KR101389363B1 - 액적 토출 헤드, 액적 토출 헤드의 제조 방법, 및 액적토출 장치 - Google Patents

액적 토출 헤드, 액적 토출 헤드의 제조 방법, 및 액적토출 장치 Download PDF

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Abstract

액적 토출 헤드에서는, 액적의 미세화가 더 진행되면, 공기 저항 등에 의해 액적을 목표 위치에 정확하게 토출하는 것이 어려워지고, 액적의 직진 비행 안정성을 충분히 확보하는 것이 곤란해지는 과제가 있다.
압력실에 접속되고, 액적을 토출하는 관통부가 형성되는 노즐 플레이트(10)와, 노즐 플레이트(10)의 관통부 내측에 위치하는, 프레스 등의 공정으로 제조된 액적 유도부(13)를 구비하는 액적 토출 헤드를, 액적 토출 장치에 탑재한다. 액적 토출 노즐 플레이트(10) 내에 액적 유도부(13)가 설치되어 있기 때문에, 액적은 액적 유도부(13)에 유도되도록 흐른다. 그 때문에, 액적의 직진 비행 안정성을 확보하는 것이 가능한 액적 토출 헤드, 액적 토출 헤드의 제조 방법, 및 액적 토출 장치를 제공할 수 있다.
액적 토출 헤드, 압력실, 액적 유도부, 액적 토출 장치, 액적 토출 노즐 플레이트

Description

액적 토출 헤드, 액적 토출 헤드의 제조 방법, 및 액적 토출 장치{DROPLET DISCHARGING HEAD AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND DROPLET DISCHARGING DEVICE}
본 발명은, 액적 토출 헤드, 액적 토출 헤드의 제조 방법, 및 액적 토출 장치에 관한 것이다.
토출량의 제어성이나, 묘화(描畵) 위치의 제어성이 우수한 잉크젯 프린터 등의 액적 토출 기술을 이용하여, 금속배선 등의 미세한 패턴을 묘화하는 제조 방법과, 그 이용예가 제안되어 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 액적 토출 헤드의 구조에 대해서는, 액적 토출 헤드의 액적의 토출 측에 원뿔 형상을 갖도록 토출부를 형성하고, 액적의 직진 비행 안정성을 향상시켜, 각 토출부로부터 토출되는 액적 토출량의 편차를 적게 하는 방법이 제안되어 있다.
[특허문헌 1] 일본국 공개특허 평5-193144호 공보
그러나, 특허문헌 1에 나타낸 액적 토출 헤드에서는, 액적의 미세화가 더 진행되면, 공기 저항 등에 의해 액적을 목표위치에 정확하게 토출하는 것이 어려워지고, 액적의 직진 비행 안정성을 충분히 확보하는 것이 곤란해지는 과제가 있다.
그래서, 본 발명은 이러한 과제를 해결하고, 액적의 토출 방향을 안정시키는 액적 토출 헤드, 및 당해 액적 토출 헤드를 제조하기 위한 액적 토출 헤드의 제조 방법, 및 당해 액적 토출 헤드를 갖는 액적 토출 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 출원에 있어서, 축대칭 패턴은, 축을 중심으로 하여 패턴을 회전시켰을 경우, 0° 초과 360°미만의 회전 각도 범위에 있어서, 하나 이상의 각도에서 실질적으로 회전전의 패턴과 겹치는 패턴을 갖는 것으로 정의한다. 또한, 원기둥의 경우에는, 무수한 각도에서 겹친다고 해석한다. 또한, 여기에서 실질적이란, 토출되는 액체의 토출 방향, 토출량, 토출속도가 설정 오차 이내에 들어가는 경우로 정의한다.
또한, 첨예 형상이란, 끝이 뾰족한 형상으로 정의한다. 또한, 원뿔대 형상이란 원뿔 형상의 첨예 형상부를 제거한 형상으로 정의한다.
본 발명에 따른 액적 토출 헤드는, 압력실에 접속되며, 액적을 토출하는 관통부가 형성되는 노즐 플레이트와, 상기 관통부의 내주(內周)에 선단이 위치하는 액적 유도부를 구비하고, 상기 액적 유도부의 상기 선단이 상기 관통부의 내벽에 접하지 않는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 액적의 토출 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드에서는, 상기 관통부는, 액적의 토출 방향을 향하여 가늘어지는 테이퍼 형상부와, 상기 테이퍼 형상부의 가는 부분과 접속된 기둥 형상부를 구비하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 액적 유도부에 부가하여 테이퍼 형상부, 기둥 형상부에 의해 사출방향에 대하여, 보다 강한 방향성을 액적에 부여하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 액적의 직진 비행 안정성을 더 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드에서는, 상기 관통부를 구성하는 상기 테이퍼 형상부는, 액적의 토출 방향을 향하여 가늘어지는 원뿔대 형상부를 갖고, 또한, 상기 관통부를 구성하는 상기 기둥 형상부는, 상기 원뿔대 형상부의 가는 부분과 접속된 원기둥 형상을 가지며, 또한, 상기 원뿔대 형상부와 상기 기둥 형상부는 축을 일치되게, 또는 축을 어긋나게 하여 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 대칭성이 높은 패턴을 관통부에 사용하고 있기 때문에, 축을 일치되게 했을 경우에, 이 축방향으로 출사되는 액적에 강한 방향성을 부여할 수 있다. 그 때문에, 착탄 위치의 제어성을 향상시킬 수 있다. 또한, 축을 어긋나게 한 경우에도, 토출 방향의 재현성이 높기 때문에, 착탄 위치가 어긋나는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드는, 상기 관통부는, 상기 노즐 플레이 트의 상기 압력실 측의 면에 제 1 단면 형상을 갖는 제 1 기둥 형상부를 배치하고, 상기 노즐 플레이트의 출사면 측에 상기 제 1 단면 형상의 내측에 수용되는 제 2 단면 형상을 갖는 제 2 기둥 형상부를 배치하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 기둥 형상의 조합으로 구성되는 액적 토출 헤드에 있어서, 제 1 기둥 형상부와 제 2 기둥 형상부의 용적차, 또는 접속부의 단차에 기인하여 생기는 기포의 발생, 축적 등에 대하여, 제 1 기둥 형상부 중에 단면적을 조정하기 위한 액적 유도부를 설치함으로써 용적차를 작게 할 수 있고, 토출 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드는, 상기 제 1 기둥 형상부는 제 1 반경을 갖는 원기둥 형상이고, 상기 제 2 기둥 형상부는 상기 제 1 기둥 형상부의 반경보다도 작은 제 2 반경을 갖는 원기둥 형상이며, 상기 제 1 형상과 상기 제 2 형상이 축을 일치되게, 또는 축을 어긋나게 하여 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 높은 대칭성을 갖는 형상으로 액적 토출 헤드를 구성하기 때문에, 토출되는 액적의 직진성을 향상시킬 수 있다. 또한, 축을 어긋나게 한 경우에도, 토출 방향의 재현성이 높기 때문에, 착탄 위치가 어긋나는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드에서는, 상기 액적 유도부는, 축대칭 패턴을 구비하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 액적 유도부는 축대칭 패턴을 구비하고 있으므로, 액적도 축에 대하여 대칭성을 가지고 토출되기 때문에, 착탄 위치를 높은 정밀도로 제어하 는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드는, 상기 액적 유도부의 선단이, 상기 노즐 플레이트의 두께 범위 내에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 액적의 토출 방향이 어긋나는 것을 억제하거나, 또는 관통부 내의 용적의 변화를 조정하거나 할 수 있고, 토출 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드에서는, 상기 액적 유도부는, 상기 노즐 플레이트의 두께 범위 내에 삽입되어 있고, 또한, 상기 액적 유도부는 축대칭 패턴으로서 액적의 토출 방향을 향하여 가늘어지는 첨예 형상, 액적의 토출 방향을 향하여 가늘어지는 원뿔대 형상, 원기둥 형상, 또는 팽창부를 갖는 형상을 포함하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 액적 토출을 행하는 경우에, 상기한 형상으로 액적 유도부를 형성함으로써 액적이 액적 유도부의 선단에서 박리되기 쉬워진다. 