JP2018176697A - 液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録素子と被覆部とが短絡（導通）した場合に、被覆部と共通配線との間に設けられたヒューズ部を切断されやすくし、被覆部の変質の影響が広がることを抑制することができる液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法を提供する。【解決手段】発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７とが短絡している状態で、駆動電源３０１から発熱抵抗体１０８側に印加される電圧よりも、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７とが短絡している状態で印加される第１のヒューズ部の両端の電位差を大きくする。【選択図】図５

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法と、液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置に関するものである。

現在、液室の内部の液体を発熱抵抗体（記録素子）に通電させることで加熱し、これによって生じる液体の膜沸騰によって液室内で発泡させ、このときの発泡エネルギーによって吐出口から液滴を吐出させる形式の液体吐出装置が多く採用されている。

このような液体吐出装置によって記録が行われる場合には、発熱抵抗体上の領域で液体が発泡、収縮、消泡する際に生じるキャビテーションによる衝撃といった物理的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。また、液体の吐出が行われる際には、発熱抵抗体は高温となっているので、液体の成分が熱分解して発熱抵抗体の表面に付着して固着・堆積するといった化学的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。これらの発熱抵抗体への物理的作用あるいは化学的作用から発熱抵抗体を保護するために、発熱抵抗体上には、発熱抵抗体を覆う金属材料等で形成された保護層（被覆部）が配置される場合がある。

通常、保護層は液体と接する位置に配置される。したがって、保護層に電気が流れてしまうと、保護層と液体との間で電気化学反応が生じてしまい、場合によっては保護層としての機能が損なわれてしまう場合がある。そのため、発熱抵抗体に供給される電気の一部が保護層へ流れないように、発熱抵抗体と保護層との間に、絶縁層が配置されている。

ところが、何らかの原因によって絶縁層の機能が損なわれてしまい、発熱抵抗体あるいは配線から、保護層へ直接的に電気が流れてしまう短絡（導通）が生じる可能性がある。発熱抵抗体に供給される電気の一部が保護層に流れた場合には、保護層と液体との間で電気化学反応が生じてしまい、保護層が変質してしまうことがある。さらに、複数の発熱抵抗体をそれぞれ覆う保護層が互いに電気的に接続されている場合は、短絡が生じた保護層とは別の保護層にも電流が流れてしまい、変質の影響が広がる恐れがある。

そこで、特許文献１には、複数の保護層と電気的に接続された共通配線に対し、破断部（ヒューズ部）を介してそれぞれの保護層が接続された構成が記載されている。このような構成において上記の短絡が生じて１つの保護層に電流が流れた場合に、この電流によってヒューズ部が切断されることで、他の保護層との電気的な接続が切断される。これにより、保護層の変質の影響が広がることを抑えることができる。

特開２０１４−１２４９２３号公報

しかしながら、短絡が生じた場合であっても、記録素子と被覆部との接触領域が微小であると、接触抵抗が大きくヒューズ部に流れる電流は小さくなるため、ヒューズ部が確実に切断されない可能性がある。そのため、ヒューズ部を設けた構成であってもヒューズ部が切断されずに短絡が生じた被覆部から他の被覆部に電流が流れてしまい、ヘッド全体として被覆部の変質の影響が広がる恐れがある。

そこで、本発明は、記録素子と被覆部とが短絡（導通）した場合に、被覆部と共通配線との間に設けられたヒューズ部を切断されやすくし、被覆部の変質の影響が広がることを抑制することを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法は、第１の記録素子と第２の記録素子とを含む複数の記録素子と、前記第１の記録素子を被覆する第１の被覆部と、前記第２の記録素子を被覆する第２の被覆部と、前記第１の記録素子と前記第１の被覆部との間に設けられるとともに、前記第２の記録素子と前記第２の被覆部との間に設けられた絶縁層と、前記第１の被覆部および前記第２の被覆部と電気的に接続された共通配線と、前記第１の被覆部と前記共通配線との間に設けられた第１のヒューズ部と、前記第２の被覆部と前記共通配線との間に設けられた第２のヒューズ部と、を有する液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法において、前記第１の記録素子と前記第１の被覆部とが導通した状態で前記記録素子を駆動するために印加される電位によって生じる前記第１のヒューズ部の両端の電位差よりも、前記電位差を大きくし、前記第１のヒューズ部を切断することを特徴とする。

本発明によると、記録素子と被覆部とが短絡（導通）した場合に、被覆部と共通配線との間に設けられたヒューズ部を切断されやすくし、被覆部の変質の影響が広がることを抑制すること可能となる。

液体吐出装置を示す図である。 液体吐出ヘッドユニットおよび液体吐出ヘッドを示す図である。 液体吐出ヘッド用基板および液体吐出ヘッドを示す図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を示す図である。 液体吐出ヘッドユニットと液体吐出装置本体の回路図を示す図である。 ヒューズ部の切断の際のフローを示す図である。 液体吐出ヘッドユニットと液体吐出装置本体の回路図を示す図である。 液体吐出ヘッドユニットと液体吐出装置本体の回路図を示す図である。

（液体吐出装置）
図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出装置１０００についての斜視図である。図１に示される液体吐出装置１０００は、内部に液体吐出ヘッドユニット４１０が収納されるキャリッジ２１１を備えている。本実施形態の液体吐出装置１０００において、キャリッジ２１１は、ガイドシャフト２０６に沿って矢印Ａの主走査方向に移動自在にガイドされている。ガイドシャフト２０６は、記録媒体の幅方向に沿って延びるように配置されている。したがって、キャリッジ２１１に搭載された液体吐出ヘッドは、記録媒体の搬送される搬送方向と交差する方向に走査しながら記録を行う。このように、液体吐出装置１０００は、液体吐出ヘッド１の主走査方向の移動と、記録媒体の副走査方向の搬送と、を伴って画像を記録するいわゆるシリアルスキャンタイプの液体吐出装置である。

