JP3311718B2 - 流体噴射装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は流体噴射装置の製造
方法に係り、特にインクジェットプリンタやファクシミ
リなどの出力装置に用いられるプリントヘッドにおいて
ノズルを通じて流体を吐出させる流体噴射装置の製造方
法に関する。
方法に係り、特にインクジェットプリンタやファクシミ
リなどの出力装置に用いられるプリントヘッドにおいて
ノズルを通じて流体を吐出させる流体噴射装置の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プリントヘッドはプリンタで出力データ
の信号を媒体上に目に見える形態に変換するための部品
または部品の集合をいう。一般に、インクジェットプリ
ンタなどに用いられるプリントヘッドは噴射流体室の内
部の流体に物理的な力を加えて所定量の流体がノズルを
通じて外部へ噴射される流体噴射装置を使用する。
の信号を媒体上に目に見える形態に変換するための部品
または部品の集合をいう。一般に、インクジェットプリ
ンタなどに用いられるプリントヘッドは噴射流体室の内
部の流体に物理的な力を加えて所定量の流体がノズルを
通じて外部へ噴射される流体噴射装置を使用する。
【０００３】このような流体噴射装置は噴射流体室の内
部の流体に物理的な力を加える方法によって圧電方式と
加熱方式とに大別される。圧電方式は駆動信号に応じて
機械的に伸縮される圧電素子の作用により噴射流体室内
のインキをノズルの外へ押し出す方式である。加熱方式
は発熱体から発生される熱により噴射流体室内の流体に
気泡を発生し、この気泡が流体をノズルの外へ押し出す
方式である。また、このような加熱方式を改善した熱圧
縮方式が最近開発された。ここで熱圧縮方式とは駆動流
体の気化液体を瞬間的に加熱してメンブレインを駆動さ
せることによって流体を噴射する方式を指す。
部の流体に物理的な力を加える方法によって圧電方式と
加熱方式とに大別される。圧電方式は駆動信号に応じて
機械的に伸縮される圧電素子の作用により噴射流体室内
のインキをノズルの外へ押し出す方式である。加熱方式
は発熱体から発生される熱により噴射流体室内の流体に
気泡を発生し、この気泡が流体をノズルの外へ押し出す
方式である。また、このような加熱方式を改善した熱圧
縮方式が最近開発された。ここで熱圧縮方式とは駆動流
体の気化液体を瞬間的に加熱してメンブレインを駆動さ
せることによって流体を噴射する方式を指す。
【０００４】図１は一般的な熱圧縮方式にともなう流体
噴射装置の垂直断面図であって、流体噴射装置は概略的
に発熱駆動部１０、メンブレイン２０及びノズル部３０
とに区分されている。発熱駆動部の基板１１は発熱駆動
部１０と最後の全体構造物を支持するようになる基板で
あって、上部に絶縁層１２が形成され、電極１４は発熱
駆動部１０に電源を供給するための伝導体である。発熱
体１３は電気エネルギーを熱エネルギーに変換して駆動
流体を膨脹させる一定抵抗を有する抵抗体を指し、駆動
流体室１６、１７は駆動流体を囲繞しており、駆動流体
注入通路１８が連通され、駆動流体障壁層１５が形成さ
れ、熱を受けて膨脹された駆動流体の圧力を維持するチ
ャンバを指す。
噴射装置の垂直断面図であって、流体噴射装置は概略的
に発熱駆動部１０、メンブレイン２０及びノズル部３０
とに区分されている。発熱駆動部の基板１１は発熱駆動
部１０と最後の全体構造物を支持するようになる基板で
あって、上部に絶縁層１２が形成され、電極１４は発熱
駆動部１０に電源を供給するための伝導体である。発熱
体１３は電気エネルギーを熱エネルギーに変換して駆動
流体を膨脹させる一定抵抗を有する抵抗体を指し、駆動
流体室１６、１７は駆動流体を囲繞しており、駆動流体
注入通路１８が連通され、駆動流体障壁層１５が形成さ
れ、熱を受けて膨脹された駆動流体の圧力を維持するチ
ャンバを指す。
【０００５】そしてメンブレイン２０は膨脹された駆動
流体の圧力が伝達され上下動する駆動流体室１６、１７
及び駆動流体障壁層１５の上部に付着された薄膜であっ
て、ポリイミドコーティング層２１及びポリイミド接着
層２２でなされている。噴射流体室３７、３８は噴射流
体の外郭を包みながらメンブレイン２０を通して伝えら
れた圧力を受けた噴射流体がノズル３５を通じてのみ噴
射流体が噴射されるように形成されたチャンバを指す。
この時、噴射流体はメンブレイン２０の駆動を受けてノ
ズルプレート３４に形成されたノズル３５を通して噴射
流体室３７、３８を抜け出て外部に放出される直接的な
流体を指す。噴射流体流入路３９は噴射流体室３７、３
８と疎通される。噴射流体室３７、３８及び噴射流体流
入路３９は噴射流体障壁層３６に形成される。ノズル３
５はメンブレイン２０と噴射流体室３７、３８で囲繞さ
れた噴射流体が外部へ放出される放出口である。ノズル
部基板３１（図４）はノズル部３０の製作のために臨時
に使用する基板であって、ノズル部３０の組立前に分離
する。
流体の圧力が伝達され上下動する駆動流体室１６、１７
及び駆動流体障壁層１５の上部に付着された薄膜であっ
て、ポリイミドコーティング層２１及びポリイミド接着
層２２でなされている。噴射流体室３７、３８は噴射流
体の外郭を包みながらメンブレイン２０を通して伝えら
れた圧力を受けた噴射流体がノズル３５を通じてのみ噴
射流体が噴射されるように形成されたチャンバを指す。
この時、噴射流体はメンブレイン２０の駆動を受けてノ
ズルプレート３４に形成されたノズル３５を通して噴射
流体室３７、３８を抜け出て外部に放出される直接的な
流体を指す。噴射流体流入路３９は噴射流体室３７、３
８と疎通される。噴射流体室３７、３８及び噴射流体流
入路３９は噴射流体障壁層３６に形成される。ノズル３
５はメンブレイン２０と噴射流体室３７、３８で囲繞さ
れた噴射流体が外部へ放出される放出口である。ノズル
部基板３１（図４）はノズル部３０の製作のために臨時
に使用する基板であって、ノズル部３０の組立前に分離
する。
【０００６】図２は従来のロール方式にともなう流体噴
射装置を加工する工程を示した図である。図２に示した
