JP2006123551A - ノズルプレートとそれを備えたインクジェットプリントヘッド及びノズルプレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルプレート、及びそれを備えたインクジェットプリントヘッド、並びにノズルプレートの製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも一つのノズルが貫通形成されており、ノズルの周囲にはノズル内の流体を部分的に加熱してその部分の表面張力を変化させることによって、ノズルを通じて吐出される流体の吐出方向を偏向させるヒータが配置され、ヒータはノズルと所定間隔をおいてノズルの周囲に配置された少なくとも二つのセグメントに分割され、少なくとも二つのセグメントには少なくとも二つのセグメントをそれぞれ独立に駆動させるための電極が連結されるノズルプレートである。複数の圧力チャンバを備えるインク流路が形成された流路プレートと流路プレートの上部に形成された圧電アクチュエータと流路プレートの底面に付着されたノズルプレートと、を備えるインクジェットプリントヘッドである。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェットプリントヘッドに係り、さらに詳細には、ノズルを通じて吐出されるインク液滴の吐出方向を制御できる構造を有するノズルプレートと、それを備えて高い解像度の画像を印刷できるインクジェットプリントヘッド及びそのノズルプレートの製造方法に関する。

一般的に、インクジェットプリントヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を用紙や織物など印刷対象物上の所望の位置に吐出させて印刷対象物の表面に所定色相の画像を印刷する装置である。このようなインクジェットプリントヘッドは、インク吐出方式によって２つに大別される。その一つは、熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドであり、他の一つは、圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドである。

前記熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドでのインク液滴吐出メカニズムを説明すれば、次の通りである。抵抗発熱体で構成されるヒータにパルス状の電流が流れると、ヒータで熱が発生しつつヒータに隣接したインクを短時間内に加熱し、インクが沸騰しつつバブルが生成され、生成されたバブルは、膨脹してインクチャンバ内に充填されたインクに圧力を加える。これにより、ノズル付近にあったインクがノズルを通じて液滴状にインクチャンバの外側に吐出される。しかし、このような熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドにおいては、バブルを形成させるためにインクを数百℃以上に加熱せねばならないので、エネルギー消耗が大きく、プリントヘッド自体に熱的ストレスが多く加えられ、加熱されたインクの冷却に比較的長い時間がかかり、駆動周波数を高めるのにも限界がある。

前記圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドは、圧電体を使用して、その圧電体の変形によってインクに加えられる圧力でインクを吐出させる方式のインクジェットプリントヘッドであって、図１に、その一般的な構成が示されている。

図１を参照すれば、流路プレート１０には、インク流路を構成するマニホルド１３、複数のリストリクタ１２及び複数の圧力チャンバ１１が形成されており、ノズルプレート２０には、複数の圧力チャンバ１１それぞれに対応する複数のノズル２２が形成されている。そして、前記流路プレート１０の上部には、圧電アクチュエータ４０が設けられている。前記マニホルド１３は、インクタンク（図示せず）から流入されたインクを複数の圧力チャンバ１１それぞれに供給する通路であり、リストリクタ１２は、マニホルド１３から圧力チャンバ１１の内部にインクが流入される通路である。前記複数の圧力チャンバ１１は、吐出されるインクが充填される所であって、マニホルド１３の一側または両側に配列されている。このような圧力チャンバ１１は、圧電アクチュエータ４０の駆動によってその体積が変化することによって、インクの吐出または流入のための圧力変化を生成する。このために、流路プレート１０の圧力チャンバ１１の上部壁を形成する部位は、圧電アクチュエータ４０によって変形される振動板１４の役割を行う。

前記圧電アクチュエータ４０は、流路プレート１０上に順次積層された下部電極４１と、圧電膜４２と、上部電極４３と、から構成される。そして、前記下部電極４１と流路プレート１０との間には、絶縁膜としてシリコン酸化膜３１が形成されている。下部電極４１は、シリコン酸化膜３１の全面に形成され、共通電極の役割を行う。圧電膜４２は、圧力チャンバ１１の上部に位置するように下部電極４１上に形成される。上部電極４３は、圧電膜４２上に形成され、圧電膜４２に電圧を印加する駆動電極の役割を行う。

