JP2000343703A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット記録ヘッドにおいて良好なイ
ンク吐出特性を得るための隙間のない良好な天板接合
を、天板や基板の形状ばらつきに応じて最適の条件で行
なうための接合状態についての情報を得る手段を提供す
る。 【解決手段】 互いに接合されることで複数の液流路を
構成するための第１の基板および第２の基板を有するヘ
ッドにおいて、第１および第２の基板の対向する位置に
設けられた電極より構成される位置センサを備えたこと
を特徴とする記録ヘッド、並びに前記位置センサを用い
て前記第１、第２の基板の接合を行うことを特徴とする
記録ヘッドの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録装置用の記録
ヘッドに関するものである。特にインクジェット用記録
ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来知られているインクジェット記録ヘ
ッドは、シリコン基板からなる基板上に発熱体を持ち記
録信号に応じて熱エネルギーをヒーターボード(第１の
基板)と、ポリサルフォン等の樹脂やガラス等からなる
天板(第２の基板)とを接合することによりインク流路を
形成している。

【０００３】ここで、部品加工時の精度ばらつき、製造
工程のばらつきなどが許容限度を超えると、この天板接
合に不具合が生じ接合面に隙間が生じ、その状態でイン
クを吐出させると、吐出エネルギーがその隙間から逃げ
ることで吐出体積や吐出速度などの吐出特性に大きな影
響を与える。そこで、良好な天板接合を行うために様々
な方法が検討されてきた。(図１) 特開平０４-２４７９４６号公報、０４-２５００４８号
公報に記載のように、天板における基板と接合する面に
天板と接合するとつぶれる突起を形成してその突起を確
実につぶすことで天板接合の密着性を高めたり、特開平
１０-７６６６８号公報に記載のように、天板接合の画
像認識の精度を高めるために天板のオリフィスプレート
と基板接合面の交差線付近に画像認識を容易にする部材
を持つことなどの方法で天板接合の精度を高めてきた。
(図２)

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし天板の材質や製
造工程によっては、部品ごとに形状がばらつきその天板
に最適な天板接合を常に行うことは困難であった。さら
に、近年では、吐出口の高密度配列や安定吐出による高
品位画像の実現の要求により、第１の基板と第２の基板
の接合精度をさらに上げることが要求されている。

【０００５】前記の突起を確実につぶすなどのメカ的な
突き合わせや嵌合による方法では上記要求にこたえられ
るだけの精度を得るのが困難なことが多い。また、画像
処理では、画像処理により位置を確認後天板を移動して
天接するため、第１の基板と第２の基板が接合した状態
を直接みることができず、接合時に生じたずれなどの影
響がでる場合がある。

【０００６】また、天板接合後にその接合が良好な状態
かどうかを調査するためには途中で抜き取り破壊検査を
行なうことが考えられるが、手間がかかり損失も多く現
実的でない。そのため最終形態であるインクジェット記
録ヘッドまで組み立てた後、インクを吐出させて確認す
るほかに方法がなく、やはり部品の無駄が問題となる場
合があった。

【０００７】さらに、接合状態がすぐに確認できないた
め、ピッチズレ等が発生しても不良品をしばらく作り続
けてしまい、不良品を最終工程の印字まで流してしまう
場合があった。

【０００８】これら天接歩留まりの低下や不良品の発生
はヘッドのコストアップを招き、問題となる場合があっ
た。

【０００９】そこで、天板や基板の形状ばらつきに応じ
た天板接合を行い、不良品の発生をおさえるとともに、
天板接合の直後に接合状態についての情報を得ることが
求められている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するためになされたものである。

【００１１】すなわち、互いに接合されることで複数の
液流路を構成するための第１の基板および第２の基板を
有するヘッドにおいて、第１および第２の基板の対向す
る位置に設けられた電極より構成される位置センサを備
えたことを特徴とする記録ヘッドについてのものであ
る。

【００１２】前記位置センサは、前記電極間の静電容量
を測定することにより前記第１、第２の基板の相対位置
を検出するものであることが好ましい。

【００１３】また前記記録ヘッドはインクジェット記録
用のものであることが好ましい。

【００１４】また、本発明は互いに接合されることで複
数の液流路を構成するための第１の基板および第２の基
板を有するヘッドにおいて、第１および第２の基板の対
向する位置に設けられた電極より構成される位置センサ
を用いて前記第１、第２の基板の接合を行うことを特徴
とする記録ヘッドの製造方法についてのものである。

【００１５】前記製造方法においては、上記位置センサ
の電極間の静電容量を測定することによって接合を行な
うことが好ましい。

【００１６】なお、本発明の説明で用いる「上流」「下
流」とは、液体の供給源から気泡発生領域(または可動
部材)を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関し
て、またはこの構成上の方向に関しての表現として用い
られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図３(a)は、本発明の一実施形態
である液体吐出ヘッドを示した図である。

