JP2011201292A - インクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘッド及び記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな基板形成プロセスを追加せずに、配線に用いられる材料が溶出し続けることを抑制できるようにした技術を提供する。
【解決手段】インクジェット記録ヘッド用基板は、インクを吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子に対して、発熱に必要な電力を供給するための一対の個別導電層と、一対の個別導電層の一方に接続され、一対の個別導電層に電流を供給する第１の共通導電層と、一対の個別導電層の他方に接続され、一対の個別導電層から電流が流れ込む第２の共通導電層と、一対の個別導電層の一方と第１の共通導電層との間、及び一対の個別導電層の他方と第２の共通導電層との間に設けられ、一対の個別導電層、第１の共通導電層及び第２の共通導電層に用いられる材料に比べてインクへの溶解度が低く、且つ導電性を有する材料からなる隔絶層とを具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘッド及び記録装置に関する。

一般的なサーマル型インクジェット記録ヘッドにおいては、インクを吐出させるための吐出用ヒータと電気的接続を行なう配線とが同一基板上に作りこまれ、更にその上にインクを吐出させるためのノズルが形成される。

近年、インクジェット記録技術の大判印刷機、商業印刷機などへの展開が活発になっている。大判印刷機や商業印刷機などでは家庭用プリンタやオフィス複写機などに比べて記録量が多く、また、記録処理の頻度も多い。すなわち、インクジェット技術を大判印刷機や商業印刷機などへ展開を進める場合、インクジェット記録ヘッドにおいては、従来以上の高耐久性が求められる。

インクジェット記録ヘッドの耐久性を向上させる手段の一つとして、不吐検出及び不吐補完技術がある。不吐検出及び不吐補完技術とは、一定数のヒータが使用できなくなっても、記録画像への悪影響を最小限に抑える技術である。一般に、１つでもヒータに不良が発生すると、対応するノズルからインク滴が吐出されず、記録画像に白スジが発生するなどの不具合が発生する。そのため、比較的少数のヒータによる吐出不良が発生した時点で、インクジェット記録ヘッドが記録動作不良を起こしたと判断されるが、不吐検知及び不吐補完技術を用いることで、一定数の吐出不良により記録画像が不鮮明になるという事態を緩和できる。この技術によれば、記録ヘッドが記録動作不良を起こしたと判断されるヒータ故障数の閾値を上げることができ、記録ヘッドの耐久性を向上させられる。

ここで、不吐検出技術の一例として、特許文献１の技術が知られている。この技術では、振動板を用いて使用不可能なヒータを特定する。そして、変位を電気的又は磁気的に検知可能な振動板にインク滴を吐出し、同振動板の変位の有無によって使用不可能なノズルを検出する。

また、不吐補完技術の一例として、特許文献２の技術が知られている。この技術では、互いに隣接するヒータの駆動タイミングをノズルへのインクリフィル周期以下に抑え、１吐出タイミング内で不吐出ノズルの隣接ノズルを２度打ちする。一般に、不吐補完技術では、吐出不良のヒータに対応した他のヒータを代替ヒータとして用いる。

上述した記録ヘッドの耐久性の他、記録ヘッド用基板の基板サイズの縮小化が求められている。基板サイズを規定する要素の１つにヒータ配線領域の確保がある。例えば、ヒータ配線の共通化は、基板サイズの縮小化に極めて有効である。ヒータ配線の共通化に際しては、ヒータ列内のヒータ配線抵抗差がインク滴吐出性能にできるだけ影響を与えないようにする必要がある。

図１０は、ヒータ配線が部分的に共通化されたインクジェット記録ヘッド用基板の構成の一例を示す図である。インク供給口２４０の両側にそれぞれヒータ列２１０が配置されている。１つのヒータ列に対して列両端にそれぞれ電源パッド２３１が用意されている。更に、ヒータ列２１０は、６つのブロックに分割されており、また、各ブロックに属するヒータは、共通のヒータ配線２２０に接続されている。共通ヒータ配線２２０は、ブロック毎のヒータ配線抵抗が略同一になるように、電源パッド２３１からの距離に応じて配線幅が調節されている。

ヒータ列２１０のブロックの一部を示す領域Ｋの拡大図には、ヒータ２１１と、スイッチング素子２５１とが示される。また更に、ヒータ駆動電圧供給用パッドに接続される駆動電圧側共通ヒータ配線２２１と、グラウンド電圧供給用パッドに接続されるグラウンド側共通ヒータ配線２２３と、駆動電圧側個別ヒータ配線２２２と、グラウンド側個別ヒータ配線２２４とが示される。スイッチング素子２５１は、下層の導電層及びゲート電極層を用いて構成されており、蓄熱層（第２の蓄熱層１５０）を介してヒータ２１１及びヒータ配線に対応付けて設けられる。スイッチング素子２５１は、第２の蓄熱層１５０の開口部であるスルーホール２６４を介してグラウンド側個別ヒータ配線２２４と電気的に接続されており、更にスルーホール２６３を介してグラウンド側共通ヒータ配線２２３と電気的に接続されている。図１０に代表される従来の技術では、ヒータブロック端から折り返して駆動電圧側共通ヒータ配線２２１を配線し、グラウンド側共通ヒータ配線２２３をストレートに配線している。これにより、ヒータブロック内の配線抵抗を略均一に揃えている。