액적 유도부의 선단에서 박리되기 때문에, 액적 유도부의 형상의 영향이 토출을 행하는 경우에는 완화될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드는, 상기 액적 유도부가 상기 노즐 플레이트의 상기 압력실 측에 고정되도록, 상기 액적 유도부를 지지하는 제 1 각부(脚部)를 갖고, 상기 액적 유도부가 상기 제 1 각부를 통하여 상기 노즐 플레이트와 고정되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 액적 유도부를 제 1 각부를 통하여 노즐 플레이트에 고정 하기 때문에, 제 1 각부의 길이를, 관통부의 외주와 액적 유도부를 연결하는 길이로 억제할 수 있다. 그 때문에, 액적 유도부에 액적 토출을 행하는 경우 및 액적 유도부의 제조를 행하는 경우에 힘이 인가될 때, 지레의 원리를 따라서 제 1 각부가 받는 응력을 제 1 각부를 짧게 함으로써 작게 억제할 수 있고, 신뢰성이 우수한 액적 토출 헤드를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드에서는, 상기 액적 유도부는, 상기 압력실 측으로 연장되는 형상을 갖는 제 2 각부를 통하여, 상기 노즐 플레이트와 대향하는 방향에 위치하는 상기 압력실 벽면에 고정되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 액적 유도부는 제 2 각부를 통하여 압력실 측에 고정된다. 그 때문에, 노즐 플레이트와 액적 유도부의 위치 관계를 유지하기 위한 기구를, 액적의 토출에 관계되는 부분과 분리된 위치에 설치하는 것이 가능해지고, 액적의 토출을 행하는 영역에서의 난류(亂流)의 발생을 억제할 수 있는 구조를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드는, 상기 액적 유도부를 지지하는 상기 제 2 각부는 상기 압력실 측으로 연장되는 형상을 갖고, 상기 압력실 내에서 굴곡 또는 분기되고, 상기 압력실 측벽에 고정되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 상기한 바와 같이, 액적 유도부는 제 2 각부를 통하여 압력실 측에 고정된다. 그 때문에, 노즐 플레이트와 액적 유도부의 위치 관계를 유지하기 위한 기구를, 액적의 토출에 관련된 부분과 분리된 위치에 설치하는 것이 가능해지고, 액적의 토출을 행하는 영역에서의 난류의 발생을 억제할 수 있는 구조 를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드의 제조 방법은, 액체 토출 헤드를 형성하기 위한 액적 토출 헤드의 제조 방법으로서, 상기 제 1 각부를 갖는 상기 액적 유도부를 형성하는 공정과, 상기 제 1 각부를 상기 노즐 플레이트의 액적 공급 측의 면에 고정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 제조 방법에 의하면, 액적 유도부를 제 1 각부를 통하여 노즐 플레이트에 고정하기 때문에, 액적 유도부와 노즐 플레이트 중 한쪽의 위치를 고정하고, 다른 쪽의 위치를 조정하여 고정할 수 있다. 그 때문에, 서로의 위치 맞춤을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드의 제조 방법은, 액체 토출 헤드를 형성하기 위한 액적 토출 헤드의 제조 방법으로서, 상기 액적 유도부와 상기 제 2 각부를 형성하는 공정과, 상기 액적 유도부를 상기 제 2 각부를 통하여 상기 노즐 플레이트와 대향하는 방향에 위치하는 상기 압력실 벽면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 제조 방법에 의하면, 액적 유도부는 제 2 각부를 통하여 압력실 측에 고정되기 때문에, 노즐 플레이트와 액적 유도부의 위치 관계를 유지하기 위한 기구는, 액적의 토출에 관련된 부분과 분리된다. 제 2 각부를 노즐 플레이트와 분리된 위치에 고정하는 공정을 이용함으로써 난류의 발생이 억제되는 구조를 실현하는 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드의 제조 방법은, 액체 토출 헤드를 형 성하기 위한 액적 토출 헤드의 제조 방법으로서, 상기 제 1 각부 또는 상기 제 2 각부를 갖는 상기 액적 유도부를 제조하는 공정에 건식 에칭법, 광 조형(造形)법 또는 이온빔 성형법을 이용하는 것이 바람직하다.
이 제조 방법에 의하면, 액적 토출 헤드의 제조 방법으로서 제 1 각부 또는 제 2 각부를 갖는 액적 유도부를 제조하는 공정에 건식 에칭법을 이용하는 경우에는, 다수의 액적 유도부를 동시에 형성할 수 있기 때문에, 짧은 시간에 다량의 액적 유도부의 제조 공정을 제공할 수 있다. 또한, 광 조형법을 이용하는 경우에는, 다른 방법에서는 제조 곤란한 복잡한 형상을 갖는 액적 유도부를 실현할 수 있고, 보다 액적의 제어성이 우수한 액적 유도부의 제조 공정을 제공할 수 있다. 또한, 이온빔 성형법을 이용하는 경우에는, 건식 에칭이나 광 조형을 이용하는 것이 곤란한 재질을 사용하여 액적 유도부를 형성할 수 있고, 다채로운 재질이 사용된 액적 유도부를 형성하는 제조 공정을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 장치는, 상기 기재한 액적 토출 헤드를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 상기 기재한 착탄 정밀도가 높은 액적 토출 헤드를 구비하고 있기 때문에, 고정세(高精細)한 묘화가 실현 가능한 액적 토출 장치를 제공할 수 있다.
(제 1 실시예)
이하, 제 1 실시예로서, 테이퍼 형상부로서 원뿔대 형상의 개구 직경이 작은 측에 원기둥 형상을 갖는 노즐 플레이트를 사용하는 경우의 개략 배치, 및 노즐 플레이트의 형성 방법을 도면을 사용하여 설명한다. 도 1의 (a)는 원뿔대 형상(원뿔 형상의 첨예 형상부를 제거한 형상)을 갖는 원뿔대 형상부와, 원뿔대 형상부의 가는 부분과 접속된 원기둥부로 이루어지고, 축대칭 패턴을 갖는 노즐 플레이트의 평면도, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A-A선 단면도이다. 도 2의 (a)는 축대칭 패턴을 갖는 액적 유도부의 평면도, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 A-A선 단면도이다. 도 3의 (a)는, 노즐 플레이트와 액적 유도부를 중첩하여 형성된 액적 토출 헤드의 토출부의 평면도, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 A-A선 단면도이다.
도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 노즐 플레이트(10)에는 관통부로서의 원뿔대 형상부(11)와 원기둥부(12)가 형성되어 있다. 도 1의 (b)에 A-A선 단면도를 이용하여 원뿔대 형상부(11)와 원기둥부(12)의 위치 관계를 나타낸다. 액적은 원뿔대 형상부(11) 측으로부터 공급되고, 원기둥부(12)를 통하여 토출된다. 그리고, 도 2의 (a), 도 2의 (b)에 나타내는 원뿔 형상을 갖는 액적 유도부(13)는, 액적 유도부(13)를 지지하는 제 1 각부(14)에 의해, 도 1의 (b)에 도시되어 있는 노즐 플레이트(10)의 원뿔대 형상부(11) 및 원기둥부(12)와 동축(同軸)이 되도록 고정된다. 여기에서, 원뿔대 형상부(11) 대신에, 예를 들면, 나팔 형상 등 곡률이 다른 형상을 갖는 부재를 사용하여도 된다. 또한, 제 1 각부(14)에 부수(付隨)되어 있는 원형의 구성 부재는 생략 가능하다. 또한, 이 구성 부재의 형상에 대해서는 후술하는 제 4 변형예에 기술되어 있는 형상을 사용할 수 있다. 도 3의 (a), 도 3의 (b)에는, 노즐 플레이트(10)의 원뿔대 형상부(11) 및 원기둥부(12)와 동축으로 액 적 유도부(13)를 배치함으로써 형성된 액적 토출 헤드를 구성하는 토출부(15)가 도시되어 있다. 액적 유도부(13)는 원뿔대 형상부(11)와 원기둥부(12)의 경계 근방에 정점을 갖도록, 또한, 액적 유도부(13)의 선단이 원뿔대 형상부(11)의 내벽 및 원기둥부(12)의 내벽 중 어느 쪽에도 접촉하지 않도록 배치되고, 액적을 원뿔대 형상부(11) 및 원기둥부(12)의 축상으로 유도한다. 또한, 액적 유도부(13)의 정점은 원뿔대 형상부(11) 및 원기둥부(12)의 내부에 배치할 수 있다. 여기에서, 액적 유도부(13)의 축과, 원뿔대 형상부(11) 및 원기둥부(12)의 축은 동축이 되도록 고정된다. 여기에서, 동축 이외의 배치를 이용하여도 지장이 없도록, 액적의 토출을 제어할 수 있는 상태이면 적용 가능하다.