【００１８】図３(a)に示すように、この液体吐出ヘッ
ドは、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与
える複数個の発熱体５０５が並列に設けられた第１のＳ
i基板５０４(通常は素子基板)と、第１のＳi基板５０４
上に接合された第２のＳi基板５０１(通常は天板)と、
各Ｓi基板の前端面に接合されたオリフィスプレート５
０７とを有する。図３(b)は横方向から見た図であり、
矢印方向に接合される。

【００１９】図４(a)は、本発明の別の実施形態である
液体吐出ヘッドを示した図である。素子基板と天板とで
構成される液流路内に設置された可動部材５０６を有す
る他は図３(a)と同じである。図４(b)も同様に横方向か
ら見た図である。

【００２０】以下、図４で示した構成についてより詳細
に図示し説明する。

【００２１】図５は、図４で示した液体吐出ヘッドの液
流路方向に沿った断面図である。

【００２２】図５に示すように、素子基板１は、シリコ
ン等の基板上に絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸
化膜または窒化シリコン膜を成膜し、その上に、発熱体
２を構成する電気抵抗層および配線をパターニングした
ものである。この配線から電気抵抗層に電圧を印加し、
電気抵抗層に電流を流すことで発熱体２が発熱する。

【００２３】天板３は、各発熱体２に対応した複数の液
流路７および各液流路７に液体を供給するための共通液
室８を構成するためのもので、天井部分から各発熱体２
の間に延びる流路側壁９が一体的に設けられている。天
板３はシリコン系の材料で構成され、液流路７および共
通液室９のパターンをエッチングで形成したり、シリコ
ン基板上にＣＶＤ等の公知の成膜方法により窒化シリコ
ン、酸化シリコンなど、流路側壁９となる材料を堆積し
た後、液流路７の部分をエッチングして形成することが
できる。

【００２４】オリフィスプレート４には、各液流路７に
対応しそれぞれ液流路７を介して共通液室８に連通する
複数の吐出口５が形成されている。オリフィスプレート
４もシリコン系の材料からなるものであり、例えば、吐
出口５を形成したシリコン基板を１０〜１５０μｍ程度
の厚さに削ることにより形成される。なお、オリフィス
プレート４は本発明には必ずしも必要な構成ではなく、
オリフィスプレート４を設ける代わりに、天板３に液流
路７を形成する際に天板３の先端面にオリフィスプレー
ト４の厚さ相当の壁を残し、この部分に吐出口５を形成
することで、吐出口付きの天板とすることもできる。

【００２５】さらに、図３の構成になく、図４の構成で
加わる可動部材について説明する。

【００２６】可動部材６は、液流路７を吐出口５に連通
した第１の液流路７aと、発熱体２を有する第２の液流
路７bとに分けるように、発熱体２に対面して配置され
た片持梁状の薄膜であり、窒化シリコンや酸化シリコン
などのシリコン系の材料で形成される。

【００２７】この可動部材６は、液体の吐出動作によっ
て共通液室８から可動部材６を経て吐出口５側へ流れる
大きな流れの上流側に支点６aを持ち、この支点６aに対
して下流側に自由端６bを持つように、発熱体２に面し
た位置に発熱体２を覆うような状態で発熱体２から所定
の距離を隔てて配されている。この発熱体２と可動部材
６との間が気泡発生領域１０となる。

【００２８】上記構成に基づき、発熱体２を発熱させる
と、可動部材６と発熱体２との間の気泡発生領域１０の
液体に熱が作用し、これにより発熱体２上に膜沸騰現象
に基づく気泡が発生し、成長する。この気泡の成長に伴
う圧力は可動部材６に優先的に作用し、可動部材６は図
１に破線で示されるように、支点６aを中心に吐出口５
側に大きく開くように変位する。可動部材６の変位もし
くは変位した状態によって、気泡の発生に基づく圧力の
伝搬や気泡自身の成長が吐出口５側に導かれ、吐出口５
から液体が吐出する。

【００２９】つまり、気泡発生領域１０上に、液流路７
内の液体の流れの上流側(共通液室８側)に支点６aを持
ち下流側(吐出口５側)に自由端６bを持つ可動部材６を
設けることによって、気泡の圧力伝搬方向が下流側へ導
かれ、気泡の圧力が直接的に効率よく吐出に寄与するこ
とになる。そして、気泡の成長方向自体も圧力伝搬方向
と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく成長
する。このように、気泡の成長方向自体を可動部材によ
って制御し、気泡の圧力伝搬方向を制御することで、吐
出効率や吐出力または吐出速度等の根本的な吐出特性を
向上させることができる。

【００３０】一方、気泡が消泡工程に入ると、可動部材
６の弾性力との相乗効果で気泡は急速に消泡し、可動部
材６も最終的には図５に実線で示した初期位置に復帰す
る。このとき、気泡発生領域１０での気泡の収縮体積を
補うため、また、吐出された液体の体積分を補うため
に、上流側すなわち共通液室８側から液体が流れ込み、
液流路７への液体の充填(リフィル)が行われるが、この
液体のリフィルは、可動部材６の復帰作用に伴って効率
よく合理的かつ安定して行われる。

