CN1308146C - 液体喷出头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及如油墨喷出头(H)等那样，在喷出油墨等液体的液体喷出头中，当在压电元件(2)的液体室构件(油墨室构件1)一侧的表面上，用非电解镀层法形成液体室构件时，至少该表面一侧的一部分由含有用于辅助该镀层成长的核形成的材料的、核形成辅助材料含有层(2d)构成。在该核形成辅助材料含有层(2d)上，用非电解镀层法形成液体室构件。

Description

液体喷出头及其制造方法

技术领域

本发明的技术领域涉及输出油墨的油墨喷射头等喷出液体的液体喷出头及其制造方法。

背景技术

目前，作为在油墨喷射式记录装置上使用的油墨喷射头，具有压电元件。这种压电元件是由钛酸锆酸铅(PZT)等制成的压电体层，分别作在该压电体层厚度方向两个表面上的两个电极层，和作在一个电极层面上的振动板层层叠构成的(另外，振动板层可兼作一个电极层用)。当在上述两电极层之间加上电压，压电元件在与其层叠方向(厚度方向)垂直的方向上伸缩时，其伸缩受到振动板层的拘束，压电元件向着油墨室成凸状挠曲移动。这种挠曲变形使得在油墨室内产生压力，油墨室内的油墨利用这个压力从与油墨室连通的喷嘴孔中向外喷出。

作为制造上述油墨喷射头的方法，提出了如特开平10-286953号公报中所述的方法。该方法是，依次利用溅射等方法，在由MgO制成的基板上，形成两个电极中的一个电极膜(个别电极膜)、压电体膜，另一个电极膜(共用电极膜)和振动板膜，之后，使具有构成油墨室的油墨室用孔的油墨室构件与压电元件的振动板膜对准，并用粘接剂接合；接着利用蚀刻除去上述成膜基板。根据该制造方法，在具有多个油墨喷射头大小的基板上，形成上述各层，因此可以一次制造多个小型的油墨喷射头。

又利用特开2001-47626号公报中所述的油墨喷射头制造方法，通过加工单晶硅基板，作成油墨室构件，而不使用粘接剂，在基板上直接形成压电元件。

另外，作为上述油墨室构件的形成方法，如特开平9-300634号公报所述，提出了利用由感光材料制成的感光胶膜作为型模，在膜片(振动板)上，用电铸法(电解镀层法)直接形成油墨室构件。

然而，近年来已知有采用具有与上述油墨喷射头同样结构的液体喷出头，喷出各种液体而不是喷出油墨的装置。例如，在特开2001-324505号公报中，提出了通过从液体喷出头的喷嘴孔，将DNA或蛋白质等生物高分子溶液喷出至基板上，利用油墨喷射方式制造生物芯片的方法。

如同上述油墨喷射头等那样，在制造喷出油墨等液体的液体喷出头的情况下，利用上述特开平10-286953号公报所述的方法，需要有利用粘接剂将液体室构件(与上述油墨喷射头的油墨室构件对应)与振动板膜接合的工序。另外，使用上述特开2001-47626号公报所述的方法，由于硅的杨氏模量为160GPa，相当低，因此当高密度地配置喷嘴和液体室(油墨室)时，多个液体室之间(特别是相邻的液体室之间)，容易产生交调失真现象(受其他液体室的振动层或液体振动的影响，输出特性变化)。

因此，为了省去上述接合工序，并用杨氏模量大的材料制造液体室构件，如上述特开平9-300634号公报所述，提出了用电铸法，在振动板层上形成液体室构件。

然而，利用上述电铸法，存在着液体室构件的厚度偏差大的问题。因此，在可以同时制造多个液体喷出头的大面积的基板上，形成压电元件，再在压电元件上形成液体室构件的情况下，液体室构件的厚度，在与基板周边边缘相当的部分和与中心相当的部分相差很大：结果，当分割成单个液体喷出头时，这些液体喷出头之间，液体喷出速度等液体输出特性不同。因此，很难利用电铸法进行大量生产。

发明内容

本发明是考虑到这点而提出的，其目的是要提供不使用粘接剂，直接在压电元件上形成液体室构件，而且可以抑制交调失真现象的发生，使液体室构件的厚度均匀，可以一次制造液体输出特性没有偏差的多个液体喷出头。

为了达到上述目的，本发明利用非电解镀层法，在压电元件上形成液体室构件。

具体地说，本发明的液体喷出头，具有收容液体的液体室和压电元件，该压电元件由含有压电体层、电极层和振动板层的多个层层叠而成，当该压电元件在上述层叠方向变形时，会使上述液体室的容积减少，由此将该液体室内的液体喷出，在所述压电元件的层叠方向的一侧，设置有由非电解镀层材料制成的液体室构件，该构件的用于构成所述液体室的液体室用孔在该压电元件一侧和与压电元件相反一侧的表面上开口，所述压电元件的所述液体室构件一侧的整个表面由含有辅助核形成的材料的核形成辅助材料含有层构成，所述辅助核形成的材料用于通过非电解镀层法在该面上形成该液体室构件时的该镀层成长。

