(57)【要約】【課題】個別連通口の必要な長さを確保することが可能な流路部品、液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置を提供する。【解決手段】連通基板２３の第２液室５２には、天井部４０の下面、すなわち第２液室の天井面から連通基板の下面に向けて傾斜した傾斜面４１が形成されている。そして、この傾斜面から連通基板を貫通する状態で、個別連通口４２が形成されている。この個別連通口の一端（下端）は、傾斜面に開口して第２液室と連通し、個別連通口の他端（上端）は、連通基板の上面に開口して圧力室形成基板の圧力室と個別に連通する。そして、連通基板の厚さをＴ、個別連通口の長さをＬ、第２液室の実質的な深さをＤとしたとき、Ｌ＋Ｄ＞Ｔとなるように構成された。【選択図】図４
2020023197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室が形成された部材と接合される流路部品であって、
シリコン基板の第１面から反対側の第２面側に向けて板厚方向の途中まで窪ませて形成され、複数の前記圧力室に共通に設けられた流路空部と、
前記流路空部から前記第２面側に前記シリコン基板を貫通し、前記圧力室毎に個別に設けられた個別流路と、を有し、
前記流路空部は、前記第２面と平行に延在する底面、及び、前記底面から前記第１面に向けて傾斜した傾斜面を有し、
前記個別流路の一端が、前記傾斜面に開口し、
前記シリコン基板の厚さ方向において前記個別流路の長さＬと前記流路空部の前記第１面から前記底面までの深さＤの和が、前記シリコン基板の厚さＴよりも大きく、
前記流路空部における前記個別流路側の端から前記個別流路の中心軸までの距離ｄと、前記流路空部の前記第１面から前記底面までの深さＤとの関係が、以下の式
ｄ≦１．７３Ｄ
を満たすことを特徴とする流路部品。
【請求項２】
前記シリコン基板は、前記第１面および前記第２面を（１１０）面とした基板であり、
前記傾斜面は、前記（１１０）面に対して傾斜した（１１１）面によりなることを特徴とする請求項１に記載の流路部品。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の流路部品と、
ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
を備え、
前記個別流路は、前記圧力室に連通し、
前記流路空部からの液体が前記個別流路を通じて前記圧力室に供給されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどの液体吐出ヘッドに用いられる流路部品、および、液体吐出装置に関するものであり、特に、シリコン基板から形成された流路部品、液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置は液体吐出ヘッドを備え、この吐出ヘッドから各種の液体を吐出（噴射）する装置である。この液体吐出装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを吐出し、ディスプレイ製造装置用の色材吐出ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を吐出する。また、電極形成装置用の電極材吐出ヘッドでは液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置用の生体有機物吐出ヘッドでは生体有機物の溶液を吐出する。
【０００３】
この種の液体吐出ヘッドには、例えば、ノズルが複数開設されたノズルプレート、各ノズルに連通する圧力室となる空部が複数形成された基板、各圧力室に共通な液体が貯留される共通液室（リザーバー或いはマニホールドとも言う）となる流路空部が形成された基板、各圧力室にそれぞれ対応して設けられた複数の圧電素子（アクチュエーターの一種）、等を備えたものがある。この構成では、エッチング加工によって高い精度で流路等を形成することが可能であることから、流路を形成する基板の材料としては、シリコン基板（シリコン単結晶性基板）が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記の特許文献１に開示されている構成では、図１２に示すように、共通液室の流路空部が形成された連通基板６４において、この連通基板６４の下面から上面側に向けて基板厚さ方向の途中までエッチング加工によって窪ませることで共通液室の一部となる空部（以下、液室空部という）６５が形成されている。また、この連通基板６４には、共通液室と各圧力室とを個別に連通させるために、共通液室から連通基板の上面に貫通する個別連通口６６が形成されている。この個別連通口６６は、共通液室側からのインクを圧力室に個別に供給する流路として機能する他、アクチュエーターを駆動してノズルからインクを吐出する際の吐出効率に関わる部分である。このため、個別連通口６６における流路抵抗やイナータンス等が適切となるように、その流路断面積（穴径）や流路長さが設計されている。