(57)【要約】【課題】圧力室とノズルとを連通する流路内に液体等が滞留することを抑制できる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び、液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】圧力室３０が形成された圧力室形成基板２９と、圧力室形成基板２９に接続され、圧力室３０に連通する流路２７が板厚方向に貫通する状態に形成された流路形成基板２４と、流路形成基板２４の圧力室形成基板２９とは反対側に接続され、流路２７に連通するノズル２２が開口されたノズルプレート２１と、を備え、流路形成基板２４は、単一の基板からなり、流路２７の圧力室３０側における開口面積が、流路２７のノズル２２側における開口面積よりも広く形成されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。【選択図】図３
2017064972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室が形成された圧力室形成基板と、
前記圧力室形成基板に接続され、前記圧力室に連通する流路が板厚方向に貫通する状態に形成された流路形成基板と、
前記流路形成基板の前記圧力室形成基板とは反対側に接続され、前記流路に連通するノズルが開口されたノズルプレートと、を備え、
前記流路形成基板は、単一の基板からなり、
前記流路の圧力室側における開口面積が、前記流路のノズル側における開口面積よりも広く形成されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記流路の前記板厚方向と直交する面における断面積は、圧力室側に向けて段階的に広がっていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記流路は、前記板厚方向と直交する面における断面積が第１の面積となる第１の流路部と、前記板厚方向と直交する面における断面積が前記第１の面積よりも広い第２の面積となる第２の流路部と、を少なくとも備え、
前記第１の流路部と前記第２の流路部とを接続する流路の内面は、前記板厚方向と直交する面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記傾斜した面は、前記板厚方向と直交する面に対して４０度以上、６０度以下の角度で傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記流路形成基板がシリコン単結晶基板であり、
前記流路形成基板の前記ノズルプレートと接続した面とは反対側の面の面方位が（１１０）面であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項７】
圧力室が形成された圧力室形成基板と、前記圧力室形成基板に接続され、前記圧力室に連通する流路が板厚方向に貫通する状態に形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の前記圧力室形成基板とは反対側に接続され、前記流路に連通するノズルが開口されたノズルプレートと、を備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板の前記ノズルプレートが接続される側の面に、当該流路形成基板をエッチングするエッチング液に対してマスクとなる第１のマスク層を形成すると共に、前記流路が形成される位置の第１のマスク層を除去して第１の開口を形成する第１のマスク層形成工程と、
前記流路形成基板の前記圧力室形成基板が接続される側の面に、エッチング液に対してマスクとなる第２のマスク層を形成すると共に、前記流路が形成される位置の第２のマスク層を除去して前記第１の開口よりも開口面積が広い第２の開口を形成する第２のマスク層形成工程と、
前記第１の開口と前記第２の開口とを連通する貫通孔を前記流路形成基板に形成する貫通孔形成工程と、
前記第１の開口、前記第２の開口、及び、前記貫通孔をエッチング液に曝し、前記流路を形成する流路形成工程と、
前記第１の開口及び前記第２の開口の開口面積を広げるマスク開口拡張工程と、
開口面積が拡張された前記第１の開口及び前記第２の開口、並びに、前記貫通孔をエッチング液に曝し、前記流路の少なくとも一部の断面積を拡張する流路拡張工程と、を含み、
前記開口面積拡張工程と前記流路拡張工程とが少なくとも１回以上行われることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力室とノズルとを連通する流路を備えた液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び、液体噴射ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、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噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。
【０００３】