キャリッジ２１１は、記録媒体の搬送方向に直交する方向に走査されるように、ガイドシャフト２０６によって貫通されて支持されている。キャリッジ２１１にはベルト２０４が取り付けられており、ベルト２０４にはキャリッジモータ２１２が取り付けられている。これにより、キャリッジモータ２１２による駆動力がベルト２０４を介してキャリッジ２１１に伝えられるので、キャリッジ２１１がガイドシャフト２０６によって案内されながら主走査方向に移動可能に構成されている。

また、キャリッジ２１１には、制御部からの電気信号を液体吐出ヘッドユニット４１０の液体吐出ヘッドに転送するためのフレキシブルケーブル２１３が、液体吐出ヘッドユニットに接続されるように取り付けられている。また、液体吐出装置１０００は、液体吐出ヘッドの回復処理を行うために用いられるキャップ２４１及びワイパブレード２４３が配置されている。また、液体吐出装置１０００は、記録媒体を積層状態で蓄える給紙部２１５と、キャリッジ２１１の位置を光学的に読み取るエンコーダセンサ２１６を有している。

（液体吐出ヘッドユニット）
図２（ａ）に、液体吐出ヘッドユニット４１０についての斜視図を示す。液体吐出ヘッドユニット４１０は、液体吐出ヘッドをタンクと一体化してなるカートリッジ形態のユニットである。液体吐出ヘッドユニット４１０は、キャリッジの内部に、装着及び取り外し可能に構成されている。液体吐出ヘッドユニット４１０には、液体吐出ヘッド１が取り付けられている。液体吐出ヘッドユニット４１０には、電力を供給するための端子を有するＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）用のテープ部材４０２が貼り付けられている。このテープ部材４０２を通って、液体吐出装置からそれぞれの発熱抵抗体１０８へ選択的に電力が供給される。発熱抵抗体１０８へ電力が供給される際には、接点４０３からテープ部材４０２を通って、液体吐出ヘッド１へ電力が供給される。また、液体吐出ヘッドユニット４１０は、液体を一旦貯留し、そこから液体吐出ヘッド１に供給するためのタンク４０４を備えている。

図２（ｂ）に、液体吐出ヘッド１についての、一部を破断した斜視図を示す。本実施形態の液体吐出ヘッド１は、液体吐出ヘッド用基板１００に流路形成部材１２０が貼り付けられることで形成されている。流路形成部材１２０と液体吐出ヘッド用基板１００との間には、内部に液体を貯留させることが可能な複数の液室１３２（図３（ｂ））が画成されている。液体吐出ヘッド用基板１００には、液体吐出ヘッド用基板１００を表面から裏面へ貫通するように、液体供給口１３０が形成されている。流路形成部材１２０には、液体供給口１３０に連通するように共通液室１３１が形成されている。また、流路形成部材１２０には、共通液室１３１からそれぞれの液室１３２まで延びるように、液体流路１１６が形成されている。したがって、液体流路１１６を介して、共通液室１３１とそれぞれの液室１３２とが連通するように、流路形成部材１２０が形成されている。それぞれの液室１３２の内部には、熱作用部１１７が形成されている。流路形成部材１２０における熱作用部１１７に対応する位置には、吐出口１２１が形成されている。複数の熱作用部１１７（発熱抵抗体１０８）は列をなして配設されており、熱作用部１１７に対応して設けられた吐出口１２１も列をなして配設されている。

ここでは、液体吐出ヘッド用基板１００における液体の吐出の行われる側の面のことを表面と言うものとする。また、液体吐出ヘッド用基板１００における液体の吐出の行われる側とは逆側の面のことを裏面と言うものとする。

タンク４０４から液体吐出ヘッド１に液体が供給される際には、液体吐出ヘッド用基板１００における液体供給口１３０を通って共通液室１３１に液体が供給される。共通液室１３１に供給された液体は、液体流路１１６を通って、それぞれの液室１３２の内部へ供給される。このとき、共通液室１３１内の液体は、毛管現象により液体流路１１６及び液室１３２に供給され、吐出口１２１にてメニスカスを形成することにより、液体の液面が安定に保持される。

熱作用部１１７の下部には発熱抵抗体１０８が備えられており、液体を吐出する際には、配線を通して発熱抵抗体１０８に通電させる。このときの発熱抵抗体１０８への通電により、発熱抵抗体１０８で熱エネルギーが発生する。これにより、液室１３２内の液体が加熱されて膜沸騰により発泡し、そのときの発泡エネルギーによって吐出口１２１から液滴が吐出される。

なお、液体吐出ヘッドユニット４１０は、上記実施形態のようにタンクと一体化された形態に適用されるものに限られない。例えば、液体吐出ヘッドとタンクとが別々に構成されたものであってもよい。こうすることにより、タンク内の液体が無くなったときに、タンクのみを取り外して新たなタンクを取り付けることで、タンクのみを交換することができる。そのため、必ずしもタンクと共に液体吐出ヘッドを交換する必要がなく、液体吐出ヘッドの交換頻度を減少させることで液体吐出装置の運転コストを低く抑えることができる。

また、液体吐出装置は、液体吐出ヘッドとタンクとが別々の位置に配置され、これらの間をチューブ等によって接続して液体吐出ヘッドへ液体を供給する形式のものであってもよい。また、本実施形態では、液体吐出装置は、記録ヘッドが主走査方向Ａに沿って走査するシリアルスキャン方式に適用されているが、本発明はこれに限定されない。本発明は、ラインプリンタに適用されるような、記録媒体の全幅に対応した範囲に亘って延在する液体吐出ヘッドを用いるフルラインタイプの液体吐出装置にも適用可能である。

