JP3985329B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドの製造方法に関し、特に基板上に複数個のインクジェットヘッドを形成した後、基板を切断して個々のインクジェットヘッドに分離するインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドには、インク滴を外部に吐出する複数のインクノズルと、これらのインクノズルに連通したインク供給路とが半導体基板上に作り込まれたものが提案されている。近年、インクジェットヘッドに対しては、高精細文字を印字可能にするために、より精密でより微細な加工が要求されている。このために、様々なインクジェットヘッドの製造方法が開発されている。
【０００３】
例えば、本願人による特開平５−５０６０１号公報には、リザーバ、キャビティ等のインク供給路、振動板が形成されたシリコン単結晶製の流路基板と、インク供給路を覆う蓋基板と、振動板を静電気力によって撓めるための電極が形成されたガラス製の電極基板を個々に形成し、これら３枚の基板を接合、積層して静電駆動方式のインクジェットヘッドを製造する方法が開示されている。
【０００４】
このような構造を採用することにより、個々のインクジェットヘッドのパターン（ノズル、インク供給路、電極）をそれぞれの基板に形成した後、基板を接合し、接合した基板を切断し個々のインクジェットヘッドに分離するという製造方法（いわゆる多数個取り）が採用でき、インクジェットヘッドを安価に製造できる。なお、多数個取りの例は、本願人による特開平９−３００６３０号に開示されている。即ち、下方の基板に形成された信号もしくは電力をヘッドに供給するための端子が露出するように、複数の蓋基板を列状に流路基板に接合する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インク供給路を覆う蓋基板にノズルを形成し、蓋基板自体をノズルプレートとして用いる場合、特開平９−３００６３０号に開示された方法よりも１枚のノズルプレートを流路基板に接合した後、個々のインクジェットヘッドに分離する方が精度上望ましい。
【０００６】
このようなノズルプレートを備えたインクジェットヘッドを製造するにあたり、以下の点に解決すべき課題があった。
【０００７】
インクジェットヘッドをプリンタに固定したときにノズル列のアライメントの精度が重要である。例えばシリアルプリンタの場合、インクジェットヘッドを紙送り方向と垂直な方向に走査するが、ノズル列がヘッドの走査方向に対し垂直となるようにプリンタに取り付けられないと、印刷された画像に乱れが生じる。プリンタにインクジェットヘッドを取り付ける際に、切断された面が、基準面の一つとなるが、ガラス、シリコン等の基板は切断時にチッピングが生じやすく精度良く基準面を形成することが容易ではなかった。
【０００８】
また、ウエハ等の基板をフルカットスクライブするために、ＵＶテープ、粘着シート等を裏面（切断ブレードにより切断され側の面と反対側の面）に貼り、表面からシートをその厚みの半ばまで切り込み、基板を切断することが一般的技術として知られている（例えば特開平４−３３０７６６号公報）。この粘着シートは厚くなると、基板が切断時に振動し、チッピングが多くなる傾向を生じるためあまり厚いものは用いられない。
【０００９】
一方、使用する切断ブレードの刃先の形は、切断処理数を増すごとに摩耗し形状変化をする。そのため、その摩耗分を見込み、切込み量（を設定する必要を生じる。基板裏面に貼る粘着シート１は刃先の形状変化を吸収できる程度の厚さを持つことが好ましいが、刃の厚み、シートの厚み共に薄いために刃先の形状変化を吸収するように切込み量を設定することは困難である。このため、基板の切断面の精度の確保をするために、刃先のメンテナンス（ツルーイング）を頻繁に行わなければならなかった。また、切込み量を大きくして、基板を粘着シートごと切断する方法もあるが、基板を固定するための専用の治具が必要となるため好ましくない。
【００１０】
また、切断後の後工程の取扱の容易さを考慮すると、基板の切断後、シートに個々のヘッドが保持された状態で後工程に移されることが望ましく、基板を切断するときにシートまで切断してしまうと、切断後の工程での取扱が面倒になる。
【００１１】
更に、基板の切断時に発生する切り屑、切断ブレードの摩耗屑等が基板表面に付着するという不具合もあり、この問題を解決するために表面洗浄による除去や、表面へ、レジストなどのコーティング剤を塗布し、付着防止する手段が取られていたが、いずれも切断後、剥離・洗浄・乾燥工程等の工程が必要となり、製造工程が煩雑となる。
