JP2019010769A - 液体吐出ヘッド用基板および液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体の設置面積を抑えつつ、基板内を流れるインクを所望の発熱量で加熱することを可能とし、基板面積の増大、記録ヘッドの大型化を抑制する。【解決手段】液体吐出ヘッド用基板１００は、基材２０１と、液体を吐出するための吐出エネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生素子１０３が基材２０１の表面の側に配列された素子列と、加熱手段１０１と、を有する。加熱手段は、素子列の方向に延在し、通電されることで発熱する発熱体２０９と、基材２０１の表面に直交する方向において発熱体２０９と異なる位置に設けられた配線２０３と、発熱体と配線とを接続する複数の接続部２０６と、を含む。発熱体２０９が通電された際には、発熱体２０９を流れる電流の経路における途中において配線２０３に電流が流れる。【選択図】図５

Description

本発明はインクを吐出する吐出エネルギー発生素子を備えた液体吐出ヘッド用基板および液体吐出ヘッドに関する。

インクジェット記録装置に設けられているインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）には、インクを吐出する複数の吐出口が所定の方向に沿って配列された記録ヘッド用基板が設けられている。記録ヘッド用基板（以下、単に基板ともいう）の複数の吐出口それぞれにはインクを吐出させるための吐出エネルギー発生素子が設けられ、その吐出エネルギー発生素子の駆動によって吐出口内のインクが液滴となって吐出される。各吐出口から吐出されるインクの液滴量や吐出速度は均一であることが望ましいが、基板の温度によってばらつきが生じることがある。すなわち、基板に温度分布が生じた場合、その温度分布がそのまま画像のむらになり、画像品質が低下することがある。

特許文献１には、記録ヘッド用基板の温度分布を補正する技術として、基板やインクの温度調整のためにサブヒータを複数設け、温度の低いエリアに位置するサブヒータ（発熱体）を加熱することで記録ヘッド用基板の温度を均一に調整する方法が開示されている。このため、基板上の所望のエリアを均一に加熱するためには、そのエリアの端部から端部に亘って、通電によって熱を発する発熱抵抗体をサブヒータとして配置する必要がある。つまり、サブヒータの長さはこのエリアの長さによって決定される。このため、サブヒータでの発熱量を所望の量に定めるためには、サブヒータの幅を調整することが必要となる。例えば、抵抗値Ｒのサブヒータに定電圧Ｖを印加した構成をとる場合、サブヒータの発熱量Ｗは、
Ｗ＝Ｖ^２／Ｒ
となる。従って、サブヒータによる発熱量を高めるためには、サブヒータの電気抵抗Ｒを小さくする必要がある。

特開２０１４-２００９７２号公報

しかしながら、サブヒータの電気抵抗を小さくするために、従来は、サブヒータの幅を広げてサブヒータの面積を増大させることによりサブヒータの電気抵抗を小さく抑えている。このため、基板面積の拡大、記録ヘッドの大型化を招くと共に、サブヒータの配置の自由度が低下し、記録ヘッド用基板の設計に要求される制約が高まる、という課題が生じている。

本発明は、発熱体の設置面積を抑えつつ、基板内を流れるインクを所望の発熱量で加熱することを可能とし、基板面積の増大、記録ヘッドの大型化を抑制することを目的とする。

本発明は、基材と、液体を吐出するための吐出エネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生素子が前記基材の表面の側に配列された素子列と、加熱手段と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、前記加熱手段は、前記素子列の方向に延在し、通電されることで発熱する発熱体と、前記基材の表面に直交する方向において前記発熱体と異なる位置に設けられた配線と、前記発熱体と前記配線とを接続する複数の接続部と、を含み、前記発熱体が通電された際に、前記発熱体を流れる電流の経路における途中において前記配線に電流が流れることを特徴とする。

本発明によれば、発熱体の設置面積を抑えつつ、基板内を流れるインクを所望の発熱量で加熱することが可能になり、基板面積の増大、記録ヘッドの大型化を抑制することが可能になる。

