液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
【課題】 リザーバの端部領域が尖った形状となっている場合、尖っているが故に、この尖った部分に応力が集中するため、この尖端からクラック（割れ）が発生し易い。
【解決手段】 流路形成基板の周縁部において、ダミー流路部に応力が集中しやすい形状が形成されており、他の部分よりも脆弱となるので、流路ユニット構成部材の接合時の温度変化によって熱応力が生じたときに、同応力集中領域を基点として、他の部分よりも優先的に脆弱な部分にクラックを誘発させることができる。特に、流路部にも同様の角部が形成されるものの、上記流路形成基板の側にも応力集中領域に隣接しつつ上記周縁部側に向かう位置を、肉厚を薄くした薄肉部で形成している。すなわち、応力が集中しやすい形状の上に当該部分の肉厚が薄いので、よりクラックを誘発しやすくなる。
【解決手段】 流路形成基板の周縁部において、ダミー流路部に応力が集中しやすい形状が形成されており、他の部分よりも脆弱となるので、流路ユニット構成部材の接合時の温度変化によって熱応力が生じたときに、同応力集中領域を基点として、他の部分よりも優先的に脆弱な部分にクラックを誘発させることができる。特に、流路部にも同様の角部が形成されるものの、上記流路形成基板の側にも応力集中領域に隣接しつつ上記周縁部側に向かう位置を、肉厚を薄くした薄肉部で形成している。すなわち、応力が集中しやすい形状の上に当該部分の肉厚が薄いので、よりクラックを誘発しやすくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路形成基板に形成された共通液体室から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を有する液体噴射ヘッドと、この液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴として吐出させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置（液体噴射装置）に用いられるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）、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（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、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噴射ヘッド等がある。
【０００３】
上記記録ヘッドの場合を例に挙げると、この記録ヘッドは、複数のノズル開口が開設されたノズルプレート、共通インク室から圧力室を通ってノズル開口に至る一連のインク流路を区画する空部や溝部などの流路部が開設された流路形成基板、圧力発生素子の作動に応じて圧力室に対応する領域が弾性変形する弾性板（流路形成基板の開口面を封止する封止板とも言える）を有する流路ユニットを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。これらの流路ユニット構成部材のうち、上記流路形成基板は、記録画像の高密度化や記録動作の高速化に対応すべく、高い加工密度や加工精度が要求される。そのため、この流路形成基板の材料としては、異方性エッチング等によって微細な形状を寸法精度良く形成可能なシリコン単結晶性基板（シリコンウェハー）が好適に用いられる。一方、ノズルプレートや弾性板の材料としては、加工の容易性から、例えばステンレス綱等の金属製の板材が用いられる。
【０００４】
上記のように流路形成基板には、共通インク室となる貫通孔（以下、単にリザーバという）等の流路部が異方性エッチング等によって設けられるが、特許文献１に開示されている記録ヘッドでは、リザーバの端部領域が、端に行くほど次第に絞られて尖った形状に形成されている。このようにすると、リザーバの端部領域においてインクの流れを円滑にすることができ、この領域における気泡の滞留を防止することができるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７７１１９号公報（第４図、第１０図等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のノズルプレート、流路形成基板、及び弾性板からなる流路ユニットの構成部材は、接着剤を構成部材同士の間に介在させ、この接着剤を加熱して硬化させることで接合される。ところが、流路形成基板がシリコンで作製され、ノズルプレートがステンレス鋼等の金属製の板材で作製されている場合には、これらの構成部材の基材間に線膨張率の差があるため、接合時の加熱及び冷却による温度変化によって相対的な伸縮差が生じて構成部材が変形することがある。この際、流路形成基板の周縁側は、流路部が設けられた中央側に比べて剛性が高く、剛性が高い領域と低い領域との境界部分に応力が集中し、これにより、流路形成基板にクラックが入ることがある。特に、上記特許文献１の例のように、リザーバの端部領域が尖った形状となっている場合、尖っているが故に、この尖った部分に応力が集中するため、この尖端からクラック（割れ）が発生し易い。
【０００７】
このようにリザーバ等の流路部にクラックが生じると、このクラックを通じて記録ヘッドの外側にインクが漏れたり、或いは、クラックを通じて漏出したインクが他の色に対応する流路部に浸入して混色が生じる可能性があり得る。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流路形成基板の液体流路にクラックが生じるのを可及的に防止することが可能な液体噴射ヘッドと、同液体噴射ヘッドを備えた液体噴射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】
本発明は、圧力発生素子により内部の液体に圧力変動を受ける圧力室に液体を供給する共通液体室と流路部が形成された流路形成基板と、上記圧力室に連通するノズル開口が形成されたノズル形成部材とを有する流路ユニットを備え、上記圧力発生素子の作動に応じて上記ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、上記流路形成基板は、液滴の吐出には関与しないとともに当該流路形成基板を貫通する空間からなるダミー流路部を有し、上記流路形成基板は、上記ダミー流路部の周縁部側の領域から上記流路形成基板の周縁部側に向かう領域に肉厚を薄くした薄肉部が形成されていることを特徴とする。
また、上記流路形成基板は、上記ダミー流路部の周縁部側となる領域で応力が集中しやすい形状に形成されている応力集中領域を有するように構成しても良い。
【０００９】
上記構成によれば、流路形成基板の周縁部において、ダミー流路部に応力が集中しやすい形状が形成されており、他の部分よりも脆弱となるので、流路ユニット構成部材の接合時の温度変化によって熱応力が生じたときに、同応力集中領域を基点として、他の部分よりも優先的に脆弱な部分にクラックを誘発させることができる。特に、流路部にも同様の角部が形成されるものの、上記流路形成基板の側にも応力集中領域に隣接しつつ上記周縁部側に向かう位置を、肉厚を薄くした薄肉部で形成している。すなわち、応力が集中しやすい形状の上に当該部分の肉厚が薄いので、よりクラックを誘発しやすくなる。
【００１０】
また、上記流路形成基板は、結晶性を有する基材により形成され、上記薄肉部は、上記応力集中領域から結晶構造における最密面の方向に沿って形成しても良い。
一般に結晶構造を有する場合は最密面の方向に沿って割れやすい。従って、薄肉部が応力集中領域から最密面の方向に沿って形成してあれば、その方向に沿って割れやすくなる。
さらに、上記ダミー流路部は、応力が集中しやすい形状として上記流路形成基板における周縁部に近い部分で二面が交差する角部が形成され、上記薄肉部は、この角部に接するように形成することができる。
【００１１】
二面が交差する角部には応力が集中しやすいので、薄肉部の効果も相乗してよりクラックを誘発しやすい。
角部に接するというのは、薄肉部がある幅を持って形成されているときに、その端から端までのどこかが角部に接していればよい。薄肉部の真ん中であっても良いし、端であっても良い。
そして、上記ダミー流路部の角部を形成する二面のうちの一方が結晶構造における最密面とするようにしてもよい。
【００１２】
結晶構造における最密面は他の角度よりも割れやすい。すなわち、応力が集中したときにこの最密面に沿って割れやすい。角部を形成する一面が最密面であることにより、さらに確実に当該角部にクラックを誘発させることができる。