個別連通口６６の穴径Ｘについては、加工方法に応じて最小値がある程度決まっているため、一般的には、穴径Ｘが一定に定められた上で上記イナータンス等が適切な値となるように、主に個別連通口６６の全長Ｌ′が調整されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０３７１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、個別連通口６６の長さＬ′を適切に設定すると、それに伴い液室空部６５の深さＤが浅くなる傾向となるため、つまり、液室空部６５の流路断面積が小さくなるので、この液室空部６５における流路抵抗が大きくなり、これにより圧力損失が増大する傾向となる。逆に、圧力損失を抑制するべく液室空部６５の深さＤを確保した場合、個別連通口６６の長さＬ′が不足する。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、個別連通口の必要な長さを確保することが可能な流路部品、液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の流路部品は、上記目的を達成するために提案されたものであり、シリコン基板の第１面から反対側の第２面側に向けて板厚方向の途中まで窪ませて形成された流路空部と、
前記流路空部から前記第２面側にシリコン基板を貫通する個別流路を有し、
前記シリコン基板の厚さ方向において前記個別流路の長さＬと前記流路空部の実質的な深さＤの和が、前記シリコン基板の厚さＴよりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、シリコン基板の厚さ方向において個別流路の長さＬと流路空部の実質的な深さＤの和がシリコン基板の厚さよりも大きくなるように構成されることで、流路空部の必要な深さＤの確保と、個別流路の必要な長さＬの確保とを両立させることができる。このため、個別流路の流路抵抗やイナータンスを適切に調整することができる一方、流路空部の必要な深さを確保できることから、流路空部における圧力損失を抑制することができる。
【００１０】
また、上記構成において、前記流路空部は、前記第２面側の底面から前記第１面に向けて傾斜した傾斜面を有し、
前記個別流路の一端が、前記傾斜面に開口した構成を採用することが望ましい。
【００１１】
当該構成によれば、流路空部の深さＤに左右されることなく、傾斜面における個別流路の開口位置を調整することで、個別流路の長さＬを任意、つまり必要な長さＬに設定することができる。このため、個別流路の流路抵抗やイナータンスを適切に調整することができる。一方、流路空部に関しては、個別流路の長さＬに左右されることなく必要な深さＤを確保できることから、流路空部における圧力損失を抑制することができる。そして、このような構成を採用することにより、流路部品の厚さがより薄くなる傾向にあっても、個別流路の必要な長さＬの確保および流路空部の必要な深さＤの確保を両立させることができるので、流路部品を搭載する液体吐出ヘッドの小型化に対応することが可能となる。
また、流路空部に傾斜面を設け、この傾斜面に個別流路の一端を開口させる構成とすることで、流路空部の流路断面積が、個別流路に向かって次第に狭くなる形となる。これにより、個別流路に向かって流れる液体の流速が高められる。これにより、流路空部における気泡の排出性を向上させることができる。
【００１２】
また、上記構成において、前記シリコン基板は、前記第１面および前記第２面を（１１０）面とした基板であり、
前記傾斜面は、前記（１１０）面に対して傾斜した（１１１）面によりなる構成を採用することが望ましい。
【００１３】
当該構成によれば、流路空部を異方性エッチングにより形成する際に生じる（１１１）面を傾斜面とすることで、工程を別途増加させることなく傾斜面を形成することができる。
【００１４】
また、上記構成において、前記流路空部における前記個別流路側の端から個別流路の中心軸までの距離ｄと、前記流路空部の実質的な深さＤとの関係が、以下の式
ｄ≦１．７３Ｄ
を満たすことが望ましい。
【００１５】
当該構成によれば、流路空部の必要な深さＤに基づいて、個別流路の形成位置を適切に定めることができる。
【００１６】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、上記何れかの構成の流路部品と、
ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
を備え、
前記個別流路は、前記圧力室に連通し、
