(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電引力方式のインキ噴射装置において、
外部のインキ供給源から供給されるインキが収まるインキチャンバ及び前記インキチャンバから外側に延びて外側に開口されたノズル孔を備えた基板と、
前記基板上に積層されたメンブレインと、
前記インキチャンバ内に収まった下部電極と、
前記メンブレインの外側面に設けられた上部電極と、を含み、
前記上部電極及び前記下部電極間に電位差印加時発生する静電引力により前記インキチャンバの内側に変形される前記メンブレインにより前記インキチャンバ内のインキが加圧され前記ノズル孔を介して外側に噴射され、
前記メンブレイン及び前記上部電極には前記インキ供給源から前記インキチャンバ内にインキが供給されるインキ流入路を提供するインキ供給孔が形成されており、前記上部電極の上部にはインキ供給タンクが置かれ、前記上下部電極に電力が供給されない時には、前記インキ供給孔を介して前記インキチャンバにインキが供給されることを特徴とする静電引力方式のインキ噴射装置。
【請求項２】
前記ノズル孔は前記インキチャンバから前記基板の板面に沿って延びて前記基板の側傍に開口されていることを特徴とする請求項１に記載の静電引力方式のインキ噴射装置。
【請求項３】
インキ噴射装置の製造方法において、
ウェーハを蝕刻して、インキ供給タンクから供給されるインキが収まるインキチャンバ及び前記インキチャンバから延びて前記ウェーハの外側に開口されたノズル孔を形成する段階と、
前記インキチャンバ内に下部電極を蒸着する段階と、
前記ウェーハ上にポリアミドシートを付着する段階と、
前記ポリアミドシートを蝕刻してメンブレインを形成する段階と、
前記メンブレイン上に上部電極を蒸着する段階と、
前記メンブレイン及び前記上部電極に前記インキ供給タンクから前記インキチャンバ内にインキが供給されるインキ供給路を提供するインキ供給孔を形成する段階と、
前記上部電極の上部に前記インキ供給タンクを設ける段階とを含むことを特徴とするインキ噴射装置の製造方法。
【請求項４】
前記インキチャンバと前記ノズル孔を形成する段階は湿式食刻により行われることを特徴とする請求項３に記載のインキ噴射装置の製造方法。
【請求項５】
前記ポリアミドシート付着段階はラミネーション方法により行われることを特徴とする請求項３に記載のインキ噴射装置の製造方法。
【請求項６】
前記メンブレイン形成段階は乾式食刻により行われることを特徴とする請求項３に記載のインキ噴射装置の製造方法。
【請求項７】
前記インキ供給孔の形成段階は、前記上部電極を写真蝕刻して前記上部電極のインキ供給孔を形成する段階と、
前記メンブレインを乾式蝕刻して前記メンブレインのインキ供給孔を形成する段階とを含むことを特徴とする請求項３に記載のインキ供給装置の製造方法。
【請求項８】
インキ噴射装置において、
インキチャンバを横切ってエッジまで延びたインキ吐出チャンネルがエッチングにより形成されたウェーハと、
前記ウェーハの前記インキチャンバの底部に配された下部電極と、
前記ウェーハに上部に配され前記インキチャンバとインキ吐出チャンネルを密閉する可撓性メンブレインと、
前記可撓性メンブレインの上部側に配され前記可撓性メンブレインを覆う上部電極と、を備え、
前記上下部電極の両者に電力を供給して上下部電極の両者間に一定電位差を発生させ、前記可撓性メンブレインと前記上部電極とを下方に撓ませて前記インキ吐出チャンネルを経由して前記ウェーハの前記エッジ上の開口にインキを吐出させ、
前記インキチャンバ上の前記可撓性メンブレインと前記上部電極には孔が穿孔されており、前記上部電極の上部にはインキ供給タンクが置かれ、前記上下部電極に電力が供給されない時には、前記孔を介して前記インキチャンバにインキを供給することを特徴とするインキ噴射装置。
【請求項９】
前記可撓性メンブレインはポリアミドより形成されていることを特徴とする請求項８に記載のインキ噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンタ(Inkjet Printer)やファクシミリなどのインキ噴射装置に係り、特にインキチャンバと作動流体チャンバとを一体化することで別の作動流体チャンバなしでもインキ噴射作動を行える静電引力方式インキ噴射装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタやファクシミリなどのような出力装置のプリンタヘッドに用いられるインキ噴射装置はインキが収まっているインキチャンバの内部に物理的な力を加えて所定量のインキをノズルを介して外部に噴射させる。このような流体噴射装置は流体に物理力を加える方式に基づき加熱方式、静電引力方式、圧電方式、及び熱圧縮方式などに区分される。
