(57)【要約】【課題】製作収率が向上され、各構成間の堅固な結合力に基づいて安定した品質を確保できるインクジェットヘッド及びそ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は、インクを貯留するリザーバ、リザーバにインクを供給する流入口、リザーバからインクが供給されるチャンバ、リザーバとチャンバを連結するリストリクタ、インクを吐出するノズル、及びチャンバとノズルとの間に介在されるダンパ部を含むインクジェットヘッドであって、ダンパ部の一部、チャンバ、リザーバ、及びリストリクタが形成されたシリコン材質の第１プレートと、チャンバをカバーするように第１プレートの上面に接合されたガラス材質の振動板と、第１プレートの下面に接合され、ダンパ部の一部が形成されたガラス材質の第２プレートと、第２プレートの下面に接合され、ノズルが形成されたシリコン材質のノズル板とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを貯留するリザーバ、前記リザーバにインクを供給する流入口、前記リザーバからインクが供給されるチャンバ、前記リザーバと前記チャンバを連結するリストリクタ、インクを吐出するノズル、及び前記チャンバと前記ノズルとの間に介在されるダンパ部を含むインクジェットヘッドであって、
前記ダンパ部の一部、前記チャンバ、前記リザーバ、及び前記リストリクタが形成されたシリコン材質の第１プレートと、
前記チャンバをカバーするように前記第１プレートの上面に接合されたガラス材質の振動板と、
前記第１プレートの下面に接合され、前記ダンパ部の一部が形成されたガラス材質の第２プレートと、
前記第２プレートの下面に接合され、前記ノズルが形成されたシリコン材質のノズル板と、
を含むインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記第２プレートに形成された前記ダンパ部の一部は、前記ノズル板に向かって幅が狭くなる形状であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記第１プレートはＳＯＩ基板であり、
前記ダンパ部の一部及び前記リザーバは、前記ＳＯＩ基板の下面を加工して形成され、
前記チャンバ及び前記リストリクタは、前記ＳＯＩ基板の上面を加工して形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
インクを貯留するリザーバと、前記リザーバにインクを供給する流入口、前記リザーバからインクが供給されるチャンバ、前記リザーバと前記チャンバを連結するリストリクタ、インクを吐出するノズル、及び前記チャンバと前記ノズルとの間に介在されるダンパ部を含むインクジェットヘッドを製造する方法であって、
前記チャンバ及び前記リストリクタに対応するように、シリコン材質の第１プレートの上面を加工する工程と、
前記ダンパ部及び前記リザーバに対応するように、前記第１プレートの下面を加工する工程と、
前記流入口に対応するように、ガラス材質の振動板を加工する工程と、
前記ダンパ部に対応するように、ガラス材質の第２プレートを加工する工程と、
前記ノズルに対応するように、シリコン材質のノズル板を加工する工程と、
前記第１プレートの上面に前記振動板を接合する工程と、
前記第２プレートの下面に前記ノズル板を接合する工程と、
前記第１プレートの下面と前記第２プレートの上面とを接合する工程と、
を含むインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記第２プレートに形成された前記ダンパ部の一部は、前記ノズル板に向かって幅が狭くなる形状であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記第１プレートがＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記流入口に対応するように、ガラス材質の振動板を加工する工程は、
前記第１プレートの上面に前記振動板を接合する工程の前に、前記振動板の一面に前記流入口に対応する溝を形成する工程と、
前記第１プレートの上面に前記振動板を接合する工程の後に、前記振動板の他面を研磨する工程と、
を含むことを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記振動板の他面を研磨する工程が、ＣＭＰ法により行われることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記ノズルに対応するように、シリコン材質のノズル板を加工する工程が、
前記第２プレートの下面に前記ノズル板を接合する工程の前に、前記ノズル板の一面に前記ノズルに対応する溝を形成する工程と、
前記第２プレートの下面に前記ノズル板を接合する工程の後に、前記ノズル板の他面を研磨する工程と、