다음에, 도 1의 (a), 도 1의 (b)에 나타내는 원뿔대 형상부(11)와 원기둥부(12)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 노즐 플레이트 소재(10a)로서는, 예를 들면, 스테인리스를 사용할 수 있다. 도 4는, 원뿔대 형상부(11)와 원기둥부(12)를 갖는 노즐 플레이트의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 원뿔대 형상과 원기둥 형상을 조합한 형상을 갖는 펀치(21)와, 다이(22)와, 다이(22)에 설치되어 있는 구멍(23)에 의해 구성되어 있다. 구멍(23)은 펀치(21)를 사용한 경우에 생기는 펀칭 조각(24)이 통과할 수 있도록 펀치(21)의 원기둥 부분보다도 약간 큰 구멍 직경을 갖고 있다.
먼저, 노즐 플레이트 소재(10a)를 다이(22)에 설치한다. 다음에, 펀치(21)를 눌러, 펀치(21)의 원기둥 형상 부분을 노즐 플레이트 소재(10a) 중으로 관통시킨다. 관통을 행할 때에 발생한 펀칭 조각(24)은 구멍(23)을 빠져 나간다. 이 공 정에서 원기둥부(12)가 형성된다. 동시에, 펀치(21)의 원뿔대 형상으로 눌려짐으로써 원뿔대 형상부(11)가 형성되고, 노즐 플레이트 소재(10a)를 사용한 노즐 플레이트(10)(도 1 참조)가 형성된다.
액적 유도부(13)의 선단이 원뿔대 형상부(11)에 위치함으로써, 액적 토출을 행하는 경우에, 액적이 액적 유도부(13)의 선단에서 박리되어 토출된다. 선단에서 박리되기 때문에, 액적 유도부(13)의 형상의 영향이 토출을 행하는 경우에는 완화되고, 액적은 액적 유도부(13)에 의해 토출해야 할 위치에 배치되기 때문에, 높은 직진성을 갖고 토출된다. 그 때문에, 액적의 토출 방향이 어긋나는 것을 억제할 수 있다.
(제 2 실시예)
이하, 제 2 실시예로서, 2개의 반경을 갖는 원기둥부를 노즐 플레이트에 사용하는 예에 대해서 도면을 사용하여 설명한다. 도 5의 (a)는 제 1 원기둥부와, 제 1 원기둥부에 비해 반경이 작은 제 2 원기둥부를 조합하여 이루어지고, 축대칭 패턴을 갖는 노즐 플레이트의 평면도, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 A-A선 단면도이다. 도 6의 (a)는 축대칭 패턴을 갖는 액적 유도부의 평면도, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 A-A선 단면도이다. 도 7의 (a)는, 노즐 플레이트와 액적 유도부를 중첩하여 형성된 액적 토출 헤드를 구성하는 토출부의 평면도, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 A-A선 단면도이다.
도 5의 (a), 도 5의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 노즐 플레이트(30)에는 관통부로서의 제 1 원기둥부(31)와 제 2 원기둥부(32)가 형성되어 있다. 액적은 제 1 원기둥부(31) 측으로부터 공급되고, 제 2 원기둥부(32)를 통하여 토출된다.
그리고, 도 6의 (a), 도 6의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 축대칭 패턴으로서 원기둥 형상을 갖는 액적 유도부(33)는, 액적 유도부(33)를 지지하는 제 1 각부(34)에 의해, 도 5의 (a), (b)에 도시되는 노즐 플레이트(30)의 제 1 원기둥부(31) 및 제 2 원기둥부(32)와 동축이 되도록 고정된다. 여기에서, 제 1 각부(34)에 부수되어 있는 원형의 구성 부재는 생략 가능하다. 또한, 이 구성 부재의 형상에 대해서는 후술하는 제 4 변형예에 기술되어 있는 형상을 사용할 수 있다.
도 7의 (a), 도 7의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 노즐 플레이트(30)의 제 1 원기둥부(31)의 내측에 액적 유도부(33)를 노즐 플레이트(30)를 관통하도록 배치함으로써 액적 토출 헤드를 구성하는 토출부(35)가 형성된다. 액적 토출 헤드를 구성하는 토출부(35)의 액적 유도부(33)는 제 1 원기둥부(31)와 제 2 원기둥부(32)의 경계 근방에 선단이 도달하도록, 또한, 액적 유도부(13)의 선단이 제 1 원기둥부(31)의 내벽 및 제 2 원기둥부(32)의 내벽 중 어느 쪽에도 접촉하지 않도록 배치되고, 액적을 제 1 원기둥부(31) 및 제 2 원기둥부(32)의 축상으로 유도한다. 또한, 액적 유도부(33)의 정점은 제 1 원기둥부(31)와 제 2 원기둥부(32)의 내부에 배치할 수 있다. 여기에서, 액적 유도부(33)의 축과, 제 1 원기둥부(31) 및 제 2 원기둥부(32)의 축이 동축이 되도록 형성함으로써 보다 대칭성이 높은 구조를 얻을 수 있다. 여기에서, 동축 이외의 배치를 이용하여도 지장이 없도록, 액적의 토출을 제어할 수 있는 상태이면 적용 가능하다.
다음에, 도 5의 (a), (b)에 나타내는 제 1 원기둥부(31) 및 제 2 원기둥부(32)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 노즐 플레이트 소재(30a)로서는, 예를 들면, 실리콘 기판을 사용할 수 있다. 도 8의 (a), (b)는, 제 1 원기둥부(31) 및 제 2 원기둥부(32)의 제조 방법을 나타내기 위한 공정 단면도이다.
먼저, 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이 노즐 플레이트 소재(30a)에 패턴이 형성된 포토레지스트층(36)을 형성하고, 제 2 원기둥부(32)에 대응하는 영역의 에칭을 행한다.
다음에, 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이 포토레지스트층(36)을 제거하고, 새로 포토레지스트층(37)을 형성하고, 제 1 원기둥부(31)에 대응하는 영역의 에칭을 행함으로써 형성할 수 있다. 여기에서, 제 1 원기둥부(31)와 제 2 원기둥부(32)의 형성 순서는 이 순서에 따를 필요가 없고, 제 1 원기둥부(31)부터 형성해도 된다. 또한, 제 1 원기둥부(31)를 형성하는 면과 반대 측의 면으로부터 제 2 원기둥부(32)를 형성해도 된다.