ように、ノズルプレート３４は供給リール５１から巻取
リール５２に移送される。ノズルプレート３４が供給リ
ール５１から巻取リール５２に移送される過程において
レーザービーム加工機５３によりノズルプレート３４に
ノズルが形成される。ノズルが形成されれば、空気噴射
器５４から噴射される空気がノズルプレート３４につい
ていた異物を除去する。以後、シリコン基板から噴射流
体障壁層３６まで積層された状態のアクチュエータチッ
プ４０がタブボンダ(TAB bonder)５５によりノズルプレ
ート３４にボンディングされることにより流体噴射装置
が完成される。完成された流体噴射装置は巻取リール５
２に巻取られて保管され、以後のプリントヘッド製造工
程において一枚ずつ切断されてからプリンタ製造ライン
に投入される。
射装置を加工する工程を示した図である。図２に示した
ように、ノズルプレート３４は供給リール５１から巻取
リール５２に移送される。ノズルプレート３４が供給リ
ール５１から巻取リール５２に移送される過程において
レーザービーム加工機５３によりノズルプレート３４に
ノズルが形成される。ノズルが形成されれば、空気噴射
器５４から噴射される空気がノズルプレート３４につい
ていた異物を除去する。以後、シリコン基板から噴射流
体障壁層３６まで積層された状態のアクチュエータチッ
プ４０がタブボンダ(TAB bonder)５５によりノズルプレ
ート３４にボンディングされることにより流体噴射装置
が完成される。完成された流体噴射装置は巻取リール５
２に巻取られて保管され、以後のプリントヘッド製造工
程において一枚ずつ切断されてからプリンタ製造ライン
に投入される。
【０００７】前述した図１の流体噴射装置の構造に基づ
き、以下従来の熱圧縮方式にともなう流体噴射装置の製
造方法を説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は各々従
来の技術にともなう流体噴射装置の発熱駆動部の製造工
程を示す図面で、図３（Ｃ）はメンブレインの製造工程
を示す図で、図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）は各々ノズル部
の製造工程を示す図である。
き、以下従来の熱圧縮方式にともなう流体噴射装置の製
造方法を説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は各々従
来の技術にともなう流体噴射装置の発熱駆動部の製造工
程を示す図面で、図３（Ｃ）はメンブレインの製造工程
を示す図で、図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）は各々ノズル部
の製造工程を示す図である。
【０００８】従来の流体噴射装置を製作するため、発熱
駆動部１０とノズル部３０を別途に製作するようにな
り、発熱駆動部１０の場合において別のメンブレイン２
０を製作した後に発熱駆動部１０の駆動流体障壁層１５
にメンブレイン２０を接着して完成する。以後に別途製
作されたノズル部３０をひっくり返してメンブレイン２
０に接着させることによって流体噴射装置が完成され
る。
駆動部１０とノズル部３０を別途に製作するようにな
り、発熱駆動部１０の場合において別のメンブレイン２
０を製作した後に発熱駆動部１０の駆動流体障壁層１５
にメンブレイン２０を接着して完成する。以後に別途製
作されたノズル部３０をひっくり返してメンブレイン２
０に接着させることによって流体噴射装置が完成され
る。
【０００９】図３（Ａ）は発熱駆動部１０の基板１１上
に絶縁層１２を拡散させて形成した後、絶縁層１２上に
発熱体１３及び電極１４を順次に形成することを示す。
図３（Ｂ）は所定のマスクパターンによる駆動流体障壁
層１５の蝕刻工程を行い、駆動流体室１６、１７及び注
入通路１８を製作する。即ち、発熱駆動部１０はシリコ
ン基板１１の上部に絶縁層１２、発熱体１３、電極１４
及び駆動流体障壁層１５が順次に積層形成される。この
時、駆動流体障壁層１５の蝕刻部には熱により膨脹され
る駆動流体の充填された駆動流体室１６、１７が形成さ
れ、駆動流体注入通路１８を通じて駆動流体が注入され
る。
に絶縁層１２を拡散させて形成した後、絶縁層１２上に
発熱体１３及び電極１４を順次に形成することを示す。
図３（Ｂ）は所定のマスクパターンによる駆動流体障壁
層１５の蝕刻工程を行い、駆動流体室１６、１７及び注
入通路１８を製作する。即ち、発熱駆動部１０はシリコ
ン基板１１の上部に絶縁層１２、発熱体１３、電極１４
及び駆動流体障壁層１５が順次に積層形成される。この
時、駆動流体障壁層１５の蝕刻部には熱により膨脹され
る駆動流体の充填された駆動流体室１６、１７が形成さ
れ、駆動流体注入通路１８を通じて駆動流体が注入され
る。
【００１０】図３（Ｃ）は別途製作されたメンブレイン
２０を完成された発熱駆動部１０の上部に接着させたも
のを示す。メンブレイン２０は薄い隔板を指し、発熱体
１３により加熱された駆動流体により噴射流体室３７方
向に駆動される（図１参照）。図４（Ａ）はノズル部基
板３１の上部に絶縁層３２及びノズルプレート３４を各
々形成した後、レーザービーム加工機５３（図２）によ
りノズル３５を形成する工程を示す。図４（Ｂ）は前述
した図４（Ａ）に示した構造の上部に噴射流体障壁層３
６を形成し、所定のマスクパターンによる蝕刻工程によ
り噴射流体室３７、３８及び流入路を形成したものを示
す。図４（Ｃ）はノズル部基板３１からノズル部３０
（図１）のみを分離したものを示す。ノズル部３０は噴
射流体障壁層３６とノズルプレート３４を有する。噴射
流体障壁層３６の蝕刻部には噴射される流体の充填され
た噴射流体室３７、３８が形成されており、噴射流体流
入路３９（図１参照）を通じて噴射流体のインキが注入
される。ノズルプレート３４には噴射流体室３７と疎通
され流体を噴射するノズル３５が形成されている。この
うち、ノズル部３０は図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）に示し
た通りの過程を経て製造される。まず、絶縁層３２を有
