(57)【要約】【課題】流路抵抗の低減により吐出性能が改善されたノズルを備えたインクジェットヘッドを製造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、流入口が形成される第１プレートを加工する工程と、チャンバ及び流入口が形成される第２プレートを加工する工程と、第２プレートの上面に第１プレートを接合する工程と、リストリクタ及びリザーバが形成される第３プレートを加工する工程と、ノズルが形成されるようにフェムト秒レーザを照射して第４プレートを加工する工程と、第３プレートの下面に第４プレートを接合する工程と、第２プレートの下面に第３プレートを接合する工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
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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と、前記リザーバにインクが供給される流入口と、前記リザーバからインクの供給を受けるチャンバと、前記リザーバと前記チャンバを連結するリストリクタと、前記チャンバのインクが吐出されるノズルと、を含むインクジェットヘッドを製造する方法であって、
前記流入口の一部が形成される第１プレートを加工する工程と、
前記チャンバ及び前記流入口の他の一部が形成される第２プレートを加工する工程と、
前記第２プレートの上面に前記第１プレートを接合する工程と、
前記リストリクタ及び前記リザーバが形成される第３プレートを加工する工程と、
前記ノズルが形成されるようにフェムト秒レーザを照射して第４プレートを加工する工程と、
前記第３プレートの下面に前記第４プレートを接合する工程と、
前記第２プレートの下面に前記第３プレートを接合する工程と、
を含むインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記第４プレートはガラスからな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の製造方法。
【請求項３】
前記第３プレートはシリコンからなり、
前記第３プレートと前記第４プレートを接合する工程が、
前記第３プレートの下面に前記第４プレートを陽極接合してな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】
前記第１プレートはシリコンからなり、前記第２プレートはガラスからなり、
前記第１プレートと前記第２プレートを接合する工程が、
前記第２プレートの上面に前記第１プレートを陽極接合してなされることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記第２プレートはガラスからなり、前記第３プレートはシリコンからなり、
前記第２プレートと前記第３プレートを接合する工程が、
前記第２プレートの下面に前記第３プレートを陽極接合してなされることを特徴とする請求項１から４の何れか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】
インクジェットヘッドは電気的信号を物理的力に変換して小さいノズルを介してインクを液滴の形態で吐出させる原理を用いる。図１は従来技術によるインクジェットヘッドの製造方法を示す断面図である。図１に示すように、インクジェットヘッド１は、流入口２ａが形成される第１プレート２と、チャンバ３ａ及びリストリクタ３ｂが形成される第２プレート３と、フィルタ４ａ及びリザーバ４ｂが形成される第３プレート４と、ノズル５ａが形成される第４プレート５とを接合して製造される。
【０００３】
第１から第４プレート２，３，４，５にはシリコンウエハが用いられ、第１から第４プレート２，３，４，５を接合する工程はシリコンウエハ間の直接接合により行われる。しかし、シリコン直接接合は収率が５０％未満であって、量産技術としての使用は困難であった。
【０００４】
また、シリコン直接接合により第１から第４プレート２，３，４，５を接合する場合には、ノズル５ａが形成される第４プレート５の厚さを所定厚さ以上に設定する必要があり、ノズル５ａ加工はシリコン・ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング（Silicon Deep Reactive Ion Etching）により行われる。
【０００５】
シリコン・ディープ・リアクティブ・イオン・エッチングによりノズルを加工すると、図１に示すように、ノズル５ａの底部に段差が形成されることがあり、別途のエッチングストップ（etching stop）が存在しないため、エッチング面が不均一であるという問題があった。このようなノズル５ａはインクを吐出する過程でバブル（bubble）発生の原因となり、インクジェットヘッド１の吐出性能を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
こうした従来技術の問題点を解決するために、本発明はノズルの吐出特性を改善できるインクジェットヘッド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】
【０００７】
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と、リザーバにインクが供給される流入口と、リザーバからインクの供給を受けるチャンバと、リザーバとチャンバとを連結するリストリクタと、チャンバのインクが吐出されるノズルと、を含むインクジェットヘッドの製造方法であって、流入口が形成される第１プレートを加工する工程と、チャンバ及び流入口が形成される第２プレートを加工する工程と、第２プレートの上面に第１プレートを接合する工程と、リストリクタ及びリザーバが形成される第３プレートを加工する工程と、ノズルが形成されるようにフェムト秒レーザ（femto second laser）を照射して第４プレートを加工する工程と、第３プレートの下面に第４プレートを接合する工程と、第２プレートの下面に第３プレートを接合する工程と、を含むインクジェットヘッドの製造方法が提供される。
【０００８】
ここで、第４プレートはガラス（glass）からなり、第３プレートはシリコンからなり、第３プレートと第４プレートを接合する工程は第３プレートの下面に第４プレートを陽極接合（anodic bonding）してなされることができる。
【０００９】
また、第１プレートはシリコンからなり、第２プレートはガラスからなり、第１プレートと第２プレートとを接合する工程は第２プレートの上面に第１プレートを陽極接合してなされることができる。
【００１０】
