行刻蝕直到貫通。
作為刻蝕方法，有濕法方式或干法方式，可根據(jù)噴墨基臺12的材料性質(zhì)，從刻蝕剖面形狀、刻蝕率、面內(nèi)均勻性等方面進行適當?shù)倪x擇。從控制性方面來看，干法方式較好，例如可利用平行平板型反應(yīng)離子刻蝕(RIE)方式、感應(yīng)耦合型(ICP)方式、電子回旋共振(ECR)方式、螺旋波激勵方式、磁控管方式、等離子刻蝕方式、離子束刻蝕方式等的裝置，通過改變刻蝕氣體種類、氣體流量、氣體壓力、偏置電壓等條件，將墨水噴出用的噴口13加工成矩形、或形成為錐形，可刻蝕成所希望的形狀。
其次，在刻蝕結(jié)束后，如圖9(e)中所示，如果除去抗蝕劑層15，則可得到形成了墨水噴出用的噴口13的頭基臺12。
此外，作為激光加工中使用的激光裝置，可利用各種氣體激光器、固體激光器(半導(dǎo)體激光器)等，而使用KrF等的受激準分子激光器、YAG激光器、Ar激光器、He-Cd激光器、CO2激光器等是合適的，其中受激準分子激光器是很合適的。
由于受激準分子激光器在短波長范圍內(nèi)輸出高能量的激光，故能在極短時間內(nèi)進行加工，于是，生產(chǎn)率高。
按照光刻法，能一次形成多個部位的墨水噴出用的噴口13，但設(shè)備成本和材料成本高、所需要的設(shè)備空間也大。
另一方面，關(guān)于激光加工、FIB加工和放電加工，由于每次在一個部位上形成墨水嘖出用的噴口13，故生產(chǎn)率低，但在降低設(shè)備成本、降低材料成本和節(jié)省空間方面有優(yōu)點。
按照以上敘述的頭基臺的制造方法，由于如果一旦制造了原盤10，則在耐久性許可的范圍內(nèi)可使用多次，故在在第2個以后的頭基臺的制造工序中可將原盤10的制造省略，可謀求工序數(shù)的減少和成本的降低。其次，使用圖10說明在上述實施形態(tài)中形成的頭基臺12上形成壓電元件的工序的一例。按照該工序，一旦在第3原盤28上形成了壓電元件之后，將其轉(zhuǎn)移到頭基臺12上。具體地說，通過以下的方法來進行。
首先，如圖10(a)中所示，在第3原盤28上依次層疊共用電極29、壓電體薄膜30、上電極31。
第3原盤28起到在對壓電體薄膜30和上電極31進行圖形刻蝕形成元件時的支撐體的作用，最好要具有耐工藝處理的性能，特別是耐熱性及高的機械強度。此外，在對壓電體薄膜30和上電極31進行圖形刻蝕后的工序中與頭基臺12進行了接合(粘接)后，由于在共用電極29與第3原盤28的界面處被剝離，故第3原盤28最好與共用電極29的密接性不太高。
作為共用電極29和上電極31，只要是導(dǎo)電率高的材料，則不作特別限定，例如，可利用Pt、Au、Al、Ni、In等。再有，作為共用電極29和上電極31的形成方法，根據(jù)這些材料的性質(zhì)及形成膜厚進行適當?shù)倪x擇即可，例如，可利用濺射、蒸鍍、CVD、電鍍、無電解電鍍等。
作為壓電體薄膜30，在噴墨打印機的使用方面，鋯酸鈦酸鉛(PZT)系列是合適的。作為PZT系列的成膜方法，溶膠凝膠法是合適的。按照溶膠凝膠法能用簡便的方法得到質(zhì)量好的薄膜。
通過以預(yù)定的次數(shù)重復(fù)進行將調(diào)整為預(yù)定成分的PZT系列的溶膠用旋轉(zhuǎn)涂敷法涂敷在共用電極29上并進行暫時燒結(jié)的工序，形成非晶質(zhì)的凝膠薄膜，其后再次進行正式燒結(jié)，得到具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的壓電體薄膜30。
再有，作為壓電體薄膜30的形成方法，除溶膠凝膠法之外，也可使用濺射法。
其次，如圖10(b)中所示，根據(jù)圖10(c)的頭基臺12的墨水壓力室33的圖形，對壓電體薄膜30和上電極31進行圖形刻蝕，作成壓電元件32。
作為圖形刻蝕方法，由于例如可使用圖12中示出的光刻法，故省略其說明。
其次，如圖10(c)中所示，將由圖1的工序得到的頭基臺12接合到、或通過粘接層34粘接到形成了共用電極29和壓電元件32的第3原盤28上。
作為粘接層34，根據(jù)頭基臺12、共用電極29和壓電元件32的材料性質(zhì)進行適當?shù)倪x擇即可。
然后，如圖10(d)中所示，將頭基臺12、共用電極29和壓電元件32一體地從第3原盤28上剝離下來。
如果第3原盤28與共用電極29的密接性高、在剝離變得困難的情況下，與上述圖7的工序中已說明的情況相同，也可通過照射照射光來促進剝離，也可如圖8中所示那樣設(shè)置分離層。
如果以這種方式在頭基臺12上形成壓電元件32，則其后再將布線圖形、信號電路、墨水容器等組合起來，得到噴墨打印頭。
權(quán)利要求
1．一種噴墨打印頭的制造方法，該噴墨打印頭利用因設(shè)置在形成墨水壓力室的頭基臺上的電信號而變形的壓電元件對所述墨水壓力室進行加壓而噴出墨水，所述制造方法的特征在于所述頭基臺的制造工序包括制造具有對應(yīng)于所述頭基臺的預(yù)定的凹凸圖形的原盤的第1工序；通過使所述頭基臺形成用的材料涂敷在所述原盤的具有凹凸圖形的表面上并使其固化來形成所述頭基臺的第2工序；從所述原盤剝離所述頭基臺的第3工序；以及在所述頭基臺上形成墨水噴出用的噴口的第4工序。