前記流路空部からの液体が前記個別流路を通じて前記圧力室に供給されることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、流路空部の深さＤに左右されることなく、傾斜面における個別流路の開口位置を調整することで、個別流路の長さＬを任意、つまり必要な長さＬに設定することができる。このため、個別流路の流路抵抗やイナータンスを適切に調整することができる。一方、流路空部に関しては、個別流路の長さＬに左右されることなく必要な深さＤを確保できることから、流路空部における圧力損失を抑制することができる。そして、このような構成を採用することにより、流路部品の厚さがより薄くなる傾向にあっても、個別流路の必要な長さＬの確保および流路空部の必要な深さＤの確保を両立させることができるので、液体の吐出効率等を低下させることなく液体吐出ヘッドの小型化に対応することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の液体吐出装置は、上記液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
さらに、上記目的を達成するために提案される本発明は、以下の構成を備えたものであってもよい。
すなわち、複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室が形成された部材と接合される流路部品であって、
シリコン基板の第１面から反対側の第２面側に向けて板厚方向の途中まで窪ませて形成され、複数の前記圧力室に共通に設けられた流路空部と、
前記流路空部から前記第２面側に前記シリコン基板を貫通し、前記圧力室毎に個別に設けられた個別流路と、を有し、
前記流路空部は、前記第２面と平行に延在する底面、及び、前記底面から前記第１面に向けて傾斜した傾斜面を有し、
前記個別流路の一端が、前記傾斜面に開口し、
前記シリコン基板の厚さ方向において前記個別流路の長さＬと前記流路空部の前記第１面から前記底面までの深さＤの和が、前記シリコン基板の厚さＴよりも大きく、
前記流路空部における前記個別流路側の端から前記個別流路の中心軸までの距離ｄと、前記流路空部の前記第１面から前記底面までの深さＤとの関係が、以下の式
ｄ≦１．７３Ｄ
を満たすことを特徴とする。
本発明によれば、シリコン基板の厚さ方向において個別流路の長さＬと流路空部の第１面から底面までの深さＤの和がシリコン基板の厚さよりも大きくなるように構成されることで、流路空部の必要な深さＤの確保と、個別流路の必要な長さＬの確保とを両立させることができる。このため、個別流路の流路抵抗やイナータンスを適切に調整することができる一方、流路空部の必要な深さを確保できることから、流路空部における圧力損失を抑制することができる。
また、流路空部の深さＤに左右されることなく、傾斜面における個別流路の開口位置を調整することで、個別流路の長さＬを任意、つまり必要な長さＬに設定することができる。このため、個別流路の流路抵抗やイナータンスを適切に調整することができる。一方、流路空部に関しては、個別流路の長さＬに左右されることなく必要な深さＤを確保できることから、流路空部における圧力損失を抑制することができる。そして、このような構成を採用することにより、流路部品の厚さがより薄くなる傾向にあっても、個別流路の必要な長さＬの確保および流路空部の必要な深さＤの確保を両立させることができるので、流路部品を搭載する液体吐出ヘッドの小型化に対応することが可能となる。
さらに、流路空部に傾斜面を設け、この傾斜面に個別流路の一端を開口させる構成とすることで、流路空部の流路断面積が、個別流路に向かって次第に狭くなる形となる。これにより、個別流路に向かって流れる液体の流速が高められる。これにより、流路空部における気泡の排出性を向上させることができる。
加えて、当該構成によれば、流路空部の必要な深さＤに基づいて、個別流路の形成位置を適切に定めることができる。
また、上記構成において、前記シリコン基板は、前記第１面および前記第２面を（１１０）面とした基板であり、
前記傾斜面は、前記（１１０）面に対して傾斜した（１１１）面によりなる構成を採用することが望ましい。
当該構成によれば、流路空部を異方性エッチングにより形成する際に生じる（１１１）面を傾斜面とすることで、工程を別途増加させることなく傾斜面を形成することができる。
また、本発明の液体吐出ヘッドは、上記何れかの構成の流路部品と、
ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
を備え、
前記個別流路は、前記圧力室に連通し、
前記流路空部からの液体が前記個別流路を通じて前記圧力室に供給されることを特徴とする。
本発明によれば、流路空部の深さＤに左右されることなく、傾斜面における個別流路の開口位置を調整することで、個別流路の長さＬを任意、つまり必要な長さＬに設定することができる。このため、個別流路の流路抵抗やイナータンスを適切に調整することができる。一方、流路空部に関しては、個別流路の長さＬに左右されることなく必要な深さＤを確保できることから、流路空部における圧力損失を抑制することができる。そして、このような構成を採用することにより、流路部品の厚さがより薄くなる傾向にあっても、個別流路の必要な長さＬの確保および流路空部の必要な深さＤの確保を両立させることができるので、液体の吐出効率等を低下させることなく液体吐出ヘッドの小型化に対応することが可能となる。
また、本発明の液体吐出装置は、上記液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】プリンターの内部構成を説明する斜視図である。