또한, 제 1 실시예에서 설명한 기술을 이용하여, 펀치를 이용하여 펀칭 가공 성형에 의해 형성해도 된다. 이 경우, 노즐 플레이트를 구성하는 재질로서는 스테인리스 등 전연성(展延性)을 갖는 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
제 1 원기둥부(31)와 제 2 원기둥부(32)의 용적차, 또는 접속부의 단차에 기인하여 기포의 발생, 축적 등이 생길 우려가 있어, 토출 안정성에 문제가 있다. 액적 유도부(33)의 선단이 제 1 원기둥부(31)에 위치함으로써 용적차를 작게 할 수 있고, 메니스커스 위치의 변화를 원활하게 제어할 수 있기 때문에, 토출 성능 및 연속 토출 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 원기둥부(31) 내에 팽창부를 설치한 구조를 사용하는 경우, 제 1 원기둥부(31)와 제 2 원기둥부(32)의 용적차를 억제하는 동시에, 액적의 토출 방향을 향하여 테이퍼 형상을 갖기 때문에, 토출 방향을 보다 안정화할 수 있다.
(제 3 실시예)
이하, 제 3 실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는 액적 토출 헤드의 특징적인 제조 방법을 설명하기 전에, 액적 토출 방법으로 배선 패턴을 형성할 때에 사용되는 배선 재료, 액적 토출 방법, 배선 재료의 경화 처리 방법에 대해서 순차 설명한다.
<배선 재료>
액적 토출 방법으로 배선 패턴을 형성할 때의 배선 재료는, 도전성 미립자를 분산매에 분산시킨 분산액이 사용된다. 본 실시예에서는 도전성 미립자로서, 예를 들면, 금, 은, 구리, 철, 크롬, 망간, 몰리브덴, 티탄, 팔라듐, 텅스텐 및 니켈 중 어느 하나를 함유하는 금속 미립자 외에, 이들의 산화물, 및 도전성 폴리머나 초전도체의 미립자 등이 사용된다. 이들의 도전성 미립자는, 분산성을 향상시키기 위하여 표면에 유기물 등을 코팅하여 사용할 수도 있다. 도전성 미립자의 입자 직경은 1nm 이상 0.1μm 이하인 것이 바람직하다. 0.1μm 이하로 함으로써, 액적 토출 헤드의 토출부의 막힘 발생을 방지할 수 있다. 또한, 1nm 이상으로 함으로써, 도전성 미립자에 대한 코팅제의 체적비를 적절한 범위로 억제할 수 있기 때문에, 얻어지는 막 중의 유기물의 비율을 적절한 범위로 억제할 수 있다.
분산매로서는, 상기 도전성 미립자를 분산할 수 있는 것으로, 응집을 억제할 수 있는 것이면 특별하게 한정되지 않는다. 예를 들면, 물 이외에, 탄화수소 화합물로서, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등의 알코올류, n-헵탄, n-옥탄, 데칸, 도데칸, 테트라데칸, 톨루엔, 크실렌, 시멘, 듀렌, 인덴, 디펜텐, 테트라히드로나프탈렌, 데카히드로나프탈렌, 시클로헥실벤젠 등이 사용 가능하다.
또한, 에테르계 화합물로서, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 1,2-디메톡시에탄, 비스(2-메톡시 에틸)에테르, p-디옥산 등이 사용 가능하다.
또한, 극성 화합물로서, 프로필렌카보네이트, γ-부티로락톤, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, 시클로헥사논 등이 사용 가능하다.
이들 중, 미립자의 분산성과 분산액의 안정성, 또한, 액적 토출법에 적용이 용이한 점에서, 물, 알코올류, 탄화수소계 화합물, 에테르계 화합물이 바람직하고, 보다 바람직한 분산매로서는, 물, 탄화수소계 화합물을 들 수 있다.
상기 도전성 미립자의 분산액의 표면 장력은, 0.02N/m 내지 0.07N/m의 범위 내인 것이 바람직하다. 액적 토출법으로 액적(L)을 토출할 때, 표면 장력을 0.02N/m 이상으로 유지함으로써, 기능액 조성물의 토출부 면에 대한 젖음성을 억제할 수 있기 때문에 비행 구부러짐이 억제된다. 또한, 0.07N/m 이하로 유지함으로써, 토출부 선단에서의 메니스커스의 형상을 안정시킬 수 있어서, 토출량이나, 토출 타이밍의 제어를 정밀하게 행할 수 있다.
또한, 표면 장력을 조정하기 위하여, 상기 분산액에는, 기판과의 접촉각을 크게 저하시키지 않는 범위에서, 불소계, 실리콘계, 비이온계 등의 표면 장력 조절제를 미량 첨가해도 된다. 비이온계 표면 장력 조절제는, 액체의 기판에 대한 젖음성을 향상시키고, 막의 레벨링성을 개량하여, 막의 미세한 요철 발생 등의 방지에 도움이 되는 것이다. 상기 표면 장력 조절제는, 필요에 따라, 알코올, 에테르, 에스테르, 케톤 등의 유기 화합물을 포함해도 된다.
상기 분산액의 점도는, 1mPa·s 내지 50mPa·s의 범위 내인 것이 바람직하다. 액적 토출법을 이용하여 액체 재료를 액적(L)으로서 토출할 때, 점도가 1mPa·s 이상으로 유지함으로써 토출부 주변부로의 기능액의 유출을 억제하여, 오염을 방지할 수 있다. 또한, 점도를 50mPa·s 이하로 함으로써, 토출부의 막힘을 억제하여 원활한 토출이 가능해진다.
<액적 토출 방법>
액적 토출 방법의 토출 기술로서는, 주문형(on-demand)으로 미세한 패턴이 형성 가능한 잉크젯법을 이용하는 것이 바람직하다. 잉크젯법으로서는, 전기 기계 변환 방식, 정전 구동 방식 등을 들 수 있다. 전기 기계 변환 방식은, 피에조 소자(압전 소자)가 펄스적인 전기 신호를 받아서 변형하는 성질을 이용한 것으로, 피에조 소자가 변형함으로써 재료를 저장한 공간에 가요(可撓) 물질을 통하여 압력을 부여하고, 이 공간으로부터 재료를 압출하여 토출부로부터 토출시키는 것이다. 또한, 정전 구동 방식은, 정전기의 흡인 반발력을 이용하여 재료를 저장한 공간에 가요 물질을 통하여 압력을 부여하고, 이 공간으로부터 재료를 압출하여 토출부로부 터 토출시키는 것이다. 또한, 이밖에, 액적 토출 방식으로서는, 히터를 사용하는 서멀 방식을 이용할 수 있다.
액적 토출 방법은, 재료의 사용에 낭비가 적고, 또한, 원하는 위치에 원하는 양의 재료를 정확하게 배치할 수 있는 이점을 갖는다. 또한, 액적 토출 방법에 의해 토출되는 액체 재료의 한 방울의 양은 예를 들면, 1 내지 300 나노그램이다.
<배선 재료의 경화 처리 방법>
배선 재료의 경화 처리 방법은, 소성 처리라고도 불리고, 통상 대기중에서 행하여지지만, 필요에 따라, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불활성 가스 분위기 중, 또는 수소 등의 환원 분위기 중에서 행할 수도 있다. 소성 처리의 처리 온도는, 분산매의 비점(증기압), 분위기 가스의 종류나 압력, 미립자의 분산성이나 산화성 등의 열적 거동, 코팅재의 유무나 양, 기재(基材)의 내열온도 등을 고려하여 적당하게 결정된다. 본 실시예에서는, 배선 재료에 대하여, 대기 중 클린 오븐에서 200℃에서 약 60분간의 소성 처리를 행했다. 이상에 의해 배선층(도시 생략)을 형성할 수 있고, 미립자간의 전기적 접촉이 확보된다.
이러한 소성 처리는, 일반적인 핫플레이트, 전기로 등에 의한 처리 외에, 램프 어닐링에 의해 행할 수도 있다. 램프 어닐링에 사용하는 광의 광원으로서는, 특별하게 한정되지 않지만, 적외선 램프, 크세논 램프, YAG 레이저, 아르곤 레이저, 탄산가스 레이저, XeF, XeCl, XeBr, KrF, KrCl, ArF, ArCl 등의 엑시머 레이저 등을 광원으로서 사용할 수 있다. 이들 광원은 일반적으로는, 출력 10W 이상, 5,000W 이하의 범위의 것이 사용되지만, 본 실시예에서는, 100W 이상, 1,000W 이하 의 범위에서 충분하다. 이렇게 액적 토출 방법을 이용하여 배선 재료를 배치하고, 이 배선 재료를 경화함으로써, 원하는 배선 패턴을 형성할 수 있다.