这样，容易利用溅射法等形成核形成辅助材料含有层，同时，在该核形成辅助材料含有层的液体室用孔位置部分上形成模，从而可以容易且正确地作出液体室构件。

利用上述结构，由于在压电元件的液体室构件的表面上，具有辅助用于镀层成长的核形成的材料，所以如果对压电元件进行非电解镀层，则该材料可以形成镀层成长用的核，该核可使镀层成长。结果，不需使用粘接剂，可以直接在压电元件上形成液体室构件。当用非电解镀层法形成液体室构件时，虽然形成速度比电铸法慢一些，但可使液体室构件的厚度均匀。这样，可以一次制造液体输出特性没有偏差的多个液体喷出头。而且由于可用杨氏模量大(200GPa以上)的材料(Ni等)制成液体室构件，结果可以抑制交调失真现象的发生。另外，用非电解镀层法制造的液体室构件，比用电解镀层法制造的液体室构件碱性强，而且热膨胀系数低。这样，对于通常因含磷而呈碱性的油墨，可提高耐受性，同时，可以抑制因温度变化引起的液体输出特性变化。另外，热处理可以提高液体室构件的硬度(杨氏模量)，这样，压电元件动作时，液体室构件难变形，可以可靠地抑制交调失真现象的发生，使液体输出特性稳定。

模模核形成辅助材料优选为对镀层材料的还原反应有催化作用的金属。镀层材料为Ni时，具有该催化作用的金属为选自Ni、Fe及Pd中的至少一种即可。通过将这些金属作为催化剂，镀层材料析出，成为核，利用该核可使镀层成长。因此，利用非电解镀层法，可以可靠地得到液体室构件。

另外，核形成辅助材料为比镀层材料离子化倾向大的金属。镀层材料为Ni时，上述比镀层材料离子化倾向大的金属为选自Ti，Mg，Al和Zn中的至少一种即可。这种金属在非电解镀层的初期溶解析出，同时，通过与这种金属的置换反应，镀层材料析出，成为核，该核可使镀层成长。因此，与核形成辅助材料为具有上述催化作用的金属的情况相同，可以利用非电解镀层法可靠地得到液体室构件。

模

另外，在用核形成辅助材料含有层构成压电元件的液体室构件的整个表面的情况下，在振动板层上含有核形成辅助材料，上述振动板层兼作核形成辅助材料含有层。

这样，不必要单独设置核形成辅助材料含有层，可以进一步降低制造成本。

本发明的液体喷出头的制造方法，包括下列工序：

在基板上，至少将上述压电体层、电极层和振动板层层叠，形成层叠体的层叠体形成工序；在与上述层叠体的基板相反一侧的表面上，通过非电解镀层形成液体室构件的液体室构件形成工序，用于构成上述液体室的液体室用孔在该层叠体一侧和与层叠体相反一侧的表面上开口；以及在上述液体室构件形成工序后，除去上述基板的基板除去工序。

另外，在上述制造方法中，优选在层叠体形成工序中，当用非电解镀层法形成液体室构件时，利用含有用于镀层成长的核形成辅助材料的核形成辅助材料含有层，构成与层叠体的基板相反一侧的整个表面，然后，在液体室构件形成工序中，在与上述层叠体的基板相反一侧的表面上，用非电解镀层法形成液体室构件。这样，由于在与层叠体的基板相反一侧的表面上，利用非电解镀层法形成液体室构件，可以容易得到上述液体喷出头。

这样，容易得到压电元件的液体室构件的全部表面都由核形成辅助材料含有层构成的液体喷出头。

在上述制造方法中，液体室构件形成工序优选具有下列工序：

在与层叠体的基板相反一侧的表面上，形成与液体室构件的液体室用孔位置相对应的图形化模的模形成工序；

在与上述层叠体的基板相反侧的表面上不存在上述模的部分上，用非电解镀层法形成液体室构件的液体室用孔的侧壁部的侧壁部形成工序；和在上述侧壁部形成工序后，除去上述模，形成液体室用孔的液体室用孔形成工序。

这样，在与层叠体的基板相反一侧的表面上，形成图形化的模，在不存在这种模的部分上，用非电解镀层法形成液体室用孔的侧壁部，然后，除去该模，形成液体室用孔，因此可形成液体室构件。这样，由于形成这种模，可以形成整个液体室用孔的正确形状，可以更好地抑制液体输出特性的偏差。

在上述模形成工序中，优选利用感光性抗蚀剂形成模。这样在与层叠体的基板相反一侧的表面上，容易且高精度地形成图形化的模。

模模模模上述核形成辅助材料优选为对镀层材料的还原反应有催化作用的金属，或比镀层材料离子化倾向大的金属。镀层材料为Ni时，具有上述催化作用的金属为选自Ni、Fe和Pd中的至少一种即可。镀层材料为Ti时，比镀层材料离子化倾向大的金属为选自Ti、Mg、Al和Zn中的至少一种即可。

在层叠体形成工序中，在用核形成辅助材料含有层构成与层叠体的基板相反一侧的全部表面的情况下，利用因含有核形成辅助材料，而兼作核形成辅助材料含有层的振动板层，构成与层叠体的基板相反一侧的整个表面。

附图说明

图1为表示作为本发明的实施例1的液体喷出头的油墨喷射头的平面图。

图2为图1中的II-II线的截面图。

图3为图1中III-III线的截面图。

图4为表示装有图1的油墨喷射头的油墨喷射式记录装置的简图。

图5A-图5D为表示图1的油墨喷射头制造方法中的层叠体形成工序、模形成工序、核形成辅助材料含有层和侧壁部形成工序、以及液体室用孔形成工序的图。

图6A-图6C为表示图1所示的油墨喷射头制造方法中的基板除去工序、喷嘴板接合和个别电极层图形化的工序，以及油墨喷射头分割工序的图。

图7为表示实施例2的油墨喷射头的、与图3相当的图。

图8A-图8D为表示实施例2的油墨喷射头的制造方法中的层叠体形成工序、模形成工序、侧壁部形成工序以及液体室用孔形成工序的图。

图9为表示实施例3的油墨喷射头的与图3相当的图。

优选实施方式

以下，根据附图来说明本发明的实施例。

(实施方式1)