第１実施形態における記録ヘッド用基板を示す図である。 サブヒータを駆動する駆動回路を示す回路図である。 基板に対するデータ処理回路の配置例を示す図である。 従来の記録ヘッド用基板に設けられたサブヒータの構成例を示す図である。 第１実施形態の記録ヘッド用基板における予備加熱部の構成例を示す図である。 （ａ）は予備加熱部を示す断面図、（ｂ）〜（ｄ）は第１実施形態の第１〜第３変形例を示す断面図である。 第１実施形態の第４変形例を示す図である。 第２実施形態における記録ヘッドの一部を示す図である。 第３実施形態における記録ヘッドの一部を示す図である。 第４実施形態における記録ヘッドの一部を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を適用した具体的な形態を例示するものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正または変更されるべきものである。よって、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドとしてのインクジェット記録ヘッドに設けられた記録ヘッド用基板（液体吐出基板）１００を示す図であり、（ａ）は各部のレイアウトを示す平面図である。また、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す記録ヘッド用基板１００を備えた記録ヘッドの一部を示す縦断側面図であり、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線で示す位置で切断した拡大断面図である。

記録ヘッド用基板１００には、インクを吐出させるための吐出エネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子としての記録素子１０３が所定の方向（Ｘ方向）に沿って一定の間隔を介して配列され、これらの記録素子によって記録素子列が構成されている。図１（ａ）に示す記録ヘッド用基板１００では、その長辺方向（Ｘ方向）と直交する短辺方向（Ｙ方向）の異なる位置に４本の記録素子列（Ａ列、Ｂ列、Ｃ列、Ｄ列）が配置されている。本実施形態における記録素子は、通電されることによって熱を発生する発熱抵抗体によって構成される。よって、以下の説明では記録素子１０３を吐出ヒータともいう。

記録ヘッド用基板（以下、単に基板ともいう）１００の一面１００ａには、インクを吐出する吐出口２０５が形成された吐出口形成部材２０４が接合されている。この吐出口形成部材２０４と記録ヘッド用基板１００との間には、流路２０７が形成されている。また、吐出口形成部材２０４には、吐出ヒータ１０３と対向する位置に吐出口２０５が形成されている。従って、記録素子列に対応する位置には吐出口列が形成されている。

各記録素子列の両側（図１において左側及び右側）には、吐出ヒータ１０３にインクを供給するインク供給口１０６がＸ方向に沿って複数配置され、供給口列が設けられている。ここでは、２つの吐出ヒータ１０３に対して、その左右両側に一つずつインク供給口１０６が配置されている。ヒータ１０３に任意のタイミングで電流を流すと、吐出ヒータ１０３から発生した熱によってインクに気泡が発生し、その気泡発生時の圧力によって流路２０７内のインクが吐出口２０５からインク滴となって吐出される。

また、インク供給口１０６とヒータ１０３との間には、インク供給口１０６から吐出ヒータ１０３へと供給されるインクを、吐出口から吐出する前に予備的に加熱するためのサブヒータ（発熱体）１０５が設けられている。すなわち、記録素子基板１００を平面視すると、サブヒータ１０５は記録素子列と供給口列との間に位置し、記録素子列の方向に沿って延在している。サブヒータ１０５は、インクを発泡させない程度に記録素子基板１００や記録素子基板１００内のインクを加熱し、保温する機能を有している。サブヒータ１０５は、電流を流すことによって発熱する発熱抵抗体によって構成され、サブヒータドライバ１０８に接続されている。なお、サブヒータは、Ｐｏｌｙ-ＳｉまたはＳｉ基板の拡散抵抗材によって構成することが可能である。

サブヒータドライバ１０８は、記録素子基板１００内に定めた複数の予備加熱エリア毎に設けられている。また、ヒータ１０３の左側に位置するインク供給口１０６Ｌとヒータ１０３の間にサブヒータ１０５Ｌが配置され、右側に位置するインク供給口１０６Ｒとヒータ１０３との間にサブヒータ１０５Ｒが配置されている。この配置によって、ヒータ１０３の近傍でインクが加熱されるため、より効率よく吐出すべきインクを加熱することができる。

本実施形態では、記録素子基板１００内の２０箇所に予備加熱エリア１０７が設定され、各予備加熱エリア１０７に１つずつサブヒータドライバ１０８が設けられている。図１（ａ）では予備加熱エリア１０７を破線で示している。記録ヘッド用基板内に複数ある予備加熱エリア１０７内のサブヒータレイアウトは全て同じであり、これにより、各エリアのサブヒータ１０５による発熱量は全て等しくなり、記録ヘッド用基板１００内の温度分布を一様に制御することが可能となる。なお、以下の説明において、吐出ヒータ１０３の左右に位置するサブヒータ１０５Ｌ、１０５Ｒを特に区別する必要がない場合には、それらを総称してサブヒータ１０５と記載する。

また、基板１００の端部には、複数のパッド１０２が設けられている。これらのパッドは、前述の吐出ヒータ１０３やサブヒータドライバ１０８に信号を入力するための信号端子や電源に接続される電源端子などからなる。