【図２】記録ヘッドの断面図である。
【図３】図２における領域Ａの拡大断面図である。
【図４】個別連通口近傍の要部断面図である。
【図５】連通基板の平面図である。
【図６】連通基板における第２液室および個別連通口の形成工程を説明する図である。
【図７】連通基板における第２液室および個別連通口の形成工程を説明する図である。
【図８】連通基板における第２液室および個別連通口の形成工程を説明する図である。
【図９】連通基板における第２液室および個別連通口の形成工程を説明する図である。
【図１０】連通基板における第２液室および個別連通口の形成工程を説明する図である。
【図１１】連通基板における第２液室および個別連通口の形成工程を説明する図である。
【図１２】従来の構成における個別連通口近傍の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明は、本発明の液体吐出装置として、液体吐出ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載したインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げて行う。
【００２１】
プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２の表面に対して液体状のインクを吐出して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、インクを吐出する記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送するプラテンローラー６等を備えている。ここで、上記のインクは、液体の一種であり、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジ７がプリンター１の本体側に配置され、当該インクカートリッジ７からインク供給チューブを通じて記録ヘッド３に供給される構成を採用することもできる。
【００２２】
図２は、上記記録ヘッド３の主要部分の構成を説明する断面図である。また、図３は、図２における領域Ａの拡大図である。本実施形態における記録ヘッド３は、圧力発生ユニット１４および流路ユニット２１を備え、これらの部材が積層された状態でケース２６に取り付けて構成されている。流路ユニット２１は、ノズルプレート２２、コンプライアンスシート２５、及び、連通基板２３（本発明における流路部品に相当）を有している。また、圧力発生ユニット１４は、圧力室３１が形成された圧力室形成基板２９、弾性膜３０、圧電素子３５（アクチュエーター）、および保護基板２４が積層されてユニット化されている。
【００２３】
ケース２６は、ノズルプレート２２、および圧力発生ユニット１４が接合された連通基板２３が底面側に固定される合成樹脂製の箱体状部材である。このケース２６の平面視における中心部分にはノズル列方向に沿って長尺な矩形状の開口を有する貫通空部４４が、ケース２６の高さ方向を貫通する状態で形成されている。この貫通空部４４は、圧力発生ユニット１４の配線空部３８と連通して、配線部材（フレキシブルケーブル４９）の一端部および駆動ＩＣ５０が収容される空部を形成する。また、ケース２６の下面側には、当該下面からケース２６の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空部４７が形成されている。流路ユニット２１がケース２６の下面に位置決め状態で接合されると、連通基板２３上に積層された圧力発生ユニット１４が収容空部４７に収容されるように構成されている。また、上記の貫通空部４４の下端は、収容空部４７の天井面に開口している。
【００２４】
ケース２６には、インク導入空部４６およびインク導入路４５が形成されている。インク導入路４５は、インク導入空部４６と比較して断面積が小さく設定された細い流路であり、インクカートリッジ７側からのインクをインク導入空部４６に供給する。インク導入空部４６に流入したインクは、連通基板２３の共通液室３２（後述）に導入される。
【００２５】
圧力発生ユニット１４の構成部材である圧力室形成基板２９は、シリコン単結晶基板（結晶性基板の一種。以下、単にシリコン基板とも言う。）から作製されている。この圧力室形成基板２９には、シリコン基板に対して異方性エッチング加工によって複数の圧力室３１となる空部（以下、この空部も含めて圧力室３１という。）が、ノズルプレート２２の複数のノズル２７に対応して複数形成されている。このように、シリコン基板に対して異方性エッチングによって圧力室を形成することで、より高い寸法・形状精度を確保することができる。後述するように、本実施形態におけるノズルプレート２２にはノズル２７の列が２条形成されているので、圧力室形成基板２９には、圧力室３１の列が各ノズル列に対応して２条形成されている。圧力室３１は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な空部である。圧力室形成基板２９が連通基板２３に対して位置決めされた状態で接合されると、圧力室３１の長手方向一端部は、後述する連通基板２３のノズル連通路３６を介してノズル２７と連通する。また、圧力室３１の長手方向他端部は、連通基板２３の個別連通口４２（本発明における個別流路に相当）を介して共通液室３２と連通する。