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明は、インクジェットヘッドをプリンタに固定したときにノズル列のアライメントの精度を向上させるために、インクジェットヘッドを構成するガラス、シリコン等の複合基板を切断する時に発生するチッピングを減少させ、インクジェットヘッドをプリンタに装着する際の基準面を精度良く形成できるインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また、基板の切断面の精度の確保をするために、頻繁に行わなけれていた刃先のメンテナンス（ツルーイング）の頻度を減少させ、ひいては生産効率を高めたインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
更に、製造工程を煩雑化させることなく、基板の切断時に発生する切り屑、切断ブレードの摩耗屑等を除去できるインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、複数のノズルが形成された第１の基板の下方に、前記ノズルよりインク滴を吐出させるための圧力発生手段が形成された第２の基板を接合した後、接合された基板を切断し個々のインクジェットヘッドに分離するインクジェットヘッドの製造方法において、第１の基板に設けられたマークを基準として、第２の基板の側から切断ブレードで切断することを特徴とする。
【００１６】
ノズルが形成された第１の基板に圧力発生手段が形成された第２の基板が接合された複合基板を切断する際に基準となるマークは、ノズル列と同一の基板に設けられているため、これを基準として複合基板を切断することにより、例え夫々の基板が多少ずれて接合されいても、インクジェットヘッドをプリンタに装着する際の基準面をノズル列に対して精度良く形成することができる。
【００１７】
この基準面は、ヘッドがプリンタに取り付けられる側の第２の基板側の精度良く形成される必要があるが、第２の基板側から切断ブレードで複合基板を切断しているため、基準面の第２の基板側にはチッピングが生じにくい。即ち、インクジェットヘッドをプリンタに固定したときにノズル列のアライメントの精度を向上させることができる。
【００１８】
一方、第２の基板側の裏面の第１の基板側では、第２の基板側に比べチッピングが生じやすいが、切断面のうち、ヘッドの取付側にあたる第２の基板側で精度良く基準面が形成されるため、第１の基板側のチッピングは、ヘッドをプリンタに取り付ける上で大きな問題とはなり得ない。切断ブレードの刃先は、切断処理数を増すごとに摩耗し、第１の基板側のチッピングは大きくなっていくが、この部分のチッピングは上述したとおり許容できるので、刃先のメンテナンス（ツルーイング）を頻度を減らし生産効率を高めることができる。
【００１９】
典型的な本発明の実施の形態では、前記第２の基板にはガラス製の基板が用いられ、前記第１の基板にはシリコン製の基板が用いられる。勿論、双方の基板にガラス基板もしくはシリコン基板を用いても良いし、他の半導体材料、金属材料を材質する基板を用いても良い。
【００２０】
また、圧力発生手段として、静電気力を用いて振動板を振動させインク滴をノズルより吐出させる圧力を得るものを用いても良い。この場合、前記第１の基板と接合した際に前記ノズルと連通するインク室と、該インク室の底壁に形成された振動板を備えた第３の基板を形成し、当該第３の基板の下側に、前記振動板を静電気力を与えて変形させるための電極が設けられた第２の基板を接合することにより、圧力発生手段が形成される。そして、第３の基板の上側にノズルが形成された第１の基板を接合して、即ち３枚の基板を積層してインクジェットヘッドを構成するようにすればよい。勿論、接合される基板の枚数もこれに限定されるものでなく、圧力発生手段の方式、仕様に応じて適宜増減できるものである。
【００２１】
また、接合された基板の両面にシートを貼着し、前記シートが貼着された基板を切断ブレードで切断することが好ましい。これによりチッピングを減少させると共に、製造工程を煩雑化させることなく、基板の切断時に発生する切り屑、切断ブレードの摩耗屑が基板表面に付着することを防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（本発明に適用されるインクジェットヘッドの一例）
図３は本発明を適用したインクジェットヘッドの分解斜視図である。また、図４は組み立てられたインクジェットヘッドの断面構成図である。
【００２３】
これらの図に示すように、インクジェットヘッド１００は、インク液滴を基板の上面に設けたインクノズルから吐出させるフェイスインクジェットタイプであり、静電駆動方式のものである。インクジェットヘッド１００は、キャビティープレート１２（第３の基板）を挟み、上側にノズルプレート１３（第１の基板）、下側に電極基板１１（第２の基板）がそれぞれ積層された３層構造となっている。
【００２４】