图1-图3表示作为本发明实施例1的液体喷出头的油墨喷射头H。该油墨喷射头H可放置在图4所示的油墨喷射式记录装置P上，在该油墨喷射头H中，油墨室5内的油墨(液体)，可从与后述的油墨室5(液体室)连通的喷嘴孔3b喷出至记录媒体29(记录纸等)上，进行记录。

上述油墨喷射头H放置在安装在沿主扫描方向X延伸的滑鞍轴30上的滑鞍31上。该滑鞍31，与沿着滑鞍轴30的往复运动相适应，可在主扫描方向X上作往复运动。这样，滑鞍31构成使油墨喷射头H和记录媒体29在主扫描方向X作相对移动的相对移动装置。

另外，该油墨喷射式记录装置P具有多个辊子32，可使上述记录媒体29在与油墨喷射头H的主扫描方向X(宽度方向)大致垂直方向的副扫描方向Y上移动。这样，多个辊子32构成使油墨喷射头H和记录媒体29在副扫描方向Y上作相对移动的相对移动装置。图4中，Z为上下方向。

另外，当滑鞍31使油墨喷射头H在主扫描方向X上移动时，将油墨从油墨喷射头H的喷嘴孔3b中喷出至记录媒体29上。当这一扫描记录终止时，上述辊子32将记录媒体29移动规定的量，进行下一扫描记录。

上述油墨喷射头H具有厚度为30～50微米的油墨室构件1(液体室构件)，层叠了多层的压电元件2，和喷嘴板3。该油墨室构件1作在上述压电元件2的层叠方向(厚度方向)的一侧。而在该油墨室构件1的厚度方向的两个表面(压电元件2的表面(上表面)和与压电元件2相对的表面(下表面))上，分别具有开口大致为矩形形状的多个油墨室用孔1a(液体室用孔)。各个油墨室用孔1a排列成多个列(图1中为4列)。各个列的油墨室用孔1a，在其宽度方向隔开给定的间隔。在这种油墨室构件1中，油墨室用孔1a以外的部分构成上述各个油墨室用孔1a的侧壁1b。另外，该油墨室构件1，由Ni的非电解镀层材料制成。即：如后述的制造方法详细地说明那样，油墨室构件1在压电元件2的油墨室构件1一侧的表面上，由Ni的非电解镀层材料形成。另外，油墨室构件1的材料(镀层材料)，不限于Ni，用其他材料也可以。如Cr，Mo，Co等那样，最好为杨氏模量在200GPa以上的金属或合金。特别是，Ni因其杨氏模量在200GPa以上，形成速度快(15微米/小时左右)，而且作为油墨室构件1可得到需要的厚度(30～50微米)，这一点非常优选。

上述油墨室构件1的厚度方向的一个表面(上表面)，为用上述压电元件2覆盖的一个表面；而另一个表面(下表面)由利用粘接剂与该另一个表面接合的上述喷嘴板3覆盖。填充油墨的多个油墨室5，分别由油墨室构件1的多个油墨室用孔1a，压电元件2和喷嘴板3构成。

上述喷嘴板3具有多个供给油墨用的流路3a和喷嘴孔3b，该流路3a分别与油墨室构件1的各个油墨室用孔1a的下侧开口连接，该各个供给油墨用的流路3a还与油墨供给室3c连接。该供给室3c作在上述油墨室用孔1a的每一个列上，而且在该各列油墨室用孔1a并列的方向上延伸。各个油墨供给室3c还与图外的油墨箱连接。另一方面，上述喷嘴孔3b向着下方直径变小，油墨室5内的油墨，从该喷嘴孔3b向外部(向上述记录媒体29)喷出。

上述压电元件2是将由PZT制成的压电体层2a，个别电极层2b，振动板层2c和核形成辅助材料含有层2d层叠构成的。该个别电极层2b作在压电体层2a的一个表面(上表面)上，在图形化的状态下，与上述油墨室用孔1a的位置对应，并由Pt制成。振动板层2c作在上述压电体层2a的另一个表面(下表面)上，且由选自Cu、Ti、Fe、Ni、Cr、Co、Mo、Pt、Ir和W中的至少一种材料制成。该核形成辅助材料含有层2d作在与该振动板层2c的压电体层2a相对一侧的表面上。即：压电元件2是从与油墨室构件1相对的一侧，将个别电极层2b，压电体层2a，振动板层2c和核形成辅助材料含有层2d按顺序层叠构成的。另外，在这个实施例中，上述振动板层2c兼作为与上述个别电极层2b一起，将电压加在压电体层2a上的共用电极层使用，但也可以单个地在压电体层2a和振动板层2c之间设置共用电极层。在这个实施例中，压电体层2a没有图形化，也可以单个地形成形状与上述个别电极层2b相同的图形。另外，上述个别电极层2b的材料不限于Pt；如后述的制造方法所述，如Ir等，只要是耐热性高的，能用蚀刻方法除去基板11(参见图5A-图5D)的材料即可。