(제 4 실시예)
이하, 제 4 실시예로서 액적 유도부의 건식 에칭법에 의한 제조 방법에 대해서 도면을 사용하여 설명한다. 도 9의 (a) 내지 도 12의 (a)는 액적 유도부의 제조 공정을 나타내는 평면도, 도 9의 (b) 내지 도 12의 (b)는 각각의 평면도에 대응하는 A-A선 단면도이다.
먼저, 공정 1로서 도 9의 (a), 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판(40) 상에 부채형의 패턴이 형성된 포토레지스트층(41)을 형성하고, 포토레지스트층(41)을 마스크로 하여 이방성 에칭에 의해 실리콘 기판(40)에 부채형의 구멍을 관통시킨다.
다음에, 공정 2로서 도 10의 (a), 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트층(41)을 에칭하여 제거하고, 새로 원기둥형의 포토레지스트층(42)을 부채형으로 남겨진 실리콘 기판 중앙부에 형성한다.
다음에, 공정 3으로서 도 11의 (a), 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트층(42)을 마스크로 하여 실리콘 기판(40)을 에칭한다. 여기에서, 에칭 조건으로서, 실리콘 기판(40)에 대하여 이방성 에칭을 행하는 동시에, 포토레지스트층(42)의 측면을 서서히 제거하는 조건으로 에칭을 행하면, 포토레지스트층(42)의 하측에 위치하는 실리콘 기판(40)을 테이퍼 형상으로 가공하면서 에칭할 수 있다.
이 조건으로 에칭함으로써, 첨예 형상을 갖는 축대칭 패턴으로서 원뿔 형상 을 갖는 액적 유도부(43)와, 제 1 각부(44)가 형성된다. 여기에서, 제 1 각부(44)에 부수되어 있는 원형의 구성 부재는 생략 가능하고, 예를 들면, 공정 2에서 부채형으로 에칭할 때에 동시에 제거할 수 있다. 또한, 이 구성 부재의 형상에 대해서는 후술하는 제 4 변형예에 기술되어 있는 형상을 사용할 수 있다. 또한, 테이퍼 형상으로 가공할 때에 포토레지스트층(42)이 다 소모되지 않고 잔류하고 있을 경우에는, 별도 포토레지스트층(42)을 제거한다. 제 1 실시예에서 사용되는 도 3의 (a), (b)에 기재되어 있는 액적 유도부(13)는 이 제조 방법을 사용함으로써 제조하는 것이 가능하다.
또한, 실리콘 기판(40) 대신에 산화실리콘을 사용하고, 포토레지스트층(42) 대신에 니켈 마스크를 사용하며, 에칭 가스로서 4불화 탄소, 2불화 메탄과 산소를 혼합한 가스로 건식 에칭을 행해도 된다. 이들 재료나 가스를 사용함으로써도 테이퍼 형상을 얻을 수 있다.
또한, 공정 3에서 포토레지스트층(42)의 측면을 보호하도록 이방성 에칭을 행함으로써, 도 12의 (a), 도 12의 (b)에 나타내는 원기둥 형상을 갖는 액적 유도부(45)와, 제 1 각부(46)가 형성된다. 제 2 실시예에서 사용되는 도 7의 (a), 도 7의 (b)에 나타내는 축대칭 패턴을 이루는 원기둥 형상을 갖는 액적 유도부(33)는, 이 제조 방법을 사용함으로써 제조하는 것이 가능하다.
여기에서, 제 1 각부(46)에 부수되어 있는 원형의 구성 부재는 생략 가능하고, 예를 들면, 공정 2에서 부채형으로 에칭할 때에 동시에 제거할 수 있다. 또한, 이 구성 부재의 형상에 대해서는 후술하는 제 4 변형예에 기술되어 있는 형상 을 사용할 수 있다.
그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이 이들 공정에 의해 형성되는 액적 유도부(13)는 제 1 각부(14)를 노즐 플레이트(10)의 액적 공급 측의 면에 고정함으로써 액적 토출 헤드를 구성하는 토출부를 형성할 수 있다.
마찬가지로, 도 7에 나타낸 바와 같이, 이들 공정에 의해 형성되는 액적 유도부(33)는 제 1 각부(34)를 노즐 플레이트(30)의 액적 공급 측의 면에 고정함으로써 액적 토출 헤드를 구성하는 토출부를 형성할 수 있다.
(제 5 실시예)
이하, 제 5 실시예로서, 액적 유도부를 광 조형법 또는 이온빔법에 의해 제조하는 제조 방법에 대해서 도면을 사용하여 설명한다. 도 13의 (a) 내지 도 13의 (d)는 액적 토출 헤드를 구성하는 토출부에 사용되는 액적 유도부가 복잡한 형상을 갖는 경우에 대응시키기 위하여, 광 조형 기술을 이용하여 제조하는 공정을 나타내는 공정 단면도이다. 본 실시예에서는 팽창부를 갖는 형상을 갖는 액적 유도부(52)(도 13의 (d) 참조)를 형성하고 있다.
먼저, 공정 1로서 도 13의 (a)에 나타낸 바와 같이, 기판(50)의 제 1 면을 덮도록, 광경화 수지(51a)를 도포한다.
다음에, 공정 2로서 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이, 광을 조사하여 원하는 부분을 경화하고, 광경화부(51)를 형성한다.
다음에, 공정 3으로서 도 13의 (c)에 나타낸 바와 같이, 광경화부(51)를 남기고 광경화 수지(51a)를 제거한다.
그리고, 도 13의 (a) 내지 도 13의 (c)를 반복하여 행함으로써 도 13의 (d)에 나타낸 바와 같이 원하는 형상(본 실시예에서는 팽창부를 갖는 형상)의 액적 유도부(52)를 얻을 수 있다. 광 조형법을 사용하는 경우, 제 1 실시예에서 형성한 액적 유도부(13), 제 2 실시예에서 형성한 액적 유도부(33)에 부가하여, 제 2 변형예에서 서술하는 형상을 모두 형성할 수 있다.
여기에서, 복잡한 구조를 형성하는 수단으로서 이온빔 에칭을 이용하여도 된다. 이온빔의 조사 위치를 상대적으로 변경하는 위치 이송 기구를 사용함으로써, 복잡한 구조를 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 이온빔을 이용하여 가공하는 경우에는, 에칭하는 재질에 시간에 따른 변화가 적은 금속 등을 선택하는 것이 가능해지기 때문에, 보다 신뢰성이 높은 액적 유도부를 형성할 수 있다.
(제 6 실시예)
이하, 제 6 실시예로서, 액적 토출 장치에 탑재되는 액적 토출 헤드의 구조에 대해서 도면을 사용하여 설명한다. 도 14는 액적 토출 헤드를 포함하는 구조의 주요부를 나타내는 도면이고, 도 14의 (a)는 모식 사시도, 도 14의 (b)는 모식 단면도이다.
도 14의 (a)에 나타낸 바와 같이, 스테인리스 등으로 구성되는 노즐 플레이트(59)와, 이것에 대향하는 진동판(61)과, 이들을 서로 접합하는 구획 부재(62)를 갖는다. 이 노즐 플레이트(59)와 진동판(61)의 사이에는, 구획 부재(62)에 의해 복수의 압력실(63)과 액저장소(64)가 형성된다. 이들 압력실(63)과 액저장소(64)는 통로(68)를 통하여 서로 연통되어 있다.