（液体吐出ヘッド）
図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板１００の熱作用部付近を上面から見て模式的に示した平面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った液体吐出ヘッド１の模式的な断面図である。

液体吐出ヘッド１は、シリコンによって形成された基体１０１上に複数の層が積層された液体吐出ヘッド用基板１００を有する。基体１０１上には、熱酸化膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等によって形成される蓄熱層１０２が配置される。また、蓄熱層１０２上には、ＴａＳｉＮ等によって形成される発熱抵抗体層１０４が配置され、発熱抵抗体層１０４上には、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ等の金属材料から形成される配線としての電極配線層１０５が配置されている。電極配線層１０５上には、絶縁保護層１０６が配置されている。絶縁保護層１０６は、発熱抵抗体層１０４及び電極配線層１０５を覆うように、これらの上側に設けられている。絶縁保護層１０６は、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜等によって形成される。

絶縁保護層１０６上には、上部保護層１０７が配置されている。上部保護層１０７は、発熱抵抗体１０８の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から発熱抵抗体１０８の表面を保護する。本実施形態では、上部保護層１０７は、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の白金族やタンタル（Ｔａ）によって２０〜１００ｎｍの厚さで形成されている。また、これらの材料によって形成された上部保護層１０７は、導電性を有している。液体の吐出が行われる際には、上部保護層１０７の表面は液体と接触しており、上部保護層１０７の表面上で液体の温度が瞬間的に上昇して発泡し、そこで消泡してキャビテーションの生じる過酷な環境にある。そのため、本実施形態では、耐食性が高く、信頼性の高い材料によって形成された上部保護層１０７が、発熱抵抗体１０８に対応する位置に形成されている。なお、液体吐出ヘッド１の高耐久化のためにはキャビテーション等の物理的衝撃や化学的な影響に対して耐性の高いＩｒを用いて上部保護層１０７を形成することが好ましい。

上部保護層１０７は発熱抵抗体１０８のそれぞれを覆うように設けられている。すなわち、第１の記録素子としての発熱抵抗体１０８を覆うように第１の被覆部としての上部保護層１０７（１０７ａ）が設けられている。また、第２の記録素子としての発熱抵抗体１０８を覆うように第１の被覆部としての上部保護層１０７（１０７ｂ）が設けられている。

発熱抵抗体１０８は、電極配線層１０５が部分的に除去されることによって形成されている。本実施形態では、液体供給口１３０から液室１３２に向かう方向に沿って、発熱抵抗体層１０４及び電極配線層１０５が重ねられて略同じ形状に配置されている。そして、電極配線層１０５のうちの一部が部分的に除去されることによって、その部分が電極配線層１０５の存在しないギャップとして形成され、そこでは発熱抵抗体層１０４のみが配置されている。そのため、発熱抵抗体層１０４及び電極配線層１０５が二層に形成され、発熱抵抗体層１０４のうち発熱抵抗体１０８として機能する部分に対応する電極配線層１０５の部分が除去されてその部分から発熱抵抗体層１０４が露出されている形状となっている。電極配線層１０５は、不図示の駆動素子回路ないし外部電源端子に接続されており、外部からの電力の供給を受けることができるように構成されている。

なお、上記の実施形態では、発熱抵抗体層１０４上に電極配線層１０５を配置している構成としたが、本発明はこれに限定されない。電極配線層１０５を基体１０１または熱酸化膜１０２上に形成し、そこで電極配線層１０５の一部を部分的に除去してギャップを形成して、その電極配線層１０５の上に発熱抵抗体層１０４を配置する構成を採用してもよい。また、発熱抵抗体層１０４に対して電極配線層１０５の代わりにタングステンプラグ等のプラグ電極を接続して発熱抵抗体１０８を構成してもよい。

上部保護層１０７の発熱抵抗体１０８側には、各発熱抵抗体１０８を覆う導電性の保護層１０３が設けられている。図３（ａ）に示すように、発熱抵抗体１０８を覆う上部保護層１０７（１０７ａ）は、導電性の保護層１０３や共通配線１１０を介して他の発熱抵抗体１０８を覆う上部保護層１０７（１０７ｂ）と電気的に接続されている。共通配線１１０は吐出口列の方向（発熱抵抗体１０８の配列方向）に沿って形成されている。また、導電性の保護層１０３と共通配線１１０との間は電流が流れることで破断されやすいヒューズ部１１３を介して接続されている。保護層１０３、共通配線１１０、およびヒューズ部１１３は、２０〜１００ｎｍの厚さに形成されている。ヒューズ部１１３は破断されやすいように部分的に細く構成されており、例えば２μｍ〜５μｍの幅（短手方向の長さ）に形成されている。本実施形態では、保護層１０３、共通配線１１０、およびヒューズ部１１３は、液室１３２内の液体と接する領域に形成されている。また、保護層１０３、共通配線１１０、およびヒューズ部１１３はいずれもＴａで形成されている。これらを同じ材料で構成することで同じ製造工程でこれらを形成することができる。なお、これらの材料は導電性を有する材料であればよいが、Ｒｕ、Ｔａのいずれか、あるいはＲｕ、Ｔａのいずれかを含む合金などを用いること好ましい。

なお、本実施形態では、複数の上部保護層１０７同士は上部保護層１０７の下層として設けられた保護層１０３等を介して電気的に接続されているが、このような他の層を介さずに複数の上部保護層１０７が共通配線に接続された構成であってもよい。