する基板３１上に電解メッキを通じノズル３５を持つノ
ズルプレート３４を形成する。次に、その上に噴射流体
障壁層３６を積層し、リソグラフィ工程を通じて噴射流
体室３７、３８と噴射流体流入路３９を形成する。最後
に、基板３１と絶縁層３２を除去することによってノズ
ル部３０が完成される。完成されたノズル部３０はひっ
くり返して噴射流体障壁層３６を発熱駆動部１０に予め
組立てられたメンブレイン２０に接着して組立てる。具
体的には、ノズル部３０の噴射流体障壁層３６がメンブ
レイン２０のポリイミドコーティング層２１に接着され
る。
２０を完成された発熱駆動部１０の上部に接着させたも
のを示す。メンブレイン２０は薄い隔板を指し、発熱体
１３により加熱された駆動流体により噴射流体室３７方
向に駆動される（図１参照）。図４（Ａ）はノズル部基
板３１の上部に絶縁層３２及びノズルプレート３４を各
々形成した後、レーザービーム加工機５３（図２）によ
りノズル３５を形成する工程を示す。図４（Ｂ）は前述
した図４（Ａ）に示した構造の上部に噴射流体障壁層３
６を形成し、所定のマスクパターンによる蝕刻工程によ
り噴射流体室３７、３８及び流入路を形成したものを示
す。図４（Ｃ）はノズル部基板３１からノズル部３０
（図１）のみを分離したものを示す。ノズル部３０は噴
射流体障壁層３６とノズルプレート３４を有する。噴射
流体障壁層３６の蝕刻部には噴射される流体の充填され
た噴射流体室３７、３８が形成されており、噴射流体流
入路３９（図１参照）を通じて噴射流体のインキが注入
される。ノズルプレート３４には噴射流体室３７と疎通
され流体を噴射するノズル３５が形成されている。この
うち、ノズル部３０は図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）に示し
た通りの過程を経て製造される。まず、絶縁層３２を有
する基板３１上に電解メッキを通じノズル３５を持つノ
ズルプレート３４を形成する。次に、その上に噴射流体
障壁層３６を積層し、リソグラフィ工程を通じて噴射流
体室３７、３８と噴射流体流入路３９を形成する。最後
に、基板３１と絶縁層３２を除去することによってノズ
ル部３０が完成される。完成されたノズル部３０はひっ
くり返して噴射流体障壁層３６を発熱駆動部１０に予め
組立てられたメンブレイン２０に接着して組立てる。具
体的には、ノズル部３０の噴射流体障壁層３６がメンブ
レイン２０のポリイミドコーティング層２１に接着され
る。
【００１１】前述した図１の構成を参考にして、熱圧縮
方式にともなう流体噴射装置の動作を説明すると次の通
りである。まず、電極１４を通じて電源を供給すれば、
電極１４に連結された発熱体１３に電流が流れる。この
時、発熱体１３は抵抗を有しているので抵抗熱が発生す
る。発生された抵抗熱は駆動流体室１６を充填している
流体を加熱するようになり、この流体が一定温度以上に
なれば気化し始める。結局、続く加熱により気化された
流体量の増加は蒸気圧力の増加を誘発してメンブレイン
２０を駆動させて上部方向に押し上げる。即ち、駆動流
体が熱膨張されメンブレイン２０を図１に示された通り
矢印方向に押し上げる。メンブレイン２０が上方に押し
上げられることによって、噴射流体室３７の内部の流体
がノズル３５を通して外部に噴射される。
方式にともなう流体噴射装置の動作を説明すると次の通
りである。まず、電極１４を通じて電源を供給すれば、
電極１４に連結された発熱体１３に電流が流れる。この
時、発熱体１３は抵抗を有しているので抵抗熱が発生す
る。発生された抵抗熱は駆動流体室１６を充填している
流体を加熱するようになり、この流体が一定温度以上に
なれば気化し始める。結局、続く加熱により気化された
流体量の増加は蒸気圧力の増加を誘発してメンブレイン
２０を駆動させて上部方向に押し上げる。即ち、駆動流
体が熱膨張されメンブレイン２０を図１に示された通り
矢印方向に押し上げる。メンブレイン２０が上方に押し
上げられることによって、噴射流体室３７の内部の流体
がノズル３５を通して外部に噴射される。
【００１２】電源供給を中断すれば、発熱体１３の抵抗
熱がこれ以上発生されなくなって駆動流体室１６の流体
は冷却され再び液状に変換され、その体積が縮まってメ
ンブレイン２０は原形に復元される。一方、従来はノズ
ルプレート３４の材質としてニッケル金属が主に使われ
たが、最近はポリイミドという合成樹脂材質の使用が増
加しつつある。ポリイミド材質をノズルプレート３４と
して使用する場合、このようなノズルプレート３４はリ
ール状に供給される。リール状に供給されるノズルプレ
ート３４上にシリコン基板から噴射流体障壁層３６まで
積層された状態のチップがボンディングされることによ
り、流体噴射装置が完成される。
熱がこれ以上発生されなくなって駆動流体室１６の流体
は冷却され再び液状に変換され、その体積が縮まってメ
ンブレイン２０は原形に復元される。一方、従来はノズ
ルプレート３４の材質としてニッケル金属が主に使われ
たが、最近はポリイミドという合成樹脂材質の使用が増
加しつつある。ポリイミド材質をノズルプレート３４と
して使用する場合、このようなノズルプレート３４はリ
ール状に供給される。リール状に供給されるノズルプレ
ート３４上にシリコン基板から噴射流体障壁層３６まで
積層された状態のチップがボンディングされることによ
り、流体噴射装置が完成される。
【００１３】しかし、従来は上記の通り流体噴射装置の
ノズル部を製作する時ノズルプレートと噴射流体障壁層
を各々別設するので、工数が多くて複雑な為生産性が低
下される問題点があった。また、従来の電解メッキを利
用する場合は厚さの不均一と噴射流体室形成の技術上の
問題により、基板全面に均一な圧力を加え難いという問
題点がある。ひいては、従来は発熱駆動部−メンブレイ
ン組立体とノズル部を各々単位部品に切断した後、これ
らを個別的に接着するしかないので、生産性が大幅に低
下され品質の信頼性が落ちる問題点があった。
ノズル部を製作する時ノズルプレートと噴射流体障壁層
を各々別設するので、工数が多くて複雑な為生産性が低
下される問題点があった。また、従来の電解メッキを利