また、上記薄肉部は、上記ダミー流路部の応力集中領域から上記流路形成基板における周縁までつながるように形成してもよい。
【００１３】
薄肉部が応力集中領域から周縁までつながっていることで、この薄肉部以外の部分にクラックを誘発しにくくなる。
さらに、上記薄肉部は、上記ダミー流路部の応力集中領域から上記流路形成基板における周縁まではつながっていないように形成してもよい。
周縁までつながっていると他の部分にクラックを誘発させないという点で優れるものの、流路形成基板全体の強度が下がる傾向も生じる。このため、クラックを誘発させるという点で薄肉部が作用すればよいので、必ずしも周縁までつなげず、その代わりに流路形成基板全体の強度を確保できる。
【００１４】
また、上記ダミー流路部の応力集中領域は複数形成され、上記薄肉部は、これらの複数の応力集中領域に隣接するように形成しても良い。
応力集中領域は一つとは限らないが、薄肉部としてはある幅を有する形状となるので、複数の応力集中領域に対してまとめて隣接するように形成すれば良い。
むろん、このような液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置でも、同様にしてクラックを誘発できる。
なお、液体噴射ヘッドのより具体的な構成として、ノズル開口ごとの所定の液体流路と、各色ごとに共通の共通液体室とからなる流路部が形成された流路形成基板と、液滴が吐出される上記ノズル開口が開設され、上記流路形成基板の一方の面に接合されるノズル形成部材と、上記流路形成基板の他方の面に接合され、圧力発生素子の作動に応じて上記ノズル開口ごとの所定の液体流路である圧力室に対応する領域が弾性変形する弾性板とから構成され、上記共通液体室から上記圧力室を通って上記ノズル開口に至る一連の液体流路を形成する流路ユニットを備えるようにしてもよい。
その上で、上記流路形成基板は、上記流路部とともに、液滴の吐出には関与しないとともに当該流路形成基板を貫通する空間からなるダミー流路部を有し、上記ダミー流路部は上記流路形成基板における周縁部に近い部分で応力が集中しやすい応力集中領域を有する形状として形成され、上記流路形成基板は、この応力集中領域に隣接しつつ上記周縁部側に向かう位置に肉厚を薄くした薄肉部を形成することが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、接合時の熱応力をインクなどが充填されないダミー流路部へ分散させることができ、流路部側にクラックが生じるのを抑制することが可能となる。その結果、液体噴射ヘッドの外側に液体が漏れたり、或いは、流路部から他の流路部に液体が浸入して液体が混じり合うといった不具合を未然に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図である。
【図２】記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。
【図３】流路形成基板の基材となるシリコンウェハーの平面図である。
【図４】流路形成基板の構成を説明する平面図である。
【図５】図４における領域Ａの拡大図である。
【図６】薄肉部を示す断面図である。
【図７】薄肉部の変形例を示す図である。
【図８】薄肉部の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面等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、本発明の液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録装置（液体噴射装置の一種。以下、単にプリンタという）に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を例に挙げて行う。
【００１８】
図１は、本実施形態における記録ヘッド１の分解斜視図、図２は、記録ヘッド１の要部断面図である。例示した記録ヘッド１は、カートリッジ基台２（以下、「基台」という）、駆動用基板５、ケース１０、流路ユニット１１、及び、アクチュエータユニット１３を主な構成要素としている。基台２は、例えば、エポキシ系樹脂等の合成樹脂によって成型されており、その上面にはフィルタ３を介在させた状態でインク導入針４が複数取り付けられている。これらのインク導入針４には、インク（液体の一種）を貯留したインクカートリッジ（図示せず）が装着されるようになっている。
【００１９】
駆動用基板５は、図示せぬプリンタ本体側からの駆動信号を圧電振動子１９へ供給するための配線パターンが形成されると共に、プリンタ本体側との接続のためのコネクタ６や抵抗やコンデンサ等の電子部品８等を実装している。コネクタ６にはＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）等の配線部材が接続され、駆動用基板５は、このＦＦＣを介してプリンタ本体側から駆動信号を受けるようになっている。そして、この駆動用基板５は、パッキンとして機能するシート７を介在させた状態で、インク導入針４とは反対側の基台２の底面側に配置される。
【００２０】
ケース１０は、合成樹脂製の中空箱体状部材であり、先端面（下面）には流路ユニット１１を接合し、内部に形成された収容空部１２内にはアクチュエータユニット１３を収容し、流路ユニット１１側とは反対側の基板取付面１４には駆動用基板５を取り付けるようになっている。また、このケース１０の先端面側には、金属製の薄板部材によって作製されたヘッドカバー１６が、流路ユニット１１の外側からその周縁部を包囲するように取り付けられる。このヘッドカバー１６は、流路ユニット１１やケース１０を保護すると共に、流路ユニット１１のノズルプレート２５を接地電位に調整し、記録紙等から発生する静電気によるノイズ等の障害を防止する機能を果たす。
【００２１】
上記アクチュエータユニット１３は、櫛歯状に列設された複数の圧電振動子１９（圧力発生素子の一種）と、この圧電振動子１９が接合される固定板２０と、駆動用基板５からの駆動信号を圧電振動子１９に伝達するための、ＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）等の配線部材２１等から構成される。各圧電振動子１９は、固定端部側が固定板２０上に接合され、自由端部側が固定板２０の先端面よりも外側に突出している。即ち、各圧電振動子１９は、所謂片持ち梁の状態で固定板２０上に取り付けられている。また、各圧電振動子１９を支持する固定板２０は、例えば厚さ１ｍｍ程度のステンレス鋼によって構成されている。そして、アクチュエータユニット１３は、固定板２０の背面を、収納空部１２を区画するケース内壁面に接着することで収納空部１２内に収納・固定されている。
【００２２】
流路ユニット１１は、弾性板２３、流路形成基板２４、及びノズルプレート２５からなる流路ユニット構成部材を積層した状態で接着剤で接合して一体化することにより作製されており、共通インク室２７（共通液体室）からインク供給口２８及び圧力室２９を通りノズル開口３０に至るまでの一連のインク流路（本発明における液体流路に相当）を形成する部材である。圧力室２９は、ノズル開口３０の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成されている。また、共通インク室２７は、インクカートリッジに挿入されたインク導入針４側からのインクが導入される室である。そして、この共通インク室２７に導入されたインクは、インク供給口２８を通じて各圧力室２９に分配供給される。
【００２３】
流路ユニット１１の底部に配置されるノズルプレート２５（本発明におけるノズル形成部材の一種）は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル開口３０を、紙送り方向（副走査方向）に列状に開設した金属製の薄い板材である。本実施形態のノズルプレート２５は、ステンレス鋼の板材によって作製され、ノズル開口３０の列（ノズル列）が、記録ヘッド１の走査方向（主走査方向）に複数並べて設けられている。そして、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル開口３０によって構成される。本実施形態の記録ヘッド１は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の合計４色のインクを吐出可能に構成されており、これらの色に対応させて合計４列のノズル列がノズルプレート２５に形成されている。
【００２４】