【００３１】また、本実施形態の液体吐出ヘッドは、発
熱体２を駆動したりその駆動を制御するための回路や素
子を有する。これら回路や素子は、その機能に応じて素
子基板１または天板３に分担して配置されている。ま
た、これら回路や素子は、素子基板１および天板３がシ
リコン材料で構成されていることから、半導体ウェハプ
ロセス技術を用いて容易かつ微細に形成することができ
る。

【００３２】以下に、半導体ウェハプロセス技術を用い
て形成された素子基板１の構造について説明する。

【００３３】図６は、図５に示す液体吐出ヘッドに用い
られる素子基板の断面図である。図４に示すように、本
実施形態の液体吐出ヘッドに用いられる素子基板１で
は、シリコン基板３０１の表面に、蓄熱層としての熱酸
化膜３０２および、蓄熱層を兼ねる層間膜３０３がこの
順番で積層されている。層間膜３０３としては、ＳiＯ₂
膜またはＳi₃Ｎ₄膜が用いられている。層間膜３０３の
表面に部分的に抵抗層３０４が形成され、抵抗層３０４
の表面に部分的に配線３０５が形成されている。配線３
０５としては、Ａlまたは、Ａl-Ｓi,Ａl-ＣuなどのＡl
合金配線が用いられている。この配線３０５、抵抗層３
０４および層間膜３０３の表面に、ＳiＯ₂膜またはＳi₃
Ｎ₄膜から成る保護膜３０６が形成されている。保護膜
３０６の表面の、抵抗層３０４に対応する部分およびそ
の周囲には、抵抗層３０４の発熱に伴う化学的および物
理的な衝撃から保護膜３０６を守るための耐キャビテー
ション膜３０７が形成されている。抵抗層３０４表面
の、配線３０５が形成されていない領域は、抵抗層３０
４の熱が作用する部分となる熱作用部３０８である。

【００３４】この素子基板１上の膜は半導体の製造技術
によりシリコン基板３０１の表面に順に形成され、シリ
コン基板３０１に熱作用部３０８が備えられている。

【００３５】図７は、図６に示す素子基板１の主要素子
を縦断するように素子基板１を切断した模式的断面図で
ある。

【００３６】図７に示すように、Ｐ導電体であるシリコ
ン基板３０１の表層にはＮ型ウェル領域４２２およびＰ
型ウェル領域４２３が部分的に備えられている。そし
て、一般的なＭosプロセスを用いてイオンプラテーショ
ンなどの不純物導入および拡散によって、Ｎ型ウェル領
域４２２にＰ-Ｍos ４２０が、Ｐ型ウェル領域４２３
にＮ-Ｍos ４２１が備えられている。Ｐ-Ｍos ４２０
は、Ｎ型ウェル領域４２２の表層に部分的にＮ型あるい
はＰ型の不純物を導入してなるソース領域４２５および
ドレイン領域４２６や、Ｎ型ウェル領域４２２の、ソー
ス領域４２５およびドレイン領域４２６を除く部分の表
面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜４２８を介して堆積され
たゲート配線４３５などから構成されている。また、Ｎ
-Ｍos ４２１は、Ｐ型ウェル領域４２３の表層に部分
的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領
域４２５およびドレイン領域４２６や、Ｐ型ウェル領域
４２３の、ソース領域４２５およびドレイン領域４２６
を除く部分の表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜４２８を
介して堆積されたゲート配線４３５などから構成されて
いる。ゲート配線４３５は、ＣＶＤ法により堆積した厚
さ 4000Å〜5000Åのポリシリコンから成るものであ
る。これらのＰ-Ｍos ４２０およびＮ-Ｍos ４２１か
らＣ-Ｍosロジックが構成されている。

【００３７】Ｐ型ウェル領域４２３の、Ｎ-Ｍos ４２
１と異なる部分には、電気熱変換素子駆動用のＮ-Ｍos
トランジスタ４３０が備えられている。Ｎ-Ｍosトラン
ジスタ４３０も、不純物導入および拡散などの工程によ
りＰ型ウェル領域４２３の表層に部分的に備えられたソ
ース領域４３２およびドレイン領域４３１や、Ｐ型ウェ
ル領域４２３の、ソース領域４３２およびドレイン領域
４３１を除く部分の表面にゲート絶縁膜４２８を介して
堆積されたゲート配線４３３などから構成されている。

【００３８】本実施形態では、電気熱変換素子駆動用の
トランジスタとしてＮ-Ｍosトランジスタ４３０を用い
たが、複数の電気熱変換素子を個別に駆動できる能力を
持ち、かつ、上述したような微細な構造を得ることがで
きるトランジスタであれば、このトランジスタに限られ
ない。

