JP2018024126A - 素子基板、記録ヘッド、及び記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータ直下の温度を高感度に検知することが可能な素子基板と、それを用いた記録ヘッドを提供する。【解決手段】多層構造の素子基板１０１に、第１の層に形成されるヒータ１０２と、ヒータが設けられる位置の直下の第２の層に形成される第１の配線１０５と、第２の層のさらに下の第３の層１０３に形成される第２の配線１０６とを備える。さらに、第２と第３の層との間に形成され第１の配線と第２の配線とを接続する第１のビア１０７とを直列接続して構成される温度検知素子と、定電流を通電する定電流源と、温度検知素子に定電流を通電して得られる電圧を検出する電圧検出回路とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は素子基板、記録ヘッド、及び記録装置に関し、特に、例えば、インクの吐出状態を検知する温度検知素子を備えた素子基板を組み込んだ記録ヘッドをインクジェット方式に従って記録を行うために適用した記録装置に関する。

インクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を用いた記録装置では、異物がインク吐出口（以下、吐出口）を塞いだり、インク供給経路内に混入した気泡がその供給経路を塞ぐことがある。このようなことが生じると、記録ヘッドからのインク吐出不良（以下、吐出不良）を招くことになる。特に、記録媒体の全幅に対応し、多数の吐出口をライン状に配したフルライン記録ヘッドを用いて記録を行う記録装置は、高速記録が可能であるので、吐出不良に対する処理も高速に行う必要がある。具体的には、フルライン記録ヘッドを用いる記録装置では、吐出不良を生じた吐出口（吐出ノズル）を高速に特定し、画像補完やインク吐出回復動作を行うことが極めて重要である。

従来より、このような吐出不良を解決するための様々な技術が提案されている。

特許文献１は、インクを吐出口から吐出させるための熱エネルギーを発生する複数のヒータがシリコン（Ｓｉ）基板上に形成けられ、ヒータの各々の直下には、層間絶縁膜を介して薄膜の温度検知素子が形成される素子基板を開示している。特許文献１によれば、温度検出回路が、各温度検知素子から温度情報を検出し、吐出不良による温度変化と正常にインクを吐出した時の温度変化との違いにより、インク吐出が正常であるか、或いは、吐出不良であるのかを判断する。

特開２００７−２９０３６１号公報

特許文献１に記載の温度検知素子は、微小な温度変化を精度よく検出するための構成が採用されている。図１２は従来のヒータと温度検知素子との位置関係を示すレイアウト図である。図１２に示すように、温度検知素子３をヒータ５の直下に複数折り返して配置することで抵抗値を高く設定している。この構成において、温度検知素子３の抵抗値を高くするためには、ヒータ５の直下に配置される温度検知素子の線幅を細くし長くすることが有効である。

しかしながら、ヒータが占める面積には制限があり、その制限の下に配置できる温度検知素子のサイズには当然に制約がある。このため、温度検知素子３の感度を改善するためにさらにその温度検知素子の抵抗値を増加させることは難しい。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、ヒータ温度をさらに高精度に検知し、吐出不良を生じたノズルを高速かつ高精度に検知することが可能な温度検知素子を備える素子基板、記録ヘッド、及び記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の素子基板は次のような構成からなる。

即ち、多層構造の素子基板であって、第１の層に形成されるヒータと、前記ヒータが設けられる位置の直下の第２の層に形成される第１の配線と、前記第２の層のさらに下の第３の層に形成される第２の配線と、前記第２の層と前記第３の層との間に形成され前記第１の配線と前記第２の配線とを接続する第１のビアとを直列接続することにより構成される前記ヒータの温度を検知するための温度検知素子とを有することを特徴とする。

また、その素子基板は、多層構造の素子基板であって、第１の層に形成されるヒータと、前記ヒータが設けられる位置の直下の第２の層に形成される配線と、前記第１の層と前記第２の層との間に形成され前記ヒータと前記配線とを接続するビアとを直列接続することにより構成される前記ヒータの温度を検知するための温度検知素子とを有することを特徴としても良い。