更に、ヒータ２１１及びヒータ配線は、絶縁材料からなる保護膜層で被覆されており、インクなどから保護される。保護膜層のヒータ２１１に対応する部分には、インクを発泡して吐出する際に生じるキャビテーションからヒータ２１１を保護するために耐キャビテーション層が設けられている。

図１１は、ヒータ配線が完全に共通化されたインクジェット記録ヘッド用基板の構成の一例を示す図である。インク供給口２４０の両側にヒータ列２１０がそれぞれ配置される。１つのヒータ列の列両端に電源パッド２３１がそれぞれ配置されている。また、ヒータ列内に属する全ヒータが共通のヒータ配線２２０に接続されている。共通ヒータ配線の抵抗成分がヒータ配線に比べて十分に低く、ヒータ列の端部及び中央部のヒータ配線の抵抗差がインク滴吐出性能に与える影響が少なければ、当該ヒータ配線構成は有効である。つまり、インク滴吐出性能に与える影響等が少なければ、図１１に示す構成は、図１０に示すような部分的に共通化されたヒータ配線に比べて、効率的な配線レイアウトを実現できる。

特開平０７−０３２６０８号公報 特開２００６−２３１８５７号公報 特開２００６−５１７７０号公報

上述した通り、ヒータ配線の共通化は、効率的な配線レイアウトを実現する上で効果的である。しかし、このような構成を採用した場合、吐出不良が連続した複数のヒータで連鎖して発生し易いという課題がある。

ここで、連続して複数のヒータが吐出不良になるメカニズムについて説明する。図１２（ａ）は、ヒータ配線が部分的に共通化された記録ヘッド用基板のヒータ周辺の一例であり、１つのヒータを被覆する保護膜層に何らかの影響でピンホール等の穴が発生して、ヒータを構成する発熱抵抗層と個別ヒータ配線とがインクに接した直後の状態を示している。破線枠内がピンホール等により吐出不良となったヒータを示す。

このように保護膜層に穴が生じて個別ヒータ配線２２２及び２２４が直接インクに晒されると、時間の経過と共にヒータ配線の材料が溶出し、ヒータ配線の腐食が進行する。なお、Ｌは、ヒータ配線の腐食を示している。本明細書中で腐食とは、インクにより配線の材料がイオン化して溶出することで、ヒータの吐出不良が発生するような配線状態になることをいうものとする。

図１２（ｂ）は、保護膜層にピンホールが発生した後、図１２（ａ）に示す記録ヘッド用基板が継続使用された場合の一例を示す図である。この場合、ヒータ配線の腐食Ｌは、駆動電圧側共通ヒータ配線２２１まで進行しており、同一共通ヒータ配線に接続されるヒータ２１３へのヒータ駆動電圧の供給が遮断されてしまっている。そのため、最初に吐出不良が生じたヒータと同一の共通ヒータ配線に接続されるヒータも使用不可能となってしまう。

この場合、上述した不吐検知及び不吐補完技術を用いればよいと考えられるが、不吐補完技術においては、吐出不良が発生したヒータを補完するために他のヒータを代替ヒータとして用いる。そのため、吐出不良のヒータ数が増加すると不吐補完を行なうことができなくなる。また、隣接ノズルを用いて補完を行なう場合、吐出不良のヒータが特定箇所に集中すると十分に色ムラを低減することができなくなる。

すなわち、ヒータ配線を共通化した記録ヘッド用基板を有する記録ヘッドにおいて、不吐検知及び不吐補完によるヘッド耐久性の向上を効果的に行なうには、複数のヒータで吐出不良が連続して発生する現象を抑制する構成が必要になる。

上記課題に対して、特許文献３においては、ヒータ配線部とヒータ部の境界領域に耐腐食性金属を用いた電極部を配置し、１つのヒータに対応する保護膜層に穴が生じても、他のヒータへ配線に腐食の伝搬が生じることを抑制する技術が提案されている。しかし、この技術では、基板形成プロセスにおいて耐腐食性金属層工程を追加する必要があり、基板コストの増加の他、生産性の低下を招いてしまう可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、新たな基板形成プロセスを追加せずに、配線に用いられる材料が溶出し続けることを抑制できるようにした技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によるインクジェット記録ヘッド用基板は、インクを吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子に対して、発熱に必要な電力を供給するための一対の個別導電層と、前記一対の個別導電層の一方に接続され、前記一対の個別導電層に電流を供給する第１の共通導電層と、前記一対の個別導電層の他方に接続され、前記一対の個別導電層から電流が流れ込む第２の共通導電層と、前記一対の個別導電層の一方と前記第１の共通導電層との間、及び前記一対の個別導電層の他方と前記第２の共通導電層との間に設けられ、前記一対の個別導電層、前記第１の共通導電層及び前記第２の共通導電層に用いられる材料に比べてインクへの溶解度が低く、且つ導電性を有する材料からなる隔絶層とを具備する。