用する場合は厚さの不均一と噴射流体室形成の技術上の
問題により、基板全面に均一な圧力を加え難いという問
題点がある。ひいては、従来は発熱駆動部−メンブレイ
ン組立体とノズル部を各々単位部品に切断した後、これ
らを個別的に接着するしかないので、生産性が大幅に低
下され品質の信頼性が落ちる問題点があった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は前述
したような従来の問題点を解消するために案出されたも
のであって、本発明の目的は、流体噴射装置においてノ
ズル部製作時基板上にノズルと噴射流体室を一体型に製
作し、他の基板上で製作された発熱駆動部−メンブレイ
ン接着部と基板対基板に接着した後に個別的に切断させ
ることができる流体噴射装置の製造方法を提供するとこ
ろにある。
したような従来の問題点を解消するために案出されたも
のであって、本発明の目的は、流体噴射装置においてノ
ズル部製作時基板上にノズルと噴射流体室を一体型に製
作し、他の基板上で製作された発熱駆動部−メンブレイ
ン接着部と基板対基板に接着した後に個別的に切断させ
ることができる流体噴射装置の製造方法を提供するとこ
ろにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための手段として、本発明に係る流体噴射装置の製造方
法は、（Ａ）発熱駆動部、メンブレイン及びノズル部を
各々形成する段階、及び（Ｂ）一つのノズルプレートを
使用してノズル及び噴射流体室を順次に形成し前記発熱
駆動部、前記メンブレイン及び前記ノズル部を順次に組
立てる段階とを含む。
ための手段として、本発明に係る流体噴射装置の製造方
法は、（Ａ）発熱駆動部、メンブレイン及びノズル部を
各々形成する段階、及び（Ｂ）一つのノズルプレートを
使用してノズル及び噴射流体室を順次に形成し前記発熱
駆動部、前記メンブレイン及び前記ノズル部を順次に組
立てる段階とを含む。
【００１６】前記（Ｂ）段階は、基板上にノズルプレー
トをの積層する第１段階と、前記ノズルプレートにノズ
ルを形成する第２段階と、前記ノズルを深さ方向に拡張
しつつ噴射流体室を形成する第３段階とを含んでなさ
れ、前記基板から前記ノズルプレートを分離する第４段
階をさらに含む。前記第２段階前に前記基板にノズルプ
レートを接合し、前記ノズルプレートを所定の厚さに研
磨することによりなされることが望ましい。
トをの積層する第１段階と、前記ノズルプレートにノズ
ルを形成する第２段階と、前記ノズルを深さ方向に拡張
しつつ噴射流体室を形成する第３段階とを含んでなさ
れ、前記基板から前記ノズルプレートを分離する第４段
階をさらに含む。前記第２段階前に前記基板にノズルプ
レートを接合し、前記ノズルプレートを所定の厚さに研
磨することによりなされることが望ましい。
【００１７】前記ノズルプレートは化学機械的ポリシン
グ工程により所定の厚さに研磨され、前記ノズルプレー
トはシリコン材質のものが望ましい。前記第２段階と第
３段階は各々露光工程によりなされ、前記第３段階は異
方性蝕刻によりなされることが望ましい。前記基板を分
離する段階は前記発熱駆動部、メンブレイン及びノズル
部を順次に組立てる段階の後に施されることが望まし
い。
グ工程により所定の厚さに研磨され、前記ノズルプレー
トはシリコン材質のものが望ましい。前記第２段階と第
３段階は各々露光工程によりなされ、前記第３段階は異
方性蝕刻によりなされることが望ましい。前記基板を分
離する段階は前記発熱駆動部、メンブレイン及びノズル
部を順次に組立てる段階の後に施されることが望まし
い。
【００１８】前記目的を達成するための他の手段とし
て、本発明に係る流体噴射装置の製造方法は、（Ａ）発
熱駆動部、メンブレイン及びノズル部を各々形成する段
階、及び（Ｂ）これらを順次に組立てる段階とを含み、
前記段階（Ｂ）は基板上にシリコン材質のノズルプレー
トを積層する第１段階と、前記ノズルプレートを化学機
械的ポリシング工程により所定の厚さに研磨する第２段
階と、露光工程を通じてノズルプレートにノズルを形成
する第３段階と、形成されたノズル部に異方性蝕刻によ
る露光工程により噴射流体室を形成する第４段階と、前
記ノズルプレートを前記基板から分離する第５段階とを
含むことを特徴とする。
て、本発明に係る流体噴射装置の製造方法は、（Ａ）発
熱駆動部、メンブレイン及びノズル部を各々形成する段
階、及び（Ｂ）これらを順次に組立てる段階とを含み、
前記段階（Ｂ）は基板上にシリコン材質のノズルプレー
トを積層する第１段階と、前記ノズルプレートを化学機
械的ポリシング工程により所定の厚さに研磨する第２段
階と、露光工程を通じてノズルプレートにノズルを形成
する第３段階と、形成されたノズル部に異方性蝕刻によ
る露光工程により噴射流体室を形成する第４段階と、前
記ノズルプレートを前記基板から分離する第５段階とを
含むことを特徴とする。
【００１９】これによれば、一つのシリコン薄膜層にノ
ズル及び噴射流体室を共に形成するので工数が少なくて
簡単になる。また、基板全体にかけた平坦度が優秀で駆
動部−メンブレイン組立体とノズル部を基板対基板単位
に組立てられる。
ズル及び噴射流体室を共に形成するので工数が少なくて
簡単になる。また、基板全体にかけた平坦度が優秀で駆
動部−メンブレイン組立体とノズル部を基板対基板単位
に組立てられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の実施例にともなう流体噴射装置の製造方法をさらに
詳しく説明する。図５は本発明の実施例にともなう流体
噴射装置の垂直断面図であって、１１０は発熱駆動部、
１２０はメンブレイン、１３０はノズル部である。
明の実施例にともなう流体噴射装置の製造方法をさらに
詳しく説明する。図５は本発明の実施例にともなう流体
噴射装置の垂直断面図であって、１１０は発熱駆動部、
１２０はメンブレイン、１３０はノズル部である。
【００２１】本発明の実施例にともなう流体噴射装置の
製造工程は発熱駆動部１１０を形成する工程、メンブレ
イン１２０を形成する工程、ノズル部１３０を形成する