また本発明を別の側面から見れば、上記構成の素子基板を用い、複数のヒータによりインクに熱エネルギーを与えてインクを吐出する記録ヘッドを備える。

さらに本発明を別の側面から見れば、上記構成の記録ヘッドを用いて、インクを記録媒体に吐出して画像を記録する記録装置を備える。

従って本発明によれば、温度変化に対して感度の良い温度検知素子を備えることができるので、高速にかつ高精度にヒータの温度を検出することができるという効果がある。

本発明の代表的な実施例であるフルライン記録ヘッドを備えた記録装置の構造を説明するための斜視透視図である。 図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に従う素子基板（ヘッド基板）上に形成されたヒータと温度検知素子との位置関係を示す図である。 図３を参照して説明した温度検知素子を用いた温度検知回路およびヒータの駆動回路の等価回路を示す図である。 本発明の実施例２に従う素子基板（ヘッド基板）上に形成されたヒータと温度検知素子との位置関係を示す図である。 本発明の実施例３に従う素子基板（ヘッド基板）上に形成されたヒータと温度検知素子との位置関係を示す図である。 本発明の実施例４に従う素子基板（ヘッド基板）上に形成されたヒータと温度検知素子との位置関係を示す図である。 図７を参照して説明した温度検知素子を用いた温度検知回路およびヒータの駆動回路の等価回路を示す図である。 図７を参照して説明した温度検知素子を用いた温度検知回路およびヒータの駆動回路の等価回路の別の構成を示す図である。 本発明の実施例５に従う素子基板（ヘッド基板）上に形成されたヒータと温度検知素子との位置関係を示す図である。 図１０を参照して説明した温度検知素子を用いた温度検知回路およびヒータの駆動回路の等価回路を示す図である。 従来の素子基板のレイアウト図である。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。

なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）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。また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を問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。

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、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。

さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」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、パターン等の形成または記録媒体の加工、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ものとする。

またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およ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ものとする。

以下に用いる記録ヘッド用の素子基板（ヘッド基板）とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。

さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み（built-in）」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として配置することを指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。

＜フルライン記録ヘッドを搭載した記録装置（図１）＞
図１はフルラインのインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙと常に安定したインク吐出を保証するための回復系ユニットを備えた記録装置１の構造を説明するための斜視透視図である。

記録装置１において、記録用紙１５は、フィーダユニット１７から、これら記録ヘッドによる印刷位置に供給され、記録装置の筐体１８に具備された搬送ユニット１６によって搬送される。

記録用紙１５への画像の印刷は、記録用紙１５を搬送しながら、記録用紙１５の基準位置がブラック（Ｋ）インクを吐出する記録ヘッド１１Ｋの下に到達したときに、記録ヘッド１１Ｋからブラックインクを吐出する。同様に、シアン（Ｃ）インクを吐出する記録ヘッド１１Ｃ、マゼンタ（Ｍ）インクを吐出する記録ヘッド１１Ｍ、イエロ（Ｙ）インクを吐出する記録ヘッド１１Ｙの順に、各基準位置に記録用紙１５が到達すると各色のインクを吐出してカラー画像が形成される。こうして画像が印刷された記録用紙１５はスタッカトレイ２０に排出されて堆積される。

記録装置１は、更に搬送ユニット１６、記録ヘッド１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙにインクを供給するための各インク毎に交換可能なインクカートリッジ（不図示）を有している。またさらに、記録ヘッド１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙへのインク供給や回復動作のためのポンプユニット（不図示）、記録装置１全体を制御する制御基板（不図示）等を有している。またフロントドア１９は、インクカートリッジの交換用の開閉扉である。