流路ユニット構成部材の１つである流路形成基板２４は、インク流路となる流路部４０、具体的には、共通インク室２７となる開口部４１、インク供給口２８となる溝部、及び、圧力室２９となる空部４２（何れも図４参照）が区画形成された板状の部材である。本実施形態において、流路形成基板２４は、結晶性を有する基材であるシリコンウェハーを異方性エッチング処理することによって作製されている。この流路形成基板２４の詳細については、図４を用いて後述する。
【００２５】
ノズルプレート２５とは反対側の流路形成基板２４の面に配置される弾性板２３は、ステンレス鋼等の金属製の支持板上に弾性フィルムをラミネート加工した二重構造の複合板材である。この弾性板２３の圧力室２９に対応する部分には、圧電振動子１９の自由端部の先端を接合するための島部３２が形成されており、この部分がダイヤフラム部として機能する。即ち、この弾性板は２３は、圧電振動子１９の作動に応じて島部３２の周囲の弾性フィルムが弾性変形するように構成されている。また、弾性板２３は、流路形成基板２４の開口部４１の一方の開口面を封止し、コンプライアンス部３３としても機能する。このコンプライアンス部３３に相当する部分については弾性フィルムだけにしている。
【００２６】
なお、この弾性板２３は、流路形成基板２４に形成された流路部４０の開口面を封止する封止板と言うこともできる。
そして、この記録ヘッド１において、上記駆動用基板５から配線部材２１を通じて圧電振動子１９に駆動信号が供給されると、この圧電振動子１９が素子長手方向に伸縮し、これに伴い島部３２が圧力室２９に近接する方向或いは離隔する方向に移動する。これにより、圧力室２９の容積が変化し、圧力室２９内のインクに圧力変動が生じる。この圧力変動によってノズル開口３０からインク滴（液滴の一種）が吐出される。即ち、この圧電振動子１９は、圧力室２９内のインクに圧力変動を発生させることによりこの圧力室２９内のインクをノズル開口３０からインク滴として吐出させ得る圧力発生源の一種であるとも言える。
【００２７】
図３は、上記流路形成基板２４の材料となるシリコンウェハー３５の平面図である。このシリコンウェハー３５は、例えば、表面３７が結晶方位面（１１０）面に設定されたシリコン単結晶基板である。このシリコンウェハー３５の表面３７上には、流路形成基板２４となる基板領域２４´が、切断予定線Ｌ１，Ｌ２によって複数（本実施形態では１０箇所）区画されており、各基板領域２４´には、上記インク流路となる流路部４０（図４参照）が異方性エッチングによって形成されている。また、切断予定線Ｌ１，Ｌ２上には、同じく異方性エッチングによって細長く小さな貫通孔が複数穿設されてブレイクパターンが形成されている。なお、図３における横切断予定線Ｌ１は、（１１０）面上であって、この（１１０）面に直交する第１の（１１１）面の面方向に設定されている。また、横切断予定線Ｌ１に直交する縦方向の縦切断予定線Ｌ２は、第１の（１１１）面に垂直な軸方向に設定されている。上記第１の（１１１）面は、異方性エッチングにおける基準面となるオリエンテーションフラット（所謂オリフラ）ＯＦを構成している。
【００２８】
図４は、上記シリコンウェハー３５を切断予定線Ｌ１，Ｌ２で分割して得られる流路形成基板２４の構成を説明する平面図である。同図に示すように、流路形成基板２４の中央部２４ａには、開口部４１や空部４２等から成る流路部４０が、異方性エッチングによって形成されている。本実施形態においては、上記４色のインクに対応させて、共通インク室２７となる開口部４１が合計４列形成されている。そして、各開口部４１からは、インク供給口２８となる溝部（図示せず）及び圧力室２９となる空部４２が、ノズルプレート２５に開設されたノズル開口３０に対応させて複数分岐して形成されている。そして、本実施形態の流路形成基板２４には、開口部４１や空部４２の列から成る流路部４０が、主走査方向に並べられた状態で合計４組形成されている。また、図４において左側の２組の流路部４０と右側の２組の流路部４０は、夫々対になっており、空部４２の列（圧力室列）を互いに向き合わせた状態に配置されている。
【００２９】
また、流路形成基板２４には、インク滴の吐出には関与しない貫通孔であるダミー流路部４４が、流路部４０に対して隔てた状態で並設されている。本実施形態においては、対になった流路部４０同士の間にダミー流路部４４が１つずつ、合計２箇所設けられている。より詳しくは、隣り合う流路部４０における空部４２の列の間にダミー流路部４４が配置されている。このダミー流路部４４は、流路部４０とは隔てて（つまり、流路部４０とは連通しない状態で）設けられているので、通常ではインクが入り込まない部分となっており、流路形成基板２４の一部の剛性を調整、具体的には空部４２の列の間の剛性を意図的に低下させて、圧電振動子１９の駆動時の空部４２の列の間の応力集中を緩和させるための緩衝孔として機能する部分である。また、このダミー流路部４４は、流路ユニット構成部材間を接合する際の余分な接着剤或いは気泡を導入する逃げ孔としても機能し、接着剤が流路部４０側に流れ込んだり、各部材間に気泡が入ることで接着不良が発生したりするのを防止する。
【００３０】
ところで、上記開口部４１の副走査方向の両端部は、端に行くほど次第に絞られて尖った形状となっている。このようにすると、開口部４１の両端部、即ち、共通インク室２７の両端側のインクの流れを円滑にすることができ、この部分における気泡の滞留を防止することができる。しかしながら、尖っているが故に、この開口部４１の両端に応力が集中するため、この先端からクラック（割れ）が発生し易い。この開口部４１等の流路部４０でクラックが生じると、このクラックを通じてヘッドの外側にインクが漏れたり、或いは、クラックを通じて漏出したインクが他の色に対応する流路部４０に浸入して混色が生じる虞がある。このような問題を解決すべく、上記流路形成基板２４では、ダミー流路部４４の形状が工夫されており、これにより上記問題を解決している。以下、この点について説明する。
【００３１】
図５は、図４における領域Ａの拡大図である。上記流路形成基板２４におけるダミー流路部４４は、流路部４０との並設方向に直交する方向（本実施形態では副走査方向）の両端部に、流路形成基板２４の外側に向けて先細りした角部４４ａを有している。このような二面が交差する角部の形状では、応力が集中しやすいので、角部が応力集中位置といえ、この領域を応力集中領域といえる。一方、流路形成基板２４には、この角部４４ａと接するように薄肉部４６を形成してある。
図６は、図５におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
この薄肉部４６は、図６に示すように、流路形成基板２４の上面から一定距離だけ掘り下げた部分である。肉厚が薄くなることで、換言するとその上方には断面コの字形で上方に開口する溝が形成されているとも言える。このような薄肉部４６の形状はハーフエッチングによって形成できる。上述した空部４２などを形成する過程で同時に形成することができる。
【００３２】
応力が集中しやすい角部４４ａに隣接して薄肉部４６が形成されている結果、周縁部２４ｂにおいて、角部４４ａで剛性が低下して脆弱になるのに加え、肉厚を薄くした分だけ流路部４４の先端よりもクラックが生じ易くなっている。また、薄肉部４６は、ダミー流路部４４に近い側で角部４４ａに隣接しつつ、流路形成基板２４の周縁部までつながる形状となっている。次に、この向きについて説明する。
【００３３】
ここで、本実施形態の流路形成基板２４の基材であるシリコンウェハー３５のような結晶性を有する基材は、外力や衝撃が加えられたときに、結晶が最密な結晶方位面、即ち、最密面に沿って割れ易い傾向にある。この最密面は、基材の結晶構造によって異なり、例えば、本実施形態におけるシリコンウェハー３５のような面心立方晶構造（ＦＣＣ）の場合には（１１１）面、体心立方構造（ＢＣＣ）の場合には（１１０）面が、それぞれ最密面となる。即ち、最密面の方向はクラックを積極的に誘発させるクラック誘導面として機能する。図５にはこの最密面を破線で示しており、薄肉部４５はこの最密面の方向に向けて形成されている。従って、薄肉部４６にクラックが生じるときには、クラックは最密面に沿って進むが、薄肉部４６が最密面の方向に向けて形成されているので、クラックは確実に薄肉部４６に沿って進むことになる。
【００３４】
図７は、薄肉部の変形例を示しているが、角部４４ｂ自体の形状も変化している。
この例では、角部４４ｂはダミー流路部４４の長手方向に延びる一つの面４４ｂ１をそのまま延ばし、他方の面４４ｂ３の先端近辺から最密面に沿って面４４ｂ２を形成し、面４４ｂ２と面４４ｂ１とが交差して角部４４ｂを形成している。薄肉部４７は所定の幅を有しているがその最も端が最密面である面４４ｂ２につながるように形成されている。
【００３５】