【０００３】
このうち、静電引力方式の流体噴射装置が図１に示されている。流体噴射装置は駆動部２０とノズル部４０とから構成されている。
【０００４】
駆動部２０は基板１５、該基板１５上に積層される酸化膜１４、作動流体チャンバ２７を有する作動流体バリアー２５、作動流体チャンバ２７内に設けられた下部電極１７、作動流体チャンバ２７の上部に設けられたメンブレイン３０、及びメンブレイン３０の上部に設けられた上部電極３７とから構成されている。作動流体チャンバ２７は真空状態に維持されたり、あるいは後述するように静電引力の発生を促進させるために誘電率の高い駆動流体が充填される。
【０００５】
ノズル部４０はインキチャンバ５７を有するインキチャンババリアー４５、及びインキチャンババリアー４５の上部に結合されるノズルプレート４７を含めて構成される。ノズルプレート４７にはインキチャンバ５７内のインキを噴射するためのノズル孔４９が形成されている。インキチャンバ５７内にはインキ供給源(図示せず)からインキが供給し続けられる。
【０００６】
上部電極３７と下部電極１７に電圧が印加されこれらの間に電位差が発生すれば、この電位差によりメンブレイン３０は作動流体チャンバ２７の内側に湾曲されるように変形される。この時、メンブレイン３０を変形させる力は次のような公式によって決まる。
F=eAV2/2D2
【０００７】
ここで、eは作動流体チャンバ２７の内部の誘電率、Aは上部電極３７の広さ、Vは上部電極３７と下部電極１７との電位差、Dは上部電極３１と下部電極１７との距離である。
【０００８】
このようにメンブレイン３０が変形される力によりインキチャンバ５７の圧力が下がってインキ供給源からインキチャンバ５７内にインキが吸入される。上部電極３７と下部電極１７との電位差を発生させる電圧の供給が中断されれば、メンブレイン３０は元の状態に復元する。この時、インキチャンバ５７の内部の圧力が上昇してノズル孔４を介してインキチャンバ５７内のインキが吐き出される。このように上部電極３７と下部電極１７との反復的な電位差印加によりインキ吐出作動が行われる。
【０００９】
前述したような静電引力方式のインキ吐出装置において駆動部２０は次のような工程により製造される。図２乃至図９は従来の静電引力方式のインキ吐出装置の駆動部２０の製造工程を示した図である。駆動部２０を製造するためにはメンブレイン３０と他の部分を別途に製作して結合させる方式を使用する。
図２に示したように、酸化膜６１が蒸着された基板６０上にスピンコータ(spin coater)を利用してポリアミド材質のメンブレイン３０を塗布する。このメンブレイン３０上に図３に示したように水晶ガラス(quarz glass)で製造されたＯ−リング(O-ring)６３を付着する。それから、図４に示したように基板６０を酸化膜６１と共にメンブレイン３０から分離する。これに伴いメンブレイン３０が得られる。
【００１０】
図５に示したように、酸化膜１４が蒸着された基板１５上に写真蝕刻工程を利用して下部電極１７を製作する。それから、図６に示したようにインキチャンババリアー２５を製作する。インキチャンババリアー２５はポリアミドを酸化膜１４上にスピンコータを利用して塗布した後その中央部を写真蝕刻工程により食刻することで形成される。
【００１１】
インキチャンババリアー２５が完成されれば、図７に示したように、インキチャンババリアー２５の上部に図４に示したメンブレイン３０をＯリング６３が下部に位置するようにひっくり返した後付着する。それから、図８に示したようにＯリング６３を除去し、図９に示したようにメンブレイン３０に上部電極３７を蒸着する。これに伴い駆動部３０の製作が完了する。その後、駆動部３０上に別の製造工程を経て得られたノズル部４０を付着することによって静電引力方式のインキ噴射装置が完成される。
【００１２】
ところが、前述したような従来のインキ噴射装置は次のような問題点を有している。即ち、メンブレイン３０の製造工程が別途になされ、またメンブレイン３０の製造時Ｏリング６３の接着及び基板６０の分離などのような多工程が所要される。従って、メンブレイン３０と作動流体バリアー２５との接着のための工程がさらに必要であり、メンブレイン３０の製造のためのウェーハがさらに消耗される。
【００１３】
また、前述したような従来のインキ噴射装置は作動流体チャンバ２７とインキチャンバ５７が分離されており、これらを有する駆動部２０とノズル部４０が各々別途に製造されるべきなので製造工程がやむをえず複雑になる。
【００１４】