この実施例の記録ヘッド１１は、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を採用している。このため、電気熱変換素子（ヒータ）を備えている。この電気熱変換素子は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換素子にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。なお、記録装置は、上述した記録媒体の幅に相当する記録幅をもつフルライン記録ヘッドを用いた記録装置に限定するものではない。例えば、記録媒体の搬送方向に吐出口を配列した記録ヘッドをキャリッジに搭載に、そのキャリッジを往復走査しながらインクを記録媒体に吐出して記録を行ういわゆるシリアルタイプの記録装置にも適用できる。

＜制御構成の説明（図２）＞
次に、図１を用いて説明した記録装置の記録制御を実行するための制御構成について説明する。

図２は記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。図３において、１７００は記録データを入力するインタフェース、１７０１はＭＰＵ、１７０２はＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭ、１７０３は記録データや記録ヘッドに供給される記録信号等のデータを保存しておくＤＲＡＭである。１７０４は記録ヘッドに対する記録信号の供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）であり、インタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＤＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。コントローラ６００は、ＭＰＵ１７０１、ＲＯＭ１７０２、ＤＲＡＭ１７０３、ゲートアレイ１７０４を備えている。１７１０は記録ヘッド１１（１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙ）を搬送するためのキャリッジモータ、１７０９は記録紙搬送のための搬送モータである。１７０５は記録ヘッドを駆動するヘッドドライバ、１７０６、１７０７はそれぞれ搬送モータ１７０９、キャリッジモータ１７１０を駆動するためのモータドライバである。

上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース１７００に記録データが入るとゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録データが記録用の記録信号に変換される。そして、モータドライバ１７０６、１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従って記録ヘッドが駆動され、記録が行われる。また、記録ヘッドで得られた転送エラー（後述）の情報はヘッドドライバ１７０５を介してＭＰＵ１７０１にフィードバックされ、記録制御に反映される。

次に、上記構成の記録装置に搭載する記録ヘッドに実装される素子基板に関しいくつかの実施例を説明する。

図３は本発明の実施例１に従う素子基板（ヘッド基板）上に形成されたヒータと温度検知素子との位置関係を示す図であり、素子基板（ヘッド基板）上に形成される複数のヒータの一部を示している。素子基板１０１はシリコン（Ｓｉ）等の半導体基板が用いられる。図３において、（ａ）はヒータおよびその直下に配置される温度検知素子の平面図を示し、（ｂ）は図３（ａ）における一点鎖線Ａ−Ａ’の断面図を示している。なお、ここでは１個のヒータのみを図示しているが、素子基板１０１には記録ヘッドに設けられる、インクを吐出する複数のノズルに対応して複数のヒータが実装される。

図３（ａ）に示されるように、ヒータ１０２は、その両端に配線１０８が接続される。また、図３（ｂ）に示されるように、ヒータ１０２上には保護膜１０４が形成される。さらに、ヒータ１０２の下に層間絶縁膜１０３を介して、配線１０５及び配線１０６が配置される。配線１０５及び配線１０６はビア１０７を介して接続される。このように、素子基板１０１は多層構造をしており、異なる層に種々の構成要素が形成され、必要に応じて層間に異なる層に形成された構成要素を接続するビアが形成される。

温度検知素子は、配線１０５と配線１０６とビア１０７とが直列接続され、これらの３つにより構成される。配線１０５、１０６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ＡｌＣｕ、ＡｌＳｉ、Ｃｕ等の低抵抗の配線材が使用される。また、ビア１０７として、例えば、タングステン（Ｗ）が用いられる。

また、配線１０５と配線１０６とは複数のビア１０７を介して接続される。

ヒータ直下の温度検知は以下のようになされる。

図３（ａ）に示されるように、ヒータ１０２に接続される配線１０８よりヒータ１０２の両端に電圧が印加される。ヒータ１０２は電圧印加による通電により発熱する。ヒータ１０２上の保護膜１０４上のインクへ、又は、保護膜１０４上に金属膜（不図示）が形成された場合にはその金属膜上のインクに熱が伝わり、インクが発泡することでインクが吐出される。このときの温度変化をヒータ１０２直下に設けられるビア１０７と配線１０６と配線１０５とが直列接続され形成される抵抗の値の変化をモニタすることで温度検知が行われる。