すなわち、本実施形態では、角部４４ａを区画する面４４ｂ１，４４ｂ２の少なくとも一方の面４４ｂ２が、流路形成基板２４（シリコンウェハー３５）の最密面に設定されている。具体的には、角部４４ｂの一方の面４４ｂ２が、（１１０）面上でオリフラとしての第１の（１１１）面と約７０°で交差する第２の（１１１）面に設定されている。即ち、この面４４ｂ２は、クラックを積極的に誘発させるクラック誘導面として機能する。このように切り込み部４４を区画する面の少なくとも一面を最密面（クラック誘導面）とすることで、切り込み部４４の先端を基点として、クラック誘導面に沿ってクラックをより誘発させ易くすることができる。さらに、角部４４ｂを区画する面４４ｂ１，４４ｂ２の少なくとも一方の面４４ｂ２を最密面（クラック誘導面）としつつ、これに接して薄肉部４７を形成することで、クラック誘導面に沿ってクラックをより誘発させ易くすることができる。
【００３６】
また、ダミー流路部４４も流路部４０も基本的には上記副走査方向に沿って長穴状として形成され、かつ、ダミー流路部４４の方が流路部４０よりも長い。このため、ダミー流路部４４の角部４４ａ，４４ｂの方が流路部４０の先端よりも流路形成基板２４における周縁部に近い位置にある。両者のこの位置的関係により、応力は角部４４ａの側により集中しやすいといえる。さらに、二つの流路部４０の間に一つのダミー流路部４４が挟まれることにより、一つのダミー流路部４４が二つの流路部４０に先んじてクラックを誘発することになり、ダミー流路部４４の数を減らすことができる。クラックを誘発すれば、全体の剛性が低下することにもなるから、数が少ない方が全体としての剛性を高く維持できる。
【００３７】
図８は薄肉部とダミー流路部の変形例を示している。
この例では、ダミー流路部４４の先端に二つの角部４４ｃ，４４ｄを形成している。それぞれの角部４４ｃ，４４ｄを形成する面は図７に示す二つの面４４ｂ１，４４ｂ２と同様のものである。そして、これら二つの角部４４ｃ，４４ｄに接するように薄肉部４８を形成してある。二つの角部４４ｃ，４４ｄは薄肉部４８に隣接し、かつ、二つあるのでより一層ダミー流路部４４でクラックを誘発しやすくなる。なお、この例では薄肉部４８は流路形成基板２４の周縁には到達していない。これによって薄肉部４８によって流路形成基板２４全体の強度が下がってしまわないようにできる。
【００３８】
以上のように、流路形成基板２４におけるダミー流路部４４が、流路部４０との並設方向に直交する方向の端部に、流路形成基板２４の外側に向けて先細りした角部４４ａ〜４４ｄを有し、この角部４４ａ〜４４ｄに隣接して肉厚の薄い薄肉部４６〜４８を形成してあるので、周縁部２４ｂにおいてダミー流路部４４の角部４４ａ〜４４ｄが流路部４０の先端よりも応力集中しやすく脆弱となるので、流路ユニット構成部材の接合時の温度変化によって熱応力が生じたときに、角部４４ａ〜４４ｄの先端を基点として薄肉部４６〜４８に沿って他の部分よりも優先的に脆弱な部分にクラックを誘発させることができる。このため、接合時の熱応力を分散させることができ、流路部４０側にクラックが生じるのを可及的に抑制することが可能となる。その結果、記録ヘッド１の外側にインクが漏れたり、或いは、流路部４０から他の流路部４０にインクが浸入して混色が生じるといった不具合を未然に防止することが可能となる。
【００３９】
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
以上においては、シリコンウェハー３５を用いて流路形成基板２４を作製する例を示したが、流路形成基板２４の基材としては、シリコンウェハー３５に限らず、結晶性を有する他の基材を用いることも可能である。また、結晶性を有しない基材であっても薄肉部によってクラックを誘発しやすくなることは変わらない。
【００４０】
また、流路形成基板２４に関し、上記実施形態では一枚の板材で構成する例を示したが、これには限らず、流路形成基板２４を複数の板材で構成してもよい。即ち、例えば、インク供給口２８となる溝部や圧力室２９となる空部４２が形成された第１流路形成基板と、共通インク室２７となる開口部４１が形成された第２流路形成基板の２枚で流路形成基板２４を構成することも可能である。この場合、夫々の基板にダミー流路部４４を形成し、このダミー流路部４４の角部に隣接して薄肉部を形成する。
【００４１】
また、以上では、液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録ヘッド１を例に挙げて説明したが、本発明は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（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、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噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
【００４３】
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。
【符号の説明】
【００４４】
１…記録ヘッド，２…カートリッジ基台，３…フィルタ，４…インク導入針，５…駆動用基板，６…コネクタ，７…シート，８…電子部品，１０…ケース，１１…流路ユニット，１２…収容空部，１３…アクチュエータユニット，１４…基板取付面，１６…ヘッドカバー，１９…圧電振動子，２０…固定板，２１…配線部材，２３…弾性板，２４…流路形成基板，２５…ノズルプレート，２７…共通インク室，２８…インク供給口，２９…圧力室，３０…ノズル開口，３２…島部，３５…シリコンウェハー，３７…シリコンウェハーの表面，４０…流路部，４１…開口部，４２…空部，４４…ダミー流路部，４４ａ〜４４ｄ…角部，４４ｂ２…面（最密面）、４６〜４８…薄肉部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路形成基板に形成された共通液体室から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を有する液体噴射ヘッドと、この液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴として吐出させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置（液体噴射装置）に用いられるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）、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（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、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噴射ヘッド等がある。
【０００３】
上記記録ヘッドの場合を例に挙げると、この記録ヘッドは、複数のノズル開口が開設されたノズルプレート、共通インク室から圧力室を通ってノズル開口に至る一連のインク流路を区画する空部や溝部などの流路部が開設された流路形成基板、圧力発生素子の作動に応じて圧力室に対応する領域が弾性変形する弾性板（流路形成基板の開口面を封止する封止板とも言える）を有する流路ユニットを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。これらの流路ユニット構成部材のうち、上記流路形成基板は、記録画像の高密度化や記録動作の高速化に対応すべく、高い加工密度や加工精度が要求される。そのため、この流路形成基板の材料としては、異方性エッチング等によって微細な形状を寸法精度良く形成可能なシリコン単結晶性基板（シリコンウェハー）が好適に用いられる。一方、ノズルプレートや弾性板の材料としては、加工の容易性から、例えばステンレス綱等の金属製の板材が用いられる。
【０００４】