このような短所を克服するためにメンブレイン３０を別途に製造せず、ノズル部４０の製造時ノズル部４０のインキチャンババリアー２５と一体にメンブレイン３０を製造する方式を採用した静電引力方式のインキ噴射装置が提案されたことがある。このようなインキ噴射装置では、インキチャンババリアー２５とメンブレイン３０が一体に一つの工程で製造されるので、製造工程が短縮される。このようなインキ噴射装置では下部電極１７との間から静電引力を発生させるための上部電極３７を製造することは難しいので、メンブレイン３０に該当する部位をドーピングすることで導電性を持たせる方式を採用する。
【００１５】
ところで、このようなインキ噴射装置では下部電極１７とメンブレイン３０との間隔を微細に維持し難いという短所がある。前述したような公式によれば、静電引力は下部電極１７と上部電極３７との間隔が狭いほど大きくなる。ところが、このような方式ではこの間隔が相対的に大きくなるので、メンブレイン３０の変形のための適切な大きさの静電引力を発生させるためには大きい電位差が必要になるという短所がある。また、このような方式下ではメンブレイン３０の厚さが薄くなるように製造し難い。従って、より大きい静電引力が発生されるべきであるという短所がある。また、このような方式下でも、作動流体チャンバ２７とインキチャンバ５７が別の工程下で製造されるべきであるという短所は依然として残る。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、メンブレインを別途に製造せず駆動部の製造時に駆動部と共に製造することによって製造工程が単純で、かつ静電引力が効率よく発生されインキ吐出が円滑に行える静電引力方式インキ噴射装置及びこのようなインキ噴射装置の製造方法を提供するところにある。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、作動流体チャンバとインキチャンバが一体に形成されていて製造工程が単純なインキ噴射装置及びこのようなインキ噴射装置の製造方法を提供するところにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る静電引力方式のインキ噴射装置は、外部のインキ供給源から供給されるインキが収まるインキチャンバ及び前記インキチャンバから外側に延びて外側に開口されたノズル孔を備えた基板と、前記基板上に積層されたメンブレインと、前記インキチャンバ内に収まっている下部電極と、前記メンブレインの外側面に設けられた上部電極とを含む。前記上部電極及び前記下部電極間に電位差印加時発生する静電引力により前記メンブレインが前記インキチャンバの内側に変形され、よって前記メンブレインにより前記インキチャンバ内のインキが加圧され前記ノズル孔を介して外側に噴射される。
【００１９】
前記メンブレイン及び前記上部電極には前記インキ供給源から前記インキチャンバ内にインキが供給されるインキ流入路を提供するインキ供給孔が形成される。
【００２０】
一方、前記目的を達成するための本発明に係るインキ噴射装置の製造方法は、ウェーハを蝕刻して、外部のインキ供給源から供給されるインキが収まるインキチャンバ及び前記インキチャンバから延びて前記ウェーハの外側に開口されたノズル孔を形成する段階と、前記インキチャンバ内に下部電極を蒸着する段階と、前記ウェーハ上にポリアミドシートを付着する段階と、前記ポリアミドシートを蝕刻してメンブレインを形成する段階と、前記メンブレイン上に上部電極を蒸着する段階とを含む。
【００２１】
ここで、前記インキチャンバと前記ノズル孔を形成する段階は湿式食刻により行われ、前記メンブレイン形成段階は乾式食刻により行われことが望ましい。
【００２２】
また、前記上部電極の蒸着段階後には、前記メンブレイン及び前記上部電極に前記インキ供給源から前記インキチャンバ内にインキが供給されるインキ流入路を提供するインキ供給孔を形成する段階が行われる。ここで、前記インキ供給孔の形成段階は、前記上部電極を写真蝕刻して前記上部電極のインキ供給孔を形成する段階と、前記メンブレインを乾式蝕刻して前記メンブレインのインキ供給孔を形成する段階とを含む。
【００２３】
本発明によれば、製造工程が簡単でかつ駆動が迅速に行える静電引力方式のインキ噴射装置及びこのようなインキ噴射装置の製造方法が提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００２５】
本発明に対する説明において、図１に示したような従来のインキ噴射装置に対応する構成部分については図１において使用した符号に１００を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
図１０乃至図１４は本発明に係るインキ噴射装置の製造過程を順次に示したものである。
【００２７】