本発明によれば、新たな基板形成プロセスを追加せずに、配線に用いられる材料が溶出し続けることを抑制できる。

本発明の一実施の形態に係わる記録装置の斜視図 図１（ａ）に示す記録装置におけるインクジェット記録ヘッド用基板の斜視図。 記録装置の機能的な構成の一例を示す図。 本実施形態に係わるインクジェット記録ヘッド用基板２００の製造方法を説明する図。 インクジェット記録ヘッド用基板の模式的な上面図。 インクジェット記録ヘッド用基板の模式的な上面図。 図４に示す領域Ｃの拡大図の一例を示す図。 （ａ）は図４に示す領域Ｃの拡大図の一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＪ−Ｊ’の断面の一例を示す図。 記録装置におけるヒータを駆動するための回路の概略図。 記録装置における記録制御処理の一例を示すフローチャート。 従来技術の一例を示す図。 従来技術の一例を示す図。 従来技術の一例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。以下の説明においては、インクジェット記録方式を用いた記録装置を例に挙げて説明する。記録装置は、例えば、記録機能のみを有するシングルファンクションプリンタであってもよいし、また、例えば、記録機能、ＦＡＸ機能、スキャナ機能等の複数の機能を有するマルチファンクションプリンタであってもよい。また、例えば、カラーフィルタ、電子デバイス、光学デバイス、微小構造物等を所定の記録方式で製造するための製造装置であってもよい。

なお、以下の説明において、「記録」とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。更に人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かも問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン、構造物等を形成する、又は媒体の加工を行なう場合も表す。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、樹脂、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表す。

更に、「インク」とは、上記「記録」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成又は記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば、記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表す。また、「ノズル」とは、特に断らない限り吐出口、これに連通する液路及びインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言う。

図１（ａ）は、本発明の一実施の形態に係わるインクジェット記録装置（以下、記録装置と呼ぶ）１の斜視図である。

記録装置１は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なうインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドと呼ぶ）３をキャリッジ２に搭載し、キャリッジ２を矢印Ａ方向（走査方向）に往復移動させて記録を行なう。記録装置１は、記録紙などの記録媒体Ｐを給紙機構５を介して給紙し、記録位置まで搬送する。そして、その記録位置において記録ヘッド３から記録媒体Ｐにインクを吐出することで記録を行なう。

記録装置１のキャリッジ２には、記録ヘッド３の他、例えば、インクカートリッジ６が搭載される。インクカートリッジ６は、記録ヘッド３に供給するインクを貯留する。なお、インクカートリッジ６は、キャリッジ２に対して着脱自在になっている。

図１（ａ）に示す記録装置１は、カラー記録が可能である。そのため、キャリッジ２には、例えば、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクをそれぞれ収容する４つのインクカートリッジが搭載されている。これら４つのインクカートリッジは、それぞれ独立して着脱できる。

記録ヘッド３には、インクジェット記録ヘッド用基板（以下、基板と略す場合もある）が設けられており、当該基板上には、複数のノズル列が配列される。記録ヘッド３は、例えば、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式により構成される。そのため、記録ヘッド３には、発熱素子（以下、ヒータと呼ぶ場合もある）等の記録素子や、記録素子の駆動制御を行なう制御回路が設けられる。ヒータは、各ノズル（吐出口）に対応して設けられ、記録信号に応じて対応するヒータにパルス電圧が印加される。

キャリッジ２の往復運動の範囲外（記録領域外）には、記録ヘッド３の吐出不良を回復する回復装置４が配設されている。回復装置４が設けられる位置は、いわゆるホームポジションなどと呼ばれ、記録動作が行なわれていない間、記録ヘッド３はこの位置で静止する。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す記録ヘッド３に用いられるインクジェット記録ヘッド用基板２００の斜視図を示す。インクジェット記録ヘッド用基板２００は、液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生するヒータ２１１がＳｉ基板１００の上側に設けられており、更にその上に流路形成部材１４が設けられている。Ｓｉ基板１００には、インクを供給するためのインク供給口（インク供給口２４０）がＳｉ基板１００を貫通して設けられている。

流路形成部材１４は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の硬化物で設けることができ、液体を吐出するための吐出口１３と、吐出口１３に連通する流路４６の壁とを有している。この壁を内側にして、流路形成部材１４がＳｉ基板１００の上側に接することで流路４６が設けられている。流路形成部材１４に設けられた吐出口１３は、インク供給口２４０に沿って所定のピッチで列をなすように設けられている。インク供給口２４０から供給された液体は、流路４６に運ばれ、更にヒータ２１１の発生する熱エネルギーによって液体が膜沸騰することで気泡を生じる。このときに生じる圧力により液体が、吐出口１３から吐出されることで、記録動作が行なわれる。また、Ｓｉ基板１００の上側には、記録装置１との電気的接続を行なう端子１７が設けられている。

次に、図２を用いて、図１（ａ）に示す記録装置１の機能的な構成の一例について説明する。

コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、ＲＯＭ６０２、特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、ＲＡＭ６０４、システムバス６０５、Ａ／Ｄ変換器６０６、不吐検出部６０７などを具備して構成される。ここで、ＲＯＭ６０２は、制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納する。

ＡＳＩＣ６０３は、キャリッジモータＭ１の制御、搬送モータＭ２の制御を行なう。また、ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド３を制御するための制御信号の生成も行なう。ＲＡＭ６０４は、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等として用いられる。システムバス６０５は、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行なう。Ａ／Ｄ変換器６０６は、後述するセンサ群から入力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換し、変換後のデジタル信号をＭＰＵ６０１に供給する。

ここで、ＡＳＩＣ６０３は、不吐検出部６０７において、記録開始前に、記録ヘッド３におけるインク不吐の有無を判定する。そして、不吐と判定されたノズルに対応するヒータで吐出不良が生じていると判断する。

