(57)【要約】【課題】インクジェットヘッドの駆動部を薄型化することができ、それによって、インクジェットヘッドの駆動電圧を低減でき、周波数特性を改善させることができ、それぞれ分離された駆動部を有するインクジェットヘッドを製造することができ、また、クロストークを低減でき、それによって、インクジェットヘッドの吐出特性を改善させることができるインクジェットヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、チャンバの位置に対応して圧電体の一面を区画する分離溝を形成する工程と、分離溝に充填材を充填する工程と、チャンバが形成されたインクジェットヘッドの一面に圧電体の一面を接合する工程と、充填材が露出するように圧電体の他面を研磨する工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
2010111113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを収容する複数のチャンバを含むインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記チャンバの位置に対応して圧電体の一面を区画する分離溝を形成する工程と、
前記分離溝に充填材を充填する工程と、
前記チャンバが形成された前記インクジェットヘッドの一面に前記圧電体の一面を接合する工程と、
前記充填材が露出するように前記圧電体の他面を研磨する工程と、
を含むインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記接合する工程の前に、
前記インクジェットヘッドの一面に、前記圧電体を収容する固定溝を形成する工程と、
前記圧電体を前記固定溝に挿入する工程と、
をさらに含む請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記固定溝を形成する工程は、
前記インクジェットヘッドの一面をエッチングすることによって実行されることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記インクジェットヘッドの一面は、
酸化膜の両面にシリコンが接合されたＳＯＩ基板によって形成されることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記研磨する工程の後に、
前記充填材を除去する工程をさらに含む請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記充填材を除去する工程が、
前記充填材をエッチングすることによって実行されることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記接合する工程の前に、
前記インクジェットヘッドの一面に導電層を形成する工程をさらに含む請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタは、電気的信号を物理的力に変換してノズルを介してインク液滴を吐出することにより印刷を行う装置である。インクジェットヘッドは、チャンバ、リストリクタ、ノズル、及び圧電体などの多様な構成要素を相応の層に加工し、これらの層を互いに接合する方式で製作することができる。
【０００３】
このようなインクジェットヘッド技術は、従来の紙や繊維に印刷するグラフィックインクジェット産業分野だけでなく、最近では、プリント基板、ＬＣＤパネルなどの電子部品の製作にも使用されるなど、その用途が拡大されてきている。
【０００４】
しかし、従来のグラフィックプリント技術に比べて、電子部品用インクジェットプリント技術には、機能性インクをより正確かつ精度よく吐出しなければならないことから、従来のインクジェットヘッドには要求されなかった機能が要求される。具体的には、基本的な要求は、吐出液滴のサイズ及び速度の偏差などについてのものであり、それ以外にも生産量を増加させるための高密度のノズル及び高周波数の特性が要求される。
【０００５】
このような要求に応えるためには、インクジェットヘッドの駆動部である圧電体の性能改善が求められる。インクジェットヘッドにおける駆動部の製作は、焼結前のセラミック振動板上に、粉末状の圧電体をポリマーバインダー（polymer binder）と一定割合で混合して粘性を持たせた後に、これをスクリーンプリントしてパターニングした後、同時に焼成することにより製作する方法と、圧電体の焼結温度以上の融点を有する材質の振動板上に、スクリーンプリントするなどで圧電体をパターニングして焼結させることにより製作する方法がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このように製作された駆動部は、材料内部のピンホール（Pin hole）などの欠陷のため、その性能が低下したり、上部及び下部電極の形成時に電気的接続に欠陥が生じたりすることがあった。
【０００７】
また、これらの方法では、駆動部として機能する圧電体を１００μｍ以下に加工することが困難であり、圧電体の外郭形状が崩れやすくなって圧電体接合時の位置がずれるという問題があった。
【０００８】
こうした従来技術の問題点を解決するために、本発明は、クロストーク（crosstalk）を低減でき、かつ薄型化が可能なインクジェットヘッドの駆動部の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、インクを収容する複数のチャンバを含むインクジェットヘッドの製造方法であって、チャンバの位置に対応して圧電体の一面を区画する分離溝を形成する工程と、分離溝に充填材を充填する工程と、チャンバが形成されたインクジェットヘッドの一面に圧電体の一面を接合する工程と、充填材が露出するように圧電体の他面を研磨する工程と、を含むインクジェットヘッドの製造方法が提供される。
【００１０】