2．如權(quán)利要求1中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于所述第1工序包括下述工序在原盤母體材料上形成對應(yīng)于預(yù)定的圖形的抗蝕劑層，其次利用刻蝕在所述原盤母體材料上形成所述凹凸圖形，來制造所述原盤。
3．如權(quán)利要求2中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于所述原盤母體材料是硅晶片。
4．如權(quán)利要求2中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于所述原盤母體材料是石英玻璃。
5．如權(quán)利要求1中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于所述第1工序包括下述工序在第2原盤上形成對應(yīng)于預(yù)定的圖形的抗蝕劑層，其次將所述第2原盤和抗蝕劑層變成導(dǎo)體，再利用電鍍法使金屬電沉積而形成了金屬層之后，從所述第2原盤和抗蝕劑層剝離該金屬層，來制造所述原盤。
6．如權(quán)利要求1中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于所述頭基臺形成用的材料是通過施加能量可硬化的物質(zhì)。
7．如權(quán)利要求6中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于所述能量是光、熱、或光和熱的兩者的任一種。
8．如權(quán)利要求1中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于利用熱可塑性的物質(zhì)來形成所述頭基臺。
9．如權(quán)利要求8中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于所述熱可塑性物質(zhì)是水合玻璃。
10．如權(quán)利要求1中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于在所述原盤上形成的凹凸圖形的凹部形狀是開口部比底部大的錐形。
11．如權(quán)利要求1中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于在具有所述凹凸圖形的原盤表面上形成了由與所述頭基臺的密接性低的材料構(gòu)成的脫模層。
12．如權(quán)利要求1中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于在所述第3工序中，通過對所述原盤與頭基臺的界面照射照射光，使所述頭基臺從所述原盤剝離下來。
13．如權(quán)利要求12中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于在所述原盤與頭基臺之間設(shè)置分離層，通過對所述原盤與分離層的界面照射所述照射光，在所述分離層的內(nèi)部和/或與所述原盤的界面處使所述頭基臺從所述原盤剝離下來。
14．如權(quán)利要求1中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于所述第4工序利用光刻法形成所述墨水噴出用的噴口。
15．如權(quán)利要求1中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于所述第4工序利用激光形成所述墨水噴出用的噴口。
16．如權(quán)利要求1中所述的嘖墨打印頭的制造方法，其特征在于所述第4工序利用會聚離子束形成所述墨水噴出用的噴口。
17．如權(quán)利要求1中所述的噴墨打印頭的制造方法，其特征在于所述第4工序利用放電加工形成所述墨水噴出用的噴口。
18．一種噴墨打印頭，其特征在于利用權(quán)利要求1至權(quán)利要求17的任一項中所述的噴墨打印頭的制造方法進行制造。
全文摘要
為了能用簡單的工序廉價地制造可適應(yīng)于分辨率的提高的噴墨頭,本發(fā)明提出一種噴墨打印頭的制造方法,該方法利用因設(shè)置在形成墨水壓力室的頭基臺上的電信號而變形的壓電元件對所述墨水壓力室進行加壓從而噴出墨水,所述頭基臺的制造工序包括:制造具有對應(yīng)于所述頭基臺的預(yù)定的凹凸圖形的原盤(10)的第1工序;通過使所述頭基臺形成用的材料涂敷在所述原盤的具有凹凸圖形的表面上并使其固化來形成所述頭基臺(12)的第2工序;從所述原盤(10)剝離所述頭基臺(12)的第3工序;以及在所述頭基臺(12)上形成墨水噴出用的噴口(13)的第4工序。
文檔編號B41J2/14GK1222885SQ98800488
公開日1999年7月14日 申請日期1998年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月15日
發(fā)明者西川尚男, 高桑敦司 申請人:精工愛普生株式會社