キャビティープレート１２は、例えば、厚さ３６０μｍ程度のシリコン基板であり、プレートの表面には底壁が振動板１０５として機能するインク室１０６を構成することになる凹部１０７と、凹部１０７の後部に設けられたインク供給口１０８を形成することになる細溝１０９と、各々のインク室１０６にインクを供給するためのインクリザーバ１１０を構成することになる凹部１１１とがエッチングによって形成されている。このキャビティープレート１２の下面は鏡面研磨によって平滑化されている。
【００２５】
このキャビティープレート１２の上側に接合されるノズルプレート１３は、例えば、厚さ３６０μｍ程度のシリコン製の基板である。ノズルプレート１３において、インク室１０６の上面を規定している部分には各インク室１０６に連通する複数のインクノズル１２１が形成されている。
【００２６】
このノズルプレート１３をキャビティープレート１２に接合することにより、上記の凹部１０７、１１１、および細溝１０９が塞がれて、インク室１０６、インク供給口１０８、インクリザーバ１１０のそれぞれが区画形成される。
【００２７】
なお、インクリザーバ１１０の底面を規定する部分にはインクリザーバ１１０にインクを供給するための孔１１２ａが設けられており、基板接合後、後述する電極基板１１に設けられた孔１１２ｂと共にインク供給孔１１２を形成する。インク供給孔１１２には、不図示の接続チューブを介して不図示のインクタンクに接続される。インク供給孔１１２から供給されたインクは、各インク供給口１０８を経由して独立した各インク室１０６に供給される。
【００２８】
キャビティープレート１２の下側に接合される電極基板１１は、シリコンと熱膨張率が近い、厚さ１ｍｍ程度のホウ珪酸ガラス基板である。この電極基板１１において、各々の振動板１０５に対向する部分には振動室（隙間）１１５を構成することになる凹部１１６が形成されている。この凹部１１６の底面には、振動板１０５に対向する個別電極１１７が形成されている。個別電極１１７は、ＩＴＯからなるセグメント電極部１１８と端子部１１９を有している。
【００２９】
この電極基板１１をキャビティープレート１２に接合することにより、各インク室１０６の底面を規定している振動板１０５と個別電極１１７のセグメント電極部１１８は、非常に狭い隙間を隔てて対向する。この隙間１１５はキャビティープレート１２と電極基板１１の間に配置した封止材１２０によって封止される。
【００３０】
振動板１０５は薄肉とされており、面外方向、すなわち、図４において上下方向に弾性変形可能となっている。この振動板１０５は、各インク室側の共通電極として機能する。この共通電極としての振動板１０５の底面１５１にはヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）からなる疎水膜が形成されている。この振動板１０５に対向する個別電極１１７のセグメント電極部１１８の表面にも、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）からなる疎水膜が形成されている。隙間１１５を挟み、振動板１０５と、対応する各セグメント電極部１１８とによって対向電極が形成されている。
【００３１】
振動板１０５と個別電極１１７との間には電圧印加装置１２５が接続されている。電圧印加装置１２５の一方の出力は各個別電極１１７の端子部１１９に接続され、他方の出力はキャビティープレート１２に形成された共通電極端子１２６に接続されている。キャビティープレート１２自体は導電性をもつため、この共通電極端子１２６から振動板（共通電極）１０５に電圧を供給することができる。また、より低い電気抵抗で振動板１０５に電圧を供給する必要がある場合には、例えば、キャビティープレート１２の一方の面に金等の導電性材料の薄膜を蒸着やスパッタリングで形成すれば良い。本例では、キャビティープレート１２と電極基板１１との接続に陽極接合を用いるために、キャビティープレート１２の流路形成面側に導電膜を形成してある。
【００３２】
このように構成したインクジェットヘッド１においては、電圧印加装置２５からの駆動電圧が対向電極間に印加されると、対向電極間に充電された電荷によるクーロン力が発生し、振動板１０５はセグメント電極部１１８の側へ撓み、インク室１０５の容積が拡大する。次に、電圧印加装置１２５からの駆動電圧を解除して対向電極間の電荷を放電すると、振動板１０５はその弾性復帰力によって復帰し、インク室１０６の容積が急激に収縮する。この時発生する内圧変動により、インク室１０６に貯留されたインクの一部が、インク室１０６に連通しているインクノズル１２１から記録紙に向かって吐出する。
【００３３】
後述するように、一つのインクジェットヘッド１００を形成するための前述した各要素は、各基板１１、１２、１３に複数セット形成されており、接合した基板を切断することにより、２枚のシリコンウエハと１枚のガラス基板から多数のインクジェットヘッドを得ることができる。個々のインクジェットヘッドに分離した際形成される切断面２０は、インクジェットヘッド１００をプリンタに取り付けるための基準面としても用いられる。