前記のような構成を有する従来のインクジェットプリントヘッドを利用した画像の印刷において、画像の解像度は、インチ当たりノズルの数に大きく影響を受ける。ここで、インチ当たりノズルの数は、一般的にＣＰＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）で表れ、画像の解像度は、一般的にＤＰＩ（Ｄｏｔ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）で表れる。しかし、従来のインクジェットプリントヘッドにおいて、ＣＰＩの向上は、半導体基板の微細加工技術及びアクチュエータの発展に左右され、このような技術の発展速度は、次第にさらに高い解像度の画像を要求する最近の趨勢を十分に満足させていない。

したがって、従来には、低いＣＰＩのプリントヘッドを利用して、高いＤＰＩの画像を印刷する色々な方法が利用されており、その２つの例が図２と図３とに示されている。

その一つの方法は、図２に示したように、プリントヘッド５０に複数のノズル５１，５２を２列以上に配列することである。このとき、第１列に配列されたノズル５１と第２列に配列されたノズル５２とは、交互に配置される。このように、ノズル５１，５２がアレイ状に配列されたプリントヘッド５０を使用して、第１列に配列されたノズル５１から吐出されるインク液滴と第２列に配列されたノズル５２から吐出されるインク液滴とが一つのラインを形成するように画像を印刷する。それにより、用紙６０上には、第１列のノズル５１によるドット６１と第２列のノズル５２によるドット６２とが一つのライン上に交互に形成される。したがって、用紙６０上に形成される画像のＤＰＩは、プリントヘッド５０のＣＰＩに比べて２倍になる。

しかし、このようなプリントヘッド５０において、ノズル５１，５２を複数の列に正確な位置に配列せねばならないので、非常に精密な整列システムを必要とし、プリントヘッド５０のサイズが大きくなる。したがって、プリントヘッド５０のコストが高くなるという短所がある。

他の一つの方法は、図３に示したように、低いＣＰＩを有するプリントヘッド７０を用紙８０に対して所定角度θに傾けて印刷する方法である。それにより、用紙８０上には、プリントヘッド７０に形成されたノズル７１の間隔より狭いドット８１が形成される。したがって、用紙８０上に形成される画像のＤＰＩは、プリントヘッド７０のＣＰＩに比べて高まる。この場合、用紙８０に対するプリントヘッド７０の傾斜角度θが大きくなるほどＤＰＩは高まるが、これにより、印刷面積が減少するという短所がある。もし、同じ印刷面積を得れば、プリントヘッド７０が長くなるという短所がある。

本発明は、前記従来の技術の問題点を解決するために創出されたものであって、特に、ノズルの周囲に設けられてノズルを通じて吐出されるインク液滴の吐出方向を制御するヒータを有するノズルプレートと、それを備えることによって高い解像度の画像を印刷できるインクジェットプリントヘッド及びそのノズルプレートの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明によるノズルプレートは、流体を吐出するための少なくとも一つのノズルが貫通形成されたノズルプレートにおいて、前記ノズルの周囲には、前記ノズル内の流体を部分的に加熱してその部分の表面張力を変化させることによって、前記ノズルを通じて吐出される前記流体の吐出方向を偏向させるヒータが配置されたことを特徴とする。

本発明において、前記ヒータは、前記ノズルと所定間隔をおいて前記ノズルの周囲に配置された少なくとも二つのセグメントに分割され、前記少なくとも二つのセグメントには、前記少なくとも二つのセグメントをそれぞれ独立に駆動させるための電極が連結されうる。望ましくは、前記ヒータは、前記ノズルの周囲に沿って９０°間隔に分割された４つのセグメントからなる。

本発明において、前記ノズルプレートは、前記ノズルが貫通されて形成された基板と、前記基板上に形成された前記電極及びヒータと、前記電極及び前記ヒータを覆うように前記基板上に形成された絶縁層と、を備えうる。

ここで、前記基板は、印刷回路基板用ベース基板で構成されることが望ましく、前記ヒータは、抵抗発熱体、例えば、ＴａＡｌまたはＴａＮで形成され、前記電極は、Ｃｕからなり、前記絶縁層は、ＰＳＲ（Ｐｈｏｔｏ Ｓｏｌｄｅｒ Ｒｅｓｉｓｔ）で形成される。