を含むことを特徴とする請求項４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及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドは電気的信号を物理的力に変換し、この力を用いて小さいノズルを介してインクを液滴の形態で吐出する原理を用いるものである。このようなインクジェットヘッドは、チャンバ、リストリクタ、ノズル、及びダンパなどの多様な部品をそれぞれの層に加工し、その後、加工されたそれぞれの層を互いに接合することにより形成することができる。このようなインクジェット技術は、従来の紙及び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、最近のプリント基板、ＬＣＤパネルなどの電子部品の製作にも使用されるなど、その適用が拡大されている。
【０００３】
しかし、従来のグラフィックプリント技術に比べて、機能性インクを正確かつ精密に吐出しなければならない電子部品用インクジェットプリント技術には、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。例えば、吐出液滴のサイズ及び速度の偏差などが基本的に要求されており、以外にも生産量を増加させるための高密度かつ高周波数特性が要求されている。
【０００４】
従来のインクジェットヘッドは、主にステンレス鋼（ＳＵＳとも言う）や高温セラミック、単結晶シリコンを用いて作製される。ＳＵＳの場合は金型を用いることになるため設計変更が容易ではない。最近は、単結晶シリコン材質のヘッドが注目されているが、この単結晶シリコンウエハを用いた製作方式は、それぞれの機能を有する要素を２〜３枚のウエハに個別加工して接合する方式である。
【０００５】
上記インクジェットヘッドを製作するためには、パンチングまたは湿式エッチング（Wet Etching）などで加工されたＳＵＳプレートを接合するか、あるいはシリコンウエハをプラズマ加工法により加工し、これらをシリコン直接接合あるいはフュージョン接合方式を用いて接合する。しかし、シリコン接合の加工法は非常に難しいので、十分な信頼性や収率を得ることができないという問題があった。
【０００６】
さらに、シリコン直接接合の場合には、シリコンウエハの表面粗度の低いことが要望されるが、ＭＥＭＳ工程を経たシリコンウエハは、表面粗さが非常に粗くなっていたり、または内部応力を有する状態になる。このようなシリコンウエハでシリコン直接接合を行うと、その収率が５０〜７０％以下に低下するという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
こうした従来技術の問題点を解決するために、本発明は、製作収率が向上され、安定した品質を確保できるインクジェットヘッド及びそ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】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、インクを貯留するリザーバ、上記リザーバにインクを供給する流入口、上記リザーバからインクが供給されるチャンバ、上記リザーバと上記チャンバを連結するリストリクタ、インクを吐出するノズル、及び上記チャンバと上記ノズルとの間に介在されるダンパ部を含むインクジェットヘッドであって、上記ダンパ部の一部、上記チャンバ、上記リザーバ、及び上記リストリクタが形成されたシリコン材質の第１プレートと、上記チャンバをカバーするように上記第１プレートの上面に接合されたガラス（glass）材質の振動板と、上記第１プレートの下面に接合され、上記ダンパ部の一部が形成されたガラス材質の第２プレートと、上記第２プレートの下面に接合され、上記ノズルが形成されたシリコン材質のノズル板と、を含むインクジェットヘッドが提供される。
【０００９】
ここで、上記第２プレートに形成された上記ダンパ部の一部は、上記ノズル板に向かって幅が狭くなる形状であることができる。
【００１０】
また、上記第１プレートはＳＯＩ基板であり、上記ダンパ部の一部及び上記リザーバは上記ＳＯＩ基板の下面を加工して形成され、上記チャンバ及び上記リストリクタは上記ＳＯＩ基板の上面を加工して形成されることができる。
【００１１】
本発明の他の実施形態によれば、インクを貯留するリザーバ、上記リザーバにインクを供給する流入口、上記リザーバからインクが供給されるチャンバ、上記リザーバと上記チャンバを連結するリストリクタ、インクを吐出するノズル、及び上記チャンバと上記ノズルとの間に介在されるダンパ部を含むインクジェットヘッドを製造する方法であって、上記チャンバ及び上記リストリクタに対応するように、シリコン材質の第１プレートの上面を加工する工程と、上記ダンパ部及び上記リザーバに対応するように、上記第１プレートの下面を加工する工程と、上記流入口に対応するように、ガラス材質の振動板を加工する工程と、上記ダンパ部に対応するように、ガラス材質の第２プレートを加工する工程と、上記ノズルに対応するように、シリコン材質のノズル板を加工する工程と、上記第１プレートの上面に上記振動板を接合する工程と、上記第２プレートの下面に上記ノズル板を接合する工程と、上記第１プレートの下面と上記第２プレートの上面とを接合する工程と、を含むインクジェットヘッドの製造方法が提供される。