【００３９】Ｐ-Ｍos ４２０とＮ-Ｍos ４２１との間
や、Ｎ-Ｍos ４２１とＮ-Ｍosトランジスタ４３０との
間などの各素子間には、5000Å〜10000Åの厚さのフィ
ールド酸化により酸化膜分離領域４２４が形成されてお
り、その酸化膜分離領域４２４によって各素子が分離さ
れている。酸化膜分離領域４２４の、熱作用部３０８に
対応する部分は、シリコン基板３０１の表面側から見て
一層目の蓄熱層４３４としての役割を果たす。

【００４０】Ｐ-Ｍos４２０、Ｎ-Ｍos４２１およびＮ-
Ｍosトランジスタ４３０の各素子の表面には、厚さ約
7000ÅのＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜などから成る層間絶
縁膜４３６がＣＶＤ法により形成されている。熱処理に
より層間絶縁膜４３６を平坦化した後に、層間絶縁膜４
３６およびゲート絶縁膜４２８を貫通するコンタクトホ
ールを介して第１の配線層となるＡl電極４３７により
配線が行われている。層間絶縁膜４３６およびＡl電極
４３７の表面には、厚さ 10000Å〜15000ÅのＳiＯ₂膜
から成る層間絶縁膜４３８がプラズマＣＶＤ法により形
成されている。層間絶縁膜４３８の表面の、熱作用部３
０８およびＮ-Ｍosトランジスタ４３０に対応する部分
には、厚さ約 1000ÅのＴaＮ_0.8,hex膜から成る抵抗層
３０４がＤＣスパッタ法により形成されている。抵抗層
３０４は、層間絶縁膜４３８に形成されたスルーホール
を介してドレイン領域４３１の近傍のＡl電極４３７と
電気的に接続されている。抵抗層３０４の表面には、各
電気熱変換素子への配線となる第２の配線層としての、
Ａlの配線３０５が形成されている。

【００４１】配線３０５、抵抗層３０４および層間絶縁
膜４３８の表面の保護膜３０６は、プラズマＣＶＤ法に
より形成された厚さ 10000ÅのＳi₃Ｎ₄膜から成るもの
である。保護膜３０６の表面に形成された耐キャビテー
ション膜３０７は、厚さ約2500ÅのＴaなどの膜から成
るものである。

【００４２】次に、素子基板１および天板３への回路や
素子の振り分け構成について説明する。

【００４３】図８は、図５に示した液体吐出ヘッドの回
路構成を説明するための図であり、同図(a)は素子基板
の平面図、同図(b)は天板の平面図である。なお、図８
(a)および(b)は、互いの対向面を表わしている。

【００４４】図８(a)に示すように、素子基板１には、
並列に配列された複数の発熱体２と、画像データに応じ
てこれら発熱体２を駆動するドライバ１１と、入力され
た画像データをドライバ１１に出力する画像データ転送
部１２と、発熱体２の駆動条件を制御するために必要な
パラメータを測定するセンサ１３とが設けられている。
なお、本図においてはセンサ１３は温度センサであり、
本発明ではこれとは別に位置センサ２２１a、抵抗モニ
タセンサ２３０が設けられている。

【００４５】画像データ転送部１２は、シリアルに入力
される画像データを各ドライバ１１にパラレルに出力す
るシフトレジスタ、およびシフトレジスタから出力され
るデータを一時記憶するラッチ回路で構成される。な
お、画像データ転送部１２は、各発熱体２に個別に対応
して画像データを出力するものでもよいし、発熱体２の
並びを複数のブロックに分け、ブロック単位に対応して
画像データを出力するものでもよい。特に、１つのヘッ
ドについて複数のシフトレジスタを備え、記録装置から
のデータの転送を複数のシフトレジスタに振り分けて入
力するようにすることで、印字速度の高速化に容易に対
応することもできる。

【００４６】センサ１３としては、発熱体２の近傍の温
度を測定する温度センサや、発熱体２の抵抗値をモニタ
するための抵抗センサ等が用いられる。

【００４７】噴射される液滴の吐出量を考えた場合、そ
の吐出量は主に液体の発泡体積に関係する。液体の発泡
体積は、発熱体２およびその周辺の温度によって変化す
る。そこで、温度センサによって発熱体２および周辺の
温度を測定し、その結果に応じて液体吐出のためのヒー
トパルスを印加する前に、液体を吐出しない程度の小さ
いエネルギーのパルス(プレヒートパルス)を加え、その
プレヒートパルスのパルス幅や、その出力タイミングを
変更することにより発熱体２および周辺の温度を調整し
て、一定の液滴を吐出するようにして画像品位を維持す
ることが行われる。