そして、前記目的を達成するための本発明によるインクジェットプリントヘッドは、吐出されるインクが充填される複数の圧力チャンバを備えるインク流路が形成された流路プレートと、前記流路プレートの上部に形成されて前記複数の圧力チャンバそれぞれにインク吐出のための駆動力を提供する圧電アクチュエータと、前記流路プレートの底面に付着され、前記複数の圧力チャンバからインクを吐出するための複数のノズルが貫通形成されたノズルプレートと、を備え、前記複数のノズルそれぞれの周囲には、前記それぞれのノズル内のインクを部分的に加熱してその部分の表面張力を変化させることによって、前記それぞれのノズルを通じて吐出される前記インク液滴の吐出方向を偏向させるヒータが配置されたことを特徴とする。

また、前記目的を達成するための本発明によるノズルプレートの製造方法は、流体を吐出するための少なくとも一つのノズルが貫通形成されたノズルプレートの製造方法において、基板上に所定パターンで電極を形成する工程と、前記基板上に前記電極を覆うように第１絶縁層を形成する工程と、前記第１絶縁層をパターニングして前記ノズルが形成される部位の周囲に前記電極の一部を露出させるトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内に抵抗発熱体を蒸着してヒータを形成する工程と、前記第１絶縁層上に前記ヒータを覆うように第２絶縁層を形成する工程と、前記基板、第１絶縁層及び第２絶縁層を貫通するように加工して前記ヒータの内側にノズルを形成する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ノズルの周囲に設けられたヒータによってインクの表面張力を調節することによって、ノズルを通じて吐出されるインク液滴の吐出方向を色々な方向に制御できる。したがって、低いＣＰＩを有するプリントヘッドによっても高い解像度を有する画像を印刷できる。

また、本発明によるインクジェットプリントヘッドに備えられるヒータは、インクの表面張力を変化させうる程度、例えば、数十℃ほどにインクを加熱すれば良いので、従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドに備えられるバブル発生用ヒータに比べて、エネルギー消耗が遥かに少ない。

そして、本発明によるノズルプレートは、ＰＣＢ用ベース基板を使用して容易に製作できるので、製造コストが低くなる。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を表し、図面上で各構成要素のサイズは、説明の明瞭性及び便宜上誇張している。また、一層が基板や他の層の上に存在すると説明されるとき、その層は、基板や他の層に直接接しつつ、その上に存在してもよく、その間に第３の層が存在してもよい。

図４は、本発明の望ましい実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図であり、図５Ａは、図４に示したノズルプレートに設けられたヒータの一例を示す部分拡大平面図である。

図４及び図５Ａを共に参照すれば、本発明の望ましい実施形態によるインクジェットプリントヘッドは、複数の圧力チャンバ２０４を備えるインク流路が形成された流路プレート２００と、前記流路プレート２００の上部に形成されて前記複数の圧力チャンバ２０４それぞれにインクの吐出のための駆動力を提供する圧電アクチュエータ３００と、前記流路プレート２００の底面に付着されて前記複数の圧力チャンバ２０４からインクを吐出するための複数のノズル１５０が貫通形成されたノズルプレート１００と、を備える。

前記インク流路は、吐出されるインクが充填され、インクを吐出させるための圧力変化を発生させる複数の圧力チャンバ２０４と、インク導入口（図示せず）を通じて流入されたインクを複数の圧力チャンバ２０４に供給する共通流路であるマニホルド２０２と、マニホルド２０２からそれぞれの圧力チャンバ２０４にインクを供給するための個別流路であるリストリクタ２０３と、を備える。そして、圧力チャンバ２０４とノズルプレート１００に形成されたノズル１５０との間には、圧電アクチュエータ３００によって圧力チャンバ２０４から発生したエネルギーをノズル１５０側に集中させ、急激な圧力変化を緩衝するためのダンパ２０５が設けられうる。このようなインク流路を形成する構成要素は、前記流路プレート２００に形成される。そして、前記流路プレート２００の前記圧力チャンバ２０４の上部壁を形成する部位は、圧電アクチュエータ３００の駆動によって変形される振動板の役割を行う。

具体的には、前記流路プレート２００は、図示したように、第１流路プレート２１０と第２流路プレート２２０とから構成される。この場合、前記第１流路プレート２１０の底面に前記圧力チャンバ２０４が所定深さに形成される。前記圧力チャンバ２０４は、インクのフロー方向にさらに長い直六面体状を有しうる。