まず、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示したように、基板に該当するウェーハ１１５を蝕刻してインキチャンバ１２７、インキ吐出路１４８及びノズル孔１４９を形成する。インキチャンバ１２７には後述するように外部のインキ供給源から供給されるインキが収まる。インキ吐出路１４８及びノズル孔１４９はインキチャンバ１２７と一体に形成される。即ち、インキ吐出路１４８及びノズル孔１４９はインキチャンバ１２７からウェーハ１１５の板面を追って側傍に延び、これに伴いノズル孔１４９は基板１１５の外側に延びて基板１１５の側傍に開口される。
【００２８】
インキチャンバ１２７の形成工程は、インキチャンバ１２７が形成される箇所を除き、残り部分をシリコンナイトライドでマスキングした後湿式食刻を行うことによりなされる。湿式食刻の深さ調節は食刻時間と食刻溶液の濃度を調節することによって行なわれる。また、シリコンウェーハ１１５が湿式食刻された状態で傾いてエッチングされるように方向性が(１００)のウェーハを使用することが望ましい。方向性が(１００)のウェーハは湿式食刻時水平面と54.74゜を維持しながら蝕刻されるので、電極製造のための金属蒸着時にステップカバレージ(step coverage)が良好になる。
【００２９】
インキチャンバ１２７の食刻が完了すれば、基板１１５上に酸化膜または窒化膜でなされる絶縁膜(図示せず)を蒸着し、インキチャンバ１２７内に写真蝕刻工程で図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示したように下部電極１１７を蒸着する。それから、図１２に示したようにポリアミドシート１３０aを付着する。ポリアミドシート１３０aはラミネーション方法により付着される。
【００３０】
ポリアミドシート１３０aを食刻すれば、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示したようなメンブレーン１３０が形成される。メンブレイン１３０が低い電圧でもよく駆動されるためには厚さが数μmほどに薄くなるべきであるが、ポリアミドシート１３０aは数十μmの厚さを持つので、これを食刻することにより静電引力により適量ほど変形されうる厚さを有するメンブレイン１３０を得られる。この時、ポリアミドシート１３０aのエッチングは乾式食刻工程で行われる。乾式食刻工程によりエッチングを行うため、所望のメンブレイン１３０の厚さを容易に得られる。
【００３１】
メンブレイン１３０の製造が完了すれば、写真蝕刻工程によりメンブレイン１３０上に金属膜を蒸着する。金属膜を蒸着した後写真蝕刻工程により必要な部分を除去し、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示したようにインキチャンバ１２７の上部を覆う上部電極１３７及び上部電極１３７から外側に延びた導線１３７aのみを残し、残り部分を除去する。導線１３７aと下部電極１１７には各々外部電源の両極が連結され、これにより電源の供給時上部電極１３７と下部電極１１７との間に電位差が形成される。
【００３２】
メンブレイン１３０と上部電極１３７にはインキ供給孔１９０が形成される。上部電極１３７のインキ供給孔１９０aは上部電極１３７と導線１３７aの形成のための写真蝕刻工程時金属膜の中央部に形成され、メンブレイン１３０のインキ供給孔１９０bは上部電極１３７のインキ供給孔１９０aが形成された後乾式食刻により形成される。
【００３３】
インキ供給孔１９０の形成が完了すれば、上部電極１３７の上部にインキ供給源のインク瓶(ink bottle)２００が組み立てられ、これに伴い図１５に示したような本発明に係るインキ噴射装置の製造が完了する。
【００３４】
以下、本発明に係るインキ供給装置の動作を図１５及び図１６を参照して説明する。
【００３５】
インク瓶２００からのインキはインキ供給孔１９０を通してインキチャンバ１２７に供給され、これに伴いインキチャンバ１２７内にはインキが充填される。上部電極１３７と下部電極１１７に電源が印加されれば、上部電極１３７と下部電極１１７との間に電位差が発生する。この電位差によりメンブレイン１３０には前述したような公式により算出される大きさの静電引力が加わり、これに伴い図１６に示したようにメンブレイン１３０がインキチャンバ１２７の内側に向かって湾曲されるように変形される。メンブレイン１３０が変形されることによってインキチャンバ１２７内部の圧力が上昇してインキ吐出路１４８及びノズル孔１４９を介してインキが外側に噴射される。
【００３６】
上部電極１３７と下部電極１１７に電源の供給が遮断されれば、上部電極１３７と下部電極１１７との電位差がなくなり、これに伴いメンブレイン１３０は図１５に示したように元の状態に復元される。これにより、インキチャンバ１２７内の圧力が下がり、インキ供給孔１９０を介してインク瓶２００内のインキがインキチャンバ１２７内に吸入される。このような過程が反復されインキの噴射作動が行われる。