【００１２】
上記第２プレートに形成された上記ダンパ部の一部は、上記ノズル板に向かって幅が狭くなる形状であることができ、上記第１プレートはＳＯＩ基板であることができる。
【００１３】
また、上記流入口に対応するようにガラス材質の振動板を加工する工程は、上記第１プレートの上面に上記振動板を接合する工程の前に、上記振動板の一面に上記流入口に対応する溝を形成する工程と、上記第１プレートの上面に上記振動板を接合する工程の後に、上記振動板の他面を研磨する工程と、を含むことができる。
【００１４】
ここで、上記振動板の他面を研磨する工程はＣＭＰ（chemical mechanical polishing）法により行われることができる。
【００１５】
また、上記ノズルに対応するように、シリコン材質のノズル板を加工する工程は、上記第２プレートの下面に上記ノズル板を接合する工程の前に、上記ノズル板の一面に上記ノズルに対応する溝を形成する工程と、上記第２プレートの下面に上記ノズル板を接合する工程の後に、上記ノズル板の他面を研磨する工程と、を含むことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の好ましい実施例によれば、製作収率が向上され、各構成間の堅固な結合力に基づいて安定した品質を確保することができる。
【００１７】
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】
【００１８】
【図１】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順序図である。
【図２】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図面である。
【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の一工程を示す図面である。
【図４】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図面である。
【図５】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図面である。
【図６】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図面である。
【図７】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図面である。
【図８】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図面である。
【図９】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図面である。
【図１０】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図面である。
【図１１】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図面である。
【図１２】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の一工程を示す図面である。
【図１３】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の一工程を示す図面である。
【図１４】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の一工程を示す図面である。
【図１５】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の一工程を示す図面である。
【図１６】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の一工程を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態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、実施形態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。
【００２０】
本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、本願では特定実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。各図面には類似した参照符号を類似している構成要素に使用した。
【００２１】
「第１」、「第２」などのような序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するために用いられるに過ぎず、構成要素がそれらの用語により限定されるものではない。それらの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけに用いられる。
【００２２】