前記第２流路プレート２２０に前記マニホルド２０２が形成される。前記マニホルド２０２は、図４に示したように、第２流路プレート２２０の上面から所定深さに形成されてもよく、第２流路プレート２２０を垂直に貫通して形成されてもよい。そして、第２流路プレート２２０には、マニホルド２０２及び複数の圧力チャンバ２０４それぞれの一端部を連結する個別流路であるリストリクタ２０３が形成される。前記リストリクタ２０３も、図４に示したように、第２流路プレート２２０の上面から所定深さに形成されてもよく、第２流路プレート２２０を垂直に貫通して形成されてもよい。また、第２流路プレート２２０には、複数の圧力チャンバ２０４それぞれの他端部に対応する位置に圧力チャンバ２０４とノズル１５０とを連結するダンパ２０５が垂直に貫通形成される。

一方、前記ではインク流路をなす構成要素が二つの流路プレート２１０，２２０に分けられて配置されていると図示され、かつ説明されたが、このようなインク流路の配置構造は、単に例示的なものである。すなわち、本発明によるインクジェットプリントヘッドには、多様な構成のインク流路が設けられ、このようなインク流路は、二つの流路プレート２１０，２２０ではなく、それより多くのプレートに形成されてもよく、単に一つの流路プレートに形成されてもよい。

前記圧電アクチュエータ３００は、圧力チャンバ２０４が形成された第１流路プレート２１０の上部に形成され、前記圧力チャンバ２０４にインクの吐出のための駆動力を提供する役割を行う。このような圧電アクチュエータ３００は、共通電極の役割を行う下部電極３１０と、電圧の印加によって変形される圧電膜３２０と、駆動電極の役割を行う上部電極３３０と、を備え、下部電極３１０、圧電膜３２０及び上部電極３３０が第１流路プレート２１０上に順次に積層された構造を有する。

具体的には、前記下部電極３１０と第１流路プレート２１０との間には、絶縁膜２１２が形成される。前記下部電極３１０は、絶縁膜２１２の全面に形成され、一つの導電金属物質層で形成されるが、Ｔｉ層及びＰｔ層の二つの金属薄膜層で形成されることが望ましい。このように、Ｔｉ／Ｐｔ層で形成される下部電極３１０は、共通電極の役割を行うだけでなく、その下側の第１流路プレート２１０とその上側に形成される圧電膜３２０との間の相互拡散を防止する拡散防止層の役割も行う。前記圧電膜３２０は、下部電極３１０上に形成され、圧力チャンバ２０４に対応する位置に配置される。前記圧電膜３２０は、電圧の印加によって変形され、その変形によって圧力チャンバ２０４の上部の振動板を撓み変形させる役割を行う。このような圧電膜３２０は、圧電物質、望ましくは、ＰＺＴ（Ｌｅａｄ Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ Ｔｉｔａｎａｔｅ）セラミック材で形成される。前記上部電極３３０は、圧電膜３２０に電圧を印加する駆動電極の役割を行うものであって、圧電膜３２０上に形成される。

前記ノズルプレート１００は、前記第２流路プレート２２０の底面に付着される。このようなノズルプレート１００には、ダンパ２０５に対応する位置にノズル１５０が貫通形成される。そして、前記ノズル１５０は、出口側に行くほど次第に断面積が減少するテーパ状に形成される。

そして、本発明の特徴部として、前記ノズルプレート１００は、前記複数のノズル１５０それぞれの周囲に配置されたヒータ１４０と、前記ヒータ１４０を駆動させるための電極１２０と、を有する。具体的に、前記ノズルプレート１００は、前記複数のノズル１５０が貫通されて形成された基板１１０と、前記基板１１０上に形成されたヒータ１４０及び電極１２０と、前記ヒータ１４０及び電極１２０を覆うように前記基板１１０上に形成された絶縁層１３０と、を備える。

前記基板１１０としては、シリコンウェーハなどの色々な基板が使われるが、望ましくは、印刷回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）用ベース基板を使用することが望ましい。これは、後述するように、ノズルプレート１００をさらに低コストで容易に製造できるためである。

前記ヒータ１４０は、前記複数のノズル１５０それぞれの周囲に配置される。前記ヒータ１４０は、抵抗発熱体、例えば、ＴａＡｌまたはＴａＮからなる。前記ヒータ１４０は、図５Ａに示したように、前記ノズル１５０と所定間隔をおいて前記ノズル１５０の周囲に配置された二つのセグメント１４１，１４２に分割される。前記二つのセグメント１４１，１４２はそれぞれ、図示したように、円弧状をなす。前記二つのセグメント１４１，１４２は、独立に駆動されて前記ノズル１５０内のインクを部分的に加熱する。これにより、ノズル１５０内のインクのうち、加熱された部分の表面張力が変化するので、ノズル１５０を通じて吐出されるインク液滴の吐出方向が偏向される。これについては、後述する。