図２は、図１に示したサブヒータ１０５を駆動する駆動回路を示す回路図である。パッド１０２ａは＋電源パッドであり、パッド１０２ｂはＧＮＤパッドである。これらの電源パッド１０２ａ、１０２ｂはインク滴の吐出に使用するヒータ１０３の電源と共用してもよい。サブヒータドライバ１０８はサブヒータ制御信号ＳＨ_Ａ１〜ＳＨ_Ｄ５により制御され、記録ヘッド用基板１００内の２０か所に設けられている予備加熱エリア１０７の中の任意の予備加熱エリアを独立して加熱することができる。例えば、サブヒータ１０５（ＳＨ１）に接続されたサブヒータドライバ１０８（ＳＨＤ１）に、制御信号ＳＨ_Ａ１が入力されると、サブヒータドライバ１０８が導通し、サブヒータ１０５（ＳＨ１）に電流が流れる。その結果、サブヒータ１０５（ＳＨ１）が発熱し、そのサブヒータ１０５（ＳＨ１）が設けられた予備加熱エリア１０７（Ａ１）が加熱される。他の予備加熱エリアについても同様に、サブヒータ制御信号によってサブヒータドライバ１０８を導通させることによって予備加熱エリアの加熱を行うことができる。

サブヒータ制御信号ＳＨ_Ａ１〜ＳＨ_Ｄ５は、パッド１０２からサブヒータドライバ１０８に直接供給するように構成してもよいし、基板１００内に設けた制御手段としてのデータ処理回路１１０で生成したサブヒータ制御信号を出力してもよい。図３（ａ）は基板１００内に設けたデータ処理回路１１０から出力された制御信号ＳＨ_Ａ１〜ＳＨ_Ｄ５によってサブヒータドライバ１０８を制御する例を示している。また、図３（ｂ）は基板１００外から直接供給される制御信号によってサブヒータドライバ１０８を駆動する場合を示している。図３（ａ）に示す構成の場合、画像データ（ＤＡＴＡ）と同時に信号（クロック信号（ＣＬＫ）などを含む）を送ればパッド１０２を増加することなくサブヒータ１０５を制御することが可能になる。また、図３（ｂ）に示す構成の場合、データ処理回路１１０が基板１００の外部に設けられるため、基板１００を小型化することができる。

図４は、インクジェット記録装置における従来の記録ヘッド用基板に設けられた１つのサブヒータ１５の構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。また、図５は本実施形態における記録ヘッド用基板１００に設けられた１つの予備加熱エリア１０７に配されたサブヒータ１０５の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。

図４に示す従来のサブヒータ１５は、一定の長さ及び幅を有しており、その両端部に電流を供給するための配線部２３が導体からなるプラグ２６を介して接続されている。具体的には、サブヒータ１５は、その長さを５００ｕｍ、 幅を５０ｕｍとしている。このサブヒータ１５は、Ｐｏｌｙ-Ｓｉのシートにより構成されており、全体の抵抗値（Ｒ）は１００Ωとなっている。従って、このサブヒータ１５の両端の差電圧１０Ｖとした場合、電流は矢印２１１に示すように流れ、この際の予備加熱エリア１７での発熱量Ｗは、
発熱量Ｗ = １０Ｖ^２ / １００Ω = １Ｗ
となる。

一方、本実施形態におけるサブヒータ１０５を含む予備加熱部１０１（加熱手段）は、例えば図５に示す構成を有している。図５において（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＶｂ−Ｖｂ線断面図である。ここに示す予備加熱部１０１は、サブヒータ１０５と複数の電流バイパス部２０８とを含んでいる。すなわち、予備加熱部１０１は、その内部を流れる電流の経路において、サブヒータ１０５に含まれる５箇所の発熱部２０９と、４か所の電流バイパス部２０８とを含んでいる。電流バイパス部２０８はアルミニウム配線（Ａｌ配線）から成る配線部２０３（配線）とプラグ２０６（接続部）とで構成されている。サブヒータ１０５と配線部２０３とは記録素子基板の表面に直交する方向において異なる位置に設けられており、サブヒータ１０５と配線とがプラグ２０６を介して接続されている。これらの合成抵抗値はサブヒータ１０５の抵抗に対し１/１００〜１/１０００と充分に小さく、ここでは電流バイパス部２０８の抵抗値は０Ωとして計算している。なお、配線部２０３は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉおよびその化合物の少なくとも１つから構成することが可能である。プラグ２０６は、例えばＷで構成することが可能である。 このように、サブヒータ１０５に低抵抗値を示す配線部２０３を接続したことにより、予備加熱エリア１０７を流れる電流は、図５（ｂ）の矢印２１２に示すようにサブヒータ１０５と電流バイパス部２０８とに交互に流れる。すなわち、サブヒータ１０５の中では、隣接する配線部２０３の間に位置する部分２０９に殆どの電流が流れ、この部分２０９が熱を発生する発熱部となる。つまり、配線部２０３は、サブヒータ１０５の発熱部２０９の両端に接続されることとなる。換言すれば、配線部２０３は、サブヒータ１０５の中の発熱部以外の部分と並列に接続されていることとなる。このように、本実施形態の予備加熱部１０１は、サブヒータ１０５が通電された際に、このサブヒータ１０５を流れる電流の経路における途中でプラグ２０６を介して配線部２０３に電流が流れるように構成されている。

