JP2008213336A - 基板の切断方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切断ブレードによって凹部を有する各種基板を良好に切断することができる基板の切断方法、及び基板を良好に切断して歩留まりを向上することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】一方面側に凹部２２を有する基板４００を切断ブレード５０１で切断する際に、基板４００の凹部２２とは反対側の面を保持し、基板４００を凹部２２側の面から切断する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ノズルから液滴を吐出する液体噴射ヘッドの製造方法、特に、液滴としてインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。

一般的に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等に用いられるインクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドでは、液滴を吐出させるためのメカニズムに応じて各種方式のものが知られている。例えば、発熱素子等によって液体を沸騰させ、そのときに生じる気泡圧で液滴を吐出させるものや、液滴が充填された圧力室の容積を、圧電素子の変位によって膨張又は収縮させることでノズルから液滴を吐出させるものがある。さらに、例えば、静電気力を利用して圧力室の容積を変化させることで、ノズルから液滴を吐出させるようにした静電駆動方式のものもある。

また、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法が、様々提案されているが、例えば、静電駆動方式のヘッドの製造方法としては、ノズルプレート、キャビティープレート及び電極基板がそれぞれ複数形成された３枚の基板を接合して積層基板を形成した後、この積層基板の両面に粘着シートを貼着し、この積層基板をガラス基板である電極基板側から切断ブレード等によって切断することにより、同時に複数個のヘッドを得るようにした方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２５４６８９号公報 特開２００６−１８１２７号公報

特許文献１によると、このように積層基板をガラス製の電極基板側からから切断ブレードによって切断することで電極基板にチッピングが生じにくくなるという効果がある。しかしながら、チッピングが生じにくいのは、電極基板と粘着シートとの境界部分だけであり、他の部分、例えば、電極基板とキャビティープレートとの境界部分、あるいはノズルプレートと粘着シートとの境界部分等、各基板の境界部分においては、チッピングが発生してしまう。

電極基板のキャビティープレート側の面には、静電気力を発生させるための電極（個別電極、共通電極）が形成されているため、電極基板とキャビティープレートとの境界部分でチッピングが発生すると、これらの電極が破損して導通不良を起こす虞がある。

また、ノズルプレートの表面部分にチッピングが発生すると、圧力室にインクを良好に充填できずドット抜け等の問題が発生する虞がある。例えば、圧力室にインクを充填する場合、ノズルプレートの表面に各ノズルを覆うようにゴムパットを装着し、このゴムパット内を吸引することで、ノズルを介して圧力室を吸引して圧力室内にインクを充填させている。このとき、ノズルプレートの表面にチッピングが生じていると、ノズルプレートとゴムパットとの間に隙間が生じてしまい、良好に吸引することができなくなる。このため、圧力室内に確実にインクを充填することができず、ドット抜け等の問題が発生してしまう。

ここで、ノズルプレートの表面に、その厚さ方向の一部が除去されたノズル段差部を有しこのノズル段差部内にノズルが開口するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。そして、上記のようなチッピングの問題は、ノズルプレートの表面にノズル段差部のような凹部が形成されている場合には、特に生じやすい。また、このようなノズル段差部を有する場合には、積層基板に割れが生じてしまうという問題もある。

さらに、積層基板の表面に粘着シートを貼着し、この貼着シート上から積層基板を切断すると、切り屑や切断ブレードの摩耗屑が多く発生してしまう。例えば、この切り屑等が電極に付着すると、電極とＦＰＣ等の配線を接続する際に接続不良が起こる等の問題がある。さらに、貼着シート上から積層基板を切断すると切断ブレードに粘着テープが焼き付いてしまうせいか、摩耗量が大幅に増加するという問題もある。

なお、このような問題は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法だけでなく、他の液滴を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法においても存在する。さらに、液体噴射ヘッドの製造方法だけでなく、基板を切断ブレードで切断する場合は、同様に、このような問題が生じる虞がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、切断ブレードによって凹部を有する各種基板を良好に切断することができる基板の切断方法を提供することを目的とする。また、基板を良好に切断して歩留まりを向上することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、一方面側に凹部を有する基板を切断ブレードで切断する基板の切断方法であって、前記基板の前記凹部とは反対側の面を保持し、当該基板を前記凹部側の面から切断することを特徴とする基板の切断方法にある。
かかる本発明では、基板の割れやチッピングの発生を防止することができ、基板を高精度に切断することができる。