６２０は、スイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリントスイッチ６２２、回復スイッチ６２３などを具備して構成される。６３０は、装置状態を検出するためのセンサ群であり、位置センサ６３１、温度センサ６３２等から構成される。ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド３の走査に際して、ＲＡＭ６０４の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッド３に対してヒータ２１１を駆動するためのデータを転送する。

キャリッジモータＭ１は、キャリッジ２を所定方向に往復走査させるための駆動源であり、キャリッジモータドライバ６４０は、キャリッジモータＭ１の駆動を制御する。搬送モータＭ２は、記録媒体を搬送するための駆動源であり、搬送モータドライバ６４２は、搬送モータＭ２の駆動を制御する。記録ヘッド３は、記録媒体の搬送方向と直交する方向（走査方向）に走査される。

また、６１０は、画像データの供給源となるコンピュータ（或いは、画像読取用のリーダやデジタルカメラなど）であり、例えば、ホスト装置などと称される。ホスト装置６１０と記録装置１との間では、インタフェース（以下、Ｉ／Ｆと呼ぶ）６１１を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等の授受が行なわれる。

（実施形態１）
以下、上述したインクジェット記録ヘッド用基板２００の構成について説明する。

ここで、図４には、インクジェット記録ヘッド用基板２００の第２の導電層１７０（後述する図３（ａ）〜（ｈ）参照）を模式的に示した上面図が示される。

インクジェット記録ヘッド用基板２００には、インクを供給するためのインク供給口２４０がＳｉ基板を貫通して設けられている。インク供給口２４０は、矩形形状に設けられており、この長手方向に沿ってインク供給口２４０の両側にはヒータを配列してなる発熱素子列（ヒータ列）２１０がそれぞれ配置されている。

インクジェット記録ヘッド用基板２００には、当該基板２００の短辺の端部の端子１７として、記録装置１の電源装置からヒータの駆動用電圧を供給するための電源パッド２３１が設けられている。

ヒータ列２１０は、６つの群（ブロック）を構成するように分割されており、各ブロックに属する複数のヒータは、第２の導電層１７０からなる共通ヒータ配線２２０に接続されている。共通ヒータ配線２２０は、ブロック毎のヒータと電源パッド２３１との間の配線抵抗が実質的に同一になるように設けられている。

図５は、インクジェット記録ヘッド用基板２００における制御回路２０１と駆動素子列２５０とを模式的に示した上面図である。

ここで、インクジェット記録ヘッド用基板２００には、当該基板２００の端子１７として更に、外部から論理信号及び制御回路２０１の駆動電圧を入力する信号パッド２３２が設けられている。インクジェット記録ヘッド用基板２００には、複数のヒータのそれぞれに通電するか否かを決定するためのＯＮ／ＯＦＦ制御を行なうスイッチング素子を複数配列してなる駆動素子列（スイッチング素子列）２５０が設けられている。インクジェット記録ヘッド用基板２００には、外部から入力された論理信号をスイッチング素子を制御するための信号に展開するため、ラッチ回路やシフトレジスタ等を含む制御回路２０１が設けられている。

図６は、図４に示すインクジェット記録ヘッド用基板２００における領域Ｃの拡大図を示す。

インクジェット記録ヘッド用基板２００の領域Ｃには、ヒータ２１１及びスイッチング素子２５１が配置されている。また、領域Ｃには、駆動電圧（電力）を複数のヒータ２１１に共通に供給するための駆動電圧側共通ヒータ配線２２１（第１の共通導電層）が設けられている。更に、複数設けられるヒータ２１１を共通に接地するためのグラウンド側共通ヒータ配線２２３（第２の共通導電層）が設けられている。

ここで、駆動電圧側共通ヒータ配線２２１と、それぞれのヒータ２１１との間は、駆動電圧側個別ヒータ配線２２２で接続されている。グラウンド側共通ヒータ配線２２３とそれぞれのヒータ２１１との間は、スイッチング素子２５１を介してグラウンド側個別ヒータ配線２２４により接続されている。ここで、駆動電圧側共通ヒータ配線２２１は、複数の駆動電圧側個別ヒータ配線２２２に電力を供給する配線である。駆動電圧側個別ヒータ配線２２２は、駆動電圧側共通ヒータ配線２２１から供給される電力を個々のヒータ２１１に供給する配線である。また、グラウンド側個別ヒータ配線２２４は、ヒータ２１１に供給された後の電力を回収しグラウンド側共通ヒータ配線２２３にそれを出力する配線である。グラウンド側共通ヒータ配線２２３は、複数のグラウンド側個別ヒータ配線２２４から当該電力を回収する配線である。

より具体的には、スイッチング素子２５１の一方は、蓄熱層（第２の蓄熱層１５０）の開口部であるスルーホール２６４を介してグラウンド側個別ヒータ配線２２４と電気的に接続されている。スイッチング素子２５１の他方は、スルーホール２６３を介してグラウンド側共通ヒータ配線２２３と電気的に接続されている。

インクジェット記録ヘッド用基板２００には、領域Ｄにスイッチング素子２５１やヒータを設けるのと同じ製造工程で、吐出不良の連鎖を防止するために連鎖防止部２５５（図３（ｈ）参照）が形成される。連鎖防止部２５５は、１つのヒータ２１１に対応する保護膜層（保護膜層３８０）にピンホール等の穴が生じ、接続された駆動電圧側個別ヒータ配線２２２で腐食が生じたとしても、連鎖防止部２５５で配線材料の溶出を抑止することができる。そのため、他のヒータに接続される駆動電圧側個別ヒータ配線２２２の材料の溶出、すなわち、腐食が連鎖するのを防止する。これにより、１つのヒータ２１１で吐出不良が生じたとしても、他のヒータ２１１で吐出不良が生じないようにすることができる。