図４は図３を参照して説明した温度検知素子を用いた温度検知回路およびヒータの駆動回路の等価回路を示す図である。

図４に示すヒータ２０１の両端にはそれぞれ電源２０３及びトランジスタ２０２が接続される。トランジスタ２０２は、そのゲートに印加される制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦされ、ヒータ２０１への通電が制御される。ヒータ２０１への電圧が印加されることで、ヒータ２０１が発熱する。ヒータ２０１の発熱がインクに伝わり、このときの温度変化が温度検知素子（抵抗）２０４により捉えられる。ここで、抵抗２０４は、図３に示したビア１０７及び配線１０５、１０６からなる温度検知素子の直列抵抗を示す。

ヒータ２０１に電圧が印加されて通電され、ヒータ２０１が加熱される。図４に示す抵抗２０４の一端には定電流を流す定電流源２０５が接続され、抵抗２０４のもう一端はグランドに接続される。そして、抵抗２０４の両端の電圧を検知する電圧検出回路２０６が接続される。この構成では、抵抗２０４に定電流源２０５より定電流が供給されるので、抵抗２０４の両端に接続された電圧検出回路２０６により、抵抗２０４の両端に発生する電圧を測定することにより抵抗２０４の抵抗値を読み取る。この測定された電圧値は素子基板（記録ヘッド）の外部に出力され、例えば、図２で示したコントローラ６００のＭＰＵ１７０１が抵抗２０４の抵抗値を算出することができる。

抵抗２０４は、例えば、ビアとしてタングステン、配線としてアルミニウムが用いられたとすると、各抵抗率は約５．５×１０^-10Ω・ｍ、約２．７×１０^-10Ω・ｍである。また、各温度係数は約３８００ｐｐｍ、約４４００ｐｐｍである。例えば、同一面積内でアルミニウム配線のみで温度検知素子を形成した場合と比較して、配線層間方向に電流を流すことができるため、ビアの抵抗分が高くできる。また、タングステンの抵抗率と温度係数がアルミニウムの抵抗率と温度係数に比較して高いため、抵抗値の絶対値および温度変化率を高くすることが可能となる。

従って以上説明した実施例に従えば、温度検知素子を素子基板内の複数の層にまたがって形成することで、温度検知素子のサイズの増大を抑えつつ、高精度な温度検知が可能となる。さらに、層間のビアを各層に形成される配線に比べて抵抗率と温度係数の高い物質、例えば、タングステンなどで形成することが好ましい。これにより、温度変化に対する検知感度を高め、ヒータの温度をさらに高精度に検知することが可能となるためである。

図５は本発明の実施例２に従う素子基板（ヘッド基板）上に形成されたヒータと温度検知素子との位置関係を示す図である。なお、図５においても図３と同様に、（ａ）はヒータおよびその直下に配置される温度検知素子の平面図を示し、（ｂ）は図５（ａ）における一点鎖線Ａ−Ａ’の断面図を示している。また、図５において、図３で既に説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

以下、実施例２に特徴的な構成についてのみ説明する。

図５と図３とを比較すると分かるように、この実施例では、実施例１と比較してヒータ１０２直下のビア１０７の数を増やしている。この増加は、ビア１０７と配線１０５と配線１０６とで形成される直列抵抗をヒータ１０２が占める面積の内でヒータ１０２の下で蛇行させるように形成することで実現される。

従って以上説明した実施例に従えば、実施例１に比較して温度検知素子の抵抗値を増加させることが可能となり、その増大により、さらに温度変化に対する検知感度を高めることが可能となる。