上記の液体噴射ヘッドとしては、ノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルに連通する貫通流路が形成された流路形成基板と、貫通流路に連通する圧力室が形成された圧力室形成基板とが積層されたものがある。そして、圧力室内の液体は、圧電素子（アクチュエーターの一種）の駆動により、貫通流路を介してノズルから噴射される。このような構成において、ノズルと圧力室とを繋ぐ貫通流路はバッファーとしての機能を有するため、貫通流路の断面積（流路面積）はノズルの開口径に比べて大きく形成される。このため、貫通流路とノズルとの境界（すなわち、ノズルプレートと流路形成基板との境界）に、ノズルプレートの表面からなる段差が形成される。この段差に液体等が滞留すると、液体の噴射に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、滞留した液体が増粘することで液体の噴射特性が変化したり、気泡が滞留することで液体の噴射特性が変化したりする虞がある。このため、圧力室とノズルとを繋ぐ貫通流路（吐出流路）の断面積（流路面積）を、圧力室側からノズル側に向かって減少させるように構成し、ノズルと貫通流路との境界における段差を小さくしたものが開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、より高精細な画像等を記録するべく、より少量の液体を噴射することが望まれている。このため、ノズルの径は小さくなる傾向にある。ノズルの径が小さくなると、引用文献１に開示された吐出流路の構成では、液体や気泡等の滞留を十分に抑制することができなかった。すなわち、引用文献１に開示される吐出流路では、複数の流路形成板が積層されることにより形成されているため、各流路形成板の境界に直角に形成された微小な段差が形成されることになる。このため、この微小な段差にごく少量の液体や気泡等が滞留する虞がある。ノズルの径が小さくなると、噴射される液体の量も少なくなるため、滞留する液体や気泡等がごく少量であったとしても、液体の噴射に影響を及ぼす可能性がある。また、各流路形成板の位置ずれにより、吐出流路の形状や段差の大きさが変化し、液体の噴射特性が安定しない虞もある。
【０００６】
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、圧力室とノズルとを連通する流路内に液体等が滞留することを抑制できる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び、液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、圧力室が形成された圧力室形成基板と、
前記圧力室形成基板に接続され、前記圧力室に連通する流路が板厚方向に貫通する状態に形成された流路形成基板と、
前記流路形成基板の前記圧力室形成基板とは反対側に接続され、前記流路に連通するノズルが開口されたノズルプレートと、を備え、
前記流路形成基板は、単一の基板からなり、
前記流路の圧力室側における開口面積が、前記流路のノズル側における開口面積よりも広く形成されたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、流路の圧力室側における開口面積が流路のノズル側における開口面積よりも広く形成されたので、すなわち、流路のノズル側における開口面積が流路の圧力室側における開口面積よりも狭く形成されたので、流路形成基板とノズルプレートとの境界における流路内の段差を小さくすることができる。その結果、流路内に液体や気泡等が滞留することを抑制できる。また、流路は単一の基板からなる流路形成基板に形成されたので、流路内の段差の数を任意に設定できる。さらに、流路形成基板が複数の基板からなる場合（すなわち、複数の基板を積層して流路を形成する場合）のように、基板の位置ずれに起因した流路の形状のばらつきが無く、液体の噴射特性のばらつきを抑えられる。このため、流路形成基板が複数の基板からなる場合と比べて、液体を安定して噴射することができる。
【０００９】
上記構成において、前記流路の前記板厚方向と直交する面における断面積は、圧力室側に向けて段階的に広がっていることが望ましい。
【００１０】
この構成によれば、流路の断面積が圧力室側に向けて段階的に広がっているので、流路内における液体の抵抗が上昇することを抑制しつつ、流路形成基板とノズルプレートとの境界における流路内の段差を小さくすることができる。
【００１１】
また、上記各構成において、前記流路は、前記板厚方向と直交する面における断面積が第１の面積となる第１の流路部と、前記板厚方向と直交する面における断面積が前記第１の面積よりも広い第２の面積となる第２の流路部と、を少なくとも備え、
前記第１の流路部と前記第２の流路部とを接続する流路の内面は、前記板厚方向と直交する面に対して傾斜していることが望ましい。
【００１２】
この構成によれば、第１の流路部と第２の流路部とを接続する流路の内面（第１の流路部と第２の流路部と間の段差）が流路形成基板に対して傾斜しているので、流路内に液体や気泡等が滞留することを一層抑制できる。
【００１３】
さらに、上記構成において、前記傾斜した面は、前記板厚方向と直交する面に対して４０度以上、６０度以下の角度で傾斜していることが望ましい。