上述压电元件2的上述油墨室构件1的表面的一部分(与油墨室用孔1a的侧壁1b对应的部分)，由上述核形成辅助材料含有层2d构成；剩余部分由振动板层2c构成。即：核形成辅助材料含有层2d的图形与油墨室用孔1a以外的位置相对应，在油墨室用孔1a的压电元件2的开口上不存在该层2d。另外，在该核形成辅助材料含有层2d中，含有在用非电解镀层法形成油墨室构件1时，辅助用于该镀层成长的核形成的材料。辅助该核形成的材料为对镀层材料的还原反应有催化作用的金属，或者比镀层材料的离子化倾向大的金属即可。具体地说，对Ni镀层材料的还原反应有催化作用的金属，较好的是选自Ni、Fe和Pd中的至少一种，特别是Pd更好。另外，比Ni镀层材料的离子化倾向大的金属，优选为选自Ti、Mg、Al及Zn中的至少一种。核形成辅助材料含有层2d也可以含有辅助上述核形成的材料以外的材料，含有具有上述催化作用的金属和比镀层材料的离子化倾向大的金属也可以。

上述压电元件2，通过个别电极层2b和振动板层2c，将电压加在压电体层2a上，从而使该压电元件2变形，这样，油墨室5内的油墨，可从喷嘴孔3b喷出。即：当在个别电极层2b和振动板层2c之间加入脉冲状电压时，由于脉冲电压的上升使压电体层2a在与其厚度方向垂直的宽度方向上收缩，而个别电极层2b，振动板层2c和含有核形成辅助材料层2d不收缩，因此，所谓双金属的效果，使与压电元件2的油墨室5对应的部分，向着层叠方向的油墨室5，成凸出状挠曲变形。这种挠曲变形，使油墨室5内产生压力，利用该压力可将油墨室5内的油墨从喷嘴孔3b向外部喷出。另外，上述脉冲电压的下降使压电体层2a伸长，压电元件2回复原来状态。这时，油墨通过供给油墨用的流路3a，从油墨供给室3c充填至油墨室5内。

其次，根据图5A-图5D和图6A-图6C来说明上述油墨喷射头H的制造方法的大致步骤。以下的制造方法可以一次制造多个油墨喷射头H。

首先，如图5A所示，在硅制成的基板11上，利用溅射法顺序形成个别电极层2b，压电体层2a和振动板层2c的膜，再按这个顺序，将个别电极层2b，压电体层2a和振动板层2c层叠起来，形成层叠体12。

接着，如图5B所示，在与上述层叠体12的基板11相对的表面(上表面)上形成型模13。该型模13的图形与油墨室构件1的油墨室用孔1a的位置相对应。具体地说，在层叠体12的上表面上，利用旋转涂层法涂上感光性抗蚀剂，然后在将掩模板安装在该抗蚀剂上的状态下，利用曝光机曝光，再用显象液形成由抗蚀剂构成图形的型模13。另外，型模13也可以用抗蚀剂以外的材料构成，但从容易而且高精度地在层叠体12上形成图形化的型模13这点来看，用抗蚀剂构成较好。

其次，在除去上述层叠体12的上表面上不存在上述型模13的部分上的自然氧化层以后，如图5C所示，在层叠体12的上表面上不存在型模13的部分上，形成核形成辅助材料含有层2d。可以将层叠体12的上表面浸渍在含有核形成辅助材料的溶液中，来形成该核形成辅助材料含有层2d。

然后，在该核形成辅助材料含有层2d上，利用非电解镀层法形成油墨室构件1。即：将上述层叠体12放入Ni镀层槽中，在层叠体12的上表面上不存在上述型模13的部分上，通过核形成辅助材料含有层2d，利用非电解镀层法，形成油墨室用孔1a的侧壁1b(参见图5C)。这时，在核形成辅助材料含有层2d中的核形成辅助材料，为对镀层材料的还原反应有催化作用的金属的情况下，利用该金属作为催化剂的作用，镀层材料在该核形成辅助材料含有层2d的表面上析出，成为核，利用该核可使镀层成长。另一方面，在核形成辅助材料为比镀层材料离子化倾向大的金属的情况下，在非电解镀层的初期，离子化倾向大的金属溶解析出；另一方面，通过与该金属的置换反应，使镀层材料在核形成辅助材料含有层2d的表面上析出，成为核。利用该核可使镀层成长。

接着，如图5D所示，利用干蚀刻法除去上述型模13，形成油墨室用孔1a。这样，通过核形成辅助材料含有层2d，在层叠体12的上表面上，形成油墨室构件1。

其次，如图6A所示，利用蚀刻液(KOH溶液)，除去上述基板11。另外，可以使用利用SF₆或CF₄，C₄F₈，Cl₂等的干蚀刻代替这种湿蚀刻，也可将湿蚀刻和干蚀刻组合。需要时，如果在个别电极层2b上蚀刻停止，也可除去基板11。

又如图6B所示，利用粘接剂，使预先作出喷嘴孔3b等的多个喷嘴板3接合在与上述油墨室构件1的上述层叠体12相对一侧的表面上；同时，通过与油墨室用孔1a的位置对应，形成个别电极层2b的图形，则可形成多个油墨喷射头H的规定形状的压电元件2。另外，喷嘴板3的接合和形成个别电极层2b的图形，哪一个先进行都可以。在将喷嘴板3与油墨室构件1接合后，除去基板11，然后再形成个别电极层2b的图形也可以。

