インクジェットヘッド及びその製造方法

【課題】積層及び焼結工程を経ることにより、製造工程が単純で、材料選択の幅が広く、加工費用も節減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こと。
【解決手段】インクを貯蔵するリザーバ、リザーバからインクが供給されるチャンバー、リザーバとチャンバーとを連結するリストリクタ、及びインクを吐出するノズルを含むインクジェットヘッドであって、チャンバーが設けられるチャンバープレートと、チャンバーを覆うようにチャンバープレートの上面に積層され、第１コイルが埋め込まれる振動プレートと、リストリクタが設けられ、チャンバープレートの下面に積層され、第２コイルが埋め込まれる第１中間プレートと、リザーバ及びノズルが設けられ、第１中間プレートの下面に積層される下部プレート部と、を含むインクジェットヘッド及びその製造方法を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドは、電気信号を物理的な力に変換し、小さいノズルを通じてインクが液滴状に吐出される原理を用いたものである。このようなインクジェットヘッドはステンレススチール（ＳＵＳ）、セラミックまたはシリコン材質で製造される。
【０００３】
一方、インクジェットヘッドには、多様な機能を実行する要素が設けられる。各要素は、層状に多数、個別に設けられ、それぞれの層を接合することによりインクジェットヘッドを作製する。通常、インクジェットヘッドを駆動するアクチュエーターには圧電体（ＰＺＴ）が使用され、振動板に圧電体を接合した後に、機械的研磨工程を施して厚さの調節を行う。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドは、材料に応じて圧電体が１００〜３５０℃の温度にてデポーリング（ｄｅｐｏｌｉｎｇ）されるため、ヘッド製作工程に加熱を必要とされる工程が含まれている場合には、ヘッドの製作が完了した後に、別途のポーリング（ｐｏｌｉｎｇ）工程を行う必要があり、これは、全体的な工程を複雑にし、工程費用を増加させる原因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は、製造工程が単純化され、材料選択の幅が広くて、加工費用も節減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ことを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、インクを貯蔵するリザーバ、リザーバからインクが供給されるチャンバー、リザーバとチャンバーとを連結するリストリクタ、及びインクを吐出するノズルを含むインクジェットヘッドであって、チャンバーが形成されるチャンバープレートと、チャンバーを覆うようにチャンバープレートの上面に積層され、第１コイルが埋め込まれる振動プレートと、リストリクタが設けられ、チャンバープレートの下面に積層され、第２コイルが埋め込まれる第１中間プレートと、リザーバ及びノズルが設けられ、第１中間プレートの下面に積層される下部プレート部と、を含むインクジェットヘッドを提供する。
【０００７】
下部プレート部は、リザーバが設けられ、第１中間プレートの下面に積層されるリザーバプレートと、リザーバプレートの下面に積層される第２中間プレートと、ノズルが設けられ、第２中間プレートの下面に積層されるノズルプレートと、を含むことができる。
【０００８】
一方、振動プレート、チャンバープレート、第１中間プレート、及び下部プレート部の材質はＬＴＣＣを含むことができる。
【０００９】
また、第２コイルと電気的に接続されるように、振動プレートから第１中間プレートまで貫通するビアが設けられてもよく、第１コイル及び第２コイルはチャンバー側に露出しない方がよい。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、インクを貯蔵するリザーバ、リザーバからインクが供給されるチャンバー、リザーバとチャンバーとを連結するリストリクタ、及びインクを吐出するノズルを含むインクジェットヘッドの製造方法であって、内部に第１コイルが埋め込まれる振動プレートを形成するステップと、チャンバーが設けられるチャンバープレートを形成するステップと、リストリクタが設けられ、内部に第２コイルが埋め込まれる第１中間プレートを形成するステップと、リザーバ及びノズルが設けられる下部プレート部を形成するステップと、振動プレート、チャンバープレート、第１中間プレート、及び下部プレート部を積層するステップと、を含むインクジェットヘッド製造方法が提供される。
【００１１】
振動プレートを形成するステップは、第１グリーンシートの上面に第１コイルをパターニングするステップと、第１グリーンシートの上面に第２グリーンシートを積層するステップと、第１グリーンシート及び第２グリーンシートを低温同時焼結するステップと、を含むことができる。
【００１２】
一方、チャンバープレートを形成するステップは、第３グリーンシートにチャンバーを設けるステップと、チャンバーに支持体を充填するステップと、第３グリーンシートを焼結するステップと、支持体を分離するステップと、を含むことができる。
【００１３】
また、下部プレート部は、リザーバが設けられ、第１中間プレートの下面に積層されるリザーバプレートと、リザーバプレートの下面に積層される第２中間プレートと、ノズルが設けられ、第２中間プレートの下面に積層されるノズルプレートと、を含むことができる。
【００１４】
第２コイルと電気的に接続されるように、振動プレートから第１中間プレートまで貫通するビアがさらに設けられてもよく、第１コイル及び第２コイルはチャンバー側に露出しない方がよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の好ましい実施例によれば、積層及び焼結工程を用いることにより、製造工程が単純化され、材料選択の幅が広くなり、加工費用も節減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００１７】