なお、この実施例に従う温度検知は実施例１の図４を参照して説明したのと同じ方法で同様に行うことができる。

図６は本発明の実施例３に従う素子基板（ヘッド基板）上に形成されたヒータと温度検知素子との位置関係を示す図である。なお、図６においても図３と同様に、（ａ）はヒータおよびその直下に配置される温度検知素子の平面図を示し、（ｂ）は図６（ａ）における一点鎖線Ａ−Ａ’の断面図を示している。また、図６において、図３で既に説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

以下、実施例３に特徴的な構成についてのみ説明する。

図６と図３とを比較すると分かるように、この実施例では、実施例１と比較して配線層が１層追加されている。図６（ｂ）に示されるように、配線１０５と配線１０６との間は実施例１のようにビア１０７により接続されるのに加え、配線１０６と配線１０９との間はビア１０７’により接続される。このように、この実施例では実施例１に対して、配線１０９とビア１０７’が追加されている。

従って以上説明した実施例に従えば、温度検知素子を構成する配線とビアを追加することにより、実施例１に比較して平面に閉める面積が同一でも直列接続される抵抗を増大させることが可能となる。これにより、温度検知素子の抵抗値の増加により、温度変化に対する検知感度を高めることが可能となる。

なお、この実施例に従う温度検知は実施例１の図４を参照して説明したのと同じ方法で同様に行うことができる。

図７は本発明の実施例４に従う素子基板（ヘッド基板）上に形成されたヒータと温度検知素子との位置関係を示す図である。なお、図７においても図３と同様に、（ａ）はヒータおよびその直下に配置される温度検知素子の平面図を示し、（ｂ）は図７（ａ）における一点鎖線Ａ−Ａ’の断面図を示している。また、図７において、図３で既に説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

以下、実施例４に特徴的な構成についてのみ説明する。

図７（特に図７（ｂ））と図３（特に図３（ｂ））とを比較すると分かるように、この実施例では、ヒータ１０２と配線１０５との間をビア１１０が接続する。

この実施例では、温度検知素子としてビア１１０を用い、温度検知素子への通電および電圧検知の配線にヒータ１０２を用いる。

図８は図７を参照して説明した温度検知素子を用いた温度検知回路およびヒータの駆動回路の等価回路を示す図である。この実施例では、温度検知素子の一部としてヒータ１０２を用いるため、ヒータ駆動と温度検知を同時に行うことはできない。この等価回路が示すように、スイッチによりヒータ駆動と温度検知とを切り替えて実行する。

図８において、（ａ）はヒータ駆動を行う動作モードのときの回路構成を示し、（ｂ）は温度検知を行う動作モードの回路構成を示す。なお、図８において、図４で既に説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

図８（ａ）と図８（ｂ）に示されるように、ヒータ２０１ａ、２０１ｂで１つのヒータを形成し、図７におけるビア１１０の接続点がヒータ２０１ａとヒータ２０１ｂの接続点を示す。ヒータ２０１ａの一端にスイッチ６０１を介して電源２０３が接続される。またヒータ２０１ｂの一端にはヒータを駆動制御するトランジスタ２０２を介してグランドに接続される。ヒータ２０１ａと２０１ｂの接続点（ヒータ全体で言えば、その中間点）にビア１１０の一端が接続され、ビア１１０のもう一端は電圧検出回路２０６の一端とスイッチ６０４を介してグランドに接続される。電圧検出回路２０６の一端はスイッチ６０３を介してヒータ２０１ｂとトランジスタ２０２の接続点に接続される。また、ヒータ２０１ａとスイッチ６０１の接続点に定電流源２０５がスイッチ６０２を介して接続される。

ここで、図８（ａ）を参照してヒータ駆動時の動作について説明する。

ヒータ駆動を行う動作モードの時は、スイッチ６０１が閉じられ、スイッチ６０２、６０３、６０４は開放される。一方、トランジスタ２０２は制御信号によりヒータ２０１ａ、２０１ｂへの通電のＯＮ／ＯＦＦが制御される。スイッチ６０２、６０３、６０４が開放されているため、温度検知のための定電流源２０５および電圧検出回路２０６は温度検知素子（ヒータ２０１ａ、２０１ｂ）に接続されていない。