接着，如图6C所示，进行分割，形成规定形状的油墨喷射头H，可以同时得到多个油墨喷射头H。

因此，在上述实施例1中，由于在用非电解镀层法在压电元件2的油墨室构件1一侧的表面上形成该油墨室构件1时，可以利用含有用于辅助该镀层成长的核形成的材料的、核形成辅助材料含有层2d构成压电元件2的油墨室构件1一侧表面的一部分，在该核形成辅助材料含有层2d上，可用非电解镀层法形成油墨室构件1，因此，不需要利用粘接剂，可以直接在压电元件2上形成油墨室构件1；同时，与电铸法比较，油墨室构件1的厚度均匀。结果，一次可以制造多个油墨喷射头H，而且油墨输出特性没有偏差，生产率可提高。另外，可以用杨氏模量大的材料(Ni)制造油墨室构件1，可以抑制交调失真现象的发生。另外，用非电解镀层法制造的油墨室构件1，比用电解镀层法制造的油墨室构件碱性强，而且热膨胀系数低(13～14.5微米/m·℃)。这样，对于通常因含磷而呈碱性的油墨，可提高耐受性，同时，可以抑制因温度变化引起的油墨输出特性变化。另外，热处理可以提高油墨室构件1的硬度(杨氏模量)(热处理前的硬度，与用电解镀层法形成的相同，Hv为550～600)。这样，压电元件2动作时，油墨室构件1难变形，可以可靠地抑制交调失真现象的发生，使油墨输出特性稳定。

在上述实施例1中，在层叠体12的上表面上，与油墨室构件1的油墨室用孔1a的位置对应，形成型模13的图形，以形成油墨室构件1。但也可以不形成型模13，而形成油墨室构件1。即：在形成层叠体12时，除了上述个别电极层2b，压电体层2a和振动板层2c以外，利用溅射法，在振动板层2c上形成核形成辅助材料含有层2d的膜，利用该含有核形成辅助材料层2d构成整个层叠体12的上表面，再通过蚀刻该核形成辅助材料含有层2d，形成与油墨室构件1的油墨室用孔1a以外的位置相对应的图形，然后再将该层叠体12放入镀层槽中。在这种情况下，在核形成辅助材料含有层2d的下侧的层(在这里为振动板层2c)上，如果不含有核形成辅助材料，则该层上镀层不成长，只在核形成辅助材料含有层2d上，有镀层成长。因此，在上述图形化的核形成辅助材料含有层2d上，可以用非电解镀层法形成油墨室用孔1a的侧壁1b。这样，即使没有型模13，也可形成油墨室构件1。

(实施方式2)

图7表示本发明的实施例2(与图1～图3相同的部分用相同的符号表示，省略其详细说明)，利用核形成辅助材料含有层2d构成压电元件2的油墨室构件1的全部表面。

即：在实施例2中，核形成辅助材料含有层2d没有图形化，而是覆盖振动板层2c的油墨室构件1的全部表面，在该核形成辅助材料含有层2d上，用非电解镀层法形成油墨室构件1。

在制造这种油墨喷射头H时，首先，如图8A所示，在基板11上用溅射法顺序形成个别电极层2b、压电体层2a、振动板层2c和核形成辅助材料含有层2d的膜，再形成按顺序将个别电极层2b、压电体层2a、振动板层2c和核形成辅助材料含有层2d层叠构成的层叠体12。即：用含有核形成辅助材料2d构成与层叠体12的基板11相反一侧的整个表面。

接着，与上述实施例1相同，在与上述层叠体12的基板11相反一侧的表面上(核形成辅助材料含有层2d上)，与油墨室构件1的油墨室用孔1a的位置对应，形成图形化的型模13(参见图8B)。然后，在层叠体12的上面不存在型模13的部分上，用非电解镀层法形成油墨室用孔1a的侧壁1b(参见图8C)，再利用干蚀刻法除去上述型模13，形成油墨室用孔1a(参见图8D)。

其次，与上述实施例1相同，除去基板11，然后，使喷嘴板3与油墨室构件1的层叠体12的相反一侧的表面接合；同时，形成与油墨室用孔1a的位置对应的个别电极层2b的图形，最后，分割成给定形状的油墨喷射头H。

因此，利用实施例2，容易利用溅射法制造核形成辅助材料含有层2d，可以更加降低油墨喷射头H的制造成本。

(实施方式3)

图9表示本发明的实施例3。振动板层2c可以兼作核形成辅助材料含有层2d。

即：在实施例3中，振动板层2c中含有核形成辅助材料，该振动板层2c兼作核形成辅助材料含有层2d。压电元件2的油墨室构件1的全部表面，利用兼作核形成辅助材料含有层2d的振动板层2c构成。

在制造这种油墨喷射头H时，首先，在基板11上，利用溅射法，顺序形成个别电极层2b，压电体层2a和振动板层2c的膜，再形成由个别电极层2b、压电体层2a、振动板层2c顺序层叠构成的层叠体12。在用溅射法形成振动板层2c时，该层含有核形成辅助材料。这样，可用因含有核形成辅助材料而兼作核形成辅助材料含有层2d的振动板层2c，构成与层叠体12的基板11相反一侧的整个表面。

接着，与上述实施例1、2相同，在与上述层叠体12的基板11相反一侧的表面上(振动板层2c上)，与油墨室构件1的油墨室用孔1a的位置对应，形成图形化的型模13。然后，在层叠体12的上表面没有型模13的部分上，用非电解镀层法形成油墨室用孔1a的侧壁1b，再用干蚀刻法除去上述型模13，形成油墨室用孔1a。