【００３４】
なお、インクジェットヘッド１００で使用されるインクとしては、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性剤と、染料または顔料とを溶解または分散させることにより調製される。さらに、インクジェットヘッド１にヒータを設けておけば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３５】
上述したインクジェットヘッドは、個々のインクジェットヘッドを構成するインクノズル１２１、インク室１０６、電極１１９等の各要素は、各基板１１、１２、１３に複数セット形成される。各要素が形成された基板を接合した後、接合された基板を切断することにより、同時に複数個のインクジェットヘッドを得ることができる。
【００３６】
図５は、各要素が形成され、互いに接合される３枚の基板を示す斜視図である。本実施の形態では、両端の列に夫々３個の、中央の５列には、１列当たり５個のインクジェットヘッドを形成するための各要素が各基板に形成されており、接合した基板を切断することにより、２枚のシリコンウエハと１枚のガラス基板から計３１個のインクジェットヘッドを得ることができる。尚、符号２４、２５は貫通孔であり、３枚の基板が接合されたときに、電極端子１１９、１２６が接合基板の表面に露出させるための孔である。また、符号７２ａ、７２ｂは基板１３と基板１２を接合する際に位置決めに用いられる基板接合用の基準マークであり、基板１３に設けられた基板切断用の基準マーク７３は、接合された複合基板４を切断するときに、当該基板に対して切断ブレードの位置を合わせるための基準となるマークである。なお、本実施形態では、基板１３の裏側（基板１２と接合される面側）からエッチングを施すことにより設けられている。
【００３７】
（本発明の切断方法）
本発明の切断方法について図１、図２を参照し説明する。図１は、本発明の切断方法を示す説明図である。
【００３８】
上述した基板１１、１２、１３を接合して得られた複合基板４の両面に粘着シート１ａ、１ｂが貼着される。粘着シート１ａ、１ｂは、紫外線硬化型シートあるいは、熱硬化型シートであってもよく、厚さ１００はμｍ程度である。本実施形態では、上述したガラス基板、シリコン基板からなる複合基板を例にとるが、これに限らず、複合基板４を構成する各基板の材質としては、ガラス、シリコンあるいは、シリコン系酸化物の他に、金属酸化物あるいは、金属あるいは、半導体あるいは、無機化合物あるいは、有機化合物であってもよい。
【００３９】
以上から構成される複合基板４を、円盤状の回転刃を備えた切断ブレード５を用いて、前述した基板１３に設けた切断用のマーク７３を基準にして、ガラス製の基板１１側より切断するようにする。本実施形態では、刃先部分にダイヤモンド、ＣＢＮ等の砥粒が固着された厚さ０．３ｍｍ程度の切断ブレードが用いられる。
【００４０】
複合基板４を切断する際に基準となるマーク７３は、ノズル１２１列と同一の基板に設けられているため、これを基準として複合基板４を切断することにより、例え基板１１、１３が多少ずれて接合されても、インクジェットヘッドをプリンタに装着する際の基準面２０をノズル１２１の列に対して精度良く形成することができる。また、この基準面２０は、ヘッド１００がプリンタに取り付けられる基板１１側が精度良く形成される必要があるが、基板１１側から切断ブレード５で複合基板４を切断しているため、基準面２０の基板１１側にはチッピングが生じにくい。即ち、インクジェットヘッド１００をプリンタに固定したときにノズル列のアライメントの精度を向上させることができる。
【００４１】
更に、ガラス製の基板１１の表面の上に粘着シート１ａが形成されているため、切断時に基板１１の表面のエッヂ部８に発生するチッピング１０の大きさ、発生する頻度を共に減少させることができる。これは、粘着シート１ａがなければガラス基板２表面は切断ブレード５の衝撃を直接受け、チッピングが発生しやすくなるが、粘着シートを用いたものはこの衝撃が緩和されるためである。また、このように、複合基板４の表面を粘着シート１ａで覆うことにより、複合基板４の表面に切り屑等の汚れが付着することを防止できる。
【００４２】
図２は、切断ブレード５の刃先６を拡大した断面図である。
新しい刃先は図に波線で示す通りの断面を有するが、切断を繰り返すうちに刃先が、図に実線で示すように摩耗する。
【００４３】
符号ｄは、粘着テープ１ｂに対する切断ブレード５の切込み量を示し、この切込み量ｄは、複合基板４を切断する際に、粘着シート１ｂを分断しないように設定されている。シート１ｂまで切断してしまうと、切断後の工程での取扱が面倒になるため、このように切断ブレード５の刃先６をシート１ｂの半ばまで切断するように切込み量が設定される。