本発明の実施例によるインクジェットヘッド及びその製造方法を添付図面を参照して詳細に説明し、添付図面を参照して説明するに当たって、同一かつ対応の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。
【００２３】
先ず、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの製造方法について、図１から図９を参照して説明する。
【００２４】
図１は本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの製造方法を示す順序図であり、図２から図１６は本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの製造方法の各工程を示す図面である。図２から図１６を参照すると、第１プレート１０、シリコン層１１，１２、ダンパ部１１ａ、リザーバ１１ｂ、チャンバ１２ａ、リストリクタ１２ｂ、流入口１２ｃ、絶縁層１３、振動板２０，２０’、流入口２２、第２プレート３０、ダンパ部３２、ノズル板４０，４０’、ノズル４２が示されている。
【００２５】
本実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を具体的に説明する前に、上述したインクジェットヘッドの構成要素について図１６を参照して簡略に説明する。
【００２６】
チャンバ１２ａはインクを収容し、振動板２０’の上面に形成されるアクチュエータ（図示せず）などにより圧力が加えられると、収容されたインクをノズル４２の方に移動させてノズル４２からインクが吐出されるようにする手段である。
【００２７】
リザーバ１１ｂは、流入口１２ｃ、２２などを介して外部からインクの供給を受けてこれを貯留し、上述したチャンバ１２ａにインクを供給する手段である。
【００２８】
リストリクタ１２ｂは、上述したリザーバ１１ｂとチャンバ１２ａとを連通させ、リザーバ１１ｂとチャンバ１２ａとの間のインクの流れを調節する機能を行う手段である。このようなリストリクタ１２ｂは、リザーバ１１ｂ及びチャンバ１２ａよりも小さい断面積を有するように形成され、アクチュエータ（図示せず）により振動板２０’が振動する場合、リザーバ１１ｂからチャンバ１２ａに供給されるインクの量を調節することができる。
【００２９】
ノズル４２は、チャンバ１２ａに連結され、チャンバ１２ａから供給されたインクを噴射する機能を行う。アクチュエータ（図示せず）により発生された振動が振動板２０’を介してチャンバ１２ａに伝達されると、チャンバ１２ａには圧力が加えられ、この圧力によりノズル４２がインクを噴射することになる。
【００３０】
一方、上述したチャンバ１２ａとノズル４２との間にはダンパ部１１ａ，３２が形成される。ダンパ部１１ａ，３２は、チャンバ１２ａから発生されたエネルギーをノズル４２に集中させて急激な圧力変化を緩衝する機能を行うことができる。
【００３１】
以上、上述した構成要素を形成するために、本実施例では二枚のシリコン材質の基板及び二枚のガラス材質の基板を用いる方法を提供する。具体的に、上述した構成要素を二枚のシリコン基板及び二枚のガラス基板に分けて形成した後に、これらを接合することにより、インクジェットヘッドを製造する。以下、これについてより具体的に説明する。
【００３２】
先ず、ステップＳ１１０で、チャンバ１２ａ及びリストリクタ１２ｂに対応するように、シリコン材質の第１プレート１０の上面を加工する。第１プレート１０としては、図２に示すように、シリコン層間にＳｉＯ２のような絶縁層１３が介在された形態のＳＯＩ基板１０を用いることができる。以下では、第１プレート１０としてＳＯＩ基板を用いることを例に挙げて説明するが、ＳＯＩ基板以外に、シリコンウエハなども第１プレート１０として利用できることは勿論である。
【００３３】
第１プレート１０の上面、具体的にはＳＯＩ基板１０の上部シリコン層１２を加工するために、上部シリコン層１２の上面にチャンバ１２ａ及びリストリクタ１２ｂが形成される部分を選択的に開放したマスク（図示せず）を配置した後に、開放された部分を選択的にエッチングする方法などを用いることができる。
【００３４】
このとき、リストリクタ１２ｂが形成される部分を加工するために、ＳＯＩ基板１０の上面を加工する工程は二元化されることができる。すなわち、図３に示すように、１次エッチングを行った後、図４に示すように、２次エッチングを行うことで、リストリクタ１２ｂが形成される領域（ｈ）をより信頼性よく形成することができる。
【００３５】
このように、ＳＯＩ基板１０を用いてチャンバ１２ａなどを形成すれば、上下部シリコン層１１，１２の間に位置した絶縁層１３がエッチング障壁（etch stop）として機能することができるため、チャンバ１２ａの深さなどをより安定的に確保することができる。
【００３６】
すなわち、加工工程の環境にかかわらず、上部シリコン層の厚さに応じてチャンバ１２ａの深さなどが決定されるので、形成しようとするチャンバ１２ａの深さに対応する厚さを有する上部シリコン層１２を備えたＳＯＩ基板１０を用意すれば、多様な工程環境にかかわらず、チャンバ１２ａの深さを安定的に確保することができる。