工程、そしてこれらを順次に組立てる工程とを含めてな
される。発熱駆動部１１０において、１１６、１１７は
駆動流体室、１１４は電極、そして１１３は発熱体であ
る。また１１２は絶縁層、１１１は基板、１１５は駆動
流体障壁層、そして１１８は駆動流体通路である。
製造工程は発熱駆動部１１０を形成する工程、メンブレ
イン１２０を形成する工程、ノズル部１３０を形成する
工程、そしてこれらを順次に組立てる工程とを含めてな
される。発熱駆動部１１０において、１１６、１１７は
駆動流体室、１１４は電極、そして１１３は発熱体であ
る。また１１２は絶縁層、１１１は基板、１１５は駆動
流体障壁層、そして１１８は駆動流体通路である。
【００２２】メンブレイン１２０において、１２１はポ
リイミドコーティング層、１２２はポリイミド接着層で
ある。ノズル部１３０において、１３４はノズルプレー
ト、１３５はノズル、１３６は噴射流体障壁層、１３７
及び１３８は噴射流体室である。図５に示したように、
ウエハー基板１１１上に多数の発熱駆動部１１０及びメ
ンブレイン１２０が接着された後、その上部に別途に製
作されたノズル部１３０を一体型に接着するようにな
り、以後に各々個別的に切断され使われる。
リイミドコーティング層、１２２はポリイミド接着層で
ある。ノズル部１３０において、１３４はノズルプレー
ト、１３５はノズル、１３６は噴射流体障壁層、１３７
及び１３８は噴射流体室である。図５に示したように、
ウエハー基板１１１上に多数の発熱駆動部１１０及びメ
ンブレイン１２０が接着された後、その上部に別途に製
作されたノズル部１３０を一体型に接着するようにな
り、以後に各々個別的に切断され使われる。
【００２３】図６及び図７は本発明に係る流体噴射装置
の発熱駆動部１１０、図８はメンブレイン１２０の製造
工程を示す図面で、図９乃至図１２は各々本発明に係る
流体噴射装置のノズル部１３０の製造工程を示す図であ
る。このうち発熱駆動部１１０を形成する工程と、メン
ブレイン１２０を形成する工程は従来の通例的な方法を
利用して行える。従って、これに対する説明は図６乃至
図８を参考にして簡単に言及し、図９乃至図１２を参考
にして本発明の主要特徴のノズル部１３０を形成する段
階を中心に説明する。
の発熱駆動部１１０、図８はメンブレイン１２０の製造
工程を示す図面で、図９乃至図１２は各々本発明に係る
流体噴射装置のノズル部１３０の製造工程を示す図であ
る。このうち発熱駆動部１１０を形成する工程と、メン
ブレイン１２０を形成する工程は従来の通例的な方法を
利用して行える。従って、これに対する説明は図６乃至
図８を参考にして簡単に言及し、図９乃至図１２を参考
にして本発明の主要特徴のノズル部１３０を形成する段
階を中心に説明する。
【００２４】まず、図６に示したように、絶縁層１１２
が上部に形成された基板１１１上に金属膜を形成し、こ
れを蝕刻して発熱体１１３を形成した後発熱体１１３の
上に再度金属膜を形成し蝕刻して電極１１４を順次に形
成するようになる。次に、図７に示したように、図６の
上部に駆動流体障壁層または駆動流体隔壁１１５を形成
し、駆動流体室１１６、１１７及び駆動流体通路１１８
を蝕刻により形成する。これで、発熱駆動部１１０が形
成される。そして、ポリイミドコーティング層１２１と
ポリイミド接着層１２２を持つメンブレイン１２０を別
の基板上で形成して駆動流体障壁層１１５に接着した
り、犠牲層を利用する等の方法で駆動流体障壁層１１
６、１１７上に直接形成する。
が上部に形成された基板１１１上に金属膜を形成し、こ
れを蝕刻して発熱体１１３を形成した後発熱体１１３の
上に再度金属膜を形成し蝕刻して電極１１４を順次に形
成するようになる。次に、図７に示したように、図６の
上部に駆動流体障壁層または駆動流体隔壁１１５を形成
し、駆動流体室１１６、１１７及び駆動流体通路１１８
を蝕刻により形成する。これで、発熱駆動部１１０が形
成される。そして、ポリイミドコーティング層１２１と
ポリイミド接着層１２２を持つメンブレイン１２０を別
の基板上で形成して駆動流体障壁層１１５に接着した
り、犠牲層を利用する等の方法で駆動流体障壁層１１
６、１１７上に直接形成する。
【００２５】一方、ノズル部１３０は別の基板上で別設
される。即ち、図９に示したように、絶縁層１３２を持
つ基板１３１上にシリコン材質のノズルプレート１３４
を接着剤または陽極ボンディング(anodic-bonding)によ
り積層する。次に、化学機械的ポリシング(chemo-mecha
nical polishing)工程を加えてノズルプレート１３４を
所定の厚さ、即ちノズル１３５、噴射流体室１３７、１
３８及び噴射流体障壁層１３６の形成に必要な厚さに研
磨した後、図１０に示したように、ノズルプレート１３
４にノズルを形成するために予定されたノズル位置の上
側に露光工程を通じてノズル１３５を形成する。
される。即ち、図９に示したように、絶縁層１３２を持
つ基板１３１上にシリコン材質のノズルプレート１３４
を接着剤または陽極ボンディング(anodic-bonding)によ
り積層する。次に、化学機械的ポリシング(chemo-mecha
nical polishing)工程を加えてノズルプレート１３４を
所定の厚さ、即ちノズル１３５、噴射流体室１３７、１
３８及び噴射流体障壁層１３６の形成に必要な厚さに研
磨した後、図１０に示したように、ノズルプレート１３
４にノズルを形成するために予定されたノズル位置の上
側に露光工程を通じてノズル１３５を形成する。
【００２６】次に、図１１に示したように、もう一度ノ
ズルプレート１３４に露光工程を加えて噴射流体室１３
７、１３８を形成する。この場合、蝕刻工程は垂直方向
の方向性を持つ異方性蝕刻が望ましい。これに伴い、蝕
刻はノズルプレート１３４の表面から垂直方向に同じ深
さになされるため、ノズル１３５が形成された位置では
さらに下方に蝕刻されノズル１３５が所望の位置に形成
される。言い換えれば、図１１は噴射流体室１３７、１
３８、噴射流体障壁層１３６及び噴射流体通路が蝕刻し
つつ垂直深さ方向に拡張されることを示す。
ズルプレート１３４に露光工程を加えて噴射流体室１３