次に、図８（ｂ）を参照して温度検知の動作について説明する。

温度検知を行う動作モードの時は、スイッチ６０１が開放されており、スイッチ６０２、６０３、６０４が閉じられている。一方、トランジスタ２０２は制御信号によりオフされている。このとき、定電流源２０５より実線の矢印に示すように電流が、ヒータ２０１、ビア１１０、スイッチ６０４を通じてグランドに流れる。電圧検出回路２０６はビア１１０およびスイッチ６０３を介してヒータ２０１ｂに接続され、電圧検出回路２０６の両端の電位差を測定する。電流は実線の矢印に示すように流れるため、電圧検出回路２０６に接続されるスイッチ６０３、ヒータ２０１ｂには定電流源２０５からの電流は流れない。直列接続されるヒータ２０１ｂおよびスイッチ６０３の両端には電位差が生じないため、電圧検出回路２０６の両端にはビア１１０の電位差のみが測定される。

この実施例の場合、実施例１〜３と比較し、温度検知素子のビア１１０がヒータに接続されるためヒータ直上の温度変化に対して高感度にとらえることが可能となる。

また、ビア１１０の抵抗値のみが検知されるため、図７（ａ）におけるビア１１０に示す平面的にビア１つ分の微小領域の温度変化をとらえることが可能となり、ヒータの中央部の温度変化の検知感度を高くすることが可能となる。

図９は図７を参照して説明した温度検知素子を用いた温度検知回路およびヒータの駆動回路の別の構成の等価回路を示す図である。なお、図９において、図４と図８で既に説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

図９に示す構成は図８に示した等価回路の構成に対しヒータに通電するトランジスタ２０２が高電圧側に接続された回路構成となっている。図８の場合と同様に、図９（ａ）はヒータ駆動を行う動作モードのときの回路構成を示し、図９（ｂ）は温度検知を行う動作モードの回路構成を示す。この構成では、図７からも示唆されるように、ヒータ１０２の中間点にビア１００の一端が接続される。

この構成では、温度検知を行うときには、図８に示す回路構成では必要であったヒータへの電源２０３からの供給を遮断するためのスイッチ６０１が不要となるが、図８に示す場合と同様に動作する。

ヒータを駆動する時に図８ではヒータに直列に接続されるスイッチ６０１の抵抗による電圧降下が生じるが、図９に示す回路構成ではスイッチ６０１の抵抗による電圧降下が生じないため効率的にヒータにエネルギを供給することが可能となる。また、スイッチ６０１を省略できるのでその分レイアウト面積を縮小することができ、結果として、素子基板のコストを下げることができる。

なお、図８〜図９に示したスイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御は、例えば、図２に示したコントローラ６００のＭＰＵ１７０１からの切替信号（不図示）により行うことができる。また、その切替信号の数を削減するために、トランジスタ２０２のゲートに印加する制御信号のＯＮ／ＯＦＦに同期させて切替るような回路構成とすることもできる。いずれにせよ、温度検知を行うモードでは定電流源２０５からの電流がビア１００、ヒータへ流れ、ヒータ駆動を行うモードでは電源２０３からの電流がヒータに流れる構成であれば良い。

図１０は本発明の実施例５に従う素子基板（ヘッド基板）上に形成されたヒータと温度検知素子との位置関係を示す図である。なお、図１０においても図３と同様に、（ａ）はヒータおよびその直下に配置される温度検知素子の平面図を示し、（ｂ）は図１０（ａ）における一点鎖線Ａ−Ａ’の断面図を示している。また、図１０において、図３で既に説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

以下、実施例５に特徴的な構成についてのみ説明する。

この実施例では実施例４と同様に、温度検知素子の一部にヒータを使用している。図１０（ｂ）に示されるように、ヒータ１０２と配線１０５との間にビア１１１、１１２が接続される。この実施例では、実施例４と同様に、実施例１に対して温度検知素子に使用する配線層の一部にヒータを用いている。