【００１４】
この構成によれば、傾斜した流路の内面が板厚方向と直交する面に対して４０度以上、６０度以下の角度で傾斜しているので、流路内における液体の流れを一層円滑にすることができる。
【００１５】
また、上記各構成において、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板であり、
前記流路形成基板の前記ノズルプレートと接続した面とは反対側の面の面方位が（１１０）面であることが望ましい。
【００１６】
この構成によれば、流路形成基板が表面を（１１０）面としたシリコン単結晶基板であるので、ウェットエッチングにより流路を高精度かつ容易に流路を形成できる。その結果、流路形成基板の製造が容易になる。
【００１７】
そして、本発明の液体噴射装置は、上記各構成に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧力室が形成された圧力室形成基板と、前記圧力室形成基板に接続され、前記圧力室に連通する流路が板厚方向に貫通する状態に形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の前記圧力室形成基板とは反対側に接続され、前記流路に連通するノズルが開口されたノズルプレートと、を備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板の前記ノズルプレートが接続される側の面に、当該流路形成基板をエッチングするエッチング液に対してマスクとなる第１のマスク層を形成すると共に、前記流路が形成される位置の第１のマスク層を除去して第１の開口を形成する第１のマスク層形成工程と、
前記流路形成基板の前記圧力室形成基板が接続される側の面に、エッチング液に対してマスクとなる第２のマスク層を形成すると共に、前記流路が形成される位置の第２のマスク層を除去して前記第１の開口よりも開口面積が広い第２の開口を形成する第２のマスク層形成工程と、
前記第１の開口と前記第２の開口とを連通する貫通孔を前記流路形成基板に形成する貫通孔形成工程と、
前記第１の開口、前記第２の開口、及び、前記貫通孔をエッチング液に曝し、前記流路を形成する流路形成工程と、
前記第１の開口及び前記第２の開口の開口面積を広げるマスク開口拡張工程と、
開口面積が拡張された前記第１の開口及び前記第２の開口、並びに、前記貫通孔をエッチング液に曝し、前記流路の少なくとも一部の断面積を拡張する流路拡張工程と、を含み、
前記開口面積拡張工程と前記流路拡張工程とが少なくとも１回以上行われることを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、断面積が圧力室側に向けて段階的に広がっている流路を容易に形成できる。すなわち、流路形成基板の製造が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】プリンターの構成を説明する斜視図である。
【図２】記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。
【図３】図２における領域Ａの拡大図である。
【図４】流路形成基板の製造工程を説明する断面図である。
【図５】流路形成基板の製造工程を説明する断面図である。
【図６】流路形成基板の製造工程を説明する断面図である。
【図７】流路形成基板の製造工程を説明する断面図である。
【図８】流路形成基板の製造工程を説明する断面図である。
【図９】流路形成基板の製造工程を説明する断面図である。
【図１０】流路形成基板の製造工程を説明する断面図である。
【図１１】流路形成基板の製造工程を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、以下においては、本発明に係る液体噴射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）、及び、これを搭載した液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。
【００２２】
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（着弾対象の一種）の表面に対してインク（液体の一種）を噴射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、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搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、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がプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジからインク供給チューブを通じて記録ヘッドに供給される構成を採用することもできる。
【００２３】