【００４８】また、発熱体２における、液体を発泡させ
るのに必要なエネルギーを考えた場合、放熱条件が一定
であれば、そのエネルギーは発熱体２の必要な単位面積
当たりの投入エネルギーと発熱体２の面積の積で表わさ
れる。これにより、発熱体２の両端にかかる電圧、発熱
体２を流れる電流およびパルス幅を、その必要なエネル
ギーが得られる値に設定すればよい。ここで発熱体２に
印加される電圧については、液体吐出装置本体の電源に
より電圧を供給することにより、ほぼ一定に保持するこ
とができる。一方、発熱体２を流れる電流については、
発熱体２の抵抗値が、素子基板１の製造過程における発
熱体２の膜厚のばらつき等により、ロットにより、ある
いは素子基板１によって抵抗値が異なってくる。従っ
て、印加されるパルス幅が一定で、発熱体２の抵抗値が
設定よりも大きい場合はその流れる電流値が小さくな
り、発熱体２に投入されるエネルギー量が不足してしま
い、液体を適正に発泡させることができなくなる。逆
に、発熱体２の抵抗値が小さくなると、同じ電圧を印加
しても電流値が設定値よりも大きくなる。この場合に
は、発熱体２により過剰なエネルギーが発生され、発熱
体２の損傷や短寿命につながるおそれがある。そこで、
抵抗センサによって発熱体２の抵抗値を常にモニタし、
その値により電源電圧やヒートパルス幅を変化させ、発
熱体２にほぼ一定のエネルギーが印加されるようにする
方法もある。

【００４９】位置センサ２２１(a,b)は、素子基板１と
天板３の双方の両端に設けられている。そしてそれぞれ
の基板から図１０に示すようにＴＡＢ ２２０により電
気信号を取り出した構成とすることにより、その出力を
接合時にモニターしながら素子基板１と天板３の接合を
行うので接合精度が大幅にアップする。また、図９また
は図１５に示すように素子基板１のみから電気信号を取
り出す構成とした場合においても、素子基板１と天板３
の接合後すぐに接合状態を検知することが可能となる。

【００５０】一方、図８(b)に示すように、天板３に
は、前述したように液流路および共通液室を構成する溝
３a,３bが形成される他に、素子基板１に設けられた発
熱センサ１３を駆動するセンサ駆動部１７と、センサ駆
動部１７により駆動されたセンサからの出力結果に基づ
いて発熱体２の駆動条件を制御する発熱体制御部１６
と、位置センサ２２１bとが設けられている。なお、天
板３には、外部から共通液室に液体を供給するために、
共通液室に連通した供給口３cが開口している。

【００５１】さらに、素子基板１および天板３の接合面
の、互いの対向する部位にはそれぞれ、素子基板１に形
成された回路等と天板３に形成された回路等とを電気的
に接続するための接続用コンタクトパッド１４,１８が
設けられている。また、素子基板１には、外部からの電
気信号の入力端子となる外部コンタクトパッド１５が設
けられている。素子基板１の大きさは天板３の大きさよ
りも大きく、外部コンタクトパッド１５は、素子基板１
と天板３とを接合したときに天板３から露出する位置に
設けられている。

【００５２】ここで、素子基板１および天板３への回路
等の形成手順の一例について説明する。

【００５３】素子基板１については、まず、シリコン基
板上に、上記ドライバ１１、画像データ転送部１２、
(温度)センサ１３、位置センサ２２１aおよび抵抗モニ
タセンサ２３０を構成する回路を半導体ウェハプロセス
技術を用いて形成する。次いで、前述したようにして発
熱体２を形成し、最後に、接続用コンタクトパッド１４
および外部コンタクトパッド１５を形成する。

【００５４】天板３については、まず、シリコン基板上
に、上記発熱体制御部１６、センサ駆動部１７および位
置センサ２２１bを構成する回路を半導体ウェハプロセ
ス技術を用いて形成する。次いで、上述したように、成
膜技術およびエッチングによって、液流路や共通液室を
構成する溝３a、３bおよび供給口３cを形成し、最後
に、接続用コンタクトパッド１８を形成する。

【００５５】上記のように構成された素子基板１と天板
３とを位置合わせして接合すると、各液流路に対応して
発熱体２が配置されるとともに、それぞれの接続用パッ
ド１４,１８を介して素子基板１および天板３に形成さ
れた回路等が電気的に接続される。この電気的接続は例
えば、接続用パッド１４、１８に金バンプ等を載せて行
う方法があるが、それ以外の方法でもよい。このよう
に、素子基板１と天板３との電気的接続を接続用コンタ
クトパッド１４、１８によって行うことで、素子基板１
と天板３との接合と同時に、上述した回路同士の電気的
接続を行うことができる。位置センサ２２１(a,b)はこ
のときの接合状態、つまり素子基板１と天板３の位置関
係を検知するものである。素子基板１と天板３との接合
後に、液流路７の先端にオリフィスプレート４を接合
し、これにより液体吐出ヘッドが完成する。