具体的には、領域Ｄにおいて、第２の導電層１７０の下側には金属導電層（発熱抵抗層１６０）が設けられており、第２の導電層１７０と第１の導電層３４０との間に、インクに接したとしても腐食し難い材料を設けている。つまり、第２の導電層１７０で設けられた駆動電圧側個別ヒータ配線２２２は、腐食し難い材料を介して駆動電圧側共通ヒータ配線２２１に接続されている。ここで、腐食し難い材料として、ヒータの発熱抵抗層の材料を兼用して用い、同じ製造工程で設けることで、製造工程を増やすことなく連鎖防止部２５５を設けることができる。

図３（ｈ）は、図６に示すＥ−Ｅ’断面の一例である。本実施形態において、Ｓｉ基板はｐ型のものを用いている。Ｓｉ基板１００側から見て、Ｎ＋領域３０１、熱酸化膜層１１０、ゲート電極層３２０、第１の蓄熱層１３０、第１の導電層３４０、第２の蓄熱層１５０、発熱抵抗層１６０、第２の導電層１７０、保護膜層３８０、耐キャビテーション層３９０の順に積層される。

スイッチング素子２５１及びＡＮＤ回路等の制御回路は、ＭＯＳ等からなり、Ｎ＋領域３０１、第１の導電層３４０、ゲート電極層３２０、Ｓｉ基板１００で形成される。本実施形態においてスイッチング素子２５１は、ｎ型のＭＯＳ−ＦＥＴで設けられた例を用いて説明を行なう。

また、ヒータ２１１は、通電することで熱が発生する材料である発熱抵抗層１６０と、発熱抵抗層１６０に接して設けられたＡｌ等の導電材料とからなる。より具体的には、一対の第２の導電層１７０の間の領域（一対の個別配線層）がヒータとして用いられる。このとき、一対の第２の導電層１７０の一方を示す１７０ａは、駆動電圧側個別ヒータ配線２２２であり、他方１７０ｂはグラウンド側個別ヒータ配線２２４である。

連鎖防止部２５５には、第１の導電層３４０からなる迂回部３４０ａが設けられている。迂回部３４０ａと第２の導電層１７０の一方を示す１７０ａとの間に発熱抵抗層１６０が設けられている。また、迂回部３４０ａは、発熱抵抗層１６０を介して駆動電圧側共通ヒータ配線２２１である第２の導電層１７０ｃに接続されている。なお、図３（ｈ）に示す断面図においては、説明を分かり易くするため、Ｅ’側における（第２の導電層１７０で設けられる）駆動電圧側共通ヒータ配線２２１を省略している。

（発熱抵抗層１６０に用いることができる材料）
第１の導電層３４０や第２の導電層１７０に用いられるＡｌ等からなる導電材料は、インクなどの溶液に溶解し易い。そのため、少なくとも第１の導電層３４０や第２の導電層１７０に比べて、インクによって溶解され難い腐食防止材料であって、導電性を有する材料を隔絶層として用いる。

この隔絶層を介して第１の導電層３４０と第２の導電層１７０とを電気的に導通させることにより、インクによる配線の腐食を隔絶層で止めることができ吐出不良の連鎖を防止することができる。このような隔絶層として、ヒータの発熱抵抗層にも用いることができる材料を適用することにより従来の製造工程を増やすことなく、連鎖防止部２５５を設けることができる。

ヒータの発熱抵抗層（隔絶層）として用いることができる材料は、以下の条件を満たす必要がある。
１、高融点材料であること、
２、比抵抗が１０００〜２０００μΩ・ｃｍ程度の高抵抗化可能な材料であること、
３、温度による抵抗率変化が起きないこと、
４、熱的安定性が高いこと。

このような条件を満たす材料としては、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｌａの材料が挙げられ、これらの少なくとも１つを含有する単体金属若しくはこれらの合金であることが必要である。

一方、インクに接したとしても溶解され難い腐食防止材料（溶解性（溶解度）の低い材料）としては、アルカリ性インクで安定とされるＴａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄが挙げられる。従って、これらを少なくとも１つを含有する単体金属若しくはこれらの合金を用いることが必要である。また、この中でも特にＴａ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｒｈは、アルカリ性インクに限らず安定するとされている。

以上のことから、本実施形態に係わる連鎖防止部２５５において、腐食の伝搬を防止し且つ発熱抵抗層として用いることができる材料は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆの少なくとも１つを含有する単体金属若しくはこれらの合金であるといえる。更に、アルカリ性インクに限らず腐食を防止するためには、Ｔａ、Ｎｂの少なくとも１つを含有する単体金属若しくはこれらの合金であることが好ましい。

（製造方法）
次に、インクジェット記録ヘッド用基板２００の製造方法を順に説明する。まず、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１００上に、Ｎ＋領域３０１、熱酸化膜層１１０、第１の蓄熱層１３０、第２の蓄熱層１５０が積層されている基板を用意する。

