JP2010201917A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】インクジェットヘッドの駆動部を薄膜型圧電体で実現でき、これによりインクジェットヘッドの電気的特性を改善できる、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の製造方法は、インクが収容されるチャンバの一側にメンブレインが形成されるインクジェットヘッドを製造する方法であって、ガラス上に圧電体を形成する工程と、圧電体をメンブレイン上に接合する工程と、圧電体とガラスが分離されるように、圧電体とガラスとの間の対向面にレーザを照射する工程と、圧電体とガラスを分離する工程と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図３
【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、インクが収容されるチャンバの一側にメンブレインが形成されるインクジェットヘッドを製造する方法であって、ガラス上に圧電体を形成する工程と、圧電体をメンブレイン上に接合する工程と、圧電体とガラスが分離されるように、圧電体とガラスとの間の対向面にレーザを照射する工程と、圧電体とガラスを分離する工程と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図３
Description
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。
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が行われる装置である。インクジェットヘッドは、チャンバ、リストリクタ、ノズル、圧電体などの多様な部品をそれぞれの層に加工し、これらを互いに接合する方式で作製することができる。
近年、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はなく、プリント基板、ＬＣＤパネルなどの電子部品製作にも使用されるなど、その適用が拡大されている。
これにより、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、従来には要求されなかった機能が要求されている。例えば、吐出液滴のサイズの微細化や速度偏差の低減などが基本的に要求され、それ以外にも、生産量を増加させるために高密度のノズルや高周波数特性が要求される。
従来インクジェットヘッドの駆動には、チャンバ上に接合されている厚膜型圧電体の圧電特性を用いている。しかし、厚膜型圧電体はその製作が容易で、また圧電特性も優れているが、駆動電圧を低減するために圧電体の厚さを薄くすると、圧電特性が低下するという限界があった。
こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は、薄膜型駆動部を有す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。
本発明の一実施形態によれば、インクが収容されるチャンバの一側にメンブレインが形成されるインクジェットヘッドを製造する方法であって、ガラス（glass）上に圧電体を形成する工程と、圧電体をメンブレイン上に接合する工程と、圧電体とガラスが分離されるように、圧電体とガラスとの間の対向面にレーザを照射する工程と、圧電体とガラスを分離する工程と、を含むインクジェットヘッドの製造方法が提供される。
ここで、圧電体を形成する工程は、ガラス上に圧電物質（piezoelectric material）を蒸着（deposit）して行われてもよく、このとき、ガラスは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の単結晶を含んでもよい。
レーザはエキシマレーザ（excimer laser）であってもよい。
一方、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は、圧電体とガラスを分離する工程の後に、圧電体上に生成される非晶質層を除去する工程をさらに含むことができ、非晶質層を除去する工程は圧電体上にイオンミリング（ion milling）して行われてもよい。
そして、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は、圧電体を形成する工程の前に、チャンバ上に導電性ポリマーを蒸着してメンブレインを形成する工程をさらに含むことができ、ガラスを分離する工程の後に、圧電体上に導電層を形成する工程をさらに含むことができる。
また、本発明の他の実施形態によれば、インクが収容されるチャンバと、チャンバの一側に形成されるノズルと、チャンバの他側に形成され、ポリマーを含んでなるメンブレインと、メンブレイン上に形成される駆動部と、を含むインクジェットヘッドが提供される。
ここで、メンブレインは導電性ポリマーを含んでもよく、駆動部はメンブレイン上に形成される圧電体及び圧電体上に形成される上部電極を含んでもよい。
本発明の実施形態によれば、インクジェットヘッドの駆動部を薄膜型圧電体により実現でき、これにより、インクジェットヘッドの電気的特性を改善することができる。
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。