また、第２プレートはガラスからなり、第３プレートはシリコンからなり、第２プレートと第３プレートとを接合する工程は第２プレートの上面に第３プレートを陽極接合してなされることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の好ましい実施例によれば、流路抵抗の低減により吐出性能が改善されたノズルを備えるインクジェットヘッドを製造することができる。
【００１２】
また、それぞれのプレートを陽極接合してインクジェットヘッドを製造するので、接合信頼性を向上させることができる。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】従来技術によるインクジェットヘッドの製造方法を示す断面図である。
【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順序図である。
【図４】本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの第１プレート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第２プレート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第１プレートと第２プレートの陽極接合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第３プレート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ノズル加工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ノズルを示すイメージである。
【図１０】本発明の一実施例による第３プレートと第４プレートの陽極接合を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施例による第２プレートと第３プレートの陽極接合を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の特徴及び利点を明確にするために、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。
【００１６】
本発明によるインクジェットヘッドの製造方法を添付図面を参照して詳細に説明することに当たって、同一または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。
【００１７】
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を示す断面図である。図２に示すように、本発明の一実施例により製造されるインクジェットヘッド１００は、リザーバ３４と、流入口１４と、チャンバ２２と、メンブレン１２と、リストリクタ３２と、圧電体５０と、フィルタ３６と、ノズル４２と、を含むことができる。
【００１８】
チャンバ２２はインクを収容し、その一側には圧電体５０の振動を伝達させるメンブレン１２が形成される。圧電体５０が振動すると、チャンバ２２のインクはノズル４２に移動され、インクジェットヘッド１００の外側に吐出される。
【００１９】
リザーバ３４は流入口１４を介してインクジェットヘッド１００の外部から供給されたインクを貯留する。リザーバ３４に貯留されたインクがチャンバ２２に供給される。
【００２０】
リストリクタ３２は、上述したリザーバ３４とチャンバ２２とを連通させ、リザーバ３４とチャンバ２２との間における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３２はリザーバ３４やチャンバ２２よりも小さい断面積を有するように形成され、圧電体５０によりメンブレン１２が振動する場合、リザーバ３４からチャンバ２２に供給されるインクの量を調節することができる。
【００２１】
ノズル４２はチャンバ２２に連結され、チャンバ２２から供給されたインクを噴射する機能を行う。圧電体５０により発生された振動がメンブレン１２を介してチャンバ２２に伝達されると、チャンバ２２には圧力が加えられることになり、この圧力によりノズル４２からインクが噴射されることができる。
【００２２】
一方、チャンバ２２とノズル４２の間にはフィルタ３６が形成される。フィルタ３６はチャンバ２２から発生されたエネルギーをノズル４２に集中させる機能と、急激な圧力の変化を緩衝する機能とを有する。
【００２３】
上述したそれぞれの構成要素は第１から第４プレート１０，２０，３０，４０に形成された後、これらを接合することによりインクジェットヘッド１００を製造することができる。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。
【００２４】
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の製造方法を示す順序図である。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、流入口１４が形成される第１プレート１０を加工する工程と、チャンバ２２及び流入口１４が形成される第２プレート２０を加工する工程と、第２プレート２０の上面に第１プレート１０を接合する工程と、リストリクタ３２及びリザーバ３４が形成される第３プレート３０を加工する工程と、ノズル４２が形成されるようにフェムト秒レーザを照射して第４プレート４０を加工する工程と、第３プレート３０の下面に第４プレート４０を接合する工程と、第２プレート２０の下面に第３プレート３０を接合する工程と、を含むことにより、流路抵抗が低減されて吐出性能が改善されたノズル４２を備えるインクジェットヘッド１００を製造することができる。
【００２５】
図４は本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００の第１プレート１０を示す断面図である。先ず、ステップＳ１００で、図４に示すように、シリコンからなる第１プレート１０に流入口１４を加工する。第１プレート１０において、チャンバ２２に対応する位置は後で圧電体５０が結合されてメンブレン１２として作用する。流入口１４は第１プレート１０の一部をエッチングして形成する。
【００２６】
図５は本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００の第２プレート２０を示す断面図である。ステップＳ２００で、図５に示すように、ガラスからなる第２プレート２０にチャンバ２２及び流入口１４を加工する。チャンバ２２及び流入口１４は第２プレート２０の一部を選択的に除去することで形成することができる。チャンバ２２及び流入口１４はその形状が複雑ではないため、製造コストを節減できる低価の低精度加工技術である湿式ガラスエッチング（wet glass etching）またはサンドブラスト（sand blast）法を用いることができる。