本実施形態のように上部保護層１０７同士を電気的に接続することで、例えば、上部保護層と発熱抵抗体層１０４との間の電気リークチェックを簡便に行ったり、下記で説明するクリーニング処理を行ったりすることができる。

本実施形態の液体吐出装置は、定期的に上部保護層１０７に堆積したコゲを除去するためのクリーニング処理を行うことが可能な構成となっている。液室１３２内に上部保護層１０７と対向電極１１１とを設け、液体との電気化学反応を生じさせてコゲが付着した上部保護層１０７の表面を溶出させるものである。対向電極１１１はＩｒで形成され、対向電極１１１に接続される配線１０９はＴａで形成されている。このクリーニング処理は、対向電極１１１側は０Ｖ（ＧＮＤと同電位）、上部保護層１０７側は＋５〜＋１０Ｖの正電位を印加し、上部保護層１０７の表面を液体に溶出させて、コゲを上部保護層１０７から除去するものである。なお、このコゲ除去のためのクリーニング処理を行うためには、上部保護層１０７や対向電極１１１は、ＩｒまたはＲｕの少なくともいずれかを含んで構成されていればよい。

また、液体に電荷を有する粒子を含まれている場合に、対向電極１１１に液体中の粒子の電位の極性と反対の電位を印加すると、上部保護層１０７の表面上にある吐出される液体から粒子を適切に除去することができる。これにより、発熱抵抗体１０８を駆動した際の熱で粒子が上部保護層１０７の表面に吸着することを抑制し、上部保護層１０７の表面におけるコゲの発生を抑えことができる。例えば、負電荷の粒子が液体中に含まれている場合、対向電極１１１に＋０．５Ｖ〜＋２Ｖ程度の正電位を印加することで、対向電極１１１の側に粒子を引き寄せることが可能である。なお、記録動作を行っていない状態では、電源３０２による対向電極１１１への電位の印加を停止してもよい。

（液体吐出ヘッドの製造方法）
図４（ａ）〜（ｅ）に示す液体吐出ヘッド１の模式的断面図を用いて液体吐出ヘッド１の製造工程について説明する。

なお、通常、液体吐出ヘッド１の製造工程では、Ｓｉによって形成された基体１０１に、駆動回路が予め作り込こまれた状態で、基体１０１上にそれぞれの層が積層されて液体吐出ヘッド１が製造される。発熱抵抗体１０８を選択的に駆動するためのスイッチングトランジスタ１１４（図５）といった半導体素子等が、駆動回路として基体１０１に予め作り込まれ、その上に各層が積層されて液体吐出ヘッド１が形成される。しかしながら、図４では簡略化のために、予め配置された駆動回路等については図示せずに説明を省略する。また、下記で説明する各層の成膜方法、材料、および厚さ等は一例であり、本発明は下記に限定されるものではない。

まず、基体１０１上に、熱酸化法、スパッタ法、ＣＶＤ法などによって、発熱抵抗体層１０４の下部層としてＳｉＯ_２の熱酸化膜からなる蓄熱層１０２を形成する。なお、駆動回路を予め作り込んだ基体に対しては、それら駆動回路の製造プロセス中で蓄熱層１０２を形成可能である。

次に、蓄熱層１０２上にＴａＳｉＮ等の発熱抵抗体層１０４を、反応スパッタリングにより約２０ｎｍの厚さに形成する。また、発熱抵抗体層１０４上にＡｌ層をスパッタリングにより約３００ｎｍの厚さに形成することにより、電極配線層１０５が形成される。そして、フォトリソグラフィ法を用い、発熱抵抗体層１０４及び電極配線層１０５に対して同時にドライエッチングを施す。これにより、発熱抵抗体層１０４及び電極配線層１０５を部分的に除去する。なお、本実施形態では、ドライエッチングとしてリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いている。さらに、発熱抵抗体１０８を形成するために、ウエットエッチングにより電極配線層１０５を部分的に除去し、その部分の発熱抵抗体層１０４を露出させる。

次に、絶縁保護層１０６を形成するために、図４（ｂ）に示されるように、プラズマＣＶＤ法を用いて、絶縁保護層１０６としてＳｉＮ膜を約２００ｎｍの厚さに形成する。

次に、保護層１０３、ヒューズ部１１３、共通配線１１０、および対向電極配線１０９を形成するために、絶縁保護層１０６上に、スパッタリングによりＴａ層を約１００ｎｍの厚さに形成する。次に、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングによりＴａ層を部分的に除去し、保護層１０３、共通配線１１０、ヒューズ部１１３、および対向電極配線１０９を形成する（図４（ｃ））。ヒューズ部１１３（図３（ａ））は共通配線１１０と保護層１０３との間を接続し、互いを電気的に接続している。ヒューズ部１１３の幅は２μｍとフォトリソグラフィ法の最小限界寸法に近い寸法で形成され、ヒューズ部１１３に電流が流れた場合、ヒューズ部１１３の電流密度がより大きくなり破断し易いように設計されている。

なお、図３（ａ）のＩＶＣＩＩ−ＩＶＣＩＩ線における断面である図４（ｃ２）に示すように、ヒューズ部１１３を厚さ５０ｎｍと局所的に薄く形成し、ヒューズ部１１３をより破断されやすくしてもよい。この場合、図４（ｃ）の後にフォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングにより、Ｔａにより形成されたヒューズ部１１３を一部除去して薄くする。これにより、ヒューズ部１１３のＴａ膜厚は５０ｎｍとなり、Ｔａで形成された共通配線１１０や対向電極配線１０９の膜厚約１００ｎｍの約１／２の膜厚となる。