其次，与上述实施例1、2相同，除去基板11，然后，使喷嘴板3与油墨室构件1的层叠体12相反的一侧的表面接合，同时，形成与油墨室用孔1a的位置对应的个别电极层2b的图形，最后分割成给定形状的油墨喷射头H。

因此，利用实施例3，没有必要单独设置核形成辅助材料含有层2d，可使油墨喷射头H的制造成本更降低。

本发明除了上述的油墨喷射头以外，还可广泛用于与该油墨喷射头结构相同的喷出液体的液体喷出头，例如：为了制造生物芯片，而将DNA或蛋白质等生物高分子溶液喷射在基板上的喷出头；为了制造线路基板，将金属胶体溶液喷出的喷出头；为了制造显示器，而喷出有机半导体溶液的喷出头；和为了制造薄膜回路用的电容器和电阻，而喷出电介质溶液的喷出头等。

下面，具体地来说明实施例的实施。

(实施例1)

在这个实施例1中，用与上述实施例1相同的方法，制造与上述实施例1相同的油墨喷射头。

具体是这样：首先在直径为4英寸的硅基板上，用溅射法形成作为个别电极层的厚度为0.1微米的Pt膜。这时，为了提高与基板的粘着性，成膜时的基板温度取为400℃，处理压力取为0.5Pa，高频电力为100W。

另外，在上述个别电极层上，作为压电体层，用溅射法形成Zr和Ti的组成比Zr/Ti＝53/47的、厚度为2微米的PZT膜。这时，取成膜时的基板温度为600℃，处理压力为0.4Pa，高频电力为300W。

接着，在上述压电体层上，用溅射法形成作为振动板层(兼作共用电极层)的，厚度为5微米的Cu膜。这时，取成膜时的基板温度为100℃，处理压力为1Pa，高频电力为400W。这样，在基板上得到层叠体。

其次，在上述层叠体的振动板层上，用旋转涂层器进行旋转涂层，(转数为2000rpm)形成厚度为50微米的感光性抗蚀剂(商品名为SU-850，MICRO CHEM公司制)，并进行软焙烘(soft bake)(65℃×6分钟，95℃×20分钟)。然后，在16mW/cm²的曝光机上对上述抗蚀剂曝光(30秒)，形成油墨室用孔形状。在进行后曝光焙烘(post expose bake)(65℃×2分钟，95℃×5分钟)后，进行显影(显影时间6分钟)，这样形成高度为50微米，长度为2毫米，宽度为35微米的型模。

接着，在用HCl除去在上述振动板层表面上不存在上述型模部分的自然氧化层后，将振动板层表面浸入含有PdCl₂的水溶液中，在振动板层表面上形成由PdCl₂构成的核形成辅助材料含有层。

然后，将上述层叠体放入加热至90℃的Ni(商品名为Ni701，日本高纯度化学公司制造)的镀层槽中，通过调整镀层的浓度并保持2小时，则可在层叠体上没有上述型模的部分上，通过核形成辅助材料含有层，形成非电解镀层(油墨室用孔的侧壁1b)。这时，由于核形成辅助材料含有层的Pd作为催化剂而作用，镀层材料(Ni)在核形成辅助材料含有层的表面上析出，成为核。Ni镀层从该表面开始成长。

以后，使用在O₂中加入20％CF₄的蚀刻气体，用干蚀刻法除去型模，形成油墨室用孔，这样，可得到用非电解镀层构成的油墨室构件。另外，为了提高杨氏模量，在400℃下对该油墨室构件进行1小时的热处理。

在对包含与硅基板的周边边缘相当的部分以及与中心部分相当的部分的全体进行，测定上述油墨室构件的厚度时，为30微米±1微米。在与硅基板的周边边缘相当的部分，和与中心部分相当的部分上，几乎没有厚度差。

接着，用温度为80℃浓度为40重量％的KOH溶液，进行5小时的蚀刻，完全除去硅基板。另外，利用环氧树脂，将用不锈钢板制成的喷嘴板，粘接在与上述油墨室构件的上述层叠体相反一侧的表面上，然后，形成个别电极层的图形。

在形成上述图形后，将油墨充入油墨室中，将频率为20kHz，最大电压为20V脉冲电压加在个别电极层和振动板层之间，从喷嘴孔喷出油墨，测定油墨的喷出速度。与硅基板的周边边缘相当的部分，和与中心部分相当的部分上的喷出速度差在3％以内。

另外，连续10天将频率为20kHz，最大电压为20V的脉冲电压加在个别电极层和振动板层之间，完全没有发现油墨喷出不良和输出性能降低。

另外，当与油墨室构件由硅制成的喷出头比较时，这种喷出头的交调失真程度比用硅制成的喷出头低，每1英寸的喷嘴数都为360个。

(实施例2)

在实施例2中，每1英寸的喷嘴数为上述实施例1的二倍，即720个(油墨室构件的侧壁宽度为17.5微米)，其他与实施例1相同。

连续10天将频率为20kHz，最大电压为20V的脉冲电压加在这个油墨喷出头的压电元件的个别电极层和振动板层之间，完全没有发现油墨室构件的油墨室用孔的侧壁脆性破坏，振动板层和油墨室构件剥离，也未发现油墨喷出不良或输出性能降低。