【００２７】
図６は本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００の第１プレート１０と第２プレート２０の陽極接合を示す断面図である。ステップＳ３００で、図６に示すように、第２プレート２０の上面に第１プレート１０を陽極接合する。
【００２８】
上述したように、第１プレート１０と第２プレート２０はそれぞれシリコンとガラスからなり、これらは陽極接合を用いて接合することができる。したがって、第１プレート１０と第２プレート２０は堅固に結合され、最終的には、インクジェットヘッド１００の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
図７は本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００の第３プレート３０を示す断面図である。ステップＳ４００で、図７に示すように、シリコンからなる第３プレート３０にリストリクタ３２、リザーバ３４、及びフィルタ３６を加工する。
【００３０】
リストリクタ３２、リザーバ３４、及びフィルタ３６は第３プレート３０をエッチングすることで形成されることができる。特に、リストリクタ３２はインクジェットヘッド１００の吐出特性に大きな影響を与える構成要素であって精度加工が要求される。第３プレート３０はシリコンからなり、シリコン・ディープ・リアクティブ・イオン・エッチングを用いて加工精度が向上されたリストリクタ３２を形成することができる。
【００３１】
一方、本実施例ではリストリクタ３２が第３プレート３０に形成されたことを例にあげて説明したが、インクジェットヘッド１００の構造に応じて第２プレート２０に形成されることもできることは明らかである。
【００３２】
図８は本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００のノズル４２の加工を示す断面図である。ステップＳ５００で、図８に示すように、ガラスからなる第４プレート４０にフェムト秒レーザ５５を照射してノズル４２を加工する。照射されるフェムト秒レーザ５５のスポット（Spot）サイズは、形成されたノズル４２の上側が、フィルタ３６が形成される流路の直径と同一になるように調節することができる。
【００３３】
フェムト秒レーザ５５はパルスレーザの一種であって、そのパルスの幅がフェムト秒（femto second）レベルのレーザである。フェムト秒レーザ５５はそのエネルギーの総量は大きくないが、エネルギーをフェムト秒レベルまで圧縮するので、高い強度を有する。
【００３４】
図９は本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００のノズル４２を示すイメージである。図９に示すように、ガウス（gaussian）分布を有するフェムト秒レーザが第４プレート４０を貫通するように照射されると、第４プレート４０には円錐状のノズル４２が形成される。このとき、ノズル４２の内周面４３がその内側に向かって凸状に形成されて、インクの流路抵抗を最小化することができる。したがって、インクジェットヘッド１００がノズル４２を介してインクを吐出する際に、バブルの発生を防止できてインクジェットヘッド１００の吐出性能を改善させることができる。
【００３５】
また、フェムト秒レーザは通常の加工レーザであるＣＯ２レーザやＹＡＧレーザと異なって、ノズル４２周囲への熱拡散を誘発せずにアブレーション（ablation）加工することができる。したがって、形成されたノズル４２周囲に破片（debris）が発生しないため、後の接合過程においてこの破片を除去するための追加工程が省略可能である。さらに、フェムト秒レーザは加工速度が速いため、量産性を確保することができる。
【００３６】
図１０は本発明の一実施例による第３プレート３０と第４プレート４０の陽極接合を示す断面図である。ステップＳ６００で、図１０に示すように、第３プレート３０の下面に第４プレート４０を陽極接合する。第３プレート３０と第４プレート４０はそれぞれシリコンとガラスからなり、これらは陽極接合により接合されることができる。
【００３７】
図１１は本発明の一実施例による第２プレート２０と第３プレート３０の陽極接合を示す断面図である。ステップＳ７００で、図１１に示すように、第１プレート１０が接合された第２プレート２０の下面に、第４プレート４０が接合された第３プレート３０を陽極接合する。上述したように、第２プレート２０と第３プレート３０はそれぞれガラスとシリコンからなり、これらも陽極接合により接合されることができる。
【００３８】
その後、第１プレート１０上のチャンバ２２に対応する位置に圧電体５０を接合することで、図２に示されたように、インクジェットヘッド１００に駆動体を形成することができる。
【００３９】
結局、本実施例によるインクジェットヘッド１００はシリコン材質とガラス材質を交互に配置し、陽極接合によりインクジェットヘッド１００を形成するので、その接合信頼性及び製造収率を向上させることができる。
【００４０】
また、フェムト秒レーザを用いて内周面４３が内側に向かって凸状に形成される円錐状のノズル４２を備えるインクジェットヘッド１００の製造方法を提供することにより、ノズル４２を介して吐出されるインクの流路抵抗を低減させ、バブルの生成を防止して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。
【００４１】
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の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。
【００４２】
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及び方法における動作、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。
【００４３】
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】
【００４４】
１０  第１プレート
１４  流入口
２０  第２プレート
２２  チャンバ
３０  第３プレート
３４  リザーバ
４０  第４プレート
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１０】
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【図１１】
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【図９】
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