次に、上部保護層１０７および対向電極１１１を形成するために、スパッタリングにより厚さ３０ｎｍのＩｒ層を形成する。さらに、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングによりＩｒ層を部分的に除去し、発熱抵抗体１０８を被覆する上部保護層１０７と、コゲ除去の際に用いる対向電極１１１と形成する（図４（ｄ））。

次に、図４（ｄ）で形成された液体吐出ヘッド用基板１００の上部保護層１０７側の面にスピンコート法を用いて溶解可能な固体層であるレジスト層を塗布する。レジスト層の材料としては、例えばネガ型のレジストとして作用するポリメチルイソプロペニルケトンを用いる。そして、フォトリソグラフィ法を用い、レジスト層を所望の液室１３２の形状にパターニングする。続いて、液流路壁や吐出口１２１を構成する流路形成部材１２０を形成するために、被覆樹脂層を形成する。この被覆樹脂層を形成する前に、密着性を向上させるためにシランカップリング処理等を適宜行うことができる。被覆樹脂層は、従来知られているコーティング法を適宜選択して、液室１３２の形状にパターニングされたレジスト層が形成された液体吐出ヘッド用基板１００の上に樹脂を塗布することによって形成する。次に、フォトリソグラフィ法を用い、被覆樹脂層を所望の液流路壁や吐出口１２１の形状にパターニングする。その後、基板１００の裏面から、異方性エッチング法，サンドブラスト法，異方性プラズマエッチング法等を用いて、液体吐出ヘッド用基板１００を貫通する液体供給口１３０を形成する（不図示）。この際、例えば、テトラメチルヒドロキシアミン（ＴＭＡＨ），ＮａＯＨ，ＫＯＨ等を用いた化学的シリコン異方性エッチング法により、液体供給口１３０を形成する。続いて、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行い、現像および乾燥を行うことにより、レジスト層を除去して液室１３２を形成する。

以上の工程を経て、液体吐出ヘッド１が製造される。

（第１の実施形態）
図５は本実施形態の液体吐出ヘッドユニット４１０と液体吐出装置本体５００の回路図を示している。図５（ａ）は正常な状態を示し、図５（ｂ）は発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で短絡が生じた状態を示している。

それぞれの発熱抵抗体１０８は、電源３０１（電圧印加手段）、スイッチングトランジスタ１１４及び不図示の選択回路によって選択されて駆動されている。本実施形態では、液体吐出ヘッドユニット４１０の外部である液体吐出装置本体５００に設けられた電源３０１は、例えば２０〜３５Ｖの駆動電圧であり、ここでは、電源３０１は２４Ｖの電圧として説明する。このような構成により、所定のタイミングで発熱抵抗体１０８に電源３０１からの電力を供給することができ、所定のタイミングで吐出口から液滴を吐出することができる。

上述のように、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間には、絶縁層として機能する絶縁保護層１０６が配置されているので、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７とは電気的に接続されているわけではない。また、第１の被覆部と第２の被覆部とを含む複数の上部保護層１０７（１０７ａ、１０７ｂ）は、保護層１０３（図５では不図示）とヒューズ部１１３とを介して共通配線１１０に接続されている。また、共通配線１１０は、スイッチ３０５を介して外部電源３０３（電圧印加手段）に接続可能となっており、スイッチ３０５によって外部電源３０３との接続を切り替え可能となっている。なお、電源３０３は印加する電圧を可変な構成として示しているが、定電圧を印加する構成であってもよい。

また、液体が負電荷を有する粒子を含む場合として、対向電極１１１は外部電源３０２と接続されて正電位を印加されており、液体に含まれる粒子を上部保護層１０７から対向電極１１１へ引き寄せることができる。これにより、上部保護層１０７の表面へのコゲの抑制を行うことが可能となっている。なお、コゲの除去操作を行う場合は、対向電極１１１を別の電源に接続したり、外部電源３０２を印加する電圧を可変な構成としたりして、上部保護層１０７と対向電極１１１との間に所望の電位差を生じさせればよい。

液体吐出が行われる過程で何らかの理由での偶発故障により、発熱抵抗体１０８（１０８ａ）と上部保護層１０７（１０７ａ）との間が短絡（導通）して電流が流れてしまうことがある。図５（ｂ）に示すように、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で短絡２００が生じると、発熱抵抗体１０８（１０８ａ）から上部保護層１０７（１０７ａ）に向かう方向へ電流４００が流れる。例えば、発熱抵抗体１０８が破損したときには、その影響によって絶縁保護層１０６が破断する場合がある。そのとき、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７の一部が溶融し、これらが直接接触して短絡２００が生じる可能性がある。

上部保護層１０７がＴａで形成されている場合には、上部保護層１０７が液体との間で電気化学反応を起こし、そこで陽極酸化が始まる。陽極酸化が進むと、酸化したＴａは液体に溶け出しやすいため、上部保護層１０７の寿命が短くなる恐れがある。また、上部保護層１０７がＩｒやＲｕで形成されている場合には、上部保護層１０７と液体との間の電気化学反応により、上部保護層１０７が液体に溶出するために、上部保護層１０７の耐久性が低下する恐れがある。液室１３２の内部に液体が貯留されている状態では、液体の電位は発熱抵抗体１０８の駆動電位よりも低い。したがって、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で短絡が生じたときに上部保護層１０７は液体よりも高電位となるため、上部保護層１０７と液体との間で容易に電気化学反応が生じる。

発熱抵抗体１０８（１０８ａ）と上部保護層１０７（１０７ａ）との間で短絡２００が生じたときには、電流が共通配線１１０を介して他の発熱抵抗体１０８（１０８ｂ）を覆う上部保護層１０７（１０７ｂ）にも流れる可能性がある。この場合、短絡による影響が短絡の生じていない上部保護層１０７（１０７ｂ）にも及んでしまう。そのため、陽極酸化や溶出といった電気化学反応による上部保護層１０７の変質の影響が、広範囲に亘って及んでしまう可能性がある。