そして、前記電極１２０は、導電性に優れた金属からなる。例えば、前記電極１２０は、ＰＣＢの製造において、配線物質として主に使われるＣｕで形成される。前記電極１２０は、前記ヒータ１４０の二つのセグメント１４１，１４２それぞれを独立に駆動させうるように、図５Ａに示したように、二つのセグメント１４１，１４２にそれぞれ連結されるパターンに形成される。しかし、前記電極１２０は、図５Ａに示したパターンではなくても、二つのセグメント１４１，１４２にそれぞれ連結される多様なパターンに形成されうる。

前記絶縁層１３０は、前記基板１１０上に前記ヒータ１４０と電極１２０とを覆うように形成され、これらを保護し、かつ絶縁させる役割を行う。このような絶縁層１３０としては、色々な絶縁物質が使用されうるが、ＰＣＢの製造において、絶縁物質として主に使われるＰＳＲで形成されることが望ましい。

図５Ｂは、図４に示したノズルプレートに設けられたヒータの他の例を示す部分拡大平面図である。

図５Ｂを参照すれば、本発明によるノズルプレート１００に設けられるヒータ１４０は、前記ノズル１５０の周囲に沿って９０°間隔に分割された４つのセグメント１４１，１４２，１４３、１４４からなる。前記４つのセグメント１４１，１４２，１４３、１４４それぞれは、図示したように、円弧状をなす。そして、前記電極１２０は、前記４つのセグメント１４１，１４２，１４３、１４４を独立に駆動させるように、図示したように、４つのセグメント１４１，１４２，１４３、１４４それぞれに連結されるパターンに形成される。一方、前記電極１２０は、図５Ｂに示したパターンでなくても、４つのセグメント１４１，１４２，１４３、１４４それぞれに連結される多様なパターンに形成されうる。

図５Ａ及び図５Ｂに示したように、本発明によるノズルプレート１００に設けられるヒータ１４０は、二つのセグメント１４１，１４２または４つのセグメント１４１，１４２，１４３、１４４に分割される。しかし、これに限定されず、前記ヒータ１４０は、３つまたは５つ以上のセグメントに分割されることもある。

以下では、図６Ａないし図６Ｃを参照して、図５Ａに示した二つのセグメントに分割されたヒータを有するノズルプレートにおいて、ノズルを通じて吐出されるインク液滴の方向が偏向されるメカニズムを説明する。

まず、図６Ａを参照すれば、前記ヒータ１４０の第１セグメント１４１と第２セグメント１４２とに電流が供給されなければ、第１セグメント１４１及び第２セグメント１４２何れにも熱が発生しないので、ノズル１５０内のインクの温度は均一である。この場合には、ノズル１５０の内面に対するインクの接触角が均一であり、図６Ａに示したように、凸状のマニスカスＭが形成される。前記圧電アクチュエータ３００の駆動によってノズル１５０内のインクに圧力が加えられれば、インクは、液滴Ｄの形態でノズル１５０から吐出されるが、このとき、インク液滴Ｄは直進する。

次いで、図６Ｂを参照すれば、前記ヒータ１４０の第１セグメント１４１にのみ電流を供給すれば、第１セグメント１４１からのみ熱が発生するので、ノズル１５０内のインクのうち、第１セグメント１４１に隣接した部分のみが加熱される。これにより、加熱された部分のインクの粘性及び表面張力が低くなるので、その部分のノズル１５０の内面に対するインクの接触角が小さくなり、図６Ｂに示したようなマニスカスＭが形成される。この場合、圧電アクチュエータ３００の駆動によってノズル１５０内のインクに圧力が加えられれば、ノズル１５０から吐出されるインク液滴Ｄの方向は、右側に偏向される。このとき、前記ヒータ１４０のセグメント１４１，１４２は、インクの表面張力を変化させうる程度、例えば、数十℃ほどにインクを加熱すれば良いので、従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドに備えられるバブル発生用ヒータに比べて、エネルギー消耗がはるかに少ない。