ここで、インクジェットヘッドの製造方法は、接合する工程の前に、インクジェットヘッドの一面に圧電体を収容する固定溝を形成する工程と、圧電体を固定溝に挿入する工程と、をさらに含むことができる。固定溝を形成する工程は、インクジェットヘッドの一面をエッチングすることにより実行することができ、インクジェットヘッドの一面は、酸化膜の両面にシリコンが接合されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板によって形成することができる。
【００１１】
また、インクジェットヘッドの製造方法は、研磨する工程の後に、充填材を除去する工程をさらに含むことができ、充填材を除去する工程は、充填材をエッチングすることにより実行することができる。
【００１２】
なお、インクジェットヘッドの製造方法は、接合する工程の前に、インクジェットヘッドの一面に導電層を形成する工程をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、インクジェットヘッドの駆動部を薄型化することができ、それによって、インクジェットヘッドの駆動電圧を低減し、周波数特性を改善させることができる。
【００１４】
また、それぞれ分離された駆動部を有するインクジェットヘッドを製造することができ、それによって、クロストークを低減し、インクジェットヘッドの吐出特性を改善させることができる。
【００１５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドを示す側断面図である。
【図２】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドを示す正断面図である。
【図３】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの一部を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの一部を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの一部を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの一部を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの一部を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの一部を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの一部を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の特徴及び利点を以下の図面と発明の実施例により明確にする。しかし、以下の実施例は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施例の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
本発明によるインクジェットヘッドの製造方法の実施例を、添付図面を参照して詳細に説明するに当たって、互いに同一または互いに対応する構成要素には同一の図面符号を付し、これに対する重複説明は省略する。
【００１９】
図１は本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００を示す側断面図である。図１に示すように、インクジェットヘッド１００は、リザーバ１１１、リストリクタ１１３、チャンバ１１４、メンブレイン１１５、及びノズル１１６などを含むことができる。
【００２０】
リザーバ１１１はインクを収容しており、後述するリストリクタ１１３を介してチャンバ１１４にインクを供給する。リザーバ１１１は、流入口１１２を介してインクジェットヘッド１００の外部からインクの供給を受けることができる。流入口１１２は、チャンバ１１４と共に第３プレート３０に形成することができ、リザーバ１１１は第２プレート２０に形成することができる。
【００２１】
リストリクタ１１３は、リザーバ１１１と後述するチャンバ１１４とを連結させ、リザーバ１１１からチャンバ１１４までインクを供給するチャンネルとして機能することができる。リストリクタ１１３はリザーバ１１１と共に第２プレート２０に形成することができる。
【００２２】
リストリクタ１１３は、リザーバ１１１よりも小さな断面積を有するように形成され、後述する駆動部２００によりチャンバ１１４に圧力が加えられた時に、リザーバ１１１からチャンバ１１４に供給されるインクの流れを制御することができる。
【００２３】
チャンバ１１４の一端はリストリクタ１１３と連結され、その他端はノズル１１６と連結されている。チャンバ１１４は、インクジェットヘッド１００の内部に形成されインクを収容し、その上面はメンブレイン１１５で覆われている。
【００２４】
図２は本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００を示す正断面図である。図２に示すように、複数のチャンバ１１４は、インクジェットヘッド１００の内部で長手方向に形成することができる。それに従って、上述したリザーバ１１１も長手方向に延びるように複数形成することができ、リストリクタ１１３もそれぞれのチャンバ１１４とリザーバ１１１との間に形成することができる。
【００２５】
ノズル１１６は、それぞれのチャンバ１１４の他端に結合され、チャンバ１１４に収容されるインクをインクジェットヘッド１００の外部に吐出させる通路として機能することができる。ノズル１１６は第１プレート１０に形成することができる。
【００２６】
チャンバ１１４の位置に対応させて、インクジェットヘッド１００の一側面、すなわちメンブレイン１１５の上面に駆動部２００を結合することができる。駆動部２００は、圧電体１９０と、圧電体１９０に電気的に接続され、圧電体１９０の下面に結合されている下部電極６００と、圧電体１９０に電気的に接続され、圧電体１９０の上面に結合されている上部電極（図示せず）と、を含むことができる。