本実施形態では、複数の上部保護層１０７（１０７ａ、１０７ｂ）とこれらに共通に接続された共通配線１１０とは、それぞれヒューズ部１１３（１１３ａ、１１３ｂ）を介して接続されている。したがって、発熱抵抗体１０８（１０８ａ）と上部保護層１０７（１０７ａ）との間で短絡が生じ、上部保護層１０７（１０７ａ）に電流が流れたときにはヒューズ部１１３（第１のヒューズ部１１３ａ）にも電気が流れる。ヒューズ部１１３は上部保護層１０７や共通配線１１０に比べて細く形成されており、ヒューズ部１１３での電流密度が高くなり破断（電気的に絶縁される）することができる。それによって、短絡による影響が他の上部保護層１０７に及ぶことを抑制できる。

しかしながら、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との短絡の状態によっては、ヒューズ部１１３が破断されない可能性がある。例えば、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７と接触領域が微小である場合は短絡部の接触抵抗が大きくなり、ヒューズ部１１３に流れる電流は小さくなるため、ヒューズ部１１３が破断に至らない場合がある。

そこで、本実施形態では、本発明では、破断されるべきヒューズ部１１３（１１３ａ）を確実に破断するための構成を提案している。

液体吐出装置１０００は、ドットカウントで吐出回数をカウントするなどして所定のタイミングで定期的に吐出検知を行っている。図６にヒューズ部１１３を切断する際のフローを示す。まず、印字を開始し、ドットカウントで所定回数の吐出を行った際に吐出検知を行う。これにより、液滴を正常に吐出していない不吐出の吐出口を検知すると（ＮＧの場合に）、図５（ｂ）に示すように、スイッチ３０５を０Ｖの側から電源３０３の側に切り替えて、共通配線１１０が電源３０３に接続された状態とする。電源３０３は共通配線１１０を介して上部保護層１０７に負電位を印加可能に構成されている。例えば、電源３０３から−１０Ｖの負電位を印加する。このとき、駆動電源３０１からは＋２４Ｖの正電位を印加している。

この場合は、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７とが短絡している状態で、駆動電源３０１から発熱抵抗体１０８側に＋２４Ｖの正電位が印加され、電源３０３から上部保護層１０７側に−１０Ｖの負電位が印加された状態となる。したがって、ヒューズ部１１３を含む配線の両端には３４Ｖ（＝２４Ｖ＋１０Ｖ）の電位差が生じて大電流が流れるため、確実にヒューズ部１１３を切断することができる。そして、ヒューズ部１１３の両端の電位差が大きくなるようにしてヒューズ部１１３を確実に切断させた後に、印字動作を再開する。

このように、本実施形態は、短絡（導通）が生じた状態よりもヒューズ部１１３（１１３ａ）の両端の電位差を大きくすることで、ヒューズ部１１３（１１３ａ）を確実に切断するものである。これにより、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７とが短絡した場合に、この短絡による影響が他の上部保護層１０７に及んで液体吐出ヘッド全体に広がることを抑制することが可能となる。

また、正常な吐出が行われなくなった吐出口は他の吐出口により補完すればよい。本実施形態によると、液体吐出ヘッドの交換を不要にするまたは交換の回数を少なくすることができ、液体吐出ヘッドの長寿命化を図ることができ、液体吐出装置のランニングコストを低く抑えることができる。

また、本実施形態のように共通配線１１０の側から電位を印加することで、発熱抵抗体１０８を駆動するための電源よりも高い電圧を印加可能な電源を設けなくて済む。

なお、電源３０３から電位を印加する時間は１ｓｅｃ以下とすることが好ましい。なぜなら、上部保護層１０７に長時間負電位を印加すると、対向電極１１１を構成する材料（Ｉｒ）が液体中に溶出する恐れがあるためである。１ｓｅｃ以下とすることで、電気化学反応による材料の溶出の開始を防ぐ、または溶出の影響を小さくすることができる。また、確実にヒューズ部１１３を切断するために、上部保護層１０７の側から負電位を印加する時間を５ｍｓｅｃ以上とすることが好ましい。したがって、電源３０３から電位を印加する時間は５ｍｓｅｃ以上１ｓｅｃ以下とすることが好ましい。

次に、共通配線１１０と接続される電源３０３の電位の好ましい範囲について説明する。ヒューズ部１１３を切断する観点からは、ヒューズ部１１３両端の電位差を大きくする、すなわち電源３０３の負電位を小さくする方がよい。一方で、ヒューズ部１１３両端の電位差を大きくすると、上部保護層１０７や対向電極１１１で不要に電気化学反応を生じさせてしまう恐れがある。上部保護層１０７の側では、液体との間で電気化学反応が生じ、液体中の水素イオンが還元されて水素原子となり、２つの水素原子が結合して水素が発生する。この水素が上部保護層１０７に接続されるＴａで形成された保護層１０３や共通配線１１０等に吸蔵されてＴａの水素脆化（ひび割れ）を引き起こす可能性が高まる。また、対向電極１１１の側では、液体との間で電気化学反応が生じて対向電極１１１を構成する材料が溶出する恐れが高まる。