진동판(61)에는 재료 공급 구멍(66)이 형성되어 있다. 이 재료 공급 구멍(66)에는 재료 공급 장치(67)가 접속된다. 이 재료 공급 장치(67)는, 배선 재료 등으로 구성되는 재료(N)를 재료 공급 구멍(66)에 공급한다. 이렇게 공급된 재료(N)는, 액저장소(64)에 충만하고, 또한, 통로(68)를 통하여 압력실(63)에 충만한다. 또한, 도 14의 (a)에서는, 관통부(70)는 원통 형상으로 간략화하여 나타내고 있다. 관통부(70) 근방의 상세한 구조에 대해서는 도 14의 (b)에 기재하고 있다.
도 14의 (b)에 나타낸 바와 같이, 노즐 플레이트(59)에는, 압력실(63)로부터 재료(N)를 제트 형상으로 분출하기 위한 관통부(70)와, 재료(N)의 흐름을 제어하는 액적 유도부(74)가 제 1 각부(75)에 의해 지지되도록 설치되어 있다.
여기에서, 액적 유도부(74)의 고정을 제 1 각부(75) 대신에, 도 15의 (a)에 나타낸 바와 같이 제 2 각부(76)를 사용하여 진동판(61)에 고정할 수 있다. 도 15의 (a)는, 액적 토출 헤드의 다른 구성을 나타내는 단면도이다. 이 고정 방법을 사용함으로써, 제 1 각부(75)를 사용하여 고정하는 경우에 비해, 액적 흐름의 흐트러짐을 억제하여 액적을 유도하는 것이 가능해진다.
또한, 노즐 플레이트(59)와 대향하는 위치에 있는 진동판(61)의 위치를 변경하고, 제 2 각부(76)를 노즐 플레이트(59)와 대향하는 위치에 있는 벽면에 고정할 수 있다. 이 경우에는, 진동판(61)에 액적 유도부(74) 및 제 2 각부(76)가 구비되는 것에 의한 질량의 부가가 방지되기 때문에, 액적 토출 동작에 영향을 미치지 않고 액적 유도부(74)를 지지할 수 있다.
또한, 도 15의 (b)에 나타낸 바와 같이, 액적 유도부(74)의 고정에 사용하는 제 2 각부(76)를, 압력실(63) 중에서 분기되게 하여 압력실(63)의 측벽에 위치하는 구획 부재(62)에 고정할 수 있다. 도 15의 (b)는, 액적 토출 헤드의 다른 구성을 나타내는 단면도이다. 이 고정 방법을 사용함으로써, 진동판(61)의 배치 위치의 변경이나, 각부의 형성에 따른 액적 흐름의 흐트러짐을 억제하여 압력실(63)의 측벽에서만 액적을 유도하는 것이 가능해진다. 이 경우, 압력실(63)의 측벽에 진동판(61)을 배치하고, 진동판(61)도 사용하여 제 2 각부(76)를 지지할 수 있다. 본 실시예에서는 제 1 각부(75)에 의해 액적 유도부(74)를 지지하는 경우에 대해서 설명하지만, 제 2 각부(76)를 사용한 경우에도 동일한 취급이 가능하다.
진동판(61)의 압력실(63)에 면하는 면의 이면에는, 이 압력실(63)에 대응시켜서 재료 가압체(69)가 장착되어 있다. 이 재료 가압체(69)는, 압전 소자(71) 및 이것을 사이에 삽입하는 한 쌍의 전극(72a, 72b)을 갖는다. 압전 소자(71)는, 전극(72a, 72b)에의 통전에 의해 화살표 C로 나타낸 외측으로 돌출하여 휨 변형하고, 이에 따라 압력실(63)의 용적이 증대한다. 그렇게 하면, 증대한 용적만큼의 재료(N)가 액저장소(64)로부터 통로(68)를 통하여 압력실(63)에 유입한다.
그 후, 압전 소자(71)에의 통전을 해제하면, 이 압전 소자(71)와 진동판(61)은 모두 원래 형상으로 복원되고, 이에 따라 압력실(63)도 원래의 용적으로 복원되기 때문에, 압력실(63)의 내부에 있는 재료(N)의 압력이 상승하고, 관통부(70)로부터 재료(N)가 액적(L)으로 되어 분출한다.
여기에서, 재료 가압체(69)는 압전 소자 대신에 정전력을 사용하는 구성을 이용하여도 된다. 또한, 관통부(70)의 주변부에는, 액적(L)의 비행 구부러짐이나, 관통부(70)의 구멍 막힘 등을 방지하기 위하여, 예를 들면, Ni-테트라플루오로에틸렌 공석(共析)도금층 등을 사용한 발(撥)재료층(73)이 설치된다.
다음에, 본 실시예의 액적 토출 헤드의 제조 방법에 대해서 도 14의 (a)와 도 14의 (b)를 사용하여 간단하게 설명한다. 먼저, 노즐 플레이트(59)의 관통부(70)에 제 1 각부(75)를 통하여 액적 유도부(74)를 고정한다. 다음에, 구획 부재(62)와 진동판(61)을 고정하여 일체화함으로써 액적 토출 헤드(80)를 형성한다.
본 실시예에서는 관통부(70)에 원뿔대 형상과 원기둥 형상을 조합한 형상을 사용하고 있지만, 이것은 제 2 실시예에서 설명한 바와 같이 관통부(70)의 형상으로서 2개의 원기둥형을 조합한 형상의 것을 이용하여도 된다. 또한, 후술하는 제 1 변형예에 기재되어 있는 형상의 것을 이용하여도 된다. 또한, 액적 유도부(74)의 형상도 원뿔 형상이나 원기둥 형상에 한정되는 것이 아니고, 후술하는 제 2 변형예에 기재되어 있는 형상의 것을 사용할 수 있다.
(제 7 실시예)
다음에, 제 7 실시예로서 액적 토출 장치의 구성에 대해서 설명한다. 도 16은, 액적 토출 장치(100)의 사시도이다. 도 16에 있어서, X방향은 베이스(101)의 좌우 방향이고, Y방향은 전후 방향이며, Z방향은 상하 방향이다. 액적 토출 장치(100)는, 액적 토출 헤드(80)와, 기판(P)을 탑재한 테이블(103)을 주로 하여 구성되어 있다. 또한, 액적 토출 장치(100)의 동작은, 제어 장치(110)에 의해 제어되도록 구성되어 있다.
기판(P)을 탑재하는 테이블(103)은, 제 1 이동 수단(102)에 의해 Y방향으로 이동 및 위치 결정 가능하게 되고, 모터(104)에 의해 θz방향으로 요동 및 위치 결정 가능하게 되어 있다. 한편, 액적 토출 헤드(80)는, 제 2 이동 수단에 의해 X방향으로 이동 및 위치 결정 가능하게 되고, 리니어 모터(108)에 의해 Z방향으로 이동 및 위치 결정 가능하게 되어 있다. 또한, 액적 토출 헤드(80)는, 모터(105, 106, 107)에 의해, 각각 α, β, γ방향으로 요동 및 위치 결정 가능하게 되어 있다. 이에 따라, 액적 토출 장치(100)는, 액적 토출 헤드(80)의 토출면(81)과, 테이블(103) 상의 기판(P)과의 상대적인 위치 및 자세를, 정확하게 컨트롤할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 도 16에 나타내는 캐핑(capping) 유닛(56)은, 액적 토출 헤드(80)에 있어서의 토출면(81)의 건조를 방지하기 위하여, 액적 토출 장치(100)의 대기 시에 토출면(81)을 캐핑하는 것이다. 또한, 클리닝 유닛(58)은, 액적 토출 헤드(80)에 있어서의 토출부의 막힘을 제거하기 위하여, 토출부의 내부를 흡인하는 것이다. 또한, 클리닝 유닛(58)은, 액적 토출 헤드(80)에 있어서의 토출면(81)의 오염을 제거하기 위하여, 토출면(81)의 와이핑을 행하는 것도 가능하다.