７、１３８を形成する。この場合、蝕刻工程は垂直方向
の方向性を持つ異方性蝕刻が望ましい。これに伴い、蝕
刻はノズルプレート１３４の表面から垂直方向に同じ深
さになされるため、ノズル１３５が形成された位置では
さらに下方に蝕刻されノズル１３５が所望の位置に形成
される。言い換えれば、図１１は噴射流体室１３７、１
３８、噴射流体障壁層１３６及び噴射流体通路が蝕刻し
つつ垂直深さ方向に拡張されることを示す。
【００２７】一方、ノズル１３５の形成及び噴射流体室
１３７、１３８並びに噴射流体障壁層１３６を形成する
ための露光工程において蝕刻は湿式蝕刻を使用する事が
でき、反応性イオン蝕刻(Reactive Ion Etching)のよう
な乾式蝕刻を利用する事も出来る。従って、図９及び図
１０に示したように、ノズルプレート１３４を蝕刻して
予め形成される（その結果は図１０に示される）。以
後、ノズル１３５が予め蝕刻された状態のノズルプレー
ト１３４（図１０）を再び蝕刻してノズル１３５、噴射
流体障壁層１３６及び噴射流体室１３７、１３８を形成
する。
１３７、１３８並びに噴射流体障壁層１３６を形成する
ための露光工程において蝕刻は湿式蝕刻を使用する事が
でき、反応性イオン蝕刻(Reactive Ion Etching)のよう
な乾式蝕刻を利用する事も出来る。従って、図９及び図
１０に示したように、ノズルプレート１３４を蝕刻して
予め形成される（その結果は図１０に示される）。以
後、ノズル１３５が予め蝕刻された状態のノズルプレー
ト１３４（図１０）を再び蝕刻してノズル１３５、噴射
流体障壁層１３６及び噴射流体室１３７、１３８を形成
する。
【００２８】次に、図１２に示したように、ノズル１３
５及び噴射流体室１３７、１３８並びに噴射流体障壁層
１３６が形成されたノズル部１３０をひっくり返してメ
ンブレイン−発熱駆動部の組立体のメンブレイン１２０
の上部に組立てる。組立は接着剤または陽極ボンディン
グを利用し、基板対基板単位に組立てる。最後の段階
で、ノズル部１３０から基板１３１及び絶縁層１３２を
分離すれば流体噴射装置が完成される。もちろんノズル
部１３０をメンブレイン−駆動部組立体に組立てる前に
基板１３１をノズル部１３０から分離することができる
が、組立作業の特性上、組立作業が完了した後基板１３
１をノズル部１３０から分離することが望ましい。以
後、個別的な流体噴射装置で切断してプリントヘッドの
製造工程に投入される。
５及び噴射流体室１３７、１３８並びに噴射流体障壁層
１３６が形成されたノズル部１３０をひっくり返してメ
ンブレイン−発熱駆動部の組立体のメンブレイン１２０
の上部に組立てる。組立は接着剤または陽極ボンディン
グを利用し、基板対基板単位に組立てる。最後の段階
で、ノズル部１３０から基板１３１及び絶縁層１３２を
分離すれば流体噴射装置が完成される。もちろんノズル
部１３０をメンブレイン−駆動部組立体に組立てる前に
基板１３１をノズル部１３０から分離することができる
が、組立作業の特性上、組立作業が完了した後基板１３
１をノズル部１３０から分離することが望ましい。以
後、個別的な流体噴射装置で切断してプリントヘッドの
製造工程に投入される。
【００２９】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば、一つ
のシリコン薄膜層にノズル及び噴射流体室を共に形成す
るため、従来のように単位部品に切断して組立てる方式
に比べて生産性を高められる。また、一つの薄膜層を利
用することによって基板全体にかけた厚さ偏差が最小化
できるため、発熱駆動部−メンブレイン組立体とノズル
部を基板対基板単位に組立てることによって、生産性と
品質の信頼性が大幅に向上できる。本発明によれば、多
数のメンブレイン１２０が形成された多数の発熱駆動部
１１０（図８）を多数のノズル部１３０（図１１）に同
じ条件下でボンディングすることにより多数の流体噴射
装置が製造される。従って、一枚の基板１１１上に形成
された流体噴射装置の厚さがほぼ一定になる。
のシリコン薄膜層にノズル及び噴射流体室を共に形成す
るため、従来のように単位部品に切断して組立てる方式
に比べて生産性を高められる。また、一つの薄膜層を利
用することによって基板全体にかけた厚さ偏差が最小化
できるため、発熱駆動部−メンブレイン組立体とノズル
部を基板対基板単位に組立てることによって、生産性と
品質の信頼性が大幅に向上できる。本発明によれば、多
数のメンブレイン１２０が形成された多数の発熱駆動部
１１０（図８）を多数のノズル部１３０（図１１）に同
じ条件下でボンディングすることにより多数の流体噴射
装置が製造される。従って、一枚の基板１１１上に形成
された流体噴射装置の厚さがほぼ一定になる。
【００３０】以上では本発明の特定の望ましい実施例に
ついて示しかつ説明した。しかし、本発明は前述した実
施例に限らず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨
を逸脱せず該当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である。
ついて示しかつ説明した。しかし、本発明は前述した実
施例に限らず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨
を逸脱せず該当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である。
【図１】従来の熱圧縮方式にともなう流体噴射装置の垂
直断面図である。
直断面図である。
【図２】従来のロール方式にともなう流体噴射装置を加
工する工程を示した図である。
工する工程を示した図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は従来の技術にともなう流体
噴射装置の発熱駆動部の製造工程を示す図であり、
（Ｃ）は従来の技術にともなう流体噴射装置の発熱駆動
部上にメンブレインを製造する工程を示す図である。
噴射装置の発熱駆動部の製造工程を示す図であり、
（Ｃ）は従来の技術にともなう流体噴射装置の発熱駆動