【００２６】
圧力室形成基板２９の上面（連通基板２３との接合面とは反対側の面）には、圧力室３１の上部開口を封止する状態で弾性膜３０が形成されている。この弾性膜３０は、例えば厚さが約１μｍの二酸化シリコンから構成される。また、この弾性膜３０上には、図示しない絶縁膜が形成される。この絶縁膜は、例えば、酸化ジルコニウムから成る。そして、この弾性膜３０および絶縁膜上における各圧力室３１に対応する位置に、圧電素子３５がそれぞれ形成される。本実施形態における圧電素子３５は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３５は、弾性膜３０および絶縁膜上に、金属製の下電極膜、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層、および、金属製の上電極膜（何れも図示せず）が順次積層された後に、圧力室３１毎に適宜パターニングされて構成される。そして、上電極膜または下電極膜の一方が共通電極とされ、他方が個別電極とされる。また、弾性膜３０、絶縁膜、および下電極膜が、圧電素子３５の駆動時に振動板として機能する。
【００２７】
各圧電素子３５の個別電極（上電極膜）からは、図示しない電極配線部が配線空部３８内にそれぞれ延出されており、これらの電極配線部の電極端子に相当する部分に、フレキシブルケーブル４９の一端側の端子が接続される。このフレキシブルケーブル４９の表面には、圧電素子３５を駆動する駆動ＩＣ５０が実装されている。各圧電素子３５は、駆動ＩＣ５０を通じて上電極膜および下電極膜間に駆動信号（駆動電圧）が印加されることにより、撓み変形する。
【００２８】
上記圧電素子３５が形成された連通基板２３の上面には保護基板２４が配置される。この保護基板２４は、例えば、ガラス、セラミックス材料、シリコン単結晶基板、金属、合成樹脂等から作製される。この保護基板２４の内部には、圧電素子３５に対向する領域に当該圧電素子３５の駆動を阻害しない程度の大きさの凹部３９が形成されている。さらに、保護基板２４において、隣り合う圧電素子列の間には、基板厚さ方向を貫通した配線空部３８が形成されている。この配線空部３８内には、圧電素子３５の電極端子とフレキシブルケーブル４９の一端部とが配置される。
【００２９】
連通基板２３の下面には、ノズルプレート２２およびコンプライアンスシート２５が接合される。ノズルプレート２２は、複数のノズル２７が開設された板材であり、各ノズル２７が連通基板２３のノズル連通路３６とそれぞれ連通する状態で連通基板２３の下面の中央部分に接合されている。このノズルプレート２２には、所定のピッチで複数のノズル２７が並設されてノズル列が形成されている。本実施形態においては、当該ノズルプレート２２に２条のノズル列が形成されている。また、ノズルプレート２２はシリコン基板から作製されている。そして、当該基板に対してドライエッチングを施すことにより円筒形状のノズル２７が形成されている。コンプライアンスシート２５は、連通基板２３の下面において、共通液室３２の開口を塞ぐ状態で接合された可撓性を有する部材である。このコンプライアンスシート２５は、共通液室３２内のインクの圧力変化を吸収する機能を奏する。
【００３０】
図４及び図５は、連通基板２３の構成を説明する図であり、図４は、個別連通口４２近傍の要部断面図、図５は連通基板２３の下面側の平面図である。この連通基板２３は、表面（上面および下面）を（１１０）面としたシリコン基板から作製された板材である。この連通基板２３には、ノズル連通路３６および共通液室３２となる空部が、異方性エッチングによって形成されている。ノズル連通路３６は、圧力室３１に対応して当該圧力室の並設方向（ノズル列方向）に沿って複数形成されている。連通基板２３と圧力室形成基板２９とが位置決め状態で接合された状態で、各ノズル連通路３６は、それぞれ対応する圧力室３１の長手方向における一端部と連通する。共通液室３２は、ノズル列方向（換言すると圧力室３１の並設方向）に沿って長尺な空部である。共通液室３２は、連通基板２３の板厚方向を貫通した第１液室５１と、連通基板２３の下面（本発明における第１面）側から上面（本発明における第２面）側に向けて当該連通基板２３の板厚方向の途中まで後述するようにエッチングにより窪ませられて上面側に天井部４０を残した状態で形成された第２液室５２と、から構成される。
【００３１】