(实施例3)

在实施例3中，用与实施例2相同的方法制造与实施例2相同的油墨喷出头。这时，核形成辅助材料含有层用Pd制成；个别电极层2b，压电体层2a和振动板层2c一起，都用溅射法形成。另外，与上述实施例1一样，为了提高杨氏模量。在400℃下对油墨室构件进行1小时的热处理。每1英寸中的喷嘴数为360个。这样，可得到输出性能与上述实施例1相同的油墨喷出头。

另外，在核形成辅助材料含有层用Ni或Fe(与Pd同样，是对Ni镀层材料的还原反应有催化作用的金属)制成的情况下，和用Ti、Mg、Al或Zn(比镀层材料离子化倾向大的金属)制成的情况下，都可得到输出特性与上述实施例1相同的油墨喷出头。

(实施例4)

在实施例4中，用与实施例3相同的方法制造与实施例3相同的油墨喷出头。这时，振动板层用Cu和Pd的合金(Pd含量为5原子％)制成。

具体的是：与上述实施例1相同，在直径为4英寸的硅基板上，用溅射法依次形成个别电极层和压电体层，再在压电体层上，用溅射法形成振动板层(兼作共用电极层和核形成辅助材料含有层)。该振动板层的厚度和成膜条件与上述实施例1相同。这样，由于含有核形成辅助材料(Pd)，因此，与基板相反一侧的整个表面上，可得到由兼作核形成辅助材料含有层的振动板层构成的层叠体。

接着，与上述实施例1相同，在上述层叠体的振动板层上，形成高度为50微米，长度为2毫米，宽度为35微米的型模。另外，在用HCl除去上述振动板层表面上不存在上述型模的部分上的自然氧化层后，将层叠体放入加热至90℃的Ni镀层槽中，通过调整镀层的浓度，并保持2小时，在与层叠体的基板相反一侧的表面上，没有上述型模的部分上，形成非电解镀层(油墨室用孔的侧壁)。这时，由于在振动板层表面上存在的Pd作为催化剂起作用，镀层材料(Ni)在振动板层表面上析出，成为使镀层成长的核。因此，Ni镀层从该表面开始成长。

以后，与上述实施例相同，得到油墨喷出头。在这个油墨喷出头中，也与上述实施例1一样，油墨室构件的厚度为30微米±1微米，在与硅基板的周边边缘相当的部分，和与中心部分相当的部分上，几乎没有厚度差。另外，将油墨充入油墨室中，将频率为20kHz，最大电压为20V的脉冲电压加在个别电极层和振动板层之间，从喷嘴孔喷出油墨，测定油墨的喷出速度。结果，与硅基板的周边边缘相当的部分，和与中心部分相当的部分上的输出速度差在3％以内。

另外，在上述振动板层用Cu和Ni或Fe的合金构成，而不是用Cu和Pd的合金构成的情况下，也可得到与用Cu和Pd合金构成的情况相同的结果。

(实施例5)

在这个实施例5中，振动板层用Pt和Ti(比Ni镀层材料的离子化倾向大的金属)的合金(Ti原子含量为5％)制成这一点，与上述实施例4不同。即：在实施例5中，当在与层叠体的基板相反一侧的表面上没有模的部分上，形成非电解镀层(油墨室用孔的侧壁)时，由于在振动板层表面上存在的Ti，比镀层材料(Ni)的离子化倾向大，因此在非电解镀层初期，Ti溶解析出；另一方面，由于与Ti的置换反应，Ni在振动板层表面上析出，成为使镀层成长的核。这种核可使镀层成长。

在这个油墨喷出头中，也与上述实施例1一样，油墨室构件的厚度为30微米±1微米；在与硅基板的周边边缘相当的部分，和与中心部分相当的部分上，几乎没有厚度差。另外，将油墨充入油墨室中，将频率为20kHz，最大电压为20V的脉冲电压加在个别电极层和振动板层之间，从喷嘴孔喷出油墨，测定油墨的喷出速度。结果，与硅基板的周边边缘相当的部分，和与中心部分相当的部分上的输出速度差在3％以内。

另外，在用Pt和Mg、Al或Zn的合金，而不用Pt和Ti的合金制造上述振动板层的情况下，也可得到与用Pt和Ti合金制造的情况同样的结果。

(实施例6)

在实施例6中，如上述实施例2那样，每1英寸中的喷嘴数为上述实施例4或5中的2倍，即720个(油墨室构件的侧壁宽度为17.5微米)，其他与上述实施例4或5相同。

连续10天将频率为20kHz，最大电压为20V的脉冲电压加在这个油墨喷出头的压电元件的个别电极层和振动板层之间，完全没有发现油墨室构件的油墨室用孔的侧壁脆性破坏，振动板层和油墨室构件剥离，也未发现油墨喷出不良或输出性能降低。

(比较例)

作为比较例，油墨室构件不用非电解镀层法，而用电解镀层法形成，这样来制造油墨喷出头。

具体地，与上述实施例1相同，在4英寸硅基板上形成层叠体，然后，在该层叠体的振动板层上形成高度为50微米，长度为2毫米，宽度为35微米的型模。

接着，在用HCl除去在振动板层表面上没有上述型模部分的自然氧化层后，将层叠体放入加热至50℃的Ni镀层槽中，进行电解镀层。通过一边调整镀层浓度一边通电1小时，形成电解镀层。