上記のように流路形成基板には、共通インク室となる貫通孔（以下、単にリザーバという）等の流路部が異方性エッチング等によって設けられるが、特許文献１に開示されている記録ヘッドでは、リザーバの端部領域が、端に行くほど次第に絞られて尖った形状に形成されている。このようにすると、リザーバの端部領域においてインクの流れを円滑にすることができ、この領域における気泡の滞留を防止することができるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７７１１９号公報（第４図、第１０図等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のノズルプレート、流路形成基板、及び弾性板からなる流路ユニットの構成部材は、接着剤を構成部材同士の間に介在させ、この接着剤を加熱して硬化させることで接合される。ところが、流路形成基板がシリコンで作製され、ノズルプレートがステンレス鋼等の金属製の板材で作製されている場合には、これらの構成部材の基材間に線膨張率の差があるため、接合時の加熱及び冷却による温度変化によって相対的な伸縮差が生じて構成部材が変形することがある。この際、流路形成基板の周縁側は、流路部が設けられた中央側に比べて剛性が高く、剛性が高い領域と低い領域との境界部分に応力が集中し、これにより、流路形成基板にクラックが入ることがある。特に、上記特許文献１の例のように、リザーバの端部領域が尖った形状となっている場合、尖っているが故に、この尖った部分に応力が集中するため、この尖端からクラック（割れ）が発生し易い。
【０００７】
このようにリザーバ等の流路部にクラックが生じると、このクラックを通じて記録ヘッドの外側にインクが漏れたり、或いは、クラックを通じて漏出したインクが他の色に対応する流路部に浸入して混色が生じる可能性があり得る。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流路形成基板の液体流路にクラックが生じるのを可及的に防止することが可能な液体噴射ヘッドと、同液体噴射ヘッドを備えた液体噴射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】
本発明は、圧力発生素子により内部の液体に圧力変動を受ける圧力室に液体を供給する共通液体室と流路部が形成された流路形成基板と、上記圧力室に連通するノズル開口が形成されたノズル形成部材とを有する流路ユニットを備え、上記圧力発生素子の作動に応じて上記ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、上記流路形成基板は、液滴の吐出には関与しないとともに当該流路形成基板を貫通する空間からなるダミー流路部を有し、上記流路形成基板は、上記ダミー流路部の周縁部側の領域から上記流路形成基板の周縁部側に向かう領域に肉厚を薄くした薄肉部が形成されていることを特徴とする。
また、上記流路形成基板は、上記ダミー流路部の周縁部側となる領域で応力が集中しやすい形状に形成されている応力集中領域を有するように構成しても良い。
【０００９】
上記構成によれば、流路形成基板の周縁部において、ダミー流路部に応力が集中しやすい形状が形成されており、他の部分よりも脆弱となるので、流路ユニット構成部材の接合時の温度変化によって熱応力が生じたときに、同応力集中領域を基点として、他の部分よりも優先的に脆弱な部分にクラックを誘発させることができる。特に、流路部にも同様の角部が形成されるものの、上記流路形成基板の側にも応力集中領域に隣接しつつ上記周縁部側に向かう位置を、肉厚を薄くした薄肉部で形成している。すなわち、応力が集中しやすい形状の上に当該部分の肉厚が薄いので、よりクラックを誘発しやすくなる。
【００１０】
また、上記流路形成基板は、結晶性を有する基材により形成され、上記薄肉部は、上記応力集中領域から結晶構造における最密面の方向に沿って形成しても良い。
一般に結晶構造を有する場合は最密面の方向に沿って割れやすい。従って、薄肉部が応力集中領域から最密面の方向に沿って形成してあれば、その方向に沿って割れやすくなる。
さらに、上記ダミー流路部は、応力が集中しやすい形状として上記流路形成基板における周縁部に近い部分で二面が交差する角部が形成され、上記薄肉部は、この角部に接するように形成することができる。
【００１１】
二面が交差する角部には応力が集中しやすいので、薄肉部の効果も相乗してよりクラックを誘発しやすい。
角部に接するというのは、薄肉部がある幅を持って形成されているときに、その端から端までのどこかが角部に接していればよい。薄肉部の真ん中であっても良いし、端であっても良い。
そして、上記ダミー流路部の角部を形成する二面のうちの一方が結晶構造における最密面とするようにしてもよい。
【００１２】
結晶構造における最密面は他の角度よりも割れやすい。すなわち、応力が集中したときにこの最密面に沿って割れやすい。角部を形成する一面が最密面であることにより、さらに確実に当該角部にクラックを誘発させることができる。
また、上記薄肉部は、上記ダミー流路部の応力集中領域から上記流路形成基板における周縁までつながるように形成してもよい。
【００１３】
薄肉部が応力集中領域から周縁までつながっていることで、この薄肉部以外の部分にクラックを誘発しにくくなる。
さらに、上記薄肉部は、上記ダミー流路部の応力集中領域から上記流路形成基板における周縁まではつながっていないように形成してもよい。
周縁までつながっていると他の部分にクラックを誘発させないという点で優れるものの、流路形成基板全体の強度が下がる傾向も生じる。このため、クラックを誘発させるという点で薄肉部が作用すればよいので、必ずしも周縁までつなげず、その代わりに流路形成基板全体の強度を確保できる。
【００１４】
また、上記ダミー流路部の応力集中領域は複数形成され、上記薄肉部は、これらの複数の応力集中領域に隣接するように形成しても良い。
応力集中領域は一つとは限らないが、薄肉部としてはある幅を有する形状となるので、複数の応力集中領域に対してまとめて隣接するように形成すれば良い。
むろん、このような液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置でも、同様にしてクラックを誘発できる。
なお、液体噴射ヘッドのより具体的な構成として、ノズル開口ごとの所定の液体流路と、各色ごとに共通の共通液体室とからなる流路部が形成された流路形成基板と、液滴が吐出される上記ノズル開口が開設され、上記流路形成基板の一方の面に接合されるノズル形成部材と、上記流路形成基板の他方の面に接合され、圧力発生素子の作動に応じて上記ノズル開口ごとの所定の液体流路である圧力室に対応する領域が弾性変形する弾性板とから構成され、上記共通液体室から上記圧力室を通って上記ノズル開口に至る一連の液体流路を形成する流路ユニットを備えるようにしてもよい。
その上で、上記流路形成基板は、上記流路部とともに、液滴の吐出には関与しないとともに当該流路形成基板を貫通する空間からなるダミー流路部を有し、上記ダミー流路部は上記流路形成基板における周縁部に近い部分で応力が集中しやすい応力集中領域を有する形状として形成され、上記流路形成基板は、この応力集中領域に隣接しつつ上記周縁部側に向かう位置に肉厚を薄くした薄肉部を形成することが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、接合時の熱応力をインクなどが充填されないダミー流路部へ分散させることができ、流路部側にクラックが生じるのを抑制することが可能となる。その結果、液体噴射ヘッドの外側に液体が漏れたり、或いは、流路部から他の流路部に液体が浸入して液体が混じり合うといった不具合を未然に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図である。
【図２】記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。
【図３】流路形成基板の基材となるシリコンウェハーの平面図である。
【図４】流路形成基板の構成を説明する平面図である。
【図５】図４における領域Ａの拡大図である。
【図６】薄肉部を示す断面図である。
【図７】薄肉部の変形例を示す図である。
【図８】薄肉部の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面等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、本発明の液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録装置（液体噴射装置の一種。以下、単にプリンタという）に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を例に挙げて行う。
【００１８】
図１は、本実施形態における記録ヘッド１の分解斜視図、図２は、記録ヘッド１の要部断面図である。例示した記録ヘッド１は、カートリッジ基台２（以下、「基台」という）、駆動用基板５、ケース１０、流路ユニット１１、及び、アクチュエータユニット１３を主な構成要素としている。基台２は、例えば、エポキシ系樹脂等の合成樹脂によって成型されており、その上面にはフィルタ３を介在させた状態でインク導入針４が複数取り付けられている。これらのインク導入針４には、インク（液体の一種）を貯留したインクカートリッジ（図示せず）が装着されるようになっている。