次いで、図６Ｃを参照すれば、前記ヒータ１４０の第２セグメント１４２にのみ電流を供給すれば、第２セグメント１４２からのみ熱が発生するので、ノズル１５０内のインクのうち、第２セグメント１４２に隣接した部分のみが加熱される。これにより、図６Ｃに示したようなマニスカスＭが形成されて、ノズル１５０から吐出されるインク液滴Ｄの方向は、左側に偏向される。

前記のように、ノズルプレート１００に設けられたヒータ１４０の二つのセグメント１４１，１４２を選択的に駆動させれば、ノズル１５０を通じて吐出されるインク液滴Ｄの方向を左側または右側に偏向させうる。そして、図５Ｂに示した４つのセグメント１４１，１４２，１４３、１４４に分割されたヒータ１４０を有するノズルプレート１００によれば、ノズル１５０を通じて吐出されるインク液滴の方向をさらに多様に変化させうる。

一方、前記構成を有する本発明によるノズルプレートは、インク液滴を吐出するインクジェットプリントヘッドだけでなく、流体を吐出する少なくとも一つのノズルを有する多様な流体吐出システムにも適用されうる。

図７は、本発明によるインクジェットプリントヘッドのノズルプレートによって高い解像度の画像を印刷する方法を説明するための図面である。

図７を参照すれば、本発明によるインクジェットプリントヘッド１００に複数のノズル１５０を所定のＣＰＩで配列し、各ノズル１５０の周囲に配置されたヒータ１４０のセグメント１４１，１４２を選択的に駆動させて各ノズル１５０から吐出されるインク液滴の方向を変化させる。それにより、用紙４００上には、各ノズル１５０から直進するドット４０２と各ノズル１５０から偏向されるドット４０２，４０３とが所定間隔をおいて一つのライン上に形成される。したがって、用紙４００上に形成される画像のＤＰＩは、プリントヘッド１００のＣＰＩに比べて３倍に向上しうる。

一方、図５Ｂに示した４つのセグメント１４１，１４２，１４３、１４４に分割されたヒータ１４０を有するノズルプレート１００によれば、ノズル１５０を通じて吐出されるインク液滴の方向をさらに多様に変化させ、低いＣＰＩを有するプリントヘッド１００によってもさらに高い解像度を有する画像を印刷できる。

以下では、添付された図面を参照して、本発明によるノズルプレートの製造方法を説明する。

図８Ａないし図８Ｆは、図４に示した本発明によるノズルプレートの製造方法を段階的に示す断面図である。この図面で、説明の便宜上、ヒータ及び電極が形成される面が上面となるようにノズルプレートが示されている。

図８Ａを参照すれば、まず、基板１１０を準備した後、その基板１１０上に所定パターンの電極１２０を形成する。具体的に、前記基板１１０としては、前述したように、ＰＣＢ用ベース基板を使用することが望ましい。前記ＰＣＢ用ベース基板は、主にポリイミドで形成される。そして、前記電極１２０は、前記基板１１０の上面全体に導電性に優れた金属、例えば、Ｃｕを所定厚さに蒸着した後、これを所定パターンにパターニングすることによって形成されうる。

次いで、図８Ｂに示したように、前記基板１１０上に前記電極１２０を覆うように第１絶縁層１３１を形成する。前記第１絶縁層１３１は、電極１２０の絶縁と共に電極１２０を保護する役割を行う。具体的に、前記第１絶縁層１３１は、基板１１０の上面全体にＰＣＢ製造工程で広く使われるＰＳＲを塗布することによって形成されうる。

次いで、図８Ｃに示したように、基板１１０の上面に形成された第１絶縁層１３１をパターニングして前記電極１２０の一部を露出させるトレンチ１３３を形成する。このとき、前記第１絶縁層１３１のパターニングは、露光及び現像を含む公知のフォトリソグラフィ工程によってなされる。そして、前記トレンチ１３３は、ノズル（図８Ｆの１５０）が形成される部位の周囲に配置されるように形成され、少なくとも二つの部分に分割されるように形成される。

次いで、図８Ｄに示したように、前記トレンチ１３３内に抵抗発熱体、例えば、ＴａＡｌまたはＴａＮを蒸着してヒータ１４０を形成する。このとき、前述したトレンチ１３３の形状によって、前記ヒータ１４０は、少なくとも二つのセグメントに分割されて形成される。