【００５６】なお、図５に示したように本実施形態の液
体吐出ヘッドには必要に応じ可動部材６を設けることが
できるが、この可動部材６についても、上述のようにし
て素子基板に回路等を形成した後、フォトリソグラフィ
プロセスを用いて素子基板１上に形成される。

【００５７】このようにして得られた液体吐出ヘッドを
ヘッドカートリッジや液体吐出装置に搭載する場合に
は、図９に示すように、プリント配線基板２３が搭載さ
れたベース基板２２上に固定し、液体吐出ヘッドユニッ
ト２０とされる。図９において、プリント配線基板２３
には、液体吐出装置のヘッド制御部と電気的に接続され
る複数の配線パターン２４が設けられ、これら配線パタ
ーン２４は、ボンディングワイヤー２５を介して外部コ
ンタクトパッド１５と電気的に接続される。外部コンタ
クトパッド１５は素子基板１のみに設けられているの
で、液体吐出ヘッド２１と外部との電気的接続は、従来
の液体吐出ヘッドと同様にして行うことができる。ここ
では、外部コンタクトパッド１５を素子基板１に設けた
例について説明したが、素子基板１ではなく天板３のみ
に設けてもよい。

【００５８】以上説明したように、発熱体２の駆動や制
御のための各種回路等を素子基板１と天板３とに両者の
電気的接合を考慮した上で振り分けることで、これらの
回路等が１つの基板に集中しなくなるので、液体吐出ヘ
ッドの小型化が可能になる。また、素子基板１に設けら
れた回路等と天板３に設けられた回路等との電気的接続
を接続用コンタクトパッド１４、１８によって行うこと
で、ヘッド外部への電気的接続部の数が減り、信頼性の
向上、部品点数の削減、ヘッドのより一層の小型化を実
現することができる。

【００５９】また、上述した回路等を素子基板１と天板
３とに分散させることで、素子基板１の歩留まりを向上
させることができ、その結果、液体吐出ヘッドの製造コ
ストを下げることができる。さらに、素子基板１および
天板３を、シリコンという同一材料をベースとした材料
で構成しているため、素子基板１と天板３との熱膨張係
数が等しくなる。その結果、発熱体２の駆動により素子
基板１および天板３が熱膨張しても両者にずれは生じな
くなり、発熱体２と液流路７との位置精度が良好に維持
される。

【００６０】本実施形態では上述の各回路等をその機能
に応じて振り分けているが、この振り分けの基準となる
考え方について以下に述べる。

【００６１】各発熱体２に個別またはブロック単位に電
気配線接続で対応する回路は、素子基板１に形成する。
図８に示した例では、ドライバ１１および画像データ転
送部１２がこれに相当する。各発熱体２には駆動信号が
パラレルに与えられるので、その信号分だけ配線の引き
回しが必要となる。従って、このような回路を天板３に
形成すると、素子基板１と天板３との接続数が多くなり
接続不良が発生する可能性が高くなるが、素子基板１に
形成することで、発熱体２と上記回路との接続不良が防
止される。

【００６２】制御回路などアナログ的な部分は、熱の影
響を受け易いことから、発熱体２が設けられていない基
板すなわち天板３に設ける。図８に示した例では、発熱
体制御部１６がこれに相当する。

【００６３】センサ１３は、必要に応じて素子基板１に
設けてもよいし、天板３に設けてもよい。例えば抵抗セ
ンサである場合には、抵抗センサは素子基板１上に設け
ないと意味がなかったり測定精度が低下したりするため
素子基板１に設ける。また、温度センサの場合には、ヒ
ータ駆動回路の異常による温度上昇などを検知する場合
には素子基板１上に設けることが好ましいが、後述する
インクを介しての温度上昇によりインクの状態を判断し
たい場合には、天板３、或いは素子基板１と天板３との
双方に設けることが好ましい。

【００６４】その他、各発熱体２に個別にもブロック単
位にも電気配線接続で対応していない回路、必ずしも素
子基板１に設けなくてもよい回路、天板３に設けても測
定精度には影響しないセンサ等は、素子基板１および天
板３のいずれか一方に集中しないように必要に応じて素
子基板１または天板３に形成する。図４に示した例で
は、センサ駆動部１７がこれに相当する。

【００６５】上記の考え方に基づいて各回路やセンサ等
を素子基板１と天板３とに設けることで、素子基板１と
天板３との電気的接続数をできるだけ少なくしつつも、
各回路やセンサ等をバランスよく振り分けることができ
る。

【００６６】以上、本発明の基本的な構成についての実
施形態を説明したが、以下具体的な例について説明す
る。

【００６７】[位置センサの働き、形成方法]次に、位置
センサについて述べる。前述のように、位置センサ２２
１(a,b)は、素子基板１と天板３の双方の両端に設けら
れ、それぞれの基板からＴＡＢ ２２０により電気信号
を取り出している。その出力を接合時にモニターしなが
ら素子基板１と天板３の接合を行うので接合精度が大幅
にアップする。