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。
以下、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッド及びその製造方法の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明し、添付図面を参照して説明するに当たって、同一または対応する構成要素は同一の図面番号を付し、これに対する重複説明は省略する。
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の一部を示す側断面図であり、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の一部を示す正断面図である。図１から図２に示すように、インクジェットヘッド１００は、リザーバ１１６、リストリクタ１１４、チャンバ１１２、ノズル１１０、及びメンブレイン１０４を含むことができる。
リザーバ１１６はインクジェットヘッド１００の内部に形成される空間であって、流入口１１８を介してインクジェットヘッド１００の外部から供給されるインクを貯留する。リザーバ１１６の一側は流入口１１８に連結され、その他側はチャンバ１１２に連結される。
チャンバ１１２はインクを収容するためにインクジェットヘッド１００の内部に形成される空間である。チャンバ１１２の一側にはノズル１１０が形成される。ノズル１１０はチャンバ１１２に収容されているインクをインクジェットヘッド１００の外部に吐出する通路の役割をする。チャンバ１１２とリザーバ１１６との間にはリストリクタ１１４が形成され、リストリクタ１１４はリザーバ１１６に収容されているインクがチャンバ１１２に移動する通路の役割をする。
チャンバ１１２の他側にはノズル１１０と対向してメンブレイン１０４が形成される。メンブレイン１０４は振動板で、駆動部（図示せず）により発生された振動をチャンバ１１２に伝達するものである。チャンバ１１２内に収容されているインクは、メンブレイン１０４からの振動によりノズル１１０を介してインクジェットヘッド１００の外部に吐出される。
メンブレイン１０４は振動の伝達を容易にするためにフレキシブル（flexible）材質で形成されてもよく、例えばポリマー材質を含んでなることができる。そして、メンブレイン１０４は、例えば導電性ポリマーのように導電性を有する場合には、後述する駆動部に電気的接続を提供する下部電極として用いることができる。
インクジェットヘッド１００のボディ１０２は、インクジェットヘッド１００を構成するノズル１１０、チャンバ１１２、リザーバ１１６、及び流入口１１８などが形成される複数のシリコンウェハを積層して形成できる。このとき、チャンバ１１２及び流入口１１８が形成されるシリコンウェハの一面に導電性ポリマーを蒸着してメンブレイン１０４を形成することができる。
その後、上記シリコンウェハの一面と他面をエッチングして流入口１１８及びチャンバ１１２を形成でき、このシリコンウェハを、ノズル１１０、リザーバ１１６などが形成されたシリコンウェハ上に接合してインクジェットヘッド１００の一部を形成することができる。
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り、図４から図７は、本発明の一実施例によるインクジェットヘッド１００の製造方法を示す断面図である。ステップＳ１００で、図４に示すように、先ずガラス３００上に圧電物質を蒸着して圧電体１３０を形成する。
ガラス３００は圧電物質の蒸着が容易にできる材質であってもよく、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の単結晶を含んでもよい。
このように、蒸着が容易にできるガラス３００上に圧電物質を蒸着することで薄膜型圧電体１３０を形成できるとともに圧電体１３０の電気的特性の低下を防止することができる。
次に、ステップＳ２００で、図５に示すように、圧電体１３０をメンブレイン１０４上に接合する。一面に圧電体１３０を蒸着したガラス３００をメンブレイン１０４上に配置し、導電性ポリマーが含まれているメンブレイン１０４と圧電体１３０との間に熱を加えて、これらを接合することができる。
加熱温度はメンブレイン１０４と圧電体１３０との間に接着力を確保できる温度であってもよく、例えば１００℃程度であってもよい。
一方、本実施例とは異なり、圧電体１３０とメンブレイン１０４との間に接着剤を介在してこれらを接合することもできる。
次に、ステップＳ３００で、図６に示すように、圧電体１３０とガラス３００との間の対向面にエキシマレーザを照射する。ガラス３００の他面から、ガラス３００の一面と圧電体１３０が互いに接している対向面にエキシマレーザを照射する。
このときエキシマレーザの波長は、例えば２４８ｎｍであってもよい。しかし、本ステップにおいて、エキシマレーザ以外に圧電体１３０とガラス３００の対向面に局部的な温度上昇を誘発する他の種類の異なる波長を有するレーザが適用されることもできる。
エキシマレーザが照射されると、ガラス３００と圧電体１３０の対向面には局部的な温度上昇が生じ、ガラス３００と圧電体１３０との間の結合力が低下してガラス３００を圧電体１３０から分離できる状態となる。
次に、ステップＳ４００で、圧電体１３０とガラス３００を分離する。上述したステップで、ガラス３００と圧電体１３０と間の結合力を低下させて分離可能になったため、インクジェットヘッド１００上のガラス３００を除去することができる。