본 발명의 액적 토출 장치(100)는, 액적(L)의 착탄 위치 정밀도를 향상시키는 것이 가능한 액적 토출 헤드(80)를 탑재하고 있으므로, 고정밀한 묘화를 가능하게 하는 액적 토출 장치(100)를 제공할 수 있다. 예를 들면, 액적(L)을 잉크로서 사용하는 잉크젯 프린터 등의 인쇄 장치 등에서는, 인쇄 품질의 향상이 가능한 인쇄장치를 제공할 수 있다.
(제 1 변형예)
제 1 실시예에서는 관통부의 일부로서 도 1의 (a), 도 1의 (b)에 기재한 원뿔대 형상부(11)와 원기둥부(12)로 이루어지는 형상의 예에 대해서 설명하고 있다. 또한, 제 2 실시예에서는 관통부의 일부로서 도 5의 (a), 도 5의 (b)에 기재된 제 1 원기둥부(31)와 제 2 원기둥부(32)를 사용한 형상을 갖는 것에 대해서 설명하고 있다. 이들 설명은 일례를 든 것이며, 형상을 이들 예에 한정하는 것이 아니다.
예를 들면, 상기한 구조 대신에, 정다각형을 포함하는 다각형의 각(角)뿔이나, 별 모양의 추(錘)형상, 타원추 등의 추형상에서 정부(頂部)를 잘라낸 형상 등을 이용하여도 된다. 또한, 추형상에 한정되지 않고 정다각형을 포함하는 다각형의 각(角)기둥형상이나, 별 모양의 기둥 형상, 타원의 기둥 형상 등을 이용하여도 된다. 또한, 기둥 형상 또는 추형상을 복수 개 연결한 형상을 이용하여도 된다. 여기에서, 액적을 토출하는 측이 가늘어지도록 연결하면 액적의 흐름에 정체가 생기기 어렵기 때문에 적합하다. 또한, 추형상이나 기둥 형상의 내측에 균일 혹은 불균일한 홈을 형성한 것을 이용하여도 된다.
또한, 도 1의 (a), 도 1의 (b)에 기재한 원기둥부(12)나 도 5의 (a), 도 5의 (b)에 기재한 제 2 원기둥부(32) 대신에, 상기한 추형상으로부터 정부를 잘라낸 영역의 단면 형상과 동일한 단면 형상을 갖는 기둥 형상을 연결한 형상을 이용하여도 된다. 또한, 상기한 추형상으로부터 정부를 잘라낸 영역의 단면 형상과 상이한 형상을 이용하여도 된다. 또한, 기둥 형상에 더하여 기둥 형상의 내측에 균일 혹은 불균일한 홈을 형성한 것을 이용하여도 된다.
또한, 반드시 축대칭 패턴일 필요는 없고, 회전에 대하여 대칭축을 갖지 않 는 패턴을 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 액적이 토출되는 경우에 관통부의 정해진 위치로부터 액적이 박리되기 때문에, 착탄 위치의 재현성을 향상할 수 있다.
(제 2 변형예)
제 1 실시예 및 제 2 실시예에서는 액적 유도부에 원뿔 형상이나 원기둥 형상을 갖는 것에 대해서 설명했지만, 이것은 다른 형상, 예를 들면, 원뿔 형상의 정부를 제거한 원뿔대 형상을 이용하여도 된다. 또한, 정다각형을 포함하는 다각형의 각뿔이나, 별 모양의 추형상, 타원추, 또는 이들 추형상의 정부를 잘라낸 형상을 갖는 것을 이용하여도 된다. 또한, 원기둥, 정다각형을 포함하는 다각형의 기둥, 별 모양의 기둥, 타원의 기둥 등의 형상이나, 팽창부를 갖는 형상을 이용하여도 된다. 또한, 반드시 축대칭 패턴일 필요는 없고, 회전에 대하여 대칭축을 갖지 않는 패턴을 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 액적이 토출될 경우에 액적 유도부의 정해진 위치로부터 액적이 박리되기 때문에, 착탄 위치의 재현성을 향상할 수 있다. 또한, 액적 유도부에 상기한 형상에 부가하여 균일 혹은 불균일한 홈을 형성한 것을 이용하여도 된다. 홈을 설치한 경우에는, 액적의 박리성이 향상하고, 보다 높은 직진성을 가진 액적을 토출하는 것이 가능해진다.
(제 3 변형예)
제 4 실시예에서는 건식 에칭법에 의해 원뿔 형상의 첨예 형상을 갖는 패턴이나, 원기둥 형상을 갖는 축대칭 패턴을 형성하는 액적 유도물을 형성하는 제조 방법에 대해서 설명했지만, 이 건식 에칭법을 사용함으로써 상이한 패턴을 형성하 는 것이 가능하다. 예를 들면, 공정 2에서 사용되는 포토레지스트층(42)의 평면 형상을 변형함으로써, 예를 들면, 정다각형을 포함하는 다각형이나, 별 모양, 타원형 등을 갖는 추형상, 또는 추형상의 정부를 잘라낸 형상을 얻을 수 있다. 또한, 포토레지스트층(42)의 형상을 회전에 대하여 비대칭한 패턴을 사용함으로써, 회전에 대하여 비대칭한 추형상 패턴을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 마찬가지로, 제 4 실시예에서의 공정 3을 포토레지스트층(42)의 측면을 제거하지 않고, 이방성 에칭을 행하는 조건으로 행함으로써, 예를 들면, 정다각형을 포함하는 다각형이나, 별 모양, 타원형 등을 갖는 기둥 형상을 얻을 수 있다. 또한, 포토레지스트층(42)의 형상을 회전에 대하여 비대칭한 패턴을 사용함으로써 회전에 대하여 비대칭한 기둥 형상 패턴을 형성하는 것이 가능하다.
(제 4 변형예)
상기한 액적 유도부를 지지하는 제 1 각부, 제 2 각부로서 주로 3개의 기둥을 사용하여 지지하는 예에 대해서 설명했지만, 이것은 기둥의 수를 3개로 한정하는 의도가 아니며, 상이한 기둥의 수로 액적 유도부를 지지할 수 있다. 예를 들면, 1 내지 2개의 기둥을 이용하여도 되고, 4개 이상의 기둥을 이용하여도 된다. 또한, 제 1 각부, 제 2 각부는 기둥의 형상에 한정되지 않고, 예를 들면, 평판 형상에 액적 투과용 구멍부를 설치한 형상을 이용하여도 된다.
또한, 상기한 제 1 각부, 제 2 각부에는, 각 각부의 고정단 측에 원형의 구성 부재를 설치한 형상에 대해서 주로 설명했지만, 이 구성 부재는 필수적이지 않다. 예를 들면, 이 구성 부재를 제외한 형상으로 지지함으로써, 고정 영역을 작게 억제할 수 있다. 또한, 구성 부재의 형상은 원형으로 한정할 필요는 없으며, 삼각형이나 사각형 등 다각형 형상을 이용하여도 된다. 또한, 정다각형 이외의 직사각형이나 사다리꼴, 변의 길이가 상이한 삼각형, 타원 등의 형상을 이용하여도 된다. 특히, 정사각형이나, 직사각형을 사용한 경우, 다이싱법 등에 의해 각부와 함께 액적 유도부를 절단 분리하는 것이 가능하기 때문에 바람직하다.
도 1의 (a)는 원뿔대 형상부와, 원뿔대 형상부와 원기둥부를 갖는 노즐 플레이트의 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도.
도 2의 (a)는 축대칭 패턴을 갖는 액적 유도부의 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도.
도 3의 (a)는 노즐 플레이트와 액적 유도부를 중첩하여 형성된 액적 토출 헤드의 토출부의 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도.
도 4는 원뿔대 형상부와 원기둥부를 갖는 노즐 플레이트의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 5의 (a)는 제 1 원기둥부와, 제 1 원기둥부에 비해 반경이 작은 제 2 원기둥부를 조합하여 이루어지고, 축대칭 패턴을 갖는 노즐 플레이트의 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도.