【００６８】(実施形態１)図１０にヘッド(素子基板１
と天板３)の構成を示す。

【００６９】図１１に平行電極によって形成された位置
センサ２２１(コンデンサ)の模式図を示す。二つの電極
を対向させて電位を与えると、電極間には Ｑ＝Ｃ*Ｖ ここで、Ｑ:電荷、Ｃ:電極間の静電容量、Ｖ:電極間の
電位 の電荷が蓄積される。

【００７０】このとき静電容量Ｃは、電極の対向面積
Ｓ、対向距離dの関数であり、電極が平行平板である場
合には、近似的に次式で示される。

【００７１】Ｃ＝ε*Ｓ/d ここで、ε:電極間の誘電体の誘電率 すなわち誘電率εが一定であれば、静電容量Ｃは電極間
の対向面積Ｓに比例し、対向距離dに反比例する。

【００７２】図１２に位置センサ２２１を構成する電極
の形状を示す。

【００７３】第１の基板側には１個の電極２２２を、第
２の基板側には４個の電極２２３(a,b)を持つ。そして
第２の電極は２個ずつ対となり、それぞれ第１の基板電
極との位置関係を検出するＸ位置センサ２２３a、Ｙ位
置センサ２２３bを構成している。

【００７４】図１３に素子基板１と天板３が接合された
状態の電極の位置を示す。

【００７５】第１の基板と第２の基板を横から見た状態
(b)においては模式的にコンデンサＣ１、Ｃ２が形成さ
れた様子を示す。

【００７６】図１４に上記Ｃ１、Ｃ２により第１の基板
と第２の基板の位置関係を検出する回路の一例を示す。
図１４はコンデンサを含むブリッジ回路であり、 Ｒ４/ωＣ１＝Ｒ３/ωＣ２ ここで、ω:角周波数 の時に電圧Ｖが０となる(ブリッジ回路がバランスす
る)。

【００７７】すなわちＲ３、Ｒ４およびωを一定とすれ
ば、図１３に示すような理想接合状態になった時にＣ１
＝Ｃ２となり電圧Ｖ＝０になる。従って、電圧Ｖをモニ
ターしながら第１の基板を固定した状態で第２の基板を
移動させることにより、理想接合状態を検出して基板の
接合をすることが可能となる。

【００７８】(実施形態２)図１５に第２の実施形態のヘ
ッド(素子基板１と天板３)構成を示す。実施形態１との
違いは、第１の基板のみからＴＡＢ ２２０により電気
信号を取り出している。これにより位置センサ２２１の
出力をモニターしながら第１の基板と第２の基板の接合
はできないが、接合後に第１の基板と第２の基板との接
合状態を検出することは可能である。

【００７９】すなわち、接合後すぐにヘッドの良否を判
定できるので、抜き取り検査等の破壊検査が必要ない。
また次工程に不良品を流すことがない。さらにすべての
ヘッドについて接合後すぐに接合状態を検出できるの
で、工程の異常等により不良品が多発した場合の検出も
可能となり、不良品を作り続けることを防止できる。

【００８０】(その他の実施形態) 電極形状:第１の基板と第２の基板の電極２２４、２２
５がほぼ同じ大きさである場合(図１６) この場合理想接合状態においてコンデンサの静電容量
(対向電極面積)Ｓが最大となるので、最大静電容量とな
る位置を検出すればよい。 ・電極位置:各ノズル上に設け、各ノズルで構成される
コンデンサを並列接続する。

【００８１】この場合すべてのノズルのトータルで最良
の位置を検出可能となる。 ・ノズル高さ/弁高さ測定 理想結合状態(図１６)においては、対向電極面積Ｓが既
知なので d＝ε・Ｓ/Ｃ より、Ｃを測定することで電極間距離dを求めることが
できる。

【００８２】たとえば 位置センサー(両端)＋高さセンサー(各ノズル) とすることで、各ノズルのノズル高さを検出可能とな
る。

【００８３】また第１の基板の弁上に電極を設けること
で弁の高さも測定可能となる。

【００８４】これによりノズル単位で寸法の異常が検出
できる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように本実施例によれば、
第１の基板と第２の基板の接合状態をモニターしながら
接合することにより、接合精度が大幅にアップするので
歩留まりを落とすことなく、吐出口の高密度配列や安定
吐出による高品位画像への対応が可能となる。さらに、
接合後すぐにヘッドの良否を判定できるので、抜き取り
検査等の破壊検査が必要ない。また次工程に不良品を流
すことがない。さらにすべてのヘッドについて接合後す
ぐに接合状態を検出できるので、工程の異常等により不
良品が多発した場合の検出も可能となり、不良品を作り
続けることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】天板接合工程の概略図である。