【００３７】
このように、ＳＯＩ基板１０の上面を加工する方法としては、垂直方向の形状制御に優れたＤＲＩＥ（dry reactive ion etching）法を用いることができる。
【００３８】
上述のようにＳＯＩ基板１０の上面を加工した後、ステップＳ１２０で、図５に示すように、ダンパ部１１ａ及びリザーバ１１ｂに対応するように、第１プレート１０の下面を加工する。第１プレート１０、すなわち、本実施例におけるＳＯＩ基板１０の上面を加工した方法と同様に、下部シリコン層１１を加工する。
【００３９】
次に、ステップＳ１３０で、図６に示すように、流入口２２に対応するようにガラス材質の振動板２０の一面に溝を加工し、ステップＳ１４０で、図７に示すように、第１プレート１０の上面に振動板２０の一面を接合し、ステップＳ１５０で、図８に示すように、振動板２０の他面を研磨する。ガラス材質の振動板２０に溝を形成する方法としてはサンドブラスト法などを用い、振動板２０を研磨する方法としてはＣＭＰ法を用いることにより、工程の最適化及び優れた品質を確保することができる。また、シリコン材質の第１プレート１０上にガラス材質の振動板２０を接合することにより、第１プレート１０と振動板２０との間の接合面にてシリコンとガラスとの陽極接合が実現できるようになり、堅固な結合力に基づいて向上された製品信頼度を期待することができる。
【００４０】
次に、図９に示すように、ガラス材質の第２プレート３０を用意し、ステップＳ１６０で、図１０に示すように、ダンパ部３２に対応するように、ガラス材質の第２プレート３０を加工する。第２プレート３０の加工は、振動板２０と同様にサンドブラスト法などを用いることができる。
【００４１】
一方、第２プレート３０に形成されるダンパ部３２は、図１０に示すように、ノズル板４０が接合される下面方向に向かって幅が狭くなる形状にすることができる。このような傾斜面構造から、ノズル４２とダンパ部３２との間の境界面にマイクロバブルが形成される可能性を低下させることができる。また、ダンパ部３２に傾斜面を形成し、ノズル４２を直進面に形成すると、吐出されるインクの直進性が確保でき、印刷品質の向上が期待できる。
【００４２】
次に、図１１に示すように、シリコン材質のノズル板４０を用意し、ステップＳ１７０で、図１２に示すように、ノズル４２に対応するように、シリコン材質のノズル板４０の一面に溝を加工する。上述したＳＯＩ基板１０の加工方法と同様にシリコン材質のノズル板４０に溝を形成する。
【００４３】
次に、ステップＳ１８０で、図１３に示すように、第２プレート３０の下面にノズル板４０の一面を接合し、ステップＳ１９０で、図１４に示すように、ノズル板４０の他面を研磨する。ガラス材質の第２プレート３０にシリコン材質のノズル板４０を接合することにより、第２プレート３０とノズル板４０との間の接合面にてガラスとシリコンとの陽極接合が実現できるようになり、堅固な結合力に基づいて向上された製品信頼度を期待することができる。ノズル板４０の研磨は、振動板２０と同様にＣＭＰ法を用いることができる。
【００４４】
その後、ステップＳ２００で、図１５に示すように、第１プレート１０の下面と第２プレート３０の上面とを接合する。シリコン材質の第１プレート１０とガラス材質の第２プレート３０とを接合することにより、これらの間にも陽極接合を実変できるようになり、堅固な結合力を確保することができる。
【００４５】
図１６には、以上の工程により形成されたインクジェットヘッドが示されている。
【００４６】
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の形態に記載の範囲に限定されない。上記実施の形態に、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。
【００４７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した方法における動作、手順、ステップ、および工程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。
【００４８】
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一の面を指し、天地方向の「上」の面のみを意味しない。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」の面のみを意味しない。
【符号の説明】
【００４９】
１０  第１プレート、ＳＯＩ基板    
１１，１２  シリコン層
１１ａ  ダンパ部
１１ｂ  リザーバ
１２ａ  チャンバ
１２ｂ  リストリクタ
１２ｃ  流入口
１３  絶縁層
２０，２０’  振動板
２２  流入口
３０  第２プレート
３２  ダンパ部
４０，４０’  ノズル板
４２  ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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