【００１９】
駆動用基板５は、図示せぬプリンタ本体側からの駆動信号を圧電振動子１９へ供給するための配線パターンが形成されると共に、プリンタ本体側との接続のためのコネクタ６や抵抗やコンデンサ等の電子部品８等を実装している。コネクタ６にはＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）等の配線部材が接続され、駆動用基板５は、このＦＦＣを介してプリンタ本体側から駆動信号を受けるようになっている。そして、この駆動用基板５は、パッキンとして機能するシート７を介在させた状態で、インク導入針４とは反対側の基台２の底面側に配置される。
【００２０】
ケース１０は、合成樹脂製の中空箱体状部材であり、先端面（下面）には流路ユニット１１を接合し、内部に形成された収容空部１２内にはアクチュエータユニット１３を収容し、流路ユニット１１側とは反対側の基板取付面１４には駆動用基板５を取り付けるようになっている。また、このケース１０の先端面側には、金属製の薄板部材によって作製されたヘッドカバー１６が、流路ユニット１１の外側からその周縁部を包囲するように取り付けられる。このヘッドカバー１６は、流路ユニット１１やケース１０を保護すると共に、流路ユニット１１のノズルプレート２５を接地電位に調整し、記録紙等から発生する静電気によるノイズ等の障害を防止する機能を果たす。
【００２１】
上記アクチュエータユニット１３は、櫛歯状に列設された複数の圧電振動子１９（圧力発生素子の一種）と、この圧電振動子１９が接合される固定板２０と、駆動用基板５からの駆動信号を圧電振動子１９に伝達するための、ＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）等の配線部材２１等から構成される。各圧電振動子１９は、固定端部側が固定板２０上に接合され、自由端部側が固定板２０の先端面よりも外側に突出している。即ち、各圧電振動子１９は、所謂片持ち梁の状態で固定板２０上に取り付けられている。また、各圧電振動子１９を支持する固定板２０は、例えば厚さ１ｍｍ程度のステンレス鋼によって構成されている。そして、アクチュエータユニット１３は、固定板２０の背面を、収納空部１２を区画するケース内壁面に接着することで収納空部１２内に収納・固定されている。
【００２２】
流路ユニット１１は、弾性板２３、流路形成基板２４、及びノズルプレート２５からなる流路ユニット構成部材を積層した状態で接着剤で接合して一体化することにより作製されており、共通インク室２７（共通液体室）からインク供給口２８及び圧力室２９を通りノズル開口３０に至るまでの一連のインク流路（本発明における液体流路に相当）を形成する部材である。圧力室２９は、ノズル開口３０の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成されている。また、共通インク室２７は、インクカートリッジに挿入されたインク導入針４側からのインクが導入される室である。そして、この共通インク室２７に導入されたインクは、インク供給口２８を通じて各圧力室２９に分配供給される。
【００２３】
流路ユニット１１の底部に配置されるノズルプレート２５（本発明におけるノズル形成部材の一種）は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル開口３０を、紙送り方向（副走査方向）に列状に開設した金属製の薄い板材である。本実施形態のノズルプレート２５は、ステンレス鋼の板材によって作製され、ノズル開口３０の列（ノズル列）が、記録ヘッド１の走査方向（主走査方向）に複数並べて設けられている。そして、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル開口３０によって構成される。本実施形態の記録ヘッド１は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の合計４色のインクを吐出可能に構成されており、これらの色に対応させて合計４列のノズル列がノズルプレート２５に形成されている。
【００２４】
流路ユニット構成部材の１つである流路形成基板２４は、インク流路となる流路部４０、具体的には、共通インク室２７となる開口部４１、インク供給口２８となる溝部、及び、圧力室２９となる空部４２（何れも図４参照）が区画形成された板状の部材である。本実施形態において、流路形成基板２４は、結晶性を有する基材であるシリコンウェハーを異方性エッチング処理することによって作製されている。この流路形成基板２４の詳細については、図４を用いて後述する。
【００２５】
ノズルプレート２５とは反対側の流路形成基板２４の面に配置される弾性板２３は、ステンレス鋼等の金属製の支持板上に弾性フィルムをラミネート加工した二重構造の複合板材である。この弾性板２３の圧力室２９に対応する部分には、圧電振動子１９の自由端部の先端を接合するための島部３２が形成されており、この部分がダイヤフラム部として機能する。即ち、この弾性板は２３は、圧電振動子１９の作動に応じて島部３２の周囲の弾性フィルムが弾性変形するように構成されている。また、弾性板２３は、流路形成基板２４の開口部４１の一方の開口面を封止し、コンプライアンス部３３としても機能する。このコンプライアンス部３３に相当する部分については弾性フィルムだけにしている。
【００２６】
なお、この弾性板２３は、流路形成基板２４に形成された流路部４０の開口面を封止する封止板と言うこともできる。
そして、この記録ヘッド１において、上記駆動用基板５から配線部材２１を通じて圧電振動子１９に駆動信号が供給されると、この圧電振動子１９が素子長手方向に伸縮し、これに伴い島部３２が圧力室２９に近接する方向或いは離隔する方向に移動する。これにより、圧力室２９の容積が変化し、圧力室２９内のインクに圧力変動が生じる。この圧力変動によってノズル開口３０からインク滴（液滴の一種）が吐出される。即ち、この圧電振動子１９は、圧力室２９内のインクに圧力変動を発生させることによりこの圧力室２９内のインクをノズル開口３０からインク滴として吐出させ得る圧力発生源の一種であるとも言える。
【００２７】
図３は、上記流路形成基板２４の材料となるシリコンウェハー３５の平面図である。このシリコンウェハー３５は、例えば、表面３７が結晶方位面（１１０）面に設定されたシリコン単結晶基板である。このシリコンウェハー３５の表面３７上には、流路形成基板２４となる基板領域２４´が、切断予定線Ｌ１，Ｌ２によって複数（本実施形態では１０箇所）区画されており、各基板領域２４´には、上記インク流路となる流路部４０（図４参照）が異方性エッチングによって形成されている。また、切断予定線Ｌ１，Ｌ２上には、同じく異方性エッチングによって細長く小さな貫通孔が複数穿設されてブレイクパターンが形成されている。なお、図３における横切断予定線Ｌ１は、（１１０）面上であって、この（１１０）面に直交する第１の（１１１）面の面方向に設定されている。また、横切断予定線Ｌ１に直交する縦方向の縦切断予定線Ｌ２は、第１の（１１１）面に垂直な軸方向に設定されている。上記第１の（１１１）面は、異方性エッチングにおける基準面となるオリエンテーションフラット（所謂オリフラ）ＯＦを構成している。
【００２８】
図４は、上記シリコンウェハー３５を切断予定線Ｌ１，Ｌ２で分割して得られる流路形成基板２４の構成を説明する平面図である。同図に示すように、流路形成基板２４の中央部２４ａには、開口部４１や空部４２等から成る流路部４０が、異方性エッチングによって形成されている。本実施形態においては、上記４色のインクに対応させて、共通インク室２７となる開口部４１が合計４列形成されている。そして、各開口部４１からは、インク供給口２８となる溝部（図示せず）及び圧力室２９となる空部４２が、ノズルプレート２５に開設されたノズル開口３０に対応させて複数分岐して形成されている。そして、本実施形態の流路形成基板２４には、開口部４１や空部４２の列から成る流路部４０が、主走査方向に並べられた状態で合計４組形成されている。また、図４において左側の２組の流路部４０と右側の２組の流路部４０は、夫々対になっており、空部４２の列（圧力室列）を互いに向き合わせた状態に配置されている。
【００２９】