具体的には、電源３０３の負電位の値を−１８Ｖよりも小さい負電位、例えば−２０Ｖとして１０ｍｓｅｃ印加すると、保護層１０３の水素脆化や対向電極１１１の溶出の影響が大きくなってしまうことが確認された。−５Ｖから−１８Ｖとして１０ｍｓｅｃ印加すると、水素脆化や溶出の影響は許容できる程度であった。一方で、−５Ｖよりも大きい負電位、例えば−２Ｖとして１０ｍｓｅｃ印加すると、切断されるべきヒューズ部１１３が切断されない場合もあった。−５Ｖ以下の負電位として１０ｍｓｅｃ印加すると、ヒューズ部１１３が確実に切断されることが確認できた。したがって、共通配線１１０と接続される電源３０３の電位は−５Ｖ以上−１８Ｖ以下の範囲とすることが好ましいことがわかった。なお、電源３０２による対向電極１１１への電位の印加を停止させた状態で、電源３０３によって負電位の印加を行った。

なお、吐出検知の方法としては、光センサーによって液滴の吐出の有無を検知する方式、記録パターンをスキャナーで読み取ることで検知する方式、発熱抵抗体の抵抗変化によって検知する方式などの方法があげられる。各吐出口からの液滴の吐出が正常に吐出しているか否かを検知可能な吐出検知手段であれば、その方法は限定されるものではない。

（第２の実施形態）
図７は本実施形態の液体吐出ヘッドユニット４１０と液体吐出装置本体５００の回路図を示している。図７（ａ）は正常な状態を示し、図７（ｂ）は発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で短絡が生じた状態を示している。なお、図７では１つの発熱抵抗体１０８や上部保護層１０７を示しているが、上述の実施形態と同様に、液体吐出ヘッド１は複数の発熱抵抗体１０８とそれらをそれぞれ覆う上部保護層１０７を備えている。

まず、本実施形態は上述の実施形態と異なり、図７（ａ）に示すように、スイッチングトランジスタ１１４は発熱抵抗体１０８と電源３０１との間に配置されている。また、上部保護層１０７は０Ｖとなるように構成されている。また、発熱抵抗体１０８のトランジスタ１１４と接続されていない側の端部はスイッチ３０６に接続されている。発熱抵抗体１０８を駆動する際には、駆動される発熱抵抗体１０８に接続されたスイッチングトランジスタ１１４をＯＮとして、２４Ｖの駆動電圧である電源３０１から発熱抵抗体１０８に電力を供給する。

図７（ｂ）に示すように、吐出検知の結果がＮＧであった場合、すなわち、液滴を正常に吐出していない吐出口を検知した際に、スイッチ３０６を０Ｖの側から電源３０４の側に切り替える。ここで、この電源３０４の電位は例えば＋３０Ｖとし、発熱抵抗体１０８を駆動する際の電源３０１の駆動電圧＋２４Ｖよりも高い電位とする。

これにより、電源３０４から発熱抵抗体１０８を通り、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との短絡箇所、上部保護層１０７を通じてヒューズ部１１３へ電流が流れる。短絡時にヒューズ部１１３の両端に印加される電圧よりも、スイッチ３０６を電源３０４の側に切り替えた状態におけるヒューズ部１１３の両端に印加される電圧の方が大きくなる。したがって、ヒューズ部１１３に流れる電流を大きくすることができ、確実にヒューズ部１１３を切断することができる。本実施形態は上部保護層１０７の側に負電位を印加せずに済むため、上述の実施形態で用いた上部保護層１０７の側に接続する電源３０３を別途設けずに済む。

（第３の態実施形態）
図８は本実施形態の液体吐出ヘッドユニット４１０と液体吐出装置本体５００の回路図を示している。図８（ａ）は正常な状態を示し、図８（ｂ）は発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で短絡が生じた状態を示している。

図８（ａ）に示すように、発熱抵抗体１０８を駆動するための駆動電源３０１は出力電圧が可変である電源となっている。正常吐出状態、すなわち印字状態では駆動電源３０１を＋２４Ｖとしている。

そして、図８（ｂ）に示すように、吐出検知の結果がＮＧであった場合は、上部保護層１０７に接続されるスイッチ３０７を０Ｖの側から−１０Ｖの負電位を印加する電源３０３の側に切り替える。さらに、駆動電源３０１の電圧を＋２４Ｖから＋３０Ｖと変化させる。

これにより、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７とが短絡している状態で、駆動電源３０１から発熱抵抗体１０８側に＋３０Ｖの正電位が印加され、電源３０３から上部保護層１０７の側に−１０Ｖの負電位が印加された状態となる。したがって、ヒューズ部１１３を含む配線の両端には４０Ｖ（＝３０Ｖ−（−１０Ｖ））の電位差が生じて大電流が流れるため、確実にヒューズ部１１３を切断することができる。

なお、本実施形態では発熱抵抗体１０８の高電位側の電位を増加させたが、回路構成によっては低電位側の電位を増加させても良い。

（第４の実施形態）
なお、上述の実施形態では、吐出検知手段を設けて吐出検知を行い、この検知結果に応じてヒューズ部１１３に流れる電流を大きくする方法について説明したが、吐出検知を用いずに所定のタイミングでヒューズ部１１３に流れる電流を大きくしてもよい。所定のタイミングで電源を接続することで、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との短絡が生じている場合に対応するヒューズ部１１３に流れる電流が大きくなり、切断されるべきヒューズ部１１３を確実に切断することができる。

本実施形態では、例えば図５（ａ）の場合、共通配線１１０に接続されたスイッチ３０５をＧＮＤの側と電源３０３の−１０Ｖの側とで所定のタイミングで切り替えを行う。記録動作中は、スイッチ３０５によって共通配線１１０がＧＮＤの側に接続されるようにする。そして、例えば、複数の記録媒体に連続して記録を行う場合、一つの記録媒体への記録が終了した後で次の記録媒体への記録が開始される前の記録を行わないときには、スイッチ３０５によって共通配線１１０が電源３０３側に接続されるようにする。このように記録動作を行わない非記録動作の際に定期的に電源３０３と共通配線１１０とを接続する。