도 6의 (a)는 축대칭 패턴을 갖는 액적 유도부의 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도.
도 7의 (a)는 노즐 플레이트와 액적 유도부를 중첩하여 형성된 액적 토출 헤드를 구성하는 토출부의 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도.
도 8의 (a), (b)는 제 1 원기둥부 및 제 2 원기둥부의 제조 방법을 나타내기 위한 공정 단면도.
도 9의 (a)는 액적 유도부의 제조 공정을 나타내는 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도.
도 10의 (a)는 액적 유도부의 제조 공정을 나타내는 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도.
도 11의 (a)는 액적 유도부의 제조 공정을 나타내는 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도.
도 12의 (a)는 액적 유도부의 제조 공정을 나타내는 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도.
도 13의 (a) 내지 (d)는 광 조형 기술을 이용하여 액적 토출 헤드를 제조하는 공정을 나타내는 공정 단면도.
도 14의 (a)는 액적 토출 헤드를 포함하는 구조의 주요부를 나타내는 모식 사시도, (b)는 모식 단면도.
도 15의 (a), (b)는 액적 토출 헤드의 다른 구성을 나타내는 단면도.
도 16은 액적 토출 장치의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 노즐 플레이트 10W : 출력
10a : 노즐 플레이트 소재 11 : 원뿔대 형상부
12 : 원기둥부 13 : 액적 유도부
14 : 제 1 각부 15 : 토출부
21 : 펀치 22 : 다이(die)
23 : 구멍 24 : 펀칭 조각
30 : 노즐 플레이트 30a : 노즐 플레이트 소재
31 : 제 1 원기둥부 32 : 제 2 원기둥부
33 : 액적 유도부 34 : 제 1 각부(脚部)
35 : 토출부 36 : 포토레지스트층
37 : 포토레지스트층 40 : 실리콘 기판
41 : 포토레지스트층 42 : 포토레지스트층
43 : 액적 유도부 44 : 제 1 각부
45 : 액적 유도부 46 : 제 1 각부
50 : 기판 51 : 광경화부
51a : 광경화 수지 52 : 액적 유도부
56 : 캐핑(capping) 유닛 58 : 클리닝 유닛
59 : 노즐 플레이트 61 : 진동판
62 : 구획 부재 63 : 압력실
66 : 재료 공급 구멍 67 : 재료 공급 장치
68 : 통로 69 : 재료 가압체
70 : 관통부 71 : 압전 소자
72a : 전극 73 : 발(撥)재료층
74 : 액적 유도부 75 : 제 1 각부
76 : 제 2 각부 80 : 액적 토출 헤드
81 : 토출면 100 : 액적 토출 장치
101 : 베이스 102 : 제 1 이동 수단
103 : 테이블 104 : 모터
105 : 모터 106 : 모터
107 : 모터 108 : 리니어 모터
110 : 제어 장치

Claims (15)

  1. 액체를 공급하는 압력실과,
    상기 압력실에 대향하며, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 관통부가 형성된 노즐 플레이트와,
    상기 압력실과 상기 관통부 사이에 개재하는 액체 유도부를 구비하고,
    상기 액체 유도부는 상기 관통부에 적어도 일부가 삽입되는 본체부, 및 상기 본체부를 지지하는 각부를 갖고,
    상기 각부는 상기 노즐 플레이트의 상기 압력실 측의 표면에 배치되며,
    상기 본체부는 상기 관통부의 내벽에 접하지 않도록 배치되어 있고,
    상기 관통부에는 상기 본체부가 삽입되는 오목부와, 상기 오목부에 삽입된 상기 본체부와의 간극을 유동해 온 상기 액체를 토출하기 위한 원기둥 형상의 토출 구멍이 설치되는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각부는 3개 이상의 기둥으로 이루어지고,
    각 상기 기둥의 한쪽 단부는 상기 본체부에 접속되고,
    각 상기 기둥의 다른 쪽 단부는 상기 노즐 플레이트의 상기 압력실 측의 표면에 고정되고,
    상기 액체는 상기 기둥 사이를 유동하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 각부에는 각 상기 기둥의 상기 다른 쪽 단부를 잇는 원형부가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 원형부의 직경은 상기 오목부의 상기 압력실 측의 개구부의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  5. 액체를 공급하는 압력실과,
    상기 압력실에 대향하며, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 관통부가 형성된 노즐 플레이트와,
    상기 압력실과 상기 관통부 사이에 개재하는 액체 유도부를 구비하고,
    상기 압력실은 상기 액체를 수납하기 위한 수납부와, 상기 수납부를 형성하는 측벽 및 천장벽을 갖고,
    상기 액체 유도부는 상기 관통부에 적어도 일부가 삽입되는 본체부, 및 상기 본체부를 지지하는 각부를 갖고,
    상기 관통부에는 상기 본체부가 삽입되는 오목부와, 상기 오목부에 삽입된 상기 본체부와의 간극을 유동해 온 상기 액체를 토출하기 위한 원기둥 형상의 토출 구멍이 설치되어 있고,
    상기 본체부는 상기 관통부의 내벽에 접하지 않도록 배치되며, 상기 압력실 측으로 연장한 형상을 갖고,
    상기 연장한 형상의 단부를 상기 각부로 함과 함께, 상기 각부는 상기 관통부와 대향하는 상기 압력실의 상기 천장벽에 고정되어 있고,
    상기 천장벽은 상기 압력실의 용량을 변화시키는 진동판인 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  6. 액체를 공급하는 압력실과,
    상기 압력실에 대향하며, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 관통부가 형성된 노즐 플레이트와,
    상기 압력실과 상기 관통부 사이에 개재하는 액체 유도부를 구비하고,
    상기 액체 유도부는 상기 관통부에 적어도 일부가 삽입되는 본체부, 및 상기 본체부를 지지하는 각부를 갖고,
    상기 본체부는 상기 관통부의 내벽에 접하지 않도록 배치되어 있고,
    상기 관통부에는 상기 본체부가 삽입되는 오목부와, 상기 오목부에 삽입된 상기 본체부와의 간극을 유동해 온 상기 액체를 토출하기 위한 원기둥 형상의 토출 구멍이 설치되고,
    상기 각부는 상기 압력실에 배치된 3개 이상의 기둥으로 이루어지고,
    각 상기 기둥의 한쪽 단부는 상기 본체부에 접속되고,
    각 상기 기둥의 다른 쪽 단부는 상기 압력실의 측벽에 고정되며,
    상기 액체는 상기 기둥 사이를 유동하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오목부의 단면 형상은 상기 압력실 측에서의 개구부보다 상기 토출 구멍 측으로 향함에 따라 좁아지는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 오목부에서의 상기 토출 구멍 측의 형상은 상기 토출 구멍의 형상과 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평면에서 보았을 때 상기 토출 구멍의 중심으로부터의 수직선을 축으로 한 경우에,
    상기 본체부는 상기 축을 축으로 하는 축 대칭 패턴을 구비한 회전체이고, 상기 본체부의 선단이 상기 축 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 축을 축으로 하는 축 대칭 패턴을 구비한 회전체이고,
    상기 본체부와 상기 오목부와의 간극이 균일한 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체부의 단면 형상은 상기 압력실 측보다 상기 토출 구멍 측으로 향함에 따라 두꺼워지는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  12. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체부의 상기 토출 구멍 측은 상기 관통부 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  13. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 액체 토출 헤드를 형성하기 위한 액적 토출 헤드의 제조 방법으로서,
    상기 관통부는 금속 재료로 이루어지는 상기 노즐 플레이트에 대하여, 상기 관통부의 형상을 갖는 펀치를 이용한 프레스 가공에 의해 형성되고,
    상기 액체 유도부는 건식 에칭법, 광 조형(造形)법 또는 이온빔 성형법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드의 제조 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 액적 토출 헤드를 구비한 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  15. 삭제
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