従って、この実施例に従う温度検知素子は、例えば、配線１０５とビア１１１とヒータ１０２とビア１１２が直列接続された抵抗から構成される。そして、この実施例でも実施例１と同様に直列接続された合成抵抗の抵抗値の温度変化より温度検知を行う。

図１１は図１０を参照して説明した温度検知素子を用いた温度検知回路およびヒータの駆動回路の等価回路を示す図である。この実施例では、温度検知素子の一部としてヒータ１０２を用いるため、ヒータ駆動と温度検知を同時に行うことはできない。この等価回路が示すように、スイッチによりヒータ駆動と温度検知とを切り替えて実行する。

図１１において、（ａ）はヒータ駆動を行う動作モードのときの回路構成を示し、（ｂ）は温度検知を行う動作モードの回路構成を示す。なお、図１１において、図４や図８で既に説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

ここで、図１１（ａ）を参照してヒータ駆動時の動作について説明する。

ヒータ駆動時は、スイッチ６０４、６０５は開放されている。トランジスタ２０２は制御信号によりヒータへの通電のＯＮ／ＯＦＦが制御される。このとき、スイッチ６０４、６０５が開放されているため、温度検知のための定電流源２０５は温度検知素子に接続されていない。

次に、図１１（ｂ）を参照して温度検知の動作について説明する。

温度検知時は、スイッチ６０４、６０５が閉じられている。また、トランジスタ２０２は制御信号によりＯＦＦされている。一方、定電流源２０５より実線の矢印に示すように電流が、スイッチ６０４、ビア１１１、ヒータ２０１ｂ、ビア１１２、スイッチ６０５を通じてグランドに流れる。電圧検出回路２０６は、直列接続されるビア１１１、ヒータ２０１ｂおよびビア１１２の両端の電位差を測定する。このようにして、直列接続されるビア１１１とヒータ２０１ｂとビア１１２とで形成される温度検知素子の抵抗値の温度変化をとらえることで温度検知を行う。

この実施例の場合、実施例１に従う構成と比較して、ヒータ上の温度変化をより捉えやすい構成のため、温度検知素子の温度変化に対する検知感度を高めることが可能となる。

１０１ 素子基板、１０２ ヒータ、１０３ 層間絶縁膜、１０４ 保護膜、
１０５〜１０６、１０９ 配線、１０７〜１０８、１１０〜１１２ ビア、
２０１ ヒータ、２０２ トランジスタ、２０３ 電源、２０４ 温度検知素子、
２０５ 定電流源、２０６ 電圧検出回路、６０１〜６０５ スイッチ

Claims (16)