次いで、図８Ｅに示したように、前記第１絶縁層１３１上に前記ヒータ１４０を覆うように第２絶縁層１３２を形成する。前記第２絶縁層１３２は、ヒータ１４０の絶縁と共にヒータ１４０を保護する役割を行う。前記第２絶縁層１３２は、前記第１絶縁層１３１と同様に、ＰＳＲを塗布することによって形成されうる。

最後に、図８Ｆに示したように、前記ヒータ１４０の内側の前記基板１１０、第１絶縁層１３１及び第２絶縁層１３２を貫通するように加工してノズル１５０を形成することによって、本発明によるノズルプレート１００を完成する。このとき、前記ノズル１５０は、前記基板１１０、第１絶縁層１３１及び第２絶縁層１３２をレーザ加工またはドリル加工することによって形成される。

前記のように、本発明によるノズルプレート１００は、ＰＣＢ用ベース基板１１０を使用してＰＣＢ製造工程によって製造されるので、その工程が単純であり、かつ製造コストが低いという長所がある。

以上、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されねばならない。

本発明によるノズルプレートは、インク液滴を吐出するインクジェットプリントヘッドだけでなく、流体を吐出するノズルを有する多様な流体吐出システムにも適用されうる。

従来の圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドの一般的な構成を示す断面図である。 低いＣＰＩのプリントヘッドを利用して、高いＤＰＩの画像を印刷する従来の方法を説明するための図面である。 低いＣＰＩのプリントヘッドを利用して、高いＤＰＩの画像を印刷する従来の方法を説明するための図面である。 本発明の望ましい実施形態によるインクジェットプリントヘッドを示す垂直断面図である。 図４に示したノズルプレートに設けられたヒータの一例を示す部分拡大平面図である。 図４に示したノズルプレートに設けられたヒータの他の例を示す部分拡大平面図である。 図５Ａに示した本発明によるノズルプレートによるインク液滴の偏向を説明するための断面図である。 図５Ａに示した本発明によるノズルプレートによるインク液滴の偏向を説明するための断面図である。 図５Ａに示した本発明によるノズルプレートによるインク液滴の偏向を説明するための断面図である。 本発明によるインクジェットプリントヘッドのノズルプレートによって高い解像度の画像を印刷する方法を説明するための図面である。 図４に示した本発明によるノズルプレートの製造方法を段階的に示す断面図である。 図４に示した本発明によるノズルプレートの製造方法を段階的に示す断面図である。 図４に示した本発明によるノズルプレートの製造方法を段階的に示す断面図である。 図４に示した本発明によるノズルプレートの製造方法を段階的に示す断面図である。 図４に示した本発明によるノズルプレートの製造方法を段階的に示す断面図である。 図４に示した本発明によるノズルプレートの製造方法を段階的に示す断面図である。

符号の説明

１００ ノズルプレート
１１０ 基板
１２０ 電極
１３０ 絶縁層
１４０ ヒータ
１５０ ノズル
２００ 流路プレート
２０２ マニホルド
２０３ リストリクタ
２０４ 圧力チャンバ
２０５ ダンパ
２１０ 第１流路プレート
２１２ 第２流路プレート
３００ 圧電アクチュエータ
３１０ 下部電極
３２０ 圧電膜
３３０ 上部電極

Claims (26)