連通基板２３の上面側における第１液室５１の開口は、ケース２６に形成されたインク導入空部４６と連通する。そして、この第１液室５１には、インク導入路４５およびインク導入空部４６側からのインクが流入する。第２液室５２（本発明における流路空部に相当）は、第１液室５１と連通する窪みである。この第２液室５２の圧力室長尺方向における一端（ノズル２７から遠い側の端部）は、第１液室５１と連通する一方、同方向の他端（本発明における個別流路側の端）は、圧力室３１の下方に対応する位置に形成されている。この第２液室５２の他端部には、天井部４０の下面、すなわち第２液室５２の天井面（本発明における第２面側の底面に相当）から連通基板２３の下面に向けて傾斜した傾斜面４１が形成されている。そして、この傾斜面４１の傾斜途中から連通基板２３を貫通する状態で、個別連通口４２が形成されている。この個別連通口４２は、圧力室形成基板２９の各圧力室３１に対応してノズル列方向に沿って複数形成されている。この個別連通口４２の一端（下端）は、傾斜面４１の傾斜途中に開口して第２液室５２と連通し、個別連通口４２の他端（上端）は、連通基板２３の上面に開口して圧力室形成基板２９の圧力室３１と個別に連通する。
【００３２】
このような構成を採用することで、連通基板２３の厚さをＴ、個別連通口４２の長さをＬ、第２液室５２の実質的な深さをＤとしたとき、
Ｌ＋Ｄ＞Ｔ
とすることができる。ここで、「第２液室５２の実質的な深さ」とは、傾斜面４１が形成された部分を除いた、第２液室５２の主たる部分の深さ、具体的には、連通基板２３の下面から第２液室５２の天井面（天井部４０の下面）までの深さを意味する。ここで、第２液室５２の天井面は（１１０）面と平行な面であり、第２液室５２においてエッチングにより最も侵食された部位である。したがって、上記実質的な深さは、第２液室５２の最も深い部分の深さであるともいえる。
【００３３】
これにより、従来の構成においてはトレードオフの関係にあった、共通液室３２の第２液室５２の必要な深さＤの確保と、個別連通口４２の必要な長さＬの確保とを両立させることができる。すなわち、第２液室５２の深さＤに左右されることなく、傾斜面４１における個別連通口４２の開口位置を調整することで、個別連通口４２の長さＬを任意、つまり必要な長さＬに設定することができる。このため、個別連通口４２の流路抵抗やイナータンスを適切に調整することができる。ここで、個別連通口４２の断面（開口）半径をｒ、インクの粘度をμ、インクの密度をρとすると、流路抵抗ＲとイナータンスＭは次の近似式で導かれる。
Ｒ＝８μＬ／πｒ4
Ｍ＝ρＬ／πｒ2
個別連通口４２の断面は、加工方法によりある程度の大きさが決まることから、個別連通口４２の長さＬを適切に設定することにより、個別連通口４２における流路抵抗とイナータンスのバランスを調整することができる。
一方、第２液室５２に関しては、個別連通口４２の長さＬに左右されることなく必要な深さＤを確保できることから、圧力損失を抑制することができる。そして、このような構成を採用することにより、連通基板２３の厚さＴがより薄くなる傾向にあっても、個別連通口４２の必要な長さＬの確保および第２液室５２の必要な深さＤの確保を両立させることができるので、インクの吐出効率等を低下させることなく（つまり、吐出特性に影響を及ぼすことなく）記録ヘッド３の小型化に対応することが可能となる。
なお、個別連通口４２の形成位置に関し、第２液室５２における個別連通口４２側の端から個別連通口４２の中心軸までの距離ｄと、第２液室５２の深さＤとの関係（図４参照）が、以下の式
ｄ≦１．７３Ｄ
を満たすことが望ましい。これにより、第２液室５２の必要な深さＤに基づいて、個別連通口４２の形成位置を適切に定めることができる。
【００３４】
また、第２液室５２において第１液室５１側とは反対側の端部に傾斜面４１を設けて楔形空部とし、この傾斜面４１の傾斜途中に個別連通口４２の一端を開口させる構成とすることで、第２液室５２の流路断面積が、傾斜面４１において第１液室５１側から各個別連通口４２に向かって次第に狭くなる形となる。これにより、第１液室５１側（インクの供給側）から個別連通口４２に向かって流れるインクの流速が高められる。これにより、第２液室５２における気泡の排出性を向上させることができる。
【００３５】
さらに、傾斜面４１が形成されることで、第２液室５２における個別連通口４２側の開口の鋭角部（図４および図６における符号ｐ参照）を傾斜端（図４においては傾斜下端）とする傾斜面４１が形成されることで、第２液室５２の隅に鋭角な溝状の道筋（第２液室５２を画成する内壁同士が鋭角に交差する部分）が生じない。これにより、連通基板２３とコンプライアンスシート２５との接合部分から接着剤が万が一漏出した場合においても、毛細管力が生じにくいため、接着剤の這い上がりを抑制することができる。これにより、当該接着剤が個別連通口４２を塞ぐ等の不具合が防止される。
【００３６】
次に、図６乃至図１１に基づき連通基板２３における第２液室５２および個別連通口４２の形成工程について説明する。なお、各図において、（ａ）は連通基板２３における個別連通口４２の形成位置近傍の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図をそれぞれ示す。
【００３７】