【図２】従来知られている天板接合工程の概略図であ
る。

【図３】本発明の一実施形態である液体吐出ヘッドを示
した図である。

【図４】本発明の別の実施形態である液体吐出ヘッドを
示した図である。

【図５】図４の液体吐出ヘッド構造を説明するための、
液流路方向に沿った断面図である。

【図６】図５に示した液体吐出ヘッドに用いられる素子
基板の断面図である。

【図７】図６に示した素子基板の主要素子を縦断するよ
うに素子基板を切断した模式的断面図である。

【図８】図５に示した液体吐出ヘッドの回路構成を説明
するための図であり、同図(a)は素子基板の平面図、同
図(b)は天板の平面図である。

【図９】図５に示す液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出
ヘッドユニットの平面図である。

【図１０】図８、図９に示した素子基板の平面図、天板
の平面図、両者を組み合わせた液体吐出ヘッドユニット
の平面図であり、電気信号を取り出すＴＡＢをそれぞれ
の基板に備えている実施形態の例を示す。

【図１１】平行電極によって形成された位置センサ２２
１(コンデンサ)の模式図を示す。

【図１２】位置センサ２２１を構成する電極の形状を示
す。

【図１３】素子基板と天板が接合された状態の電極の位
置を示す。

【図１４】コンデンサにより素子基板と天板の位置関係
を検出する回路の一例を示す。

【図１５】図１０と同様の平面図であり、電気信号を取
り出すＴＡＢが第１の基板のみに備えられている実施形
態の例を示す。

【図１６】別の実施形態で、位置センサ２２１を構成す
る電極がほぼ同じ大きさである場合における電極の形状
を示す。

【符号の説明】

１ 素子基板 ２ 発熱体 ３ 天板 ３a (液流路)溝 ３b (共通液室)溝 ３c 供給口 ４ オリフィスプレート ５ 吐出口 ６ 可動部材 ６a 支点 ６b 自由端 ７ 液流路 ７a 第１の液流路 ７b 第１の液流路 ８ 共通液室 ９ 流路側壁 １０ 気泡発生領域 １１ ドライバ １２ 画像データ転送部 １３ (温度)センサ １４、１８ 接続用コンタクトパッド １５ 外部コンタクトパッド １６ 発熱体制御部 １７ センサ駆動部 ２０ 液体吐出ヘッドユニット ２１ 液体吐出ヘッド ２２ ベース基板 ２３ プリント配線基板 ２４ 配線パターン ２５ ボンディングワイヤー ２２０ ＴＡＢ ２２０a 第１基板ＴＡＢ ２２０b 第２基板ＴＡＢ ２２１(a、b) 位置センサ ２２２、２２４ 第１基板電極 ２２３(a、b)、２２５ 第２基板電極 ２２３a Ｘ位置センサ ２２３b Ｙ位置センサ ２３０ 抵抗モニタ(センサ) ３０１ シリコン基板 ３０２ 熱酸化膜 ３０３ 層間膜 ３０４ 抵抗層 ３０５ 配線 ３０６ 保護膜 ３０７ 耐キャビテーション膜 ３０８ 熱作用部 ４２０ Ｐ-Ｍos ４２１ Ｎ-Ｍos ４２２ Ｎ型ウェル領域 ４２３ Ｐ型ウェル領域 ４２４ 酸化膜分離領域 ４２５、４３２ ソース領域 ４２６、４３１ ドレイン領域 ４２８ ゲート絶縁膜 ４３０ Ｎ-Ｍosトランジスタ ４３３、４３５ ゲート配線 ４３４ 蓄熱層 ４３６ 層間絶縁膜(ＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜) ４３７ Ａl電極 ４３８ 層間絶縁膜(ＳiＯ₂膜) ５０１ 第２の(Ｓi)基板 ５０２ インク供給口 ５０３ ノズル ５０４ 第１の(Ｓi)基板 ５０５ 発熱体 ５０６ 可動部材 ５０７ オリフィスプレート ５０８ 吐出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今仲 良行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF24 AF93 AG12 AG76 AG93 AL03 AL40 AP02 AP13 AP14 AP22 AP25 AP77 AQ02 BA03 BA13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに接合されることで複数の液流路を
   構成するための第１の基板および第２の基板を有するヘ
   ッドにおいて、第１および第２の基板の対向する位置に
   設けられた電極より構成される位置センサを備えたこと
   を特徴とする記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記位置センサは、前記電極間の静電容
   量を測定することにより前記第１、第２の基板の相対位
   置を検出する請求項１に記載の記録ヘッド。
3. 【請求項３】 インクジェット記録用である請求項１ま
   たは２に記載用の記録ヘッド。
4. 【請求項４】 互いに接合されることで複数の液流路を
   構成するための第１の基板および第２の基板を有するヘ
   ッドにおいて、第１および第２の基板の対向する位置に
   設けられた電極より構成される位置センサを用いて前記
   第１、第２の基板の接合を行うことを特徴とする記録ヘ
   ッドの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４の製造方法において、上記位置
   センサの電極間の静電容量を測定することによって接合
   を行なうことを特徴とする記録ヘッドの製造方法。