【００３７】
以上の本発明によれば、メンブレイン１３０が駆動部１２０の製造時、共に製造されるので、別のメンブレイン１３０の製造工程が不要になり、またメンブレイン１３０を接着させるための別の工程が要らなくなる。また、メンブレイン１３０の製造のための追加のウェーハ及びその他の材料の無駄遣いがなくなり、メンブレイン１３０の厚さを薄く製造できるので低い電位差によってもインキ噴射装置の駆動が効率よく行われる。
【００３８】
また、インキチャンバ１２７が作動流体チャンバの機能を兼ねるので、別の作動流体チャンバを形成する必要がなくなる。従って、ノズル部と駆動部とから構成された従来のインキ噴射装置に比べてその構造が簡単で製造工程が単純になる。
【００３９】
また、インキチャンバ１２７内に充填されるインキはその誘電率が空気または真空に比べて約８０倍ほど高い。従って、前述したような静電引力の算出公式によれば、本発明における静電引力は従来のインキ噴射装置に比べて非常に高くなるので、低い電位差によっても同一な静電引力が得られるようになってインキ噴射装置の駆動がさらに迅速になされうる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明によれば、製造工程が簡単でありその構造が単純で、駆動が迅速に行えるインキ噴射装置及びこのようなインキ噴射装置の製造方法が提供される。
【００４１】
以上では本発明の望ましい実施形態に対して図示かつ説明したが、本発明は前記実施形態に限らず、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず当該発明の属する分野で通常の知識を持つ者ならば誰でも多様な変形実施が可能なことは勿論、そのような変形は請求範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の静電引力方式インキ噴射装置を示す断面図である。
【図２】  図１に示したインキ噴射装置の駆動部の製造工程を順次に示す側方断面図である。
【図３】  図１に示したインキ噴射装置の駆動部の製造工程を順次に示す側方断面図である。
【図４】  図１に示したインキ噴射装置の駆動部の製造工程を順次に示す側方断面図である。
【図５】  図１に示したインキ噴射装置の駆動部の製造工程を順次に示す側方断面図である。
【図６】  図１に示したインキ噴射装置の駆動部の製造工程を順次に示す側方断面図である。
【図７】  図１に示したインキ噴射装置の駆動部の製造工程を順次に示す側方断面図である。
【図８】  図１に示したインキ噴射装置の駆動部の製造工程を順次に示す側方断面図である。
【図９】  図１に示したインキ噴射装置の駆動部の製造工程を順次に示す側方断面図である。
【図１０】  本発明に係るインキ噴射装置の製造過程を順次に示すものであり、（Ａ）は側方断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図１１】  本発明に係るインキ噴射装置の製造過程を順次に示すものであり、（Ａ）は側方断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図１２】  本発明に係るインキ噴射装置の製造過程を順次に示す側方断面図である。
【図１３】  本発明に係るインキ噴射装置の製造過程を順次に示すものであり、（Ａ）は側方断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図１４】  本発明に係るインキ噴射装置の製造過程を順次に示すものであり、（Ａ）は側方断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図１５】  本発明に係るインキ噴射装置の側方断面図である。
【図１６】  本発明に係るインキ噴射装置の側方断面図である。
【符号の説明】
１１５  基板（ウェーハ）
１１７  下部電極
１２７  インキチャンバ
１３０  メンブレイン
１３０ａ  ポリアミドシート
１３７  上部電極
１４９  ノズル孔
１９０，１９０ａ，１９０ｂ  インキ供給孔
２００  インク瓶（インキ供給源）
【図１】
0004012678.tif 000002
【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】
0004012678.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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