部上にメンブレインを製造する工程を示す図である。
【図４】（Ａ）乃至（Ｃ）は従来の技術にともなう熱圧
縮方式の流体噴射装置のノズル部の製造工程を示す図で
ある。
縮方式の流体噴射装置のノズル部の製造工程を示す図で
ある。
【図５】本発明に係る流体噴射装置の垂直断面図であ
る。
る。
【図６】本発明に係る流体噴射装置の発熱駆動部の製造
工程を示す図である。
工程を示す図である。
【図７】図６に続く工程を示す図である。
【図８】本発明に係る流体噴射装置の発熱駆動部上にメ
ンブレインを製造する工程を示す図である。
ンブレインを製造する工程を示す図である。
【図９】本発明に係る流体噴射装置のノズル部の製造工
程を示す図である。
程を示す図である。
【図１０】図９に続く工程を示す図である。
【図１１】図１０に続く工程を示す図である。
【図１２】図１１に続く工程を示す図である。
１１０ 発熱駆動部 １１１，１３１ 基板 １１２，１３２ 絶縁層 １１３ 発熱体 １１４ 電極 １１５ 駆動流体障壁層 １１６，１１７ 駆動流体室 １１８ 駆動流体通路 １２０ メンブレイン １２１ ポリイミドコーティング層 １２２ ポリイミド接着層 １３０ ノズル部 １３４ ノズルプレート １３６ 噴射流体障壁層 １３７，１３８ 噴射流体室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−177838（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−82357（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/05 B05B 9/00 B41J 2/16 B41J 2/165
Claims (25)
- 【請求項１】 発熱駆動部に充填した駆動液体を気化さ
せてメンブレインを介してノズル部の噴射流体室に充填
した噴射流体を押して前記噴射流体を前記ノズル部のノ
ズルから噴射する熱圧縮方式の流体噴射装置の製造方法
において、 前記 発熱駆動部、前記メンブレイン及び前記ノズル部を
形成する段階と、前記発熱駆動部、前記メンブレイン及び前記ノズル部を
順次に組立てる段階とを含み、 前記ノズル部を形成する段階は、 基板上にノズルプレートを積層する段階と、 前記ノズルプレートに前記ノズルを形成する段階と、 前記ノズルを深さ方向に拡張しつつ前記噴射流体室を形
成する段階 とを含むことを特徴とする流体噴射装置の製
造方法。 - 【請求項２】 前記ノズル部を形成する段階は、 前記基板から前記ノズルプレートを分離する段階をさら
に含む ことを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置
の製造方法。 - 【請求項３】 前記ノズル部を形成する段階は、 前記基板に前記ノズルプレートを積層する段階を通じて
前記基板に前記ノズルプレートが接合され、 前記ノズルプレートに前記ノズルを形成する段階の前に
前記ノズルプレートを所定の厚さに研磨する段階をさら
に含む ことを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置
の製造方法。 - 【請求項４】 前記ノズルプレートは化学機械的ポリシ
ング工程により所定の厚さに研磨されることを特徴とす
る請求項３に記載の流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記ノズルプレートはシリコン材質であ
ることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置の製
造方法。 - 【請求項６】 前記ノズルを形成する段階及び前記噴射
流体室を形成する段階は各々露光工程によりなされるこ
とを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置の製造方
法。 - 【請求項７】 前記噴射流体室を形成する段階は異方性
蝕刻によりなされることを特徴とする請求項１に記載の
流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項８】 前記発熱駆動部、前記メンブレイン及び
前記ノズル部を順次に組立てる段階の後に前記ノズルプ
レートと前記基板とを分離する段階をさらに含むことを
特徴とする請求項２に記載の流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記ノズル及び前記噴射流体室を形成す
る段階は前記ノズル部を前記メンブレインと組立てる前
になされることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射
装置の製造方法。 - 【請求項１０】 前記ノズル部を前記メンブレインと組
立てる段階は接着剤または陽極ボンディングを利用する
ことを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置の製造
方法。 - 【請求項１１】 前記基板上に前記ノズルプレートを積
層する段階は、 前記基板上に絶縁層を形成する段階と、 接着剤または陽極ボンディングを利用して前記ノズルプ
レートを前記絶縁層に積層する段階とを含む ことを特徴
とする請求項１に記載の流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項１２】 前記ノズル及び前記噴射流体室を形成
する段階は、 前記噴射流体室を形成する段階の後及び前記基板から前
記ノズルプレートを分離する段階の前に前記ノズルプレ
ートを前記メンブレインと組立てる段階をさらに含む こ
とを特徴とする請求項９に記載の流体噴射装置の製造方
法。 - 【請求項１３】 発熱駆動部に充填した駆動液体を気化
させてメンブレインを介してノズル部の噴射流体室に充
填した噴射流体を押して前記噴射流体をノズル部のノズ
ルから噴射する熱圧縮方式の流体噴射装置の製造方法に
おいて、 発熱駆動部、メンブレイン及びノズル部を形成する段階
と、 前記発熱駆動部、メンブレイン及びノズル部を順次に組