ここで、前記基板の凹部とは反対側の面が平坦面であり、所定のステージ上に前記基板の全面を密着させて保持した状態で、当該基板を切断することが好ましい。これにより、基板の割れやチッピングの発生をより確実に防止することができる。

また、前記基板は、凹部を有する第１の基板と該第１の基板の前記凹部とは反対側の面に接合されるガラス基板からなる第２の基板とを含む積層基板であってもよい。ガラス基板からなる第２の基板には割れ等が発生しやすいが、本発明の切断方法では、このような第２の基板を含む積層基板であっても高精度に切断することができる。

また、本発明は、液滴を噴射する複数のノズルが形成されると共に該ノズルが開口する領域に凹部であるノズル段差部を有する第１の基板と、前記ノズルに連通する圧力室を有すると共に該圧力室内に液滴を噴射するための圧力を発生させる圧力発生手段を有する第２の基板とを接合して積層基板を形成後、この積層基板を切断ブレードで切断して個々の液体噴射ヘッドに分離する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記積層基板の前記第２の基板側の面を保持し、当該積層基板を前記第１の基板の前記ノズル段差部側の面から切断することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる本発明では、積層基板を高精度に切断して高品質な液体噴射ヘッドを製造することができ、また不良発生率を大幅に低減することができる。

ここで、前記積層基板の前記第２の基板側表面に保護シートを貼着した状態で、当該積層基板を切断することが好ましい。これにより、積層基板を保護して、例えば、保持ステージ上に良好に固定することができる。

また、前記ノズル段差部内に短冊状の封止テープを貼着して前記ノズルを封止した状態で、前記積層基板を切断することが好ましい。これにより、積層基板を切断する際に、ノズルが異物等によって詰まってしまうのを防止することができる。

さらに、前記第２の基板を、前記圧力室と当該圧力室の一方面側を構成する振動板とを有する第３の基板と、前記振動板を静電気力により変形させるための電極が設けられた第４の基板とを接合することによって形成するようにしてもよい。本発明では、このように複数枚の基板が積層された積層基板であっても良好に切断することができる。

また、前記第１の基板がシリコン基板からなり、前記第４の基板がガラス基板からなるものであってもよい。ガラス基板からなる第４の基板には割れ等が発生しやすいが、本発明の切断方法では、このような第４の基板を含む積層基板であっても高精度に切断することができる。

さらに、前記積層基板の表面に所定圧力で冷却水を吹き付けながら、当該積層基板を切断することが好ましい。これにより、例えば、電極への切り屑や、切断ブレードの摩耗屑の付着を防止することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略斜視図であり、図２は、その断面図である。図示したインクジェット式記録ヘッドは、いわゆる静電駆動方式のヘッドであり、キャビティ基板１０と、このキャビティ基板１０の両面にそれぞれ接合されるノズルプレート２０及び電極基板３０とで構成されている。

キャビティ基板１０は、例えば、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面側に開口する圧力室（キャビティ）１１がその幅方向に複数並設されている。また、本実施形態では、図２に示すように、キャビティ基板１０には、複数の圧力室１１が並設された列が２列形成されている。さらに、キャビティ基板１０には、各列の圧力室１１に共通するインク室となる共通インク室１２が形成されており、この共通インク室１２は、後述するインク供給路を介して各圧力室１１に連通されている。また、共通インク室１２の底壁には、共通インク室１２にインクを供給するためのインク供給孔１３が形成されている。また、キャビティ基板１０には、共通インク室１２の外側に、後述する個別電極に接続される個別端子部を露出させるための貫通孔１４が形成されている。

なお、各圧力室１１の底壁は、圧力室１１内に圧力変化を生じさせるための振動板１５として機能し、且つこの振動板１５を変位させる静電気力を発生させるための共通電極としての役割を兼ねている。そして、キャビティ基板１０の貫通孔１４近傍には、ノズルプレート２０の後述する露出孔内に露出されて図示しない駆動配線が接続される共通端子部１６が形成されている。

ノズルプレート２０は、キャビティ基板１０と同様に、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、各圧力室１１に連通する複数のノズル２１が形成されている。そして、このノズルプレート２０は、キャビティ基板１０の開口面側に接合され、圧力室１１及び共通インク室１２の一方の面を形成している。また、ノズルプレート２０のキャビティ基板１０とは反対側の面には、ノズル２１に対応する領域に亘って厚さ方向の一部を除去したノズル段差部２２が形成されている。