Ｎ＋領域３０１は、Ｓｉ基板１００にイオン注入法等を用いて形成することができ、熱酸化膜層１１０は、Ｓｉ基板１００を熱酸化させることで設けることができる。また、ゲート電極層３２０には、例えば、ポリシリコンを用いることができる。第１の蓄熱層１３０は、ＳｉＯにリンをドープしたＢＰＳＧ等の絶縁材料を積層して用いることができる。更に、Ａｌ等の導電材料を用いて第１の導電層３４０を形成する。スイッチング素子２５１のための第１の導電層３４０ｂの形成と同時に、連鎖防止部２５５になる部分に迂回部となる第１の導電層３４０ａをパターニングにより設ける。

次に、図３（ｂ）に示すように、第１の導電層３４０の上にプラズマＣＶＤ法等を用いてシリコンを主成分とする絶縁材料からなる第２の蓄熱層１５０を設ける。具体的には、ＳｉＯやＳｉＮを用いれば良い。

次に、図３（ｃ）に示すように、スイッチング素子２５１になる部分と連鎖防止部２５５になる部分とに、同時にスパッタ法等を用いて発熱抵抗層１６０を設ける。この発熱抵抗層１６０は、連続した一層として形成されており、上述した通り、隔絶層としての機能を果たす。発熱抵抗層１６０として用いることのできる材料としては、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆの少なくとも１つを含有する単体金属若しくはこれらの合金を用いる。また、アルカリ性インクに限らず腐食を防止するためにはＴａ、Ｎｂの少なくとも１つを含有する単体金属若しくはこれらの合金を用いることが好ましい。

次に、図３（ｄ）に示すように、Ａｌ等の導電材料からなる第２の導電層１７０を設ける。

次に、図３（ｅ）に示すように、連鎖防止部２５５になる部分及びスイッチング素子２５１になる部分における第２の導電層１７０及び発熱抵抗層１６０をドライエッチング法などのエッチング技術を用いて一括で除去する。このように第２の導電層１７０と発熱抵抗層１６０とを同時にパターニングすることにより、位置ずれが発生しないため、精度良くヒータを形成することができる。これにより、連鎖防止部２５５においては、隔絶層が設けられる。

次に、図３（ｆ）に示すように、ヒータになる部分の第２の導電層１７０をウェットエッチング等のエッチング技術を用いて、一対の個別導電層になるようにエッチングする。

次に、図３（ｇ）に示すように、連鎖防止部２５５とスイッチング素子２５１の上にインクから保護するためにシリコンを主成分とする絶縁材料からなる保護膜層３８０を設ける。具体的には、ＳｉＯやＳＩＮ等を用いれば良い。

次に、図３（ｈ）に示すように、ヒータになる部分の保護膜層の上に、気泡が消泡する際に生じるキャビテーションからヒータを保護するためにＴａ等からなる耐キャビテーション層３９０を設ける。このとき、ヒータ２１１に対応する位置に吐出口１３が位置するように流路形成部材１４を形成する。

以上の構成により、駆動電圧側個別ヒータ配線２２２及び駆動電圧側共通ヒータ配線２２１は、隔絶層を介して隣接する第１の導電層３４０ａにより電気的に接続される。インクによる腐食を防止可能な材料を隔絶層の材料として用いることで、保護膜層３８０に欠陥が生じるなどして個別ヒータ配線が腐食したとしても、共通ヒータ配線に腐食が直接進行しない。

従って、１つのヒータで吐出不良が発生したとしても、連続して吐出不良が発生することのない信頼性の高いインクジェット記録ヘッド用基板を設けることができる。更に隔絶層を発熱抵抗層と同じ材料とし、同時に設けることにより製造工程を追加することなくインクジェット記録ヘッド用基板を設けることができる。

このようなインクジェット記録ヘッド用基板２００を用いた記録ヘッド３と、従来のインクジェット記録ヘッド用基板を用いた記録ヘッドとを用意し、耐久試験を行なった結果について説明する。

耐久試験に使用した両基板にはともに、シート抵抗２００Ω、ヒータサイズ一片が３５μｍのヒータが備えられる。当該ヒータは、インク供給口の両側に片側３００ｄｐｉの間隔で１２０個配列され、合計２４０個配列される。また、ヒータ駆動電圧パッドとグラウンド電圧パッドとがそれぞれ４つ用意され、２０個のヒータに対応する個別ヒータ配線各々に共通ヒータ配線が接続される。更に、両記録ヘッドはともに、その両基板に３０ｐｌのインク滴が吐出されるよう設計されたノズルが形成されている。両記録ヘッドを全ノズル３ｋＨｚの吐出周波数で連続記録させた。

その結果、両ヘッドともに、約２．１×１０８パルス程度で１つのヒータで保護膜層にピンホールが生じることで吐出不良が生じた。ここで、従来の記録ヘッドでは、１つのヒータで保護膜層にピンホールが生じることで吐出不良が発生した後、約０．１×１０７パルスの電圧を印加した時点で吐出不良となったヒータが属する群の残り１９個のヒータが使用不可となった。

これに対して、本実施形態に係わるインクジェット記録ヘッド用基板２００を用いた記録ヘッド３においては、１つのヒータで吐出不良が生じた後、約０．５×１０７パルスの電圧を印加しても、新たな吐出不良は生じなかった。従って、１つのヒータで吐出不良が発生したとしても、配線の材料が溶出し続けることを抑止でき、連続して吐出不良が発生することのない信頼性の高いインクジェット記録ヘッド用基板を設けることができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２について説明する。図７（ａ）は、図４に示すインクジェット記録ヘッド用基板２００における領域Ｃの拡大図の一例である。当該基板２００の製造に用いられる材料及び構成に関しては、実施形態１と同様である部分は省略する。