立てる段階を含み、 前記発熱駆動部、メンブレイン及びノズル部を組立てる
段階は、 基板上にシリコン材質のノズルプレートを積層する段階
と、 前記ノズルプレートを化学機械的ポリシング工程により
所定の厚さに研磨する段階と、 露光工程を通じてノズルを形成する段階と、 形成されたノズル部に異方性蝕刻による露光工程により
噴射流体室を形成する段階と、 前記基板を前記ノズルプレートから分離する段階とを含
む ことを特徴とする流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項１４】 発熱駆動部に充填した駆動液体を気化
させてメンブレインを介してノズル部の噴射流体室に充
填した噴射流体を押して前記噴射流体をノズル部のノズ
ルから噴射する熱圧縮方式の流体噴射装置の製造方法に
おいて、 一つのノズルプレートにノズル及び噴射流体室を形成す
る段階と、 前記ノズルと前記噴射流体室が形成された前記ノズルプ
レートをメンブレイン−発熱駆動部接合体のメンブレイ
ンに接着する段階とを含む ことを特徴とする流体噴射装
置の製造方法。 - 【請求項１５】 前記ノズル及び前記噴射流体室を形成
する段階は、 前記ノズルプレートに前記ノズルを形成する段階と、 前記ノズルを深さ方向に拡張することによって前記噴射
流体室を形成する段階とを含む ことを特徴とする請求項
１４に記載の流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項１６】 前記ノズル及び前記噴射流体室を形成
する段階は、 前記ノズルプレートに前記ノズルを形成する前に基板上
に前記ノズルプレートを形成する段階を含む ことを特徴
とする請求項１５に記載の流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項１７】 前記ノズルプレートを前記メンブレイ
ンに付着する段階の後に前記ノズルプレートを前記基板
から分離する段階をさらに含むことを特徴とする請求項
１６に記載の流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項１８】 前記ノズルプレートを前記基板に接着
する段階の後、そして前記ノズルプレートに前記ノズル
を形成する段階の前に前記ノズルプレートを所定の厚さ
に研磨する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１
６に記載の流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項１９】 前記ノズルを形成する段階は露光工程
によりなされ、前記噴射流体室を形成する段階は異方性
蝕刻によりなされることによって前記ノズル プレートを
一定の深さに蝕刻すると同時に前記ノズルを完全に形成
することを特徴とする請求項１５に記載の流体噴射装置
の製造方法。 - 【請求項２０】 発熱駆動部に充填した駆動液体を気化
させてメンブレインを介してノズル部の噴射流体室に充
填した噴射流体を押して前記噴射流体をノズル部のノズ
ルから噴射する熱圧縮方式の流体噴射装置の製造方法に
おいて、 ノズルプレートを第１基板に接着し前記第１基板に接着
された前記ノズルプレートに前記ノズルと前記噴射流体
室を形成する段階と、 前記第１基板に接着された前記ノズルプレートを第２基
板に接着される前記発熱駆動部に接着された前記メンブ
レインに接着させる段階と、 前記ノズルプレートを前記メンブレインに接着した後、
前記ノズルプレートから前記第１基板を取り外す段階と
を含む ことを特徴とする流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項２１】 前記第２基板に接着される前記発熱駆
動部に接着された前記メンブレインは、 前記発熱駆動部を前記第２基板に接着する段階と、 前記メンブレインを前記第２基板に接着された前記発熱
駆動部に接着する段階により形成される ことを特徴とす
る請求項２０に記載の流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項２２】 前記ノズルプレートに前記ノズル及び
前記噴射流体室を形成する段階は、 前記ノズルプレートに前記ノズルを形成する段階と、 前記ノズルを深さ方向に拡張することによって前記噴射
流体室を形成する段階とによりなされる ことを特徴とす
る請求項２０に記載の流体噴射装置の製造方法。 - 【請求項２３】 前記ノズルプレートは一つのシリコン
片であることを特徴とする請求項２２に記載の流体噴射
装置の製造方法。 - 【請求項２４】 前記ノズルプレートに前記ノズルを形
成する前に前記ノズルプレートを研磨する段階をさらに
含むことを特徴とする請求項２２に記載の流体噴射装置
の製造方法。 - 【請求項２５】 前記ノズル及び前記噴射流体室の形成
は蝕刻工程によりなされることを特徴とする請求項２２
に記載の流体噴射装置の製造方法。
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP35075599A Expired - Fee Related JP3311718B2 (ja) | 1998-12-10 | 1999-12-09 | 流体噴射装置の製造方法 |
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| JP (1) | JP3311718B2 (ja) |
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-
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1999
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- 1999-12-09 JP JP35075599A patent/JP3311718B2/ja not_active Expired - Fee Related
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