【００２７】
駆動部２００は振動を発生させ、この振動をメンブレイン１１５を介してチャンバ１１４に伝達することにより、チャンバ１１４に圧力を加えることができる。メンブレイン１１５は第４プレート４０に形成することができる。
【００２８】
上述したノズル１１６、チャンバ１１４、リストリクタ１１３、及びリザーバ１１１を含むインクジェットヘッド１００は、それぞれの構成要素が形成されている第１プレート１０、第２プレート２０、第３プレート３０、及び第４プレート４０を積層することで形成することができる。第１プレート１０、第２プレート２０、第３プレート３０、及び第４プレート４０は、シリコン基板とすることができる。以下、本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００の製造方法を説明する。
【００２９】
図３は本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００の製造方法を示すフローチャートである。図３に示すように、本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００の製造方法は、インクジェットヘッド１００の一面をエッチングして圧電体７００を収容する固定溝５００を形成する工程（ステップＳ１００）と、インクジェットヘッド１００の一面に導電層６００を形成する工程（ステップＳ２００）と、チャンバ１１４の位置に対応して圧電体７００の一面を区画する分離溝７１０を形成する工程（ステップＳ３００）と、分離溝７１０に充填材７１２を充填する工程（ステップＳ４００）と、圧電体７００を固定溝に挿入する工程（ステップＳ５００）と、チャンバが形成されたインクジェットヘッド１００の一面に圧電体７００の一面を接合する工程（ステップＳ６００）と、充填材７１２が露出するように圧電体７００の他面を研磨する工程（ステップＳ７００）と、充填材をエッチングして除去する工程（ステップＳ８００）と、を含むことにより、インクジェットヘッド１００の駆動部２００を薄型化することができ、その結果、インクジェットヘッド１００の駆動電圧を低減し、周波数特性を改善させることができる。また、それぞれ分離された駆動部２００を有するインクジェットヘッド１００を製造することができ、その結果、クロストークを低減し、インクジェットヘッド１００の吐出特性を改善させることができる。
【００３０】
図４から図１１は本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００の一部を示す断面図である。図４から図１１では、本実施例を分かりやすく示すために、第１プレート１０及び第２プレート２０の図示を省略している。
【００３１】
図４に示すように、インクジェットヘッド１００の第４プレート４０はＳＯＩ基板から形成することができる。このＳＯＩ基板は、ＳｉＯ２からなる酸化膜４５の両面にシリコンが接合されている基板である。
【００３２】
酸化膜４５は、後述する固定溝５００をエッチングにより形成する工程において、エッチングの程度を調節できるエッチング停止層（etching stop layer）として機能することができる。したがって、酸化膜４５は、ＳＯＩ基板の下面からメンブレイン１１５の厚さだけ離隔して形成することができる。
【００３３】
ステップＳ１００で、図５に示すように、インクジェットヘッド１００の一面をエッチングして圧電体７００を収容する固定溝５００を形成する。固定溝５００は、後で圧電体７００が挿入される空間として形成される。固定溝５００に挿入される圧電体７００は、インクジェットヘッド１００と所定の位置関係を容易に維持することができる。これにより、後のインクジェットヘッド１００の一面を研磨（polishing）する工程において、安定した研磨が可能となって研磨品質が向上し、圧電体７００の研磨厚さの制御が容易となって駆動部２００の薄型化を実現することができる。
【００３４】
第４プレート４０は、エッチング停止層である酸化膜４５が介在されているＳＯＩ基板であるため、第４プレート４０をエッチングする工程において、エッチング停止層によって均一なエッチング面を得ることができる。
【００３５】
第４プレート４０において、チャンバ１１４に対応する位置でエッチングされずに残存する部分はメンブレイン１１５となる。したがって、ＳＯＩ基板を用いることにより均一な厚さのメンブレイン１１５を得ることができ、その後の、圧電体１９０とチャンバ１１４との間の隔離距離を一定にすることができる。よって、駆動部２００の位置合わせの精度を向上させることができる。
【００３６】
次に、ステップＳ２００で、図６に示すように、インクジェットヘッド１００の一面に導電層６００を形成する。ここで、インクジェットヘッド１００のこの一面は、固定溝５００が形成されている第４プレート４０の一面とすることができる。導電層６００は、第４プレート４０の一面にスパッタリング（Sputtering）などの方法で形成することができる。導電層６００は、圧電体１９０との電気的接続のために形成されるものであって、共通電極として用いられる下部電極であってもよい。
【００３７】
ステップＳ３００で、図７に示すように、チャンバ１１４の位置に対応させて圧電体７００の一面を区画する分離溝７１０を形成する。圧電体７００は、所定の形態を有するように、焼結されたバルク（bulk）形態であってよい。
【００３８】
本実施例によるインクジェットヘッド１００の製造方法では、バルク形態を有する圧電体７００を用いることにより、圧電体７００をパターニングして焼結する過程における圧電体７００内部のピンホール（pin hole）などの欠陷による性能低下を防止することができる。
【００３９】