1. 多層構造の素子基板であって、
   第１の層に形成されるヒータと、
   前記ヒータが設けられる位置の直下の第２の層に形成される第１の配線と、前記第２の層のさらに下の第３の層に形成される第２の配線と、前記第２の層と前記第３の層との間に形成され前記第１の配線と前記第２の配線とを接続する第１のビアとを直列接続することにより構成される前記ヒータの温度を検知するための温度検知素子とを有することを特徴とする素子基板。
2. 前記ヒータが占める面積の内で、前記温度検知素子を蛇行させるように形成することを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
3. 前記第３の層のさらに下の第４の層に形成される第３の配線と、前記第３の層と前記第４の層との間に形成され前記第２の配線と前記第３の配線とを接続する第２のビアとを前記温度検知素子に対してさらに直列接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の素子基板。
4. 前記第１のビアを複数、用いて、前記第１の配線と前記第２の配線とを接続し、
   前記第２のビアを複数、用いて、前記第２の配線と前記第３の配線とを接続することを特徴とする請求項３に記載の素子基板。
5. 前記第１の配線、前記第２の配線、前記第３の配線には、アルミニウムが用いられ、
   前記第１のビア、前記第２のビアには、タングステンが用いられることを特徴とする請求項３又は４に記載の素子基板。
6. 前記第１のビアを複数、用いて、前記第１の配線と前記第２の配線とを接続することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の素子基板。
7. 前記第１の配線と、前記第２の配線には、アルミニウムが用いられ、
   前記第１のビアには、タングステンが用いられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の素子基板。
8. 定電流を通電する定電流源と、
   前記定電流源により前記温度検知素子に定電流を通電することにより得られる電圧を検出する電圧検出回路とをさらに有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の素子基板。
9. 多層構造の素子基板であって、
   第１の層に形成されるヒータと、
   前記ヒータが設けられる位置の直下の第２の層に形成される配線と、前記第１の層と前記第２の層との間に形成され前記ヒータと前記配線とを接続するビアとを直列接続することにより構成される前記ヒータの温度を検知するための温度検知素子とを有することを特徴とする素子基板。
10. 定電流を通電する定電流源を前記温度検知素子に接続して前記ヒータの温度を検知する第１のモードと前記ヒータに電源を接続して前記ヒータを駆動する第２のモードとを切り替えるスイッチをさらに有し、
    電圧検出回路が前記定電流源により前記温度検知素子に定電流を通電することにより得られる電圧を検出することを特徴とする請求項９に記載の素子基板。
11. 前記ヒータに通電して前記ヒータを駆動するトランジスタをさらに有し、
    前記トランジスタは前記ヒータとグランドとの間に接続され、
    前記ビアの一端が前記ヒータの中間点に接続され、
    前記スイッチは、
    前記電源と前記ヒータとの間に設けられる第１のスイッチと、
    前記定電流源と前記ヒータとの間に設けられる第２のスイッチと、
    前記ヒータと前記トランジスタの接続点と前記電圧検出回路との間に設けられる第３のスイッチと、
    前記ビアと前記グランドとの間に設けられる第４のスイッチとを含み、
    前記第１のモードでは、前記第１のスイッチを開放し、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチと前記第４のスイッチとを閉じ、
    前記第２のモードでは、前記第１のスイッチを閉じ、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチと前記第４のスイッチとを開放することを特徴とする請求項１０に記載の素子基板。
12. 前記ヒータに通電して前記ヒータを駆動するトランジスタをさらに有し、
    前記トランジスタは前記ヒータと前記電源との間に接続され、
    前記ビアの一端が前記ヒータの中間点に接続され、
    前記スイッチは、
    前記ヒータと前記トランジスタの接続点と前記電圧検出回路との間に設けられる第１のスイッチと、
    前記ビアのもう一端と前記定電流源との間に設けられる第２のスイッチとを含み、
    前記第１のモードでは、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを閉じ、
    前記第２のモードでは、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを開放することを特徴とする請求項１０に記載の素子基板。
13. 前記ヒータに通電して前記ヒータを駆動するトランジスタをさらに有し、
    前記トランジスタは前記ヒータと前記電源との間に接続され、
    前記ビアは、第１のビアと第２のビアとを含み、
    前記第１のビアの一端が前記ヒータの第１の中間点に接続され、
    前記第２のビアの一端が前記ヒータの第２の中間点に接続され、
    前記スイッチは、
    前記第１のビアのもう一端と前記定電流源との間に設けられる第１のスイッチと、
    前記第２のビアのもう一端とグランドとの間に設けられる第２のスイッチとを含み、
    前記第１のモードでは、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを閉じ、
    前記第２のモードでは、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを開放することを特徴とする請求項１０に記載の素子基板。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の素子基板を用い、前記ヒータによりインクに熱エネルギーを与えてインクを吐出する記録ヘッド。
15. 前記記録ヘッドは記録媒体の幅に相当する記録幅をもつフルライン記録ヘッドであることを特徴とする請求項１４に記載の記録ヘッド。
16. 請求項１４又は１５に記載の記録ヘッドを用いて、インクを記録媒体に吐出して画像を記録する記録装置。

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