これにより、記録動作（液体の吐出動作）を妨げずに、共通配線１１０を電源３０３の側に接続した状態で短絡２００が発生した部分のヒューズ部１１３に大きな電流を流すことができるので、ヒューズ部１１３を確実に切断することができる。また、吐出検知手段を用いずにヒューズ部１１３を確実に切断して上部保護層１０７の変質の影響が広がることを抑えることができる。

なお、切断されるべきヒューズ部１１３を確実に切断するために、電源３０３と共通配線１１０とが接続された状態である時間を５ｍｓｅｃ以上とすることが好ましい。また、スイッチ３０５の切り替えのタイミングは上述に限らず、記録動作を妨げない範囲であればよく、不定期に切り替えを行ってもよい。

なお、本実施形態では、吐出検知を行わないため、短絡が生じていない場合にもヒューズ部１１３を確実に切断するための電源との接続が行われる。したがって、第２の実施形態のような発熱抵抗体１０８の側からヒューズ部１１３を切断するために電源３０４と接続する構成において、本実施形態を適用すると、短絡が生じていない発熱抵抗体１０８に不要に駆動電源よりも高い電位が印加されることになる。この点を考慮すると、第１の実施形態のように共通配線１１０の側に接続された電源３０３からヒューズ部１１３を切断するため電位を印加する方が好ましい。

１ 液体吐出ヘッド
１０６ 絶縁保護層
１０７ 上部保護層（被覆部）
１０８ 発熱抵抗体
１１０ 共通配線
１１３ ヒューズ部

Claims (16)

1. 第１の記録素子と第２の記録素子とを含む複数の記録素子と、前記第１の記録素子を被覆する第１の被覆部と、前記第２の記録素子を被覆する第２の被覆部と、前記第１の記録素子と前記第１の被覆部との間に設けられるとともに、前記第２の記録素子と前記第２の被覆部との間に設けられた絶縁層と、前記第１の被覆部および前記第２の被覆部と電気的に接続された共通配線と、前記第１の被覆部と前記共通配線との間に設けられた第１のヒューズ部と、前記第２の被覆部と前記共通配線との間に設けられた第２のヒューズ部と、を有する液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法において、
   前記第１の記録素子と前記第１の被覆部とが導通した状態で前記記録素子を駆動するために印加される電位によって生じる前記第１のヒューズ部の両端の電位差よりも、前記電位差を大きくし、前記第１のヒューズ部を切断することを特徴とする液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法。
2. 前記共通配線に接続される電圧印加手段から電位を印加して前記電位差を大きくする、請求項１に記載の液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法。
3. 前記電圧印加手段から負電位を印加して前記電位差を大きくする、請求項２に記載の液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法。
4. 前記第１の記録素子に接続される電圧印加手段から電位を印加して前記電位差を大きくする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法。
5. 定期的に前記電位差を大きくする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法。
6. 前記液体吐出ヘッドの非記録動作の際に前記電位差を大きくする、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法。
7. 前記液体吐出ヘッドの吐出検知を行い、前記第１の記録素子に対応する吐出口における不吐出を検知した場合に前記電位差を大きくする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法。
8. 前記電圧印加手段から電位を印加する時間を５ｍｓｅｃ以上１ｓｅｃ以下とする、請求項２または請求項３に記載の液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法。
9. 前記電圧印加手段から−５Ｖ以上−１８Ｖ以下の電位を印加して前記電位差を大きくする、請求項３に記載の液体吐出ヘッドのヒューズ部の切断方法。
10. 第１の記録素子と第２の記録素子とを含む複数の記録素子と、前記第１の記録素子を被覆する第１の被覆部と、前記第２の記録素子を被覆する第２の被覆部と、前記第１の記録素子と前記第１の被覆部との間に設けられるとともに、前記第２の記録素子と前記第２の被覆部との間に設けられた絶縁層と、前記第１の被覆部および前記第２の被覆部と電気的に接続された共通配線と、前記第１の被覆部と前記共通配線との間に設けられた第１のヒューズ部と、前記第２の被覆部と前記共通配線との間に設けられた第２のヒューズ部と、を有する液体吐出ヘッドと、
    前記記録素子を駆動するために前記記録素子に電圧を印加可能な第１の電圧印加手段と、
    を備える液体吐出装置において、
    前記第１の記録素子と前記第１の被覆部とが導通した状態で前記第１の電圧印加手段によって生じる前記第１のヒューズ部の両端の電位差よりも、前記電位差を大きくすることが可能な第２の電圧印加手段を備えることを特徴とする液体吐出装置。
11. 前記第２の電圧印加手段は前記共通配線を介して電位を印加して前記電位差を大きくする、請求項１０に記載の液体吐出装置。
12. 前記第２の電圧印加手段から負電位を印加して前記電位差を大きくする、請求項１１に記載の液体吐出装置。
13. 前記第２の電圧印加手段は前記第１の記録素子を介して電位を印加して前記電位差を大きくする、請求項１０乃至請求項１２のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
14. 前記第２の電圧印加手段は定期的に前記電位差を大きくする、請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
15. 前記第２の電圧印加手段は前記液体吐出ヘッドの非記録動作の際に前記電位差を大きくする、請求項１０乃至請求項１４のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
16. 前記液体吐出ヘッドの吐出状態を検知する吐出検知手段を備え、
    前記吐出検知手段により前記第１の記録素子に対応する吐出口における不吐出を検知した場合に、前記第２の電圧印加手段は前記電位差を大きくする、請求項１０乃至請求項１５のいずれか一項に記載の液体吐出装置。

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