ここで、各ノズル２１は、インク滴が吐出される側に設けられてノズル段差部２２内に開口する略円形の小径部２１ａと、小径部２１ａよりも大きい径を有し小径部２１ａと圧力室１１とを連通する大径部２１ｂとからなる。そして、全てのノズル２１（小径部２１ａ）は、このノズル段差部２２内に開口している。

また、このノズルプレート２０のキャビティ基板１０との接合面には、圧力室１１と共通インク室１２との境界に対応する領域に、これら各圧力室１１と共通インク室１２とを連通するインク供給路２３が形成されている。また、ノズルプレート２０には、共通インク室１２の外側に対応する位置に、キャビティ基板１０の貫通孔１４に連通し、後述する個別端子部と共に共通端子部１６を露出させる露出孔２４が形成されている。

このノズルプレート２０の表面、本実施形態では、ノズル段差部２２内には、例えば、フッ素含有シランカップリング化合物等からなる撥水撥油性材料からなる撥水撥油膜２５が形成されている。これにより、ノズルプレート２０の表面（ノズル面）へのインク滴の付着を抑えている。

一方、電極基板３０は、シリコン単結晶基板に近い熱膨張率を有する、例えば、ホウ珪酸ガラス等のガラス基板からなり、キャビティ基板１０の振動板１５側の面に接合されている。この電極基板３０の振動板１５に対向する領域には、各圧力室１１に対応して凹部３１が形成されている。また、電極基板３０には、キャビティ基板１０のインク供給孔１３に対応する位置に、このインク供給孔１３に連通するインク導入孔３２が形成されている。そして、図示しないインクタンクからこのインク導入孔３２及びインク供給孔１３を介して共通インク室１２にインクが充填されるようになっている。

また、各凹部３１には、振動板１５を変位させる静電気力を発生させるための個別電極３３が、振動板１５との間に所定の間隔を確保した状態でそれぞれ配置されている。また、凹部３１内には、キャビティ基板１０の貫通孔１４に対向する領域に、図示しない駆動配線が接続される個別端子部３４が形成されており、この個別端子部３４と個別電極３３とはリード電極３５によって接続されている。なお、図示しないが、これら各個別電極３３及びリード電極３５は絶縁膜によって封止され、また個別端子部３４と共通端子部１６との間には、接続配線を介して駆動電圧パルスを印加するための発振回路が接続されている。

そして、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、発振回路によって個別電極３３と振動板１５（キャビティ基板１０）との間に駆動電圧を印加すると、これら個別電極３３と振動板１５との隙間に発生する静電気力によって振動板１５が個別電極３３側に撓み変形して、圧力室１１の容積が拡大し、駆動電圧の印加を解除すると、振動板１５が元の状態に復帰し、圧力室１１の容積が収縮する。そして、このとき発生する圧力室１１内の圧力変化によって、圧力室１１内のインクの一部が、ノズル２１からインク滴として吐出される。

以下、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を、図３〜図５を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示すように、上述した複数のノズルプレート２０が一体的に形成されたノズルプレート用ウェハ２００と、複数のキャビティ基板１０が一体的に形成されたキャビティ基板用ウェハ１００と、複数の電極基板３０が一体的に形成された電極基板用ウェハ３００とをそれぞれ用意し、キャビティ基板用ウェハ１００の両面に、ノズルプレート用ウェハ２００と電極基板用ウェハ３００とをそれぞれ接合して積層基板４００を形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、ノズル段差部２２の幅となるように、粘着性を有する粘着テープである封止テープ５０を短冊状に切り出して用意し、この短冊状の封止テープ５０をノズル段差部２２内に貼着して各ノズル２１を封止する。なお、封止テープ５０としては、例えば、紫外線剥離型のダイシングテープ等が用いられる。

次に、図３（ｃ）に示すように、電極基板用ウェハ３００の大きさとなるように切り出した粘着シートである保護シート７０を用意し、この保護シート７０を積層基板４００の電極基板用ウェハ３００側の表面に貼着する。なお、ここで使用される保護シート７０としては、封止テープ５０と同様に、例えば、紫外線剥離型のダイシングテープ等が用いられる。

そして、このように短冊状の封止テープ５０及び保護シート７０を貼着した状態で積層基板４００を、例えば、図４に一点鎖線で示す切断ラインに沿って切断ブレードによって切断することにより、個々のインクジェット式記録ヘッドを切り出す。