「第１」、「第２」などの用語は、多様な構成要素を説明するのに用いることに過ぎず、前記構成要素が前記用語により限定されるものではない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素と区別する目的だけに用いられる。本願で用いた用語は、特定の実施例を説明するために用いられたのみであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含むものとする。
【００１８】
本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなければならない。
【００１９】
以下、本発明に係る印刷回路基板及びその製造方法の好ましい実施例について添付図面を参照して詳細に説明し、これにあたって、同一かつ対応する構成要素は、同一の図面符号を付し、これに対する重複する説明は省略する。
【００２０】
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドについて説明する。図１は本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドを示す断面図である。図１を参照すると、振動プレート１０、第１コイル１２、ビア１６、チャンバープレート２０、チャンバー２２、第１中間プレート３０、第２コイル３２、リストリクタ３４、流路３６、４６、５２、リザーバプレート４０、リザーバ４２、第２中間プレート５０、ノズルプレート６０、ノズル６２が示されている。
【００２１】
リザーバプレート４０に設けられるリザーバ４２は、インクを収容し、後述するリストリクタ３４を通じてチャンバー２２にインクを供給する。このようなリザーバ４２には流入口（図示せず）を通じて、外部からインクを供給することができる。
【００２２】
第１中間プレート３０に設けられるリストリクタ３４は、リザーバ４２と後述するチャンバー２２とを互いに連通させて、リザーバ４２からチャンバー２２にインクを供給するチャンネルとしての機能を行うことができる。リストリクタ３４は、リザーバ４２より小さい断面積を有するように設けられ、チャンバー２２に圧力が供給される場合、リザーバ４２からチャンバー２２に供給されるインクの量を調節することもできる。
【００２３】
一方、第１中間プレート３０のチャンバー２２の位置に対応する部分には、第２コイル３２が埋め込まれる。第１中間プレート３０に埋め込まれる第２コイル３２は、後述する第１コイル１２と共にチャンバー２２内部に圧力を供給するために機能する。この操作については後で具体的に説明する。
【００２４】
振動プレート１０はチャンバープレート２０の上面に積層され、チャンバー２２を覆う。このような振動プレート１０には、上述した第２コイル３２に対応して第１コイル１２が埋め込まれることができる。第１コイル１２は、上述した第２コイル３２と共にチャンバー２２内部に圧力を供給するために機能する。
【００２５】
すなわち、外部から電流が印加されると、第１コイル１２と第２コイル３２はそれぞれ電磁石として機能し、これらの間の斥力及び引力を用いてチャンバー２２内部に圧力をかけることができるようになる。
【００２６】
例えば、第１コイル１２と第２コイル３２との間に引力が作用するように電流が印加されると、これらの間の引力により第１コイル１２が埋め込まれている振動プレート１０はチャンバー２２方向に撓るようになり、これによりチャンバー２２内部には圧力が加えられることになる。
【００２７】
また反対に、第１コイル１２と第２コイル３２との間に斥力が作用するように電流が印加されると、これらの間の斥力により第１コイル１２が埋め込まれている振動プレート１０はチャンバー２２の反対方向に撓るようになり、これによりチャンバー２２内部には陰圧が加えられることになる。
【００２８】
一方、相対的にインクジェットヘッドの内側に位置した第２コイル３２には、電流を印加できるように、ビア１６を設けることができる。すなわち、図１に示すように、ビア１６は振動プレート１０とチャンバープレート２０とを貫いて、第１中間プレート３０に設けられた第２コイル３２と電気的に接続されることにより、第２コイル３２に電流を印加することができる。
【００２９】
上述したように、本実施例によるインクジェットヘッドは、第１コイル１２と第２コイル３２とを用いてチャンバー２２内部に圧力を供給する構造であって、圧電体のような別途の構造体を接合する必要がない。
【００３０】
一方、産業用インクジェットヘッドの場合、事務用インクジェットヘッドとは異なり、高温のインクを使用する場合がある。このような高温のインクから第１コイル１２や第２コイル３２が損傷されることを防止するために、図１に示すように、第１コイル１２や第２コイル３２がチャンバー２２の形成された方向に露出しないように設けられるようにするとよい。すなわち、図１に示すように、第１コイル１２は下側方向に、第２コイル３２は上側方向に露出しないように設けられることができる。
【００３１】
ノズルプレート６０に設けられるノズル６２は、チャンバー２２に繋がっていて、チャンバー２２からインクが供給されると、インクを吐出するように機能することができる。第１コイル１２及び第２コイル３２によりチャンバー２２に圧力が加えられると、この圧力によりインクがノズル６２を通じて吐出されることになる。
【００３２】
ノズルプレート６０とリザーバプレート４０との間には、リザーバ４２の下面をカバーする第２中間プレート５０が介在されてもよい。このとき、チャンバー２２とノズル６２とが連通できるように、第１中間プレート３０、リザーバプレート４０、及び第２中間プレート５０にはそれぞれ流路３６、４６、５２が設けられることができる。