上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。したがってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー（図示せず）によって検出される。リニアエンコーダーは、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。
【００２４】
次に記録ヘッド３について説明する。図２は、記録ヘッド３のノズル列方向に直交する方向における断面図である。図３は、図２における領域Ａの拡大図であり、貫通流路２７の構成を説明する断面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、圧電デバイス１４及び流路ユニット１５が積層された状態でヘッドケース１６に取り付けられている。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。
【００２５】
ヘッドケース１６は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には液体導入路１８が形成されている。この液体導入路１８は、後述する共通液室２５と共に、複数並設された圧力室３０に共通なインクが貯留される空間である。なお、液体導入路１８の上端部は、図示しない液体流路を介してインクカートリッジ７と連通する。また、ヘッドケース１６の下部には、圧電デバイス１４が収容される収容空間１７が形成されている。流路ユニット１５がヘッドケース１６の下面に位置決めされた状態で接合されると、流路ユニット１５（流路形成基板２４）上に積層された圧電デバイス１４が収容空間１７内に収容されるように構成されている。
【００２６】
流路ユニット１５は、インクを噴射するノズル２２が開口されたノズルプレート２１、及び、共通液室２５等が設けられた流路形成基板２４を有している。ノズルプレート２１は、流路形成基板２４の下面（圧電デバイス１４（圧力室形成基板２９）が接続される面とは反対側の面）に接続されたシリコン製の硬質な板材である。例えば、ノズルプレート２１は、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。このノズルプレート２１には、複数のノズル２２が列状に形成されている。この列状に形成された複数のノズル２２（ノズル列）は、一端側のノズル２２から他端側のノズル２２までドット形成密度に対応したピッチで等間隔に設けられている。各ノズル２２は、図２および図３に示すように、上面側（流路形成基板２４側）の開口面積が、下面側（流路形成基板２４とは反対側）の開口面積よりも広く（大きく）形成されている。また、ノズル２２の上面側における開口面積は、後述する貫通流路２７の下面側の開口面積よりも狭く（小さく）形成されている。このため、図３に示すように、貫通流路２７とノズル２２との境界であって、貫通流路２７内におけるノズル２２の開口縁には、ノズルプレート２１の上面からなる段差２３が形成される。
【００２７】
流路形成基板２４は、圧電デバイス１４（圧力室形成基板２９）の下面に接続されたシリコン製の硬質な板材である。本実施形態における流路形成基板２４は、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面とした単一のシリコン単結晶基板から作製されている。この流路形成基板２４には、共通液室２５、個別連通路２６及び貫通流路２７が形成されている。共通液室２５は、複数の圧力室３０に共通の流路として圧力室３０の並設方向（ノズル列方向）に沿って長尺に形成されている。各圧力室３０と共通液室２５とは、流路形成基板２４に形成された個別連通路２６を介して連通する。すなわち、共通液室２５内のインクが、個別連通路２６を介して各圧力室３０に分配される。貫通流路２７（本発明における流路に相当）は、流路形成基板２４を板厚方向に貫通する状態に形成された、ノズル２２とこれに対応する圧力室３０とを接続する流路である。すなわち、貫通流路２７の上端は圧力室３０と連通し、貫通流路２７の下端はノズル２２と連通する。なお、貫通流路の構成に関し、詳しくは後述する。
【００２８】
なお、本実施形態における共通液室２５、個別連通路２６及び貫通流路２７は、異方性エッチング（ウェットエッチング）により流路形成基板２４の一部を除去することで形成されている。このため、共通液室２５、個別連通路２６及び貫通流路２７は、主にシリコンの結晶性に起因する面（例えば（１１１）面）により区画される。すなわち、本実施形態における共通液室２５、個別連通路２６及び貫通流路２７は、平面視において平行四辺形状等に形成されている。
【００２９】
本実施形態における圧電デバイス１４は、図２に示すように、圧力室形成基板２９、振動板３１、圧電素子３２、及び封止板３３が積層され、ユニット化されている。この圧電デバイス１４は、収容空間１７内に収容可能な大きさに形成され、この収容空間１７内に収容されている。
【００３０】
圧力室形成基板２９は、シリコン製の硬質な板材であり、例えば、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。この圧力室形成基板２９には、エッチングにより一部が板厚方向に完全に除去されて、圧力室３０となるべき空間がノズル列方向に沿って複数並設されている。この空間は、下方が流路形成基板２４により区画され、上方が振動板３１により区画されて、圧力室３０を構成する。また、この空間、すなわち圧力室３０は、ノズル列方向に直交する方向に長尺に形成され、長手方向の一側の端部に個別連通路２６が連通すると共に、他側の端部に貫通流路２７が連通する。