インクジェット記録ヘッド用基板２００の領域Ｃには、ヒータ２１１、ｎ型のＭＯＳ−ＦＥＴで設けられた第１のスイッチング素子２５２及び第２のスイッチング素子２５３が配置されている。また、当該領域Ｃには、駆動電圧側共通ヒータ配線２２１、グラウンド側共通ヒータ配線２２３、駆動電圧側個別ヒータ配線２２２、グラウンド側個別ヒータ配線２２４が配置されている。

スイッチング素子２５２及び２５３は、ヒータ２１１、共通ヒータ配線２２１及び２２３よりも下側の層である第１の導電層３４０、ゲート電極層３２０、熱酸化膜層１１０で設けられる。

第２のスイッチング素子２５３は、第２の蓄熱層１５０の開口部であるスルーホール２６４を介してグラウンド側個別ヒータ配線２２４と電気的に接続されており、スルーホール２６３を介してグラウンド側共通ヒータ配線２２３と電気的に接続されている。

第１のスイッチング素子２５２は、第２の蓄熱層１５０の開口部であるスルーホール２６２を介して駆動電圧側個別ヒータ配線２２２と電気的に接続されており、スルーホール２６１を介して駆動電圧側共通ヒータ配線２２１と電気的に接続される。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すＪ−Ｊ’の断面図である。より具体的には、スイッチング素子２５２から駆動電圧側個別ヒータ配線２２２、ヒータ２１１、グラウンド側個別ヒータ配線２２４、スイッチング素子２５３を通る断面図である。

ここで、図７（ｂ）には、Ｓｉ基板１００、熱酸化膜層１１０、ゲート電極層３２０、第１の蓄熱層１３０、第１の導電層３４０、第２の蓄熱層１５０が形成されている。更に、発熱抵抗層１６０、第２の導電層１７０、保護膜層３８０、耐キャビテーション層３９０が形成されている。

領域Ｆは、ヒータ２１１に対応する領域である。第２の導電層１７０の領域Ｇは、駆動電圧側共通ヒータ配線２２１に対応し、第２の導電層１７０における領域Ｈは、駆動電圧側個別ヒータ配線２２２に対応している。第２の導電層１７０における領域Ｉは、グラウンド側個別ヒータ配線２２４に対応し、第２の導電層１７０における領域Ｋは、グラウンド側共通ヒータ配線２２３に対応している。なお、図７（ｂ）に示す断面図においては、説明を分かり易くするため、Ｊ’側における（第２の導電層１７０で設けられる）駆動配線側共通ヒータ配線２２１を省略している。

更に、スイッチング素子２５２及び２５３において、第１の導電層３４０と第２の導電層１７０との間には、実施形態１と同様に発熱抵抗層１６０が設けられている。

発熱抵抗層１６０には、Ｔａ、Ｎｂ及びＨｆの少なくとも１つを含有する単体金属若しくはこれらの合金の材料を用いる。これにより、スイッチング素子２５２及び２５３を連鎖防止部として用いることができる。

また、アルカリ性インクに限らず腐食を防止するためには、Ｔａ、Ｎｂの少なくとも１つを含有する単体金属若しくはこれらの合金であることが好ましい。このようなスイッチング素子２５２及び２５３は、同時に形成できるため、共通ヒータ配線と個別ヒータ配線とが接続される２つの部分において、連鎖防止部を同時に設けることができる。

また更に、スイッチング素子２５２及び２５３は、Ｓｉ基板１００に設けられたＮ＋領域３０１と第１の導電層３４０とに接して設けられている。駆動電圧側個別ヒータ配線２２２及び駆動電圧側共通ヒータ配線２２１は、領域ＬにおいてＳｉ基板１００を介してスイッチング素子２５２によって接続される。グラウンド側個別ヒータ配線２２４及びグラウンド側共通ヒータ配線２２３は、領域ＭにおいてＳｉ基板１００を介してスイッチング素子２５３によって接続される。共通ヒータ配線及び個別ヒータ配線は、これらスイッチング素子２５２及び２５３に対して所定の電圧が印加された場合に、互いに電気的に接続される。

ここで、実施形態２に係わるインクジェット記録ヘッド用基板２００を用いた記録ヘッド３と、従来のインクジェット記録ヘッド用基板を用いた記録ヘッドとを用意し、耐久試験を行なった結果について説明する。なお、耐久試験に使用する記録ヘッド（インクジェット記録ヘッド用基板を含む）は、実施形態１に示す従来例と同一である。

耐久試験の結果、両ヘッドともに、約２．１×１０８パルス程度で１つのヒータに保護膜層のピンホールを原因とする吐出不良が生じた。ここで、従来の記録ヘッドでは、１つのヒータで保護膜層にピンホールが生じることで吐出不良が発生した後、約０．１×１０７パルスの電圧を印加した時点で吐出不良となったヒータが属する群の残り１９個のヒータが使用不可となった。

これに対して、実施形態２に係わるインクジェット記録ヘッド用基板２００を用いた記録ヘッド３では、１つのヒータで吐出不良発生後、約０．５×１０７パルスの電圧を印加しても、新たな吐出不良は生じなかった。