具体的には、図５（ａ）に示すように、電極基板用ウェハ３００側を下側として積層基板４００を保持ステージ５００上に固定する。すなわち、保護シート７０を介して積層基板４００を保持ステージ５００上に固定する。ここで、積層基板４００のノズル段差部２２側の面とは反対側の面、つまり積層基板４００を構成する電極基板用ウェハ３００側の表面は平坦面となっている。そして、この平坦面である電極基板用ウェハ３００表面の全面を保持ステージ５００に密着させて保持することが好ましい。これにより、積層基板４００を極めて良好に保持ステージ上に保持することができる。なお、積層基板４００の固定方法は、特に限定されないが、例えば、保持ステージ５００に設けた図示しない吸引孔を介して積層基板４００を吸引して、積層基板４００が保持ステージ５００上に吸引保持されるようにする。電極基板用ウェハ３００の表面は極めて平坦であるため、積層基板４００を良好に保持することができる。また、保護シート７０によって積層基板４００の表面が保護されているため、積層基板４００に傷や割れを生じさせることなく、積層基板４００が保持ステージ５００上に良好に保持される。

そして、図５（ｂ）に示すように、このように積層基板４００を保持ステージ５００上に保持した状態で、凹部であるノズル段差部２２が形成されたノズルプレート用ウェハ２００側から積層基板４００を切断ブレード５０１によって切断する。その後は、切り出されたインクジェット式記録ヘッドの表面に貼り付けられている封止テープ５０及び保護シート７０に、紫外線を照射して保護シート７０の粘着力を低下させ、この封止テープ５０及び保護シート７０を剥離する。

以上説明したように、積層基板４００をノズルプレート用ウェハ２００側から切断することにより、ノズルプレート用ウェハ２００、キャビティ基板用ウェハ１００及び電極基板用ウェハ３００に割れが発生するのを防止することができる。

ここで、従来のように、例えば、積層基板４００のノズルプレート用ウェハ２００側を保持ステージ５００上に保持すると、積層基板４００と保持ステージ５００との間に部分的に空間が形成されてしまう。具体的には、このように積層基板４００のノズルプレート用ウェハ２００側を保持する場合、一般的には、図６（ａ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００の表面に保護シート７０Ａが貼着されており、封止テープ５０に対向する部分の保護シート７０Ａと保持ステージ５００との間に若干の空間Ｓ１が形成されてしまう。また、図６（ｂ）に示すように、貫通孔１４及び露出孔２４に対向する部分にも保護シート７０で塞がれた空間Ｓ２が形成されてしまう。この状態で、積層基板４００を切断ブレード５０１で切断すると、上記空間Ｓ１，Ｓ２が存在することで積層基板４００が十分に固定できていないせいか積層基板４００が振動してしまうことがある。また、この空間Ｓ１，Ｓ２に対向する部分の積層基板４００が変形してしまうことがある。そして、このような振動、あるいは変形によって積層基板４００に割れが生じてしまう虞がある。

また上述した製造方法によれば、各ウェハの境界部分、あるいは電極基板用ウェハ３００と保護シート７０との境界部分で、チッピングが発生するのを防止することができる。特に、ガラス基板である電極基板用ウェハ３００にはチッピングが発生し易いが、本発明の製造方法であれば、この電極基板用ウェハ３００のチッピングも抑えられる。

したがって、電極（個別電極、共通電極）が破損して導通不良を起こしてしまうのを防止することができる。さらに、ノズルプレート２０の表面にチッピングが生じていないことで、ノズル２１を介して圧力室１１を良好に吸引することができる。つまり、圧力室内に確実にインクを充填することができ、ドット抜け等の発生も抑制することができる。

またインクジェット式記録ヘッドを装置（プリンタ）に固定する際の基準となる切断端面精度も向上することができる。例えば、ノズルプレート用ウェハ２００側を保持ステージ５００上に保持して切断した場合、ノズル列の中心から切断端面までの距離のバラツキは、±０．０３ｍｍ程度であったものが、±０．０１ｍｍ程度まで減少した。