【００３１】
振動板３１は、弾性を有する薄膜状の部材であり、圧力室形成基板２９の上面（流路形成基板２４側とは反対側の面）に積層されている。この振動板３１によって、圧力室３０となるべき空間の上部開口が封止されている。換言すると、振動板３１によって、圧力室３０の上面が区画されている。この振動板３１における圧力室３０（詳しくは、圧力室３０の上部開口）に対応する部分は、圧電素子３２の撓み変形に伴ってノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する変位部として機能する。すなわち、振動板３１における圧力室３０の上部開口に対応する領域が、撓み変形が許容される駆動領域となる。そして、この駆動領域（変位部）の変形（変位）により、圧力室３０の容積は変化する。一方、振動板３１における圧力室３０の上部開口から外れた領域が、撓み変形が阻害される非駆動領域となる。
【００３２】
圧電素子３２は、振動板３１上における各圧力室３０に対応する領域に積層されている。本実施形態における圧電素子３２は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３２は、各ノズル２２に対応してノズル列方向に沿って複数並設されている。各圧電素子３２は、例えば、振動板３１上に、下電極層、圧電体層及び上電極層が順次積層されてなる。このように構成された圧電素子３２は、下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、ノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形する。なお、各圧電素子３２からは、図示しないリード電極が後述する圧電素子収容空間３４よりも外側まで延設されており、図示しないフレキシブルケーブル等の配線部材と接続されている。
【００３３】
封止板３３は、図２に示すように、圧電素子３２を収容可能な圧電素子収容空間３４が形成された基板である。この封止板３３は、圧電素子収容空間３４内に圧電素子３２を収容した状態で、振動板３１上に接合されている。なお、圧電素子収容空間が形成されない平板状の封止板を採用することもできる。この場合、振動板と封止板とを接合する接着剤の厚さを厚くし、この接着剤で圧電素子の周囲を囲うことで、圧電素子を収容する空間を形成する。また、封止板自体に駆動回路等の回路や配線を形成した構成を採用することもできる。
【００３４】
上記のように形成された記録ヘッド３は、インクカートリッジ７からのインクを液体導入路１８、共通液室２５及び個別連通路２６を介して圧力室３０に導入する。この状態で、制御部からの駆動信号を、配線部材を介して圧電素子３２に供給することで、圧電素子３２を駆動させて圧力室３０の容積を変化させる。この容積の変化に伴う圧力変動を利用することで、貫通流路２７を介して圧力室３０と連通するノズル２２からインク滴を噴射する。
【００３５】
次に、本実施形態における貫通流路２７について、図３を用いて詳しく説明する。貫通流路２７は、上述のように、ノズル２２と圧力室３０とを接続する流路であり、単一の基板である流路形成基板２４に形成されている。この貫通流路２７は、流路形成基板２４の板厚方向と直交する面、換言すると、流路形成基板２４に平行な面（流路形成基板２４とノズルプレート２１（或いは圧力室形成基板２９）との接合面に平行な面）における断面積（流路面積）がノズル２２側から圧力室３０側に向けて段階的に広がるように形成されている。これにより、貫通流路２７の圧力室３０側における開口面積が、貫通流路２７のノズル２２側における開口面積よりも広く形成されている。本実施形態における貫通流路２７は、ノズル２２側から順に、流路面積が第１の面積となる第１の流路部３６、流路面積が第１の面積よりも広い第２の面積となる第２の流路部３７、及び、流路面積が第２の面積よりも広い第３の面積となる第３の流路部３８を備えている。各流路部３６、３７、３８は、それぞれ一定の流路面積となっている。なお、平面視において、各流路部３６、３７、３８の中心は、同じ位置に揃えられている。
【００３６】
そして、第１の流路部３６と第２の流路部３７との間には、両者を接続する第１の拡径部４１が形成されている。また、第２の流路部３７と第３の流路部３８との間には、両者を接続する第２の拡径部４２が形成されている。両拡径部４１、４２は、ノズル２２側から圧力室３０側に向けて拡径するように構成されている。すなわち、第１の拡径部４１の内周面は、流路形成基板２４の板厚方向と直交する面（すなわち、流路形成基板２４に平行な面）に対して傾斜した第１の傾斜面３９となっている。また、第２の拡径部４２の内周面は、流路形成基板２４の板厚方向と直交する面（すなわち、流路形成基板２４に平行な面）に対して傾斜した第２の傾斜面４０となっている。換言すると、第１の拡径部４１は、第１の傾斜面３９により周囲を区画された（第１の傾斜面３９を内周面とした）流路部である。また、第２の拡径部４２は、第２の傾斜面４０により周囲を区画された（第２の傾斜面４０を内周面とした）流路部である。そして、第１の傾斜面３９が第１の流路部３６と第２の流路部３７との間に形成された段差となり、第２の傾斜面４０が第２の流路部３７と第３の流路部３８との間に形成された段差となる。本実施形態における第１の傾斜面３９及び第２の傾斜面４０の傾斜角（流路形成基板２４の板厚方向と直交する面に対する角度、すなわち流路形成基板２４に平行な面に対する角度）θは、４０度以上、６０度以下に形成されている。