1. 流体を吐出するための少なくとも一つのノズルが貫通形成されたノズルプレートにおいて、
   前記ノズルの周囲には、前記ノズル内の流体を部分的に加熱してその部分の表面張力を変化させることによって、前記ノズルを通じて吐出される前記流体の吐出方向を偏向させるヒータが配置されたことを特徴とするノズルプレート。
2. 前記ヒータは、前記ノズルと所定間隔をおいて前記ノズルの周囲に配置された少なくとも二つのセグメントに分割され、前記少なくとも二つのセグメントには、前記少なくとも二つのセグメントをそれぞれ独立に駆動させるための電極が連結されたことを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート。
3. 前記ヒータは、前記ノズルの周囲に沿って９０°間隔に分割された４つのセグメントからなることを特徴とする請求項２に記載のノズルプレート。
4. 前記ノズルプレートは、前記ノズルが貫通して形成された基板と、前記基板上に形成された前記電極及びヒータと、前記電極及び前記ヒータを覆うように前記基板上に形成された絶縁層と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のノズルプレート。
5. 前記基板は、印刷回路基板用ベース基板で構成されることを特徴とする請求項４に記載のノズルプレート。
6. 前記ヒータは、抵抗発熱体で構成されることを特徴とする請求項４に記載のノズルプレート。
7. 前記抵抗発熱体は、ＴａＡｌ及びＴａＮのうち少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項６に記載のノズルプレート。
8. 前記電極は、Ｃｕで形成されることを特徴とする請求項４に記載のノズルプレート。
9. 前記絶縁層は、ＰＳＲで形成されることを特徴とする請求項４に記載のノズルプレート。
10. 吐出されるインクが充填される複数の圧力チャンバを備えるインク流路が形成された流路プレートと、
    前記流路プレートの上部に形成されて前記複数の圧力チャンバそれぞれにインク吐出のための駆動力を提供する圧電アクチュエータと、
    前記流路プレートの底面に付着され、前記複数の圧力チャンバからインクを吐出するための複数のノズルが貫通形成されたノズルプレートと、を備え、
    前記複数のノズルそれぞれの周囲には、前記それぞれのノズル内のインクを部分的に加熱してその部分の表面張力を変化させることによって、前記それぞれのノズルを通じて吐出される前記インク液滴の吐出方向を偏向させるヒータが配置されたことを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
11. 前記ヒータは、前記ノズルと所定間隔をおいて前記ノズルの周囲に配置された少なくとも二つのセグメントに分割され、前記少なくとも二つのセグメントには、前記少なくとも二つのセグメントをそれぞれ独立に駆動させるための電極が連結されたことを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットプリントヘッド。
12. 前記ヒータは、前記ノズルの周囲に沿って９０°間隔に分割された４つのセグメントからなることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
13. 前記ノズルプレートは、前記複数のノズルが貫通されて形成された基板と、前記基板上に形成された前記電極及びヒータと、前記電極及び前記ヒータを覆うように前記基板上に形成された絶縁層と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
14. 前記基板は、印刷回路基板用ベース基板で構成されることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェットプリントヘッド。
15. 前記ヒータは、抵抗発熱体で構成されることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェットプリントヘッド。
16. 前記抵抗発熱体は、ＴａＡｌ及びＴａＮのうち少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１５に記載のインクジェットプリントヘッド。
17. 前記電極は、Ｃｕで形成されることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェットプリントヘッド。
18. 前記絶縁層は、ＰＳＲで形成されることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェットプリントヘッド。
19. 流体を吐出するための少なくとも一つのノズルが貫通形成されたノズルプレートの製造方法において、
    基板上に所定パターンで電極を形成する工程と、
    前記基板上に前記電極を覆うように第１絶縁層を形成する工程と、
    前記第１絶縁層をパターニングして前記ノズルが形成される部位の周囲に前記電極の一部を露出させるトレンチを形成する工程と、
    前記トレンチ内に抵抗発熱体を蒸着してヒータを形成する工程と、
    前記第１絶縁層上に前記ヒータを覆うように第２絶縁層を形成する工程と、
    前記基板、第１絶縁層及び第２絶縁層を貫通するように加工して前記ヒータの内側にノズルを形成する工程と、を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
20. 前記基板として印刷回路基板用ベース基板が使われることを特徴とする請求項１９に記載のノズルプレートの製造方法。
21. 前記電極は、前記基板上に所定厚さの金属層を形成した後、前記金属層を所定パターンでパターニングすることによって形成されることを特徴とする請求項１９に記載のノズルプレートの製造方法。
22. 前記金属層は、Ｃｕで形成されることを特徴とする請求項２１に記載のノズルプレートの製造方法。
23. 前記第１絶縁層と第２絶縁層とは、ＰＳＲを塗布することによって形成されることを特徴とする請求項１９に記載のノズルプレートの製造方法。
24. 前記ヒータは、前記ノズルと所定間隔をおいて前記ノズルの周囲に配置された少なくとも二つのセグメントに分割されて形成されることを特徴とする請求項１９に記載のノズルプレートの製造方法。
25. 前記ヒータは、ＴａＡｌ及びＴａＮのうち少なくとも一つの物質を蒸着することによって形成されることを特徴とする請求項１９に記載のノズルプレートの製造方法。
26. 前記ノズルは、レーザ加工またはドリル加工によって形成されることを特徴とする請求項１９に記載のノズルプレートの製造方法。
    

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