また、流路形成基板２４には、インク滴の吐出には関与しない貫通孔であるダミー流路部４４が、流路部４０に対して隔てた状態で並設されている。本実施形態においては、対になった流路部４０同士の間にダミー流路部４４が１つずつ、合計２箇所設けられている。より詳しくは、隣り合う流路部４０における空部４２の列の間にダミー流路部４４が配置されている。このダミー流路部４４は、流路部４０とは隔てて（つまり、流路部４０とは連通しない状態で）設けられているので、通常ではインクが入り込まない部分となっており、流路形成基板２４の一部の剛性を調整、具体的には空部４２の列の間の剛性を意図的に低下させて、圧電振動子１９の駆動時の空部４２の列の間の応力集中を緩和させるための緩衝孔として機能する部分である。また、このダミー流路部４４は、流路ユニット構成部材間を接合する際の余分な接着剤或いは気泡を導入する逃げ孔としても機能し、接着剤が流路部４０側に流れ込んだり、各部材間に気泡が入ることで接着不良が発生したりするのを防止する。
【００３０】
ところで、上記開口部４１の副走査方向の両端部は、端に行くほど次第に絞られて尖った形状となっている。このようにすると、開口部４１の両端部、即ち、共通インク室２７の両端側のインクの流れを円滑にすることができ、この部分における気泡の滞留を防止することができる。しかしながら、尖っているが故に、この開口部４１の両端に応力が集中するため、この先端からクラック（割れ）が発生し易い。この開口部４１等の流路部４０でクラックが生じると、このクラックを通じてヘッドの外側にインクが漏れたり、或いは、クラックを通じて漏出したインクが他の色に対応する流路部４０に浸入して混色が生じる虞がある。このような問題を解決すべく、上記流路形成基板２４では、ダミー流路部４４の形状が工夫されており、これにより上記問題を解決している。以下、この点について説明する。
【００３１】
図５は、図４における領域Ａの拡大図である。上記流路形成基板２４におけるダミー流路部４４は、流路部４０との並設方向に直交する方向（本実施形態では副走査方向）の両端部に、流路形成基板２４の外側に向けて先細りした角部４４ａを有している。このような二面が交差する角部の形状では、応力が集中しやすいので、角部が応力集中位置といえ、この領域を応力集中領域といえる。一方、流路形成基板２４には、この角部４４ａと接するように薄肉部４６を形成してある。
図６は、図５におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
この薄肉部４６は、図６に示すように、流路形成基板２４の上面から一定距離だけ掘り下げた部分である。肉厚が薄くなることで、換言するとその上方には断面コの字形で上方に開口する溝が形成されているとも言える。このような薄肉部４６の形状はハーフエッチングによって形成できる。上述した空部４２などを形成する過程で同時に形成することができる。
【００３２】
応力が集中しやすい角部４４ａに隣接して薄肉部４６が形成されている結果、周縁部２４ｂにおいて、角部４４ａで剛性が低下して脆弱になるのに加え、肉厚を薄くした分だけ流路部４４の先端よりもクラックが生じ易くなっている。また、薄肉部４６は、ダミー流路部４４に近い側で角部４４ａに隣接しつつ、流路形成基板２４の周縁部までつながる形状となっている。次に、この向きについて説明する。
【００３３】
ここで、本実施形態の流路形成基板２４の基材であるシリコンウェハー３５のような結晶性を有する基材は、外力や衝撃が加えられたときに、結晶が最密な結晶方位面、即ち、最密面に沿って割れ易い傾向にある。この最密面は、基材の結晶構造によって異なり、例えば、本実施形態におけるシリコンウェハー３５のような面心立方晶構造（ＦＣＣ）の場合には（１１１）面、体心立方構造（ＢＣＣ）の場合には（１１０）面が、それぞれ最密面となる。即ち、最密面の方向はクラックを積極的に誘発させるクラック誘導面として機能する。図５にはこの最密面を破線で示しており、薄肉部４５はこの最密面の方向に向けて形成されている。従って、薄肉部４６にクラックが生じるときには、クラックは最密面に沿って進むが、薄肉部４６が最密面の方向に向けて形成されているので、クラックは確実に薄肉部４６に沿って進むことになる。
【００３４】
図７は、薄肉部の変形例を示しているが、角部４４ｂ自体の形状も変化している。
この例では、角部４４ｂはダミー流路部４４の長手方向に延びる一つの面４４ｂ１をそのまま延ばし、他方の面４４ｂ３の先端近辺から最密面に沿って面４４ｂ２を形成し、面４４ｂ２と面４４ｂ１とが交差して角部４４ｂを形成している。薄肉部４７は所定の幅を有しているがその最も端が最密面である面４４ｂ２につながるように形成されている。
【００３５】
すなわち、本実施形態では、角部４４ａを区画する面４４ｂ１，４４ｂ２の少なくとも一方の面４４ｂ２が、流路形成基板２４（シリコンウェハー３５）の最密面に設定されている。具体的には、角部４４ｂの一方の面４４ｂ２が、（１１０）面上でオリフラとしての第１の（１１１）面と約７０°で交差する第２の（１１１）面に設定されている。即ち、この面４４ｂ２は、クラックを積極的に誘発させるクラック誘導面として機能する。このように切り込み部４４を区画する面の少なくとも一面を最密面（クラック誘導面）とすることで、切り込み部４４の先端を基点として、クラック誘導面に沿ってクラックをより誘発させ易くすることができる。さらに、角部４４ｂを区画する面４４ｂ１，４４ｂ２の少なくとも一方の面４４ｂ２を最密面（クラック誘導面）としつつ、これに接して薄肉部４７を形成することで、クラック誘導面に沿ってクラックをより誘発させ易くすることができる。
【００３６】
また、ダミー流路部４４も流路部４０も基本的には上記副走査方向に沿って長穴状として形成され、かつ、ダミー流路部４４の方が流路部４０よりも長い。このため、ダミー流路部４４の角部４４ａ，４４ｂの方が流路部４０の先端よりも流路形成基板２４における周縁部に近い位置にある。両者のこの位置的関係により、応力は角部４４ａの側により集中しやすいといえる。さらに、二つの流路部４０の間に一つのダミー流路部４４が挟まれることにより、一つのダミー流路部４４が二つの流路部４０に先んじてクラックを誘発することになり、ダミー流路部４４の数を減らすことができる。クラックを誘発すれば、全体の剛性が低下することにもなるから、数が少ない方が全体としての剛性を高く維持できる。
【００３７】
図８は薄肉部とダミー流路部の変形例を示している。
この例では、ダミー流路部４４の先端に二つの角部４４ｃ，４４ｄを形成している。それぞれの角部４４ｃ，４４ｄを形成する面は図７に示す二つの面４４ｂ１，４４ｂ２と同様のものである。そして、これら二つの角部４４ｃ，４４ｄに接するように薄肉部４８を形成してある。二つの角部４４ｃ，４４ｄは薄肉部４８に隣接し、かつ、二つあるのでより一層ダミー流路部４４でクラックを誘発しやすくなる。なお、この例では薄肉部４８は流路形成基板２４の周縁には到達していない。これによって薄肉部４８によって流路形成基板２４全体の強度が下がってしまわないようにできる。
【００３８】
以上のように、流路形成基板２４におけるダミー流路部４４が、流路部４０との並設方向に直交する方向の端部に、流路形成基板２４の外側に向けて先細りした角部４４ａ〜４４ｄを有し、この角部４４ａ〜４４ｄに隣接して肉厚の薄い薄肉部４６〜４８を形成してあるので、周縁部２４ｂにおいてダミー流路部４４の角部４４ａ〜４４ｄが流路部４０の先端よりも応力集中しやすく脆弱となるので、流路ユニット構成部材の接合時の温度変化によって熱応力が生じたときに、角部４４ａ〜４４ｄの先端を基点として薄肉部４６〜４８に沿って他の部分よりも優先的に脆弱な部分にクラックを誘発させることができる。このため、接合時の熱応力を分散させることができ、流路部４０側にクラックが生じるのを可及的に抑制することが可能となる。その結果、記録ヘッド１の外側にインクが漏れたり、或いは、流路部４０から他の流路部４０にインクが浸入して混色が生じるといった不具合を未然に防止することが可能となる。
【００３９】
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
以上においては、シリコンウェハー３５を用いて流路形成基板２４を作製する例を示したが、流路形成基板２４の基材としては、シリコンウェハー３５に限らず、結晶性を有する他の基材を用いることも可能である。また、結晶性を有しない基材であっても薄肉部によってクラックを誘発しやすくなることは変わらない。
【００４０】
また、流路形成基板２４に関し、上記実施形態では一枚の板材で構成する例を示したが、これには限らず、流路形成基板２４を複数の板材で構成してもよい。即ち、例えば、インク供給口２８となる溝部や圧力室２９となる空部４２が形成された第１流路形成基板と、共通インク室２７となる開口部４１が形成された第２流路形成基板の２枚で流路形成基板２４を構成することも可能である。この場合、夫々の基板にダミー流路部４４を形成し、このダミー流路部４４の角部に隣接して薄肉部を形成する。
【００４１】