【００３７】
このように、貫通流路２７のノズル２２側における開口面積が貫通流路２７の圧力室３０側における開口面積よりも狭く形成されたので、ノズル２２の開口面積と貫通流路２７のノズル２２側における開口面積との差を小さくすることができる。すなわち、流路形成基板２４とノズルプレート２１との境界における貫通流路２７内の段差２３を小さくすることができる。これにより、貫通流路２７内の段差２３にインクや気泡等が滞留することを抑制できる。その結果、滞留したインクが増粘し、インクの噴射特性に悪影響を及ぼすことや、滞留した気泡がインクの噴射特性に悪影響を及ぼすこと等を抑制できる。
【００３８】
特に、本実施形態では、貫通流路２７の断面積が圧力室３０側に向けて段階的に広げられているので、貫通流路２７内における流路抵抗が上昇することを抑制しつつ、流路形成基板２４とノズルプレート２１との境界における貫通流路２７内の段差２３を小さくすることができる。また、貫通流路２７は単一の基板からなる流路形成基板２４に形成されたので、貫通流路２７内の段差（傾斜面）の数を任意に設定できる。例えば、本実施形態のように貫通流路２７を複数の流路部３６、３７、３８で構成すれば、各流路部３６、３７、３８の間に形成される段差を小さくすることができる。これにより、貫通流路２７内にインクや気泡等が滞留することを一層抑制できる。さらに、流路形成基板が複数の基板からなる場合（すなわち、複数の基板を積層して流路を形成する場合）のように、基板の位置ずれに起因した貫通流路２７の形状のばらつきが無く、インクの噴射特性のばらつきを抑えられる。このため、流路形成基板が複数の基板からなる場合と比べて、インクを安定して噴射することができる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、第１の流路部３６と第２の流路部３７と間の段差（第１の傾斜面３９）、及び、第２の流路部３７と第３の流路部３８と間の段差（第２の傾斜面４０）が流路形成基板２４に対して傾斜しているので、貫通流路２７内にインクや気泡等が滞留することを一層抑制できる。すなわち、各傾斜面３９、４０がノズル２２側に傾斜しているため、インクや気泡等をノズル２２側に円滑に流すことができる。特に、第１の傾斜面３９及び第２の傾斜面４０は、流路形成基板２４の板厚方向と直交する面に対して４０度以上、６０度以下の角度で傾斜しているので、貫通流路２７内におけるインクの流れを一層円滑にすることができる。そして、本実施形態では、流路形成基板２４として、表面を（１１０）面としたシリコン単結晶基板を用いたので、ウェットエッチングにより貫通流路２７を高精度かつ容易に形成できる。その結果、流路形成基板２４の製造が容易になる。
【００４０】
ここで、ウェットエッチングにより貫通流路２７を形成する方法について、図４〜図１１を用いて、以下に説明する。図４〜図１１は、流路形成基板２４の製造工程を説明する断面図である。なお、図７〜図１０に示す破線は、第１の開口４５及び第２の開口４７の拡張範囲を分かりやすくするために、拡張される前の状態の第１の開口４５及び第２の開口４７の位置を表したものである。
【００４１】
まず、図４に示すように、第１のマスク層形成工程において、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板２４の下面（ノズルプレート２１が接続される側の面）に、流路形成基板２４をエッチングするエッチング液（例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ））に対してマスクとなる第１のマスク層４４を形成すると共に、貫通流路２７に対応する位置（貫通流路２７が形成される予定の位置）の第１のマスク層４４を除去して第１の開口４５を形成する。具体的には、シリコン単結晶基板の下面全体に、マスク層を形成した後、露光工程及び現像工程を経て、第１の開口４５等を形成する。なお、マスク層としてはＳｉＯ２やＳｉＮ等が望ましく、本実施形態ではＳｉＯ２をマスク層として用いている。同様に、第２のマスク層形成工程において、流路形成基板２４の上面（圧力室形成基板２９が接続される側の面）に、流路形成基板２４をエッチングするエッチング液に対してマスクとなる第２のマスク層４６を形成すると共に、貫通流路２７に対応する位置（貫通流路２７が形成される予定の位置）の第２のマスク層４６を除去して第２の開口４７を形成する。このとき、第２の開口４７は、第１の開口４５よりも開口面積が広くなるように形成する。なお、第１のマスク層形成工程と第２のマスク層形成工程とは、何れの工程を先に行っても良い。
【００４２】