まず、図６（ｂ）に示すように、連通基板２３の基材２３′であるシリコンウェハーの一方の面（圧力室形成基板２９と接合される側の面であり、本発明における第２面に相当。）から、個別連通口４２の形成予定箇所に、当該個別連通口４２となるべき下穴４２′が形成される（第１の工程）。この下穴４２′は、例えば、ボッシュ法等のエッチング法により、基材２３′の厚さ方向途中まで穿設される。すなわち、プラズマによるエッチング工程、および、穴の内周壁の保護膜形成工程が順次繰り返されながら、下穴４２′が形成される。この下穴４２′の深さは、個別連通口４２として必要な長さＬよりも少し深めに調整される。なお、下穴４２′の形成方法としては、例示したものには限られず、レーザーを用いる方法等、種々の手法を採用することができるが、下穴４２′の深さを任意に調整できるものが望ましい。
【００３８】
次に、基材２３′の他方の面（ノズルプレート２２およびコンプライアンスシート２５と接合される側の面であり、本発明における第１面に相当。）に熱酸化処理等によってシリコン酸化膜（以下、単に酸化膜という。）を形成する。なお、シリコン酸化膜に限らず、例えば窒化膜等、エッチング加工時にエッチング溶液に対するレジストとして機能するものであればよい。その後、図６に示すように、マスクを介した露光および現像を経て酸化膜にレジストパターン５５を設ける（第２の工程）。ここで、このレジストパターン５５において、基材２３′の表面である（１１０）面およびノズル列方向（図６（ａ）における上下方向）に対して直交する第１の（１１１）面と平行な一対の第１の区画パターン５６ａ，５６ｂと、基材２３′の表面である（１１０）面に直交すると共に第１の（１１１）面に対して傾斜する第２の（１１１）面に沿った第２の区画パターン５７とにより、傾斜面４１の形成予定位置（以下、傾斜面形成予定位置）４１′を三方向から囲むレジストパターン５５が、個別連通口４２の形成予定箇所毎に形成される。
【００３９】
レジストパターン５５を形成したならば、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液からなるエッチング溶液を用いて、レジストパターン５５が形成された基材２３′の表面（（１１０）面）に対してエッチング加工が行われる（第３の工程）。この際、（１１０）面のエッチングレートに対し（１１１）面のエッチングレートが低いので、図７に示すように、主に（１１０）面が削れていく。図において、この（１１０）面に平行な面は、上述したように第２液室５２の天井面となる部分である。ここで、基材２３′であるシリコン基板には、上記第１の（１１１）面および第２の（１１１）面の他に、（１１０）に対して約３０°に傾斜すると共に第１の（１１１）面に対して約５０°に傾斜する第３の（１１１）面を有している。このため、図７に示すように、第１の区画パターン５６ａ，５６ｂと第２の区画パターン５７とで囲まれた傾斜面形成予定位置４１′には、エッチングが進むにつれて、第３の（１１１）面からなる傾斜面４１が出現する。また、隣り合う傾斜面形成予定位置４１′同士の間には、第１の（１１１）面からなる側面を有する仕切壁５８が出現する。この仕切壁５８については、その上部にレジストパターン５５が形成されているが、第１液室５１側の端面（図７（ｂ）において右端面）から根元側（第２の区画パターン５７側）に向けてサイドエッチが進行していく。
【００４０】
さらにエッチングが進むと、図８および図９に示すように、第２液室５２が深くなるにつれて第３の（１１１）面である傾斜面４１も角度を保ったまま（１１０）面と比較してゆっくりと削れていき、その裾が第１液室５１側（図中右側）に向けて広がっていく。このため、下穴４２′の上端と、傾斜面４１とが次第に近づいていく。また、仕切壁５８のサイドエッチが進み、根元部分、つまり、第２の区画パターン５７に対応する部分まで到達すると、当該仕切壁５８は消失する。その後、この第２の区画パターン５７の下方の壁の部分も侵食（サイドエッチ）されていく。そして、ある程度までエッチングが進むと、図１０に示すように、傾斜面４１の傾斜途中に下穴４２′の一端が開口し、個別連通口４２が形成される。傾斜面４１に下穴４２′（個別連通口４２）が開口した後、エッチングが進むと、その開口周縁が削れて略漏斗状に広がる。このような状態となったところでエッチング加工が終了される。その後、余分なレジストパターン５５が弗酸等により除去されて、個々の連通基板２３とされる。
【００４１】
このように、連通基板２３の基材２３′であるシリコン基板は、表面を（１１０）面とした基板であり、傾斜面４１は、（１１０）面に対して傾斜した第３の（１１１）面により構成されているので、第２液室５２等の流路空部を異方性エッチングにより形成する際に傾斜面４１を同時に形成することができる。このため、傾斜面４１を形成する工程を別途増加させる必要がない。
【００４２】
なお、上記実施形態においては、連通基板２３の下面において共通液室３２の開口がコンプライアンスシート２５で塞がれる構成を例示したが、これには限られず、例えば、共通液室３２の開口がノズルプレート２２で塞がれる構成を採用することもできる。
【００４３】