【００３３】
一方、本実施例ではリザーバプレート４０、第２中間プレート５０、及びノズルプレート６０がそれぞれ分離できる構造を提示したが、これらが一体で形成され一つの下部プレート部７０を形成することもできる。
【００３４】
すなわち、図１に示すように、リザーバ４２とノズル６２が設けられる下部プレート部７０は、リザーバプレート４０、第２中間プレート５０、及びノズルプレート６０で構成されることもでき、図示されていないが、これらが一体で形成されることもできる。
【００３５】
以上、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの構造について説明したが、以下、本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法について説明する。上述した構造のインクジェットヘッドは、以下で説明する製造方法を通じても製造できる。
【００３６】
図２は、本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の順序を示す図であり、図３〜図１３は本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の各工程を示す断面図である。図３〜図１３を参照すると、振動プレート１０、第１グリーンシート１０ａ、第２グリーンシート１０ｂ、第１コイル１２、ビア１６、チャンバープレート２０、第３グリーンシート２０’、チャンバー２２、支持体２４、第１中間プレート３０、第２コイル３２、リストリクタ３４、流路３６、４６、５２、リザーバプレート４０、リザーバ４２、第２中間プレート５０、ノズルプレート６０、ノズル６２が示されている。
【００３７】
先ず、ステップＳ１１０で、内部に第１コイル１２が埋め込まれる振動プレート１０を形成する。ここでは、図３及び図４に示すように、仮焼結状態の第１グリーンシート１０ａの上面に第１コイル１２をパターニングし、図６に示すように、第１グリーンシート１０ａの上面に第２グリーンシート１０ｂを積層した後に、これを低温同時焼結する方法を用いることができる。
【００３８】
第１コイル１２は、電流が印加されると、電磁石として機能することができる。図４は、第１コイル１２がパターニングされた状態を示す断面図であり、図５は、その平面図である。第１コイル１２をパターニングする方法としては、スクリーン印刷方法、インクジェット印刷方法などを用いることができ、この他にも多様な方法を用いることができる。そして、ステップＳ１２０で、チャンバー２２が設けられたチャンバープレート２０を形成する。ここでは、図８及び図９に示すように、仮焼結状態の第３グリーンシート２０’を加工してチャンバー２２を設けた後に、これを焼結する方法を用いることができる。
【００３９】
一方、チャンバー２２が設けられている第３グリーンシート２０’を焼結すると、焼結工程にて第３グリーンシート２０’が収縮する恐れがあるので、これを防止するために、焼結する前に、図１０に示すように、チャンバー２２に支持体２４を充填して焼結を行った後に、支持体２４を分離する方法を用いることもできる。支持体２４としては、ＨＴＣＣ材質、または金属材質を使用できる。このような方法を通じて形成されたチャンバープレート２０が図１１に示されている。
【００４０】
次に、ステップＳ１３０で、リストリクタ３４が設けられ、内部に第２コイル３２が埋め込まれる第１中間プレート３０を形成し、ステップＳ１４０で、リザーバ４２及びノズル６２が設けられる下部プレート部７０を形成した後に、ステップＳ１５０で、図１２に示すように、振動プレート１０、チャンバープレート２０、第１中間プレート３０、及び下部プレート部７０を積層することができる。
【００４１】
リストリクタ３４、リザーバ４２、及びノズル６２は、上述したチャンバー２２の加工方法と同じ方法で形成でき、第２コイル３２は、上述した第１コイル１２と同じ方法で第１中間プレート３０に埋め込まれることができる。その他に、チャンバー２２とノズル６２とを連結する流路３６、４６、５２も上記リストリクタ３４やリザーバ４２などと共に形成されることができる。
【００４２】
本実施例ではリザーバプレート４０、第２中間プレート５０、及びノズルプレート６０を別々に形成した後にこれらを積層する方法を提示したが、これらが一体で形成できるように一つのグリーンシートに設けることもできる。
【００４３】
一方、図１３に示すように、相対的にインクジェットヘッドの内側に位置した第２コイル３２に電流を印加できるように、ビア１６を設けることもできる。すなわち、図１３に示すように、振動プレート１０とチャンバープレート２０とを貫通して、第１中間プレート３０に設けられた第２コイル３２と電気的に接続できるようにビア１６を設けて、第２コイル３２に電流を印加することができる。ビア１６はホール加工及びメッキなどの方法を通じて形成されることができ、その他にも多様な方法を用いて形成されることができる。
【００４４】
第１コイル１２と第２コイル３２とは、チャンバー２２が設けられている方向には露出しないように設けられるとよい。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施例を参照して説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明に多様な修正及び変更を加えることができることを理解できるであろう。前述した実施の形態に加えて、本明細書には示されていない多くの実施の形態が、本発明の特許請求範囲内に存在することも理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドを示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の順序を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の各工程を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の工程を示す平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の各工程を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の各工程を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態によるインクジェットヘッド製造方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０振動プレート