次に、図５に示すように、貫通孔形成工程において、第１の開口４５と第２の開口４７とを連通する貫通孔４９を流路形成基板２４に形成する。この貫通孔４９の断面積は、第１の開口４５や第２の開口４７の開口面積に対して狭く形成される。このような貫通孔４９は、例えば、深掘りＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  ＲＩＥ）等のドライエッチング、レーザー、又は、これらの方法を組み合わせた方法等により形成される。貫通孔４９を形成したならば、図６に示すように、流路形成工程において、流路形成基板２４をエッチング液に浸して第１の開口４５及び第２の開口４７から流路形成基板２４側にエッチング液を導入し、すなわち、第１の開口４５、第２の開口４７、及び、貫通孔４９をエッチング液に曝し、貫通孔４９の周囲をエッチング（異方性エッチング）して貫通流路２７を形成する。このとき、流路形成基板２４は表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面としたシリコン単結晶基板からなり、水酸化カリウムからなるエッチング液の（１１０）面に対するエッチングレートが他の結晶面に対するエッチングレートよりも高いため、流路形成基板２４の表面に対して垂直な方向にエッチングが進む。その結果、第１の開口４５の開口面積に応じた断面積となる第１の中間流路部５１が下方に形成されると共に、第２の開口４７の開口面積に応じた断面積となる第２の中間流路部５２が上方に形成される。すなわち、流路形成基板２４の下面（第１の開口４５側の面）から流路形成基板２４の途中まで形成された第１の中間流路部５１と、流路形成基板２４の上面（第２の開口４７側の面）から流路形成基板２４の途中まで形成された、第１の中間流路部５１の断面積よりも広い断面積となる第２の中間流路部５２と、が形成される。これら第１の中間流路部５１及び第２の中間流路部５２の側面は、流路形成基板２４は表面に対して垂直な（１１１）面により区画されている。そして、第１の中間流路部５１と第２の中間流路部５２との間には、両者を接続する第１の中間拡径部６１が形成される。この第１の中間拡径部６１は、第１の中間流路部５１側から第２の中間流路部５２側に向けて拡径するように構成されている。すなわち、第１の中間拡径部６１の内周面は、流路形成基板２４に対して傾斜した第１の中間傾斜面５７となっている。
【００４３】
貫通流路２７を形成したならば、図７に示すように、マスク開口拡張工程において、第１の開口４５及び第２の開口４７の開口面積を広げる。具体的には、マスク層をエッチングするエッチング液（例えば、フッ化水素酸（ＨＦ））に流路形成基板２４を浸して、第１のマスク層４４及び第２のマスク層４６を僅かに後退させる。これにより、第１の開口４５の開口面積が僅かに広がると共に、第２の開口４７の開口面積が同様に広がる。次に、流路拡張工程において、流路形成基板２４をエッチングするエッチング液に流路形成基板２４を浸して開口面積が拡張された第１の開口４５及び第２の開口４７から流路形成基板２４側にエッチング液を導入し、すなわち、開口面積が拡張された第１の開口４５及び第２の開口４７、並びに、貫通孔４９をエッチング液に曝し、貫通流路２７の少なくとも一部の断面積を拡張する。具体的には、第１の中間傾斜面５７が下方に掘り進められて第２の中間流路部５２及び第１の中間拡径部６１が下方に移動する。また、第２の中間流路部５２の上方の側壁が、拡張された第２の開口４７に応じて下方に掘り進められる。これにより、図８に示すように、第２の中間流路部５２の上方に、第２の中間流路部５２の断面積よりも広い断面積を有する第３の中間流路部５３が形成される。そして、第２の中間流路部５２と第３の中間流路部５３との間には、両者を接続する第２の中間拡径部６２が形成される。この第２の中間拡径部６２は、第２の中間流路部５２側から第３の中間流路部５３側に向けて拡径するように構成されている。すなわち、第２の中間拡径部６２の内周面は、流路形成基板２４に対して傾斜した第２の中間傾斜面５８となっている。
【００４４】
一方、第１の中間流路部５１の下方の側壁が、拡張された第１の開口４５に応じて上方に掘り進められる。これにより、第１の中間流路部５１の下方に、第１の中間流路部５１の断面積よりも広い断面積を有する第４の中間流路部５４が形成される。そして、第１の中間流路部５１と第４の中間流路部５４との間には、両者を接続する第３の中間拡径部６３が形成される。この第３の中間拡径部６３は、第１の中間流路部５１側から第４の中間流路部５４側に向けて拡径するように構成されている。すなわち、第３の中間拡径部６３の内周面は、流路形成基板２４に対して傾斜した第３の中間傾斜面５９となっている。
【００４５】