このようにして、導電性ポリマーが含まれているメンブレイン１０４上に薄膜型圧電体１３０を結合させることができる。駆動部を構成する圧電体１３０を薄膜に形成することにより、インクジェットヘッド１００の駆動電圧を低減し、インクジェットヘッド１００の電気的特性を改善することができる。
また、メンブレイン１０４としてフレキシブル材質の導電性ポリマーを用いることにより、薄膜型圧電体１３０を駆動部として使用する場合にも、インクジェットヘッド１００の動作を可能とさせるメンブレイン１０４の変位を確保できるようになる。
次に、ステップＳ５００で、圧電体１３０上に生成される非晶質層を除去するために、圧電体１３０上にイオンミリングを行うことができる。圧電体１３０とガラス３００を分離するために、これらの対向面にエキシマレーザを照射すると圧電体１３０上には非晶質層（amorphous layer）が生成されることがある。
非晶質層は圧電体１３０と上部電極１３２との間の電気的接続を阻害し、圧電体１３０の動作特性を低下させるおそれがある。したがって、圧電体１３０上にイオンミリングを行って、非晶質層によるインクジェットヘッド１００の性能低下を防止することができる。
その後、ステップＳ６００で、図７に示すように、圧電体１３０上に導電層を蒸着して上部電極１３２を形成する。導電層は、例えば白金（Ｐｔ）からなることができる。上部電極１３２を蒸着することにより、圧電体１３０は導電性ポリマーを含んでなるメンブレイン１０４と上部電極１３２を介して電気的接続を確保することができる。したがって、駆動部は、圧電体１３０、上部電極１３２、及び導電性ポリマーで形成されるメンブレイン１０４を含むことができる。
一方、本実施例では導電性ポリマーを含んでなるメンブレイン１０４を用いて別途の下部電極の形成を省略したが、メンブレイン１０４により電気的接続を確保できない場合には、別途の下部電極をメンブレイン１０４上に形成してもよい。
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は限定されない。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。
１００ インクジェットヘッド
１１０ ノズル
１０４ メンブレイン
１１２ チャンバ
１３０ 圧電体
３００ ガラス
１１０ ノズル
１０４ メンブレイン
１１２ チャンバ
１３０ 圧電体
３００ ガラス
Claims (11)
- インクが収容されるチャンバの一側にメンブレインが形成されるインクジェットヘッドを製造する方法であって、
ガラス上に圧電体を形成する工程と、
前記圧電体を前記メンブレイン上に接合する工程と、
前記圧電体と前記ガラスが分離されるように前記圧電体と前記ガラスとの間の対向面にレーザを照射する工程と、
前記圧電体と前記ガラスを分離する工程と、
を含むインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記圧電体を形成する工程が、
前記ガラス上に圧電物質を蒸着して行わ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の製造方法。 - 前記ガラスが、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の単結晶を含む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。
- 前記圧電体と前記ガラスを分離する工程の後に、
前記圧電体上に生成される非晶質層を除去する工程をさらに含む請求項１から３の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記非晶質層を除去する工程が、前記圧電体上にイオンミリングして行われ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。
- 前記圧電体を形成する工程の前に、
前記チャンバ上に導電性ポリマーを蒸着して前記メンブレインを形成する工程をさらに含む請求項１から５の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記ガラスを分離する工程の後に、
前記圧電体上に導電層を形成する工程をさらに含む請求項１から６の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記レーザが、エキシマレーザであることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- インクが収容されるチャンバと、
前記チャンバの一側に形成されるノズルと、
前記チャンバの他側に形成され、ポリマーを含んでなるメンブレインと、
前記メンブレイン上に形成される駆動部と、を含むインクジェットヘッド。 - 前記メンブレインが、導電性ポリマーを含んでなることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットヘッド。
- 前記駆動部が、
前記メンブレイン上に形成される圧電体と、
前記圧電体上に形成される上部電極と、
を含むことを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットヘッド。
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