次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す構成を持つインクジェット記録ヘッド用基板に対する記録制御を例に挙げて説明する。

記録制御の説明に先立って、ヒータ駆動の概要について簡単に説明する。図８に示すように、ヒータ２１１は、駆動電圧側個別ヒータ配線２２２とグラウンド側個別ヒータ配線２２４とを介して、スイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）２５２及び２５３に対して電気的に接続されている。ヒータ駆動に際しては、駆動電圧配線側のスイッチング素子２５３が常時オン状態にされ、グラウンド配線側のスイッチング素子２５２によりヒータ電流のパルス幅が制御される。

次に、図９を用いて、図１（ａ）に示す記録装置１における記録制御処理の一例について説明する。ここでは、不吐が検出されたヒータを除いて記録制御処理を行なう場合について説明する。

記録装置１は、不吐検出部６０７において記録開始前に、吐出不良のヒータの有無を判定する。判定の結果、吐出不良ヒータが無ければ（Ｓ１０２でＮＯ）、全ヒータの駆動電圧配線側のスイッチング素子（第１のスイッチング素子）２５２にオン信号を送信する（Ｓ１０３）。

また、吐出不良のヒータがあれば（Ｓ１０２でＹＥＳ）、当該ヒータに対応する駆動電圧側のスイッチング素子２５２にオフ信号を送信し、それ以外のヒータの駆動電圧配線側のスイッチング素子２５２にオン信号を送信する（Ｓ１０３）。その後、記録装置１は、グラウンド側のスイッチング素子（第２のスイッチング素子）２５３にパルス波形を入力しヒータ２１１の駆動を制御する（Ｓ１０４）。駆動制御終了時には、グラウンド側のスイッチング素子２５３にオフ信号を送信する（Ｓ１０５）。

以上説明したように実施形態２によれば、第１の導電層と第２の導電層とを隔絶層を介して接続するととともに、個別ヒータ配線と共通ヒータ配線との間にスイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）を設けている。第１の導電層と第２の導電層との間にインクで腐食し難い材料からなる隔絶層が設けられているため、個別ヒータ配線の腐食が共通ヒータ配線に直接及ばない。従って、１つのヒータで吐出不良が発生したとしても、連続して吐出不良が発生することのない信頼性の高いインクジェット記録ヘッド用基板を設けることができる。更に隔絶層を発熱抵抗層と同じ材料で同時に設けることにより製造工程を追加することなくインクジェット記録ヘッド用基板を設けることができる。

また、本実施形態の記録制御によれば、吐出不良を検知したヒータに対応するスイッチング素子をＯＦＦ状態とするため、接続された個別ヒータ配線に電圧がかからなくなる。これにより、ヒータ配線の腐食の進行を抑制することができる。

Claims (9)

1. インクを吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子に対して、発熱に必要な電力を供給するための一対の個別導電層と、
   前記一対の個別導電層の一方に接続され、前記一対の個別導電層に電流を供給する第１の共通導電層と、
   前記一対の個別導電層の他方に接続され、前記一対の個別導電層から前記電流が流れ込む第２の共通導電層と、
   前記一対の個別導電層の一方と前記第１の共通導電層との間、及び前記一対の個別導電層の他方と前記第２の共通導電層との間に設けられ、前記一対の個別導電層、前記第１の共通導電層及び前記第２の共通導電層に用いられる材料に比べてインクへの溶解度が低く、且つ導電性を有する材料からなる隔絶層と
   を具備することを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
2. 前記発熱素子は、通電により発熱する発熱抵抗層で設けられており、
   前記発熱抵抗層及び前記隔絶層は、同じ材料で構成される
   ことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
3. 前記発熱抵抗層及び前記隔絶層は、連続した一層として設けられる
   ことを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
4. 前記発熱抵抗層の材料は、
   Ｔａ、Ｎｂ及びＨｆの少なくとも１つを含有する単体金属又は合金である
   ことを特徴とする請求項２又は３記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
5. 前記第２の共通導電層と前記一対の個別導電層の他方とは、
   前記発熱素子に通電するか否かを決定するためのスイッチング素子を介して接続されている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
6. 前記第１の共通導電層と前記一対の個別導電層の一方とは、
   前記発熱素子に通電するか否かを決定するための第１のスイッチング素子を介して接続されており、
   前記第２の共通導電層と前記一対の個別導電層の他方とは、
   前記発熱素子に通電するか否かを決定するための第２のスイッチング素子を介して接続されている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
7. 前記一対の個別導電層は、複数設けられ、
   前記第１の共通導電層は、複数の前記一対の個別配線の一方と接続され、
   前記第２の共通導電層は、複数の前記一対の個別配線の他方と接続される
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板を用いたインクジェット記録ヘッド。
9. 請求項１から７のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板を用いたインクジェット記録ヘッドと、
   前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を制御する制御手段と、
   前記発熱素子に対応して設けられた吐出口からインクが吐出されているか否かを検出する検出手段と
   を具備し、
   前記制御手段は、
   前記検出手段によりインクが吐出されていないと検知された場合、前記発熱素子に接続された前記第１のスイッチング素子又は前記第２のスイッチング素子の少なくとも一方をＯＦＦ状態にするように制御する
   ことを特徴とするインクジェット記録装置。

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