また、積層基板４００を高精度に切断することに伴って、切り屑や切断ブレード５０１の摩耗屑の発生も大幅に低減される。特に、本実施形態では、ノズルプレート用ウェハ２００の表面には、短冊状の封止テープ５０が貼着されているものの、保護シートが貼着されていないため、切り屑や切断ブレード５０１の摩耗屑の発生量が大幅に低減され、切断ブレード５０１の刃先の変形も抑えられる。例えば、切断ブレード５０１の摩耗量は、従来の１０％程度と極めて少なく抑えることができる。したがって、切り屑等が電極に付着することによって発生する導通不良も防止することができる。また、切断ブレード５０１の刃先のメンテナンス（ツルーイング）頻度も大幅に減少し、生産性が向上する。

なお、ノズルプレート用ウェハ２００側を保持ステージ５００上に保持して切断した場合の合計不良率は、最大で５８％、平均で３％程度であったが、上述の製造方法では、ほぼ０％となった。

また、切断ブレード５０１によって積層基板４００を切断する際には、積層基板４００の表面に所定圧力で冷却水を吹き付けるようにするのが好ましい。これにより、切断ブレード５０１を冷却できると共に、切り屑等が電極に付着するのをより確実に防止することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、このような実施形態に限定されるものではない。また本実施形態では、静電駆動方式のインクジェット式記録ヘッドを一例として本発明を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、圧電素子の変位によってインク滴を吐出させる方式、あるいは、発熱素子等によってインクを加熱することでインク滴を吐出させる方式等、あらゆる方式のインクジェット式記録ヘッドの製造方法に採用することができる。また、勿論、本発明は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、他のあらゆる液滴を吐出する液体噴射ヘッドにも採用することができる。他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

さらに、本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法に限定されず、表面に凹部を有するあらゆる基板を切断ブレードで切断する際に適用可能なものである。

一実施形態に係る記録ヘッドの概略斜視図である。 一実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。 一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す概略斜視図である。 一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す平面図である。 一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す概略斜視図である。 従来技術に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。

符号の説明

１０ キャビティ基板、 １１ 圧力室、 １２ 共通インク室、 １３ インク供給孔、 １４ 貫通孔、 １５ 振動板、 １６ 共通端子部、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル、 ２２ ノズル段差部、 ２３ インク供給路、 ２４ 露出孔、 ２５ 撥水撥油膜、 ３０ 電極基板、 ３１ 凹部、 ３２ インク導入孔、 ３３ 個別電極、 ３４ 個別端子部、 ３５ リード電極、 ５０ 封止テープ、 ７０ 保護シート、 １００ キャビティ基板用ウェハ、 ２００ ノズルプレート用ウェハ、 ３００ 電極基板用ウェハ、 ４００ 積層基板、 ５００ 保持ステージ、 ５０１ 切断ブレード

Claims (9)

1. 一方面側に凹部を有する基板を切断ブレードで切断する基板の切断方法であって、前記基板の前記凹部とは反対側の面を保持し、当該基板を前記凹部側の面から切断することを特徴とする基板の切断方法。
2. 前記基板の凹部とは反対側の面が平坦面であり、所定のステージ上に前記基板の全面を密着させて保持した状態で、当該基板を切断することを特徴とする基板の切断方法。
3. 前記基板が、凹部を有する第１の基板と該第１の基板の前記凹部とは反対側の面に接合されるガラス基板からなる第２の基板とを含む積層基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板の切断方法。
4. 液滴を噴射する複数のノズルが形成されると共に該ノズルが開口する領域に凹部であるノズル段差部を有する第１の基板と、前記ノズルに連通する圧力室を有すると共に該圧力室内に液滴を噴射するための圧力を発生させる圧力発生手段を有する第２の基板とを接合して積層基板を形成後、この積層基板を切断ブレードで切断して個々の液体噴射ヘッドに分離する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   前記積層基板の前記第２の基板側の面を保持し、当該積層基板を前記第１の基板の前記ノズル段差部側の面から切断することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
5. 前記積層基板の前記第２の基板側表面に保護シートを貼着した状態で、当該積層基板を切断することを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
6. 前記ノズル段差部内に短冊状の封止テープを貼着して前記ノズルを封止した状態で、前記積層基板を切断することを特徴とする請求項４又は５に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
7. 前記第２の基板を、前記圧力室と当該圧力室の一方面側を構成する振動板とを有する第３の基板と、前記振動板を静電気力により変形させるための電極が設けられた第４の基板とを接合することによって形成することを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
8. 前記第１の基板がシリコン基板からなり、前記第４の基板がガラス基板からなることを特徴とする請求項７に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
9. 前記積層基板の表面に所定圧力で冷却水を吹き付けながら、当該積層基板を切断することを特徴とする請求項４〜８の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。

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