また、以上では、液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録ヘッド１を例に挙げて説明したが、本発明は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（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、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噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
【００４３】
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。
【符号の説明】
【００４４】
１…記録ヘッド，２…カートリッジ基台，３…フィルタ，４…インク導入針，５…駆動用基板，６…コネクタ，７…シート，８…電子部品，１０…ケース，１１…流路ユニット，１２…収容空部，１３…アクチュエータユニット，１４…基板取付面，１６…ヘッドカバー，１９…圧電振動子，２０…固定板，２１…配線部材，２３…弾性板，２４…流路形成基板，２５…ノズルプレート，２７…共通インク室，２８…インク供給口，２９…圧力室，３０…ノズル開口，３２…島部，３５…シリコンウェハー，３７…シリコンウェハーの表面，４０…流路部，４１…開口部，４２…空部，４４…ダミー流路部，４４ａ〜４４ｄ…角部，４４ｂ２…面（最密面）、４６〜４８…薄肉部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力発生素子により内部の液体に圧力変動を受ける圧力室に液体を供給する共通液体室と流路部が形成された流路形成基板と、
上記圧力室に連通するノズル開口が形成されたノズル形成部材とを有する流路ユニットを備え、上記圧力発生素子の作動に応じて上記ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、
上記流路形成基板は、液滴の吐出には関与しないとともに当該流路形成基板を貫通する空間からなるダミー流路部を有し、
上記流路形成基板は、上記ダミー流路部の周縁部側の領域から上記流路形成基板の周縁部側に向かう領域に肉厚を薄くした薄肉部が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
上記流路形成基板は、上記ダミー流路部の周縁部側となる領域で応力が集中しやすい形状に形成されている応力集中領域を有する請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
上記流路形成基板は、結晶性を有する基材により形成され、上記薄肉部は、上記応力集中領域から結晶構造における最密面の方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
上記ダミー流路部は、応力が集中しやすい形状として上記流路形成基板における周縁部に近い部分で二面が交差する角部が形成され、
上記薄肉部は、上記角部を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
上記ダミー流路部の角部を形成する二面のうちの一方が結晶構造における最密面であることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
上記薄肉部は、上記ダミー流路部の応力集中領域から上記流路形成基板における周縁までつながっていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
上記薄肉部は、上記ダミー流路部の応力集中領域から上記流路形成基板における周縁まではつながっていないことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
上記ダミー流路部の応力集中領域は複数形成され、上記薄肉部は、これらの複数の応力集中領域に隣接することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
圧力発生素子により内部の液体に圧力変動を受ける圧力室に液体を供給する共通液体室と流路部が形成された流路形成基板と、
上記圧力室に連通するノズル開口が形成されたノズル形成部材とを有する流路ユニットを備え、上記圧力発生素子の作動に応じて上記ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置であって、
上記流路形成基板は、液滴の吐出には関与しないとともに当該流路形成基板を貫通する空間からなるダミー流路部を有し、
上記流路形成基板は、上記ダミー流路部の周縁部側の領域から上記流路形成基板の周縁部側に向かう領域に肉厚を薄くした薄肉部が形成されていることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１】
圧力発生素子により内部の液体に圧力変動を受ける圧力室に液体を供給する共通液体室と流路部が形成された流路形成基板と、
上記圧力室に連通するノズル開口が形成されたノズル形成部材とを有する流路ユニットを備え、上記圧力発生素子の作動に応じて上記ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、
上記流路形成基板は、液滴の吐出には関与しないとともに当該流路形成基板を貫通する空間からなるダミー流路部を有し、
上記流路形成基板は、上記ダミー流路部の周縁部側の領域から上記流路形成基板の周縁部側に向かう領域に肉厚を薄くした薄肉部が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
上記流路形成基板は、上記ダミー流路部の周縁部側となる領域で応力が集中しやすい形状に形成されている応力集中領域を有する請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
上記流路形成基板は、結晶性を有する基材により形成され、上記薄肉部は、上記応力集中領域から結晶構造における最密面の方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
上記ダミー流路部は、応力が集中しやすい形状として上記流路形成基板における周縁部に近い部分で二面が交差する角部が形成され、
上記薄肉部は、上記角部を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
上記ダミー流路部の角部を形成する二面のうちの一方が結晶構造における最密面であることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
上記薄肉部は、上記ダミー流路部の応力集中領域から上記流路形成基板における周縁までつながっていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
上記薄肉部は、上記ダミー流路部の応力集中領域から上記流路形成基板における周縁まではつながっていないことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
上記ダミー流路部の応力集中領域は複数形成され、上記薄肉部は、これらの複数の応力集中領域に隣接することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
圧力発生素子により内部の液体に圧力変動を受ける圧力室に液体を供給する共通液体室と流路部が形成された流路形成基板と、
上記圧力室に連通するノズル開口が形成されたノズル形成部材とを有する流路ユニットを備え、上記圧力発生素子の作動に応じて上記ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置であって、
上記流路形成基板は、液滴の吐出には関与しないとともに当該流路形成基板を貫通する空間からなるダミー流路部を有し、
上記流路形成基板は、上記ダミー流路部の周縁部側の領域から上記流路形成基板の周縁部側に向かう領域に肉厚を薄くした薄肉部が形成されていることを特徴とする液体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２１０７７５（Ｐ２０１２−２１０７７５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７９０１（Ｐ２０１１−７７９０１）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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