１０ａ第１グリーンシート
１０ｂ第２グリーンシート
１２第１コイル
１６ビア
２０チャンバープレート
２０’ 第３グリーンシート
２２チャンバー
２４支持体
３０第１中間プレート
３２第２コイル
３４リストリクタ
３６、４６、５２流路
４０リザーバプレート
４２リザーバ
５０第２中間プレート
６０ノズルプレート
６２ノズル
７０下部プレート部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを貯蔵するリザーバ、前記リザーバからインクが供給されるチャンバー、前記リザーバと前記チャンバーとを連結するリストリクタ、及びインクを吐出するノズルを含むインクジェットヘッドであって、
前記チャンバーが設けられるチャンバープレートと、
前記チャンバーを覆うように前記チャンバープレートの上面に積層され、第１コイルが埋め込まれる振動プレートと、
前記リストリクタが設けられ、前記チャンバープレートの下面に積層され、第２コイルが埋め込まれる第１中間プレートと、
前記リザーバ及び前記ノズルが設けられ、前記第１中間プレートの下面に積層される下部プレート部と、
を含むことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記下部プレート部は、
前記リザーバが設けられ、前記第１中間プレートの下面に積層されるリザーバプレートと、
前記リザーバプレートの下面に積層される第２中間プレートと、
前記ノズルが設けられ、前記第２中間プレートの下面に積層されるノズルプレートと、を含む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。
【請求項３】
前記振動プレート、前記チャンバープレート、前記第１中間プレート、及び前記下部プレート部の材質がＬＴＣＣを含む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。
【請求項４】
前記第２コイルと電気的に接続するように前記振動プレート及び前記チャンバープレートを貫通するビアをさらに含む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。
【請求項５】
前記第１コイル及び前記第２コイルが、前記チャンバー側に露出しない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。
【請求項６】
インクを貯蔵するリザーバ、前記リザーバからインクが供給されるチャンバー、前記リザーバと前記チャンバーとを連結するリストリクタ、及びインクを吐出するノズルを含むインクジェットヘッドの製造方法であって、
内部に第１コイルが埋め込まれる振動プレートを形成するステップと、
前記チャンバーが設けられるチャンバープレートを形成するステップと、
前記リストリクタが設けられ、内部に第２コイルが埋め込まれる第１中間プレートを形成するステップと、
前記リザーバ及び前記ノズルが設けられる下部プレート部を形成するステップと、
前記振動プレート、前記チャンバープレート、前記第１中間プレート、及び前記下部プレート部を積層するステップと、
を含むことを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
【請求項７】
前記振動プレートを形成するステップが、
第１グリーンシートの上面に前記第１コイルをパターニングするステップと、
前記第１グリーンシートの上面に第２グリーンシートを積層するステップと、
前記第１グリーンシート及び前記第２グリーンシートを低温同時焼結するステップと、
を含むことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド製造方法。
【請求項８】
前記チャンバープレートを形成するステップが、
第３グリーンシートに前記チャンバーを設けるステップと、
前記チャンバーに支持体を充填するステップと、
前記第３グリーンシートを焼結するステップと、
前記支持体を分離するステップと、
を含むことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド製造方法。
【請求項９】
前記下部プレート部は、
前記リザーバが設けられ、前記第１中間プレートの下面に積層されるリザーバプレートと、
前記リザーバプレートの下面に積層される第２中間プレートと、
前記ノズルが設けられ、前記第２中間プレートの下面に積層されるノズルプレートと、
を含むことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド製造方法。
【請求項１０】
前記第２コイルと電気的に接続するように前記振動プレート及び前記チャンバープレートを貫通するビアを設けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド製造方法。
【請求項１１】
前記第１コイル及び前記第２コイルが、前記チャンバー側に露出しないことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド製造方法。

【図１】