圧電体７００のこの一面は、固定溝５００に挿入されメンブレイン１１５と対向する面とすることができる。分離溝７１０は、チャンバ１１４の位置に対応して圧電体７００が区画されるように形成でき、その形態はチャンバ１１４の位置や形状に応じて変更可能である。
【００４０】
分離溝７１０の深さは、形成される圧電体１９０の厚さよりも大きく形成して、隣り合う圧電体１９０が互いに分離されるようにする。分離溝７１０は、圧電体７００の一面を機械的に切削するダイシング（dicing）工程により形成可能である。
【００４１】
次に、ステップＳ４００で、図８に示すように、分離溝７１０に充填材７１２を充填する。これは、インクジェットヘッド１００の製造工程中に分離溝７１０に異物が挿入されることを防止するためであり、特に、圧電体７００を固定溝５００に接合させる際に、これらの間に介在される接着剤が分離溝７１０に充填されることを防止するためである。
【００４２】
充填材７１２は粉末状であってもよく、バインダーと混合して圧電体７００の一面に塗布することにより分離溝７１０に充填することができる。その後、充填されずに、圧電体７００の一面上に残存した充填材７１２を除去し、分離溝７１０に充填されている充填材７１２を硬化させることにより本工程を実行することができる。充填材７１２としてはポリマーなどを使用できる。
【００４３】
次に、ステップＳ５００で、図９に示すように、圧電体７００を固定溝５００に挿入する。具体的には、分離溝７１０が形成された圧電体７００の一面と固定溝５００の底面とが対向するように固定溝５００に挿入する。
【００４４】
次に、ステップＳ６００で、チャンバ１１４が形成されたインクジェットヘッド１００の一面に圧電体７００の一面を接合する。インクジェットヘッド１００のこの一面は、第４プレート４０によって構成され、結局、圧電体７００は第４プレート４０に接合されることになる。
【００４５】
圧電体７００は接着剤を用いて第４プレート４０に接合してもよく、この場合、上述した圧電体７００を固定溝５００に挿入する工程の前に、固定溝５００に接着剤を塗布する工程をさらに含むことができる。
【００４６】
次に、ステップＳ７００で、図１０に示すように、充填材７１２が露出するように圧電体７００の他面を研磨する。圧電体７００の一面に分離溝７１０が形成されており、分離溝７１０には充填材７１２が充填されているため、圧電体７００の他面を充填材７１２が露出するように研磨することにより、それぞれの圧電体１９０を分離させることができる。
【００４７】
圧電体７００の他面を研磨する工程は、固定溝５００が形成されたインクジェットヘッド１００の一面全体にわたって実行することができる。圧電体７００は固定溝５００に挿入されているため、研磨工程中に、圧電体７００の位置合わせ状態を容易に維持することができる。また、圧電体７００は固定溝５００に挿入されているため、研磨工程中に圧電体７００の外郭が崩れることを防止でき、これにより、駆動部２００の性能低下も防止することができる。
【００４８】
また、バルク形態の圧電体７００を研磨して分離することにより駆動部２００を形成することができる。このようにすれば、駆動部２００の厚さの調節が容易であり、薄型の駆動部２００を得ることができる。
【００４９】
ステップＳ８００で、図１１に示すように、充填材７１２をエッチングにより除去する。充填材７１２をエッチングする工程は、インクジェットヘッド１００の一面に充填材７１２に対応するエッチング液を塗布することにより実行することができる。それぞれの圧電体１９０の間の充填材７１２が除去されると、それぞれの圧電体１９０は物理的に互いに分離され、隣り合った駆動部２００の動作によるクロストークの発生を防止することができる。
【００５０】
一方、充填材７１２として減衰（damping）性能に優れた材料を用いれば、充填材７１２によって、隣り合った駆動部２００の振動を吸収してクロストークを低減させることができる。この場合、充填材７１２を除去する工程は省略でき、充填材７１２は駆動部２００の間に残存してダンパ（damper）として機能することができる。
【００５１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施例に記載の範囲には限定されない。上記実施例に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５２】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、工程、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「先ず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【００５３】
なお、明細書および特許請求の範囲における「上面」は、プレートや基板などが有する１つの面を指し、天地方向の「上」の面のみを意味するものではない。同様に、「下面」は、プレートや基板などが有する他の面を指し、天地方向の「下」の面のみを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１００  インクジェットヘッド
５００  固定溝
６００  導電層
７００  圧電体
７１０  分離溝
７１２  充填材
【図１】
2010111113.tif 000003
【図２】
2010111113.tif 000004
【図３】
2010111113.tif 000005
【図４】
2010111113.tif 000006
【図５】
2010111113.tif 000007
【図６】
2010111113.tif 000008
【図７】
2010111113.tif 000009
【図８】
2010111113.tif 000010
【図９】
2010111113.tif 000011
【図１０】
2010111113.tif 000012
【図１１】
2010111113.tif 000013