【００４４】
この切込み量ｄは非常に小さく、シート１ｂの厚みの半分くらいの量であり、例えば、本実施形態では約５０μｍである。このため、切断処理数が増すと、刃先６が図に実線で示すように摩耗しやすく、このように摩耗すると、基準面２０の基板１３側では、基板１１側に比べ大きなチッピング１０ｂが発生しやすくなる。
【００４５】
しかしながら、切断面のうち、ヘッド１００の取付側にあたる基板１１側で精度良く基準面２０が形成されるため、基板１３側のチッピングは、ヘッド１００をプリンタに取り付ける上で大きな問題とはなり得ない。即ち、切断ブレードの刃先は、切断処理数を増すごとに摩耗し、第１の基板側のチッピングは大きくなっていくが、基板１３側で発生するチッピングは、基板１１側で発生するチッピングに比べ許容できる範囲が大きいので、刃先のメンテナンス（ツルーイング）を頻度を減らし生産効率を高めることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上本発明によれば、インクジェットヘッドをプリンタに固定したときにノズル列のアライメントの精度を向上させるために、インクジェットヘッドを構成するガラス、シリコン等の複合基板を切断する時に発生するチッピングを減少させ、インクジェットヘッドをプリンタに装着する際の基準面を精度良く形成できるインクジェットヘッドの製造方法を提供できるという効果を奏する。
【００４７】
また、基板の切断面の精度の確保をするために、頻繁に行わなけれていた刃先のメンテナンス（ツルーイング）の頻度を減少させ、ひいては生産効率を高めたインクジェットヘッドの製造方法を提供できるという効果を奏する。
【００４８】
更に、製造工程を煩雑化させることなく、基板の切断時に発生する切り屑、切断ブレードの摩耗屑等を除去できるインクジェットヘッドの製造方法を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットの製造方法を示す説明図であり、インクジェットヘッドを構成する各基板が接合された複合基板の切断方法を説明するものである。
【図２】図１において、複合基板の切断時の切断ブレードの刃先部分の断面図である。
【図３】本発明が適用されるインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図である。
【図４】図３のインクジェットヘッドの組み立てられた状態を示す断面構成図である。
【図５】図３に示すインクジェットヘッドを構成する要素が多数形成され、互いに接合された後個々のインクジェットヘッドに切断分離される３枚の基板を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 粘着シート
４ 複合基板
５ 切断ブレード
６ 刃先（点線は摩耗前、実線は摩耗後）
１０ａ、１０ｂ チッピング
１１ 第２の基板（電極基板）
１２ 第３の基板（キャビティプレート）
１３ 第１の基板（ノズルプレート）
２０ 基準面（切断面）
７２ａ、７２ｂ 基板接合用の基準マーク
７３ 基板切断用の基準マーク
１０５ 振動板
１０６ インク室
１１７ 個別電極
１２１ インクノズル

Claims (4)

1. 複数のノズルが形成された第１の基板の下方に、前記ノズルよりインク滴を吐出させるための圧力発生手段が形成された第２の基板を接合した後、接合された基板を切断し個々のインクジェットヘッドに分離するインクジェットヘッドの製造方法において、
   第１の基板に設けられたマークを基準として、第２の基板の側から切断ブレードで切断することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. 請求項１において、前記第１の基板と接合した際に前記ノズルと連通するインク室と、該インク室の底壁に形成された振動板を備えた第３の基板を、前記第１の基板の下側に接合し、前記第３の基板の下側には、前記振動板を静電気力を与えて変形させるための電極が設けられた第２の基板が接合されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
3. 請求項１もしくは請求項２において、前記第２の基板はガラス製の基板であり、前記第１の基板はシリコン製の基板であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかの項において、前記接合された基板の両面にシートを貼着し、前記シートが貼着された基板を切断ブレードで切断することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

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