各中間流路部５１、５２、５３、５４が形成されたならば、図９に示すように、再度のマスク開口拡張工程において、第１の開口４５及び第２の開口４７の開口面積をさらに広げる。すなわち、マスク層をエッチングするエッチング液に流路形成基板２４を再び浸して、第１のマスク層４４及び第２のマスク層４６を更に後退させる。そして、再度の流路拡張工程において、流路形成基板２４をエッチングするエッチング液に流路形成基板２４を浸して、貫通流路２７の断面積をさらに拡張する。具体的には、第１の中間傾斜面５７が下方に掘り進められて、流路形成基板２４の下面側に到達する。これにより、図１０に示すように、第２の中間流路部５２が下方に移動し、これと共に、第１の中間流路部５１、第４の中間流路部５４、第１の中間拡径部６１、及び、第３の中間拡径部６３が、第２の中間流路部５２に飲み込まれて消滅する。この第２の中間流路部５２が、流路形成基板２４の下面から流路形成基板２４の途中まで形成された第１の流路部３６となる。また、第２の中間傾斜面５８が下方に掘り進められて第３の中間流路部５３及び第２の中間拡径部６２が下方に移動し、第２の流路部３７及び第１の拡径部４１となる。さらに、第３の中間流路部５３の上方の側壁が、拡張された第２の開口４７に応じて下方に掘り進められる。これにより、下方に移動した第３の中間流路部５３（すなわち、第２の流路部３７）の上方に、第２の流路部３７の断面積よりも広い断面積を有する第３の流路部３８が形成される。また、第２の流路部３７と第３の流路部３８との間に第２の拡径部４２が形成される。これにより、下面側から順に、第１の流路部３６、第２の流路部３７、及び、第３の流路部３８となる貫通流路２７が形成される。そして、最後に、図１１に示すように、マスク除去工程において、第１のマスク層４４及び第２のマスク層４６を除去することで、本実施形態における貫通流路２７を備えた流路形成基板２４が形成される。
【００４６】
このように、開口面積拡張工程及び流路拡張工程を２回行うことで、ノズル２２側から順に、流路形成基板２４の板厚方向と直交する面（流路形成基板２４に平行な面）における断面積（流路面積）が第１の面積となる第１の流路部３６、流路形成基板２４の板厚方向と直交する面における断面積が第１の面積よりも広い第２の面積となる第２の流路部３７、及び、流路形成基板２４の板厚方向と直交する面における断面積が第２の面積よりも広い第３の面積となる第３の流路部３８を容易に作成できる。すなわち、圧力室３０側に向けて流路面積が段階的に広がっている貫通流路２７を容易に形成できる。これにより、流路形成基板２４の製造が容易になり、ひいては記録ヘッド３の製造が容易になる。また、本実施形態では、単一のシリコン単結晶基板をウェットエッチングすることで、貫通流路２７を形成したので、各流路部３６、３７、３８の間に形成される段差を、傾斜面３９、４０とすることができる。これにより、各流路部３６、３７、３８の間にインクや気泡等が滞留することを抑制できる。さらに、エッチング液の濃度等によって、傾斜面３９、４０の角度を制御することができる。
【００４７】
ところで、上記した実施形態では、開口面積拡張工程及び流路拡張工程を２回行ったが、これには限られない。貫通流路２７内の段差（傾斜面）の数、或いは流路部の数に応じて、開口面積拡張工程及び流路拡張工程を少なくとも１回以上行えばよい。例えば、貫通流路内の段差（傾斜面）の数を３つにする場合、開口面積拡張工程及び流路拡張工程を３回行えばよい。また、最初の流路拡張工程において、エッチング液の濃度等によっては、図８に示すような第１の中間流路部５１が形成されない場合もある。すなわち、第２の開口４５側に形成された第４の中間流路部５４と、貫通流路２７の途中に位置する第２の中間流路部５２とが中間拡径部を介して接続される場合もある。いずれにしても、再度の流路拡張工程において、第２の中間流路部５２がシリコン単結晶基板の下面側に貫通するため、最終的には同様の形状になる。
【００４８】
そして、以上では、液体噴射ヘッドの一種として、記録ヘッド３を例に挙げて説明したが、本発明は、貫通流路を備えたものであれば、その他の液体噴射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】
【００４９】
１…プリンター，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，６…搬送機構，７…インクカートリッジ，１８…液体導入路，２１…ノズルプレート，２２…ノズル，２３…段差，２４…流路形成基板，２５…共通液室，２６…個別連通路，２７…貫通流路，２９…圧力室形成基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…封止板，３４…圧電素子収容空間，３６…第１の流路部，３７…第２の流路部，３８…第３の流路部，３９…第１の傾斜面，４０…第２の傾斜面，４１…第１の拡径部，４２…第２の拡径部，４４…第１のマスク層，４５…第１の開口，４６…第２のマスク層，４７…第２の開口，４９…貫通孔，５１…第１の中間流路部，５２…第２の中間流路部，５３…第３の中間流路部，５４…第４の中間流路部，５７…第１の中間傾斜面，５８…第２の中間傾斜面，５９…第３の中間傾斜面，６１…第１の中間拡径部，６２…第２の中間拡径部，６３…第３の中間拡径部
【図１】
2017064972.tif 000003
【図２】
2017064972.tif 000004
【図３】
2017064972.tif 000005
【図４】
2017064972.tif 000006
【図５】
2017064972.tif 000007
【図６】
2017064972.tif 000008
【図７】
2017064972.tif 000009
【図８】
2017064972.tif 000010
【図９】
2017064972.tif 000011
【図１０】
2017064972.tif 000012
【図１１】
2017064972.tif 000013