そして、以上では、記録ヘッド３における連通基板２３を本発明の流路部品として例に挙げて説明したが、本発明は、シリコン基板の第１面から反対側の第２面側に向けて板厚方向の途中まで窪ませて形成された流路空部と、この流路空部から第２面側にシリコン基板を貫通する個別流路を有する流路部品を備える他の液体吐出ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材吐出ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物吐出ヘッド等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…プリンター，３…記録ヘッド，１４…圧力発生ユニット，１６…記録ヘッド，２１…流路ユニット，２２…ノズルプレート，２３…連通基板，２７…ノズル，２９…圧力室形成基板，３１…圧力室，３２…共通液室，３５…圧電素子，４０…天井部，４１…傾斜面，４２…個別連通口，５１…第１液室，５２…第２液室，５５…レジスト，５６…第１の区画パターン，５７…第２の区画パターン，５８…仕切壁
【図１】
2020023197.tif 000003
【図２】
2020023197.tif 000004
【図３】
2020023197.tif 000005
【図４】
2020023197.tif 000006
【図５】
2020023197.tif 000007
【図６】
2020023197.tif 000008
【図７】
2020023197.tif 000009
【図８】
2020023197.tif 000010
【図９】
2020023197.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2020023197.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月19日(2019.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室が形成された部材と接合される流路部品であって、
シリコン基板の第１面から反対側の第２面側に向けて板厚方向の途中まで窪ませて形成され、複数の前記圧力室に共通に設けられた流路空部と、
前記流路空部に液体を供給する供給部と、
前記流路空部から前記第２面側に前記シリコン基板を貫通し、前記圧力室毎に個別に設けられた個別流路と、を有し、
前記流路空部は、前記第２面と平行に延在する底面、及び、前記底面から前記第１面に向けて傾斜した傾斜面を有し、
前記板厚方向と垂直な垂直方向において、前記流路空部は、前記傾斜面とは反対側で前記供給部と接続し、
前記個別流路の一端が、前記傾斜面に開口し、
前記シリコン基板の厚さ方向において前記個別流路の長さＬと前記流路空部の前記第１面から前記底面までの深さＤの和が、前記シリコン基板の厚さＴよりも大きいことを特徴とする流路部品。
【請求項２】
前記板厚方向において、前記流路空部の前記底面とは反対側の面は封止体によって封止され、
前記傾斜面の前記第１面側の端部と、前記封止体とは鋭角をなして接していることを特徴とする請求項１に記載の流路部品。
【請求項３】
前記封止体は、前記流路空部内の液体の圧力変化を吸収可能な部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の流路部品。
【請求項４】
前記垂直方向における前記流路空部の寸法は、前記板厚方向における前記流路空部の寸法よりも長いことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の流路部品。
【請求項５】
前記シリコン基板は、前記第１面および前記第２面を（１１０）面とした基板であり、
前記傾斜面は、前記（１１０）面に対して傾斜した（１１１）面によりなることを特徴とする請求項１から請求項4の何れか１項に記載の流路部品。
【請求項６】
前記流路空部における前記個別流路側の端から個別流路の中心軸までの距離ｄと、前記流路空部の実質的な深さＤとの関係が、以下の式
ｄ≦１．７３Ｄ
を満たすことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の流路部品。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の流路部品と、
ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
を備え、
前記個別流路は、前記圧力室に連通し、
前記流路空部からの液体が前記個別流路を通じて前記圧力室に供給されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記供給部に液体を供給する液体導入空部が形成されたケースを前記シリコン基板の第２面上に備え、
液体は、前記液体導入空部から前記供給部に対して、前記第２面から前記第１面に向かう方向に供給され、
液体は、前記個別流路部から前記圧力室に対して、前記第１面から前記第２面に向かう方向に供給されることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。