然后，与上述实施例1相同，用干蚀刻法除去型模，形成油墨室用孔，这样得到由电解镀层材料构成的油墨室构件。测定该油墨室构件的厚度为30微米±10微米，在相当于硅基板的周边边缘的部分，和相当于中心部分的部分上，有相当大的厚度差。

其次，与上述实施例1相同，除去硅基板，将喷嘴板粘接在与油墨室构件的层叠体相反一侧的表面上，形成个别电极层的图形。

在上述图形化完毕后，将油墨充入油墨室中，在个别电极层和振动板层之间加上电压，从喷嘴孔喷出油墨，测定油墨的喷出速度。结果，在与硅基板的周边边缘相当的部分，和与中心部分相当的部分上，有10％的输出速度差。

因此，当用电解镀层法形成油墨室构件时，油墨室构件的厚度偏差大。结果，在使用如4英寸硅基板这样的大面积基板，同时形成多个油墨喷出头的情况下，油墨喷出头之间的油墨输出特性有偏差。然而，如上述实施例1-6那样，如果利用非电解镀层法形成油墨室构件，则油墨室构件的厚度均匀，可以抑制在油墨喷出头之间的油墨输出特性的偏差。

Claims (14)

1.一种液体喷出头，它具有收容液体的液体室和压电元件，该压电元件由含有压电体层、电极层和振动板层的多个层层叠而成，当该压电元件在所述层叠方向变形时，会使所述液体室的容积减少，由此将该液体室内的液体喷出，其特征为，

在所述压电元件的层叠方向的一侧，设置有由非电解镀层材料制成的液体室构件，该构件的用于构成所述液体室的液体室用孔的口在该压电元件一侧和与压电元件相反一侧的表面上，

所述压电元件的所述液体室构件一侧的整个表面由含有辅助核形成的材料的核形成辅助材料含有层构成，所述辅助核形成的材料用于通过非电解镀层法在该面上形成该液体室构件时的该镀层成长。

2.如权利要求1所述的液体喷出头，其特征为，所述核形成辅助材料为对镀层材料的还原反应有催化作用的金属。

3.如权利要求2所述的液体喷出头，其特征为，镀层材料为Ni，对所述镀层材料的还原反应有催化作用的金属为选自Ni、Fe和Pd中的至少一种。

4.如权利要求1所述的液体喷出头，其特征为，所述核形成辅助材料为离子化倾向比镀层材料大的金属。

5.如权利要求4所述的液体喷出头，其特征为，镀层材料为Ni，所述离子化倾向比镀层材料大的金属为选自Ti、Mg、Al和Zn中的至少一种。

6.如权利要求1所述的液体喷出头，其特征为，振动板层中含有核形成辅助材料，所述振动板层兼作核形成辅助材料含有层。

7.一种液体喷出头的制造方法，该液体喷出头具有收容液体的液体室和压电元件，该压电元件由含有压电体层、电极层和振动板层的多个层层叠而成，当该压电元件在所述层叠方向变形时，会使所述液体室的容积减少，由此将该液体室内的液体喷出，其特征为，该方法包括下列工序：

在基板上，至少将所述压电体层、电极层和振动板层层叠，形成层叠体的层叠体形成工序；

在所述层叠体的与基板相反一侧的表面上，形成由非电解镀层材料制成液体室构件的工序，该构件的用于构成所述液体室的液体室用孔，口朝着该层叠体一侧和与层叠体相反一侧的表面开；和

在所述液体室构件形成工序后，除去所述基板的基板除去工序；

在所述层叠体形成工序中，用含有辅助核形成的材料的核形成辅助材料含有层构成所述层叠体的与基板相反一侧的整个表面，所述辅助核形成的材料用于通过非电解镀层法形成所述液体室构件时的该镀层成长，

然后，在所述液体室构件形成工序中，在所述层叠体的与基板相反一侧的表面上，用非电解镀层法形成所述液体室构件。

8.如权利要求7所述的液体喷出头的制造方法，其特征为，液体室构件形成工序具有下列工序：

在层叠体的与基板相反一侧的表面上，形成与液体室构件的液体室用孔位置相对应的图形化模的模形成工序；

在所述层叠体的与基板相反侧的表面上不存在所述模的部分上，用非电解镀层法形成液体室构件的液体室用孔的侧壁部的侧壁部形成工序；以及

在所述侧壁部形成工序后，除去所述模，形成液体室用孔的液体室用孔形成工序。

9.如权利要求8所述的液体喷出头的制造方法，其特征为，在模形成工序中，利用感光性抗蚀剂形成模。

10.如权利要求7所述的液体喷出头的制造方法，其特征为，所述核形成辅助材料为对镀层材料的还原反应有催化作用的金属。

11.如权利要求10所述的液体喷出头的制造方法，其特征为，镀层材料为Ni，对所述镀层材料的还原反应有催化作用的金属为选自Ni、Fe和Pd中的至少一种。

12.如权利要求7所述的液体喷出头的制造方法，其特征为，所述核形成辅助材料为离子化倾向比镀层材料大的金属。

13.如权利要求12所述的液体喷出头的制造方法，其特征为，镀层材料为Ni，所述离子化倾向比镀层材料大的金属为选自Ti、Mg、Al和Zn中的至少一种。

14.如权利要求7所述的液体喷出头的制造方法，其特征为，在层叠体形成工序中，利用因含有核形成辅助材料而兼作核形成辅助材料含有层的振动板层，构成层叠体的与基板相反一侧的整个表面。

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