本実施形態では図４に示す従来のサブヒータ１５と同じ１Ｗの発熱量を得るために、５箇所の発熱部２０９で合計１００Ωの電気抵抗が得られるように構成されている。ここで使用するサブヒータ１０５の長さは、従来と同様に５００ｕｍであるが、幅を２０ｕｍまで短縮している。その結果、本実施形態におけるサブヒータ１０５は、従来のサブヒータ１５の面積の４０％の面積で従来のサブヒータ１５と同様の発熱量を実現しており、記録ヘッド用基板１００の面積シュリンクを実現している。

図５に示すように、本実施形態におけるサブヒータ１０５は、予備加熱エリア１０７に対して、熱を発生する発熱部２０９が分散して配置された状態となっている。しかし、発熱部２０９と発熱部２０９の間は、金属で構成された熱抵抗の低い電流バイパス部２０８によって接続されている。このため、発熱部２０９で発熱した熱は電流バイパス部２０８へ拡散し、予備加熱エリア１０７は均一に加熱される。また、より均一に予備加熱エリア１０７を加熱したい場合には、電流バイパス部２０８の長さを短くし、発熱部２０９の長さと幅の比を維持したまま、面積を拡大すればよい。但し、この場合には面積シュリンク効果は低下する。逆に、発熱部２０９の長さと幅を縮小し、かつ電流バイパス部２０８の長さを長くすれば、より高いシュリンク効果が得られるが、この場合には配線電流密度が上がるため、エレクトロマイグレーション等による断線が懸念される。

図６（ａ）はエレクトロマイグレーションによってサブヒータ１０５が断線した例を示す図である。プラグ２０６は抵抗が低く電流が集中するため、このプラグ２０６とＡＬ配線からなる配線部２０３との接点部分２１４で比較的エレクトロマイグレーションが起りやすい。従って通常はエレクトロマイグレーションによる断線が起こらない範囲に電流値を設定したり、配線部２０３とプラグ２０６との間にバリアメタルを挟んだりするといった対策もとられている。しかし、本実施形態では、サブヒータ１０５が予備加熱エリア１０７の一端から他端に亘って配線されているため、仮に配線部２０３において断線が生じたとしても電流は図６（ａ）に示す矢印２１２のようにサブヒータ１０５へと迂回する。そのため、上記のような断線が生じてもサブヒータ１０５の加熱機能が失われることはなく、信頼性の高い加熱機能を得ることができる。但し、上記のような断線が生じて配線部の一部が非導通になると予備加熱エリア１０７における全体的な抵抗値が上がるため発熱量は低下する。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、バイパス配線が１つ断線することで、発熱量は１Ｗから０．７３Ｗに低下する。

また、本実施形態では、図５及び図６に示すように、１つのサブヒータ１０５の両端においてサブヒータ１０５と配線部２０３とを、Ｘ方向における異なる２箇所に配置したプラグ２０６（２０６ａ、２０６ｂ）によって接続している。このため、断線時にもサブヒート機能を維持することができる。すなわち、サブヒータ１０５は抵抗値が高いため、電流は抵抗の低い配線部２０３を流れようとする。このため、プラグが２箇所に配置されていたとしても、図６（ａ）の矢印２１２に示すように、電流は、抵抗が低くなる経路、すなわち、配線部２０３の端部により近い側に位置するプラグ２０６ａを主に通りサブヒータ１０５へ流れる。この際、仮に、プラグ２０６ａと配線部２０３との接点部分に断線が生じたとしても、破線で示すようにプラグ２０６ｂを介して電流が流れるため、サブヒータ１０５全体への電流供給が遮断されることはなくなる。なお、図６は、サブヒータ１０５の両端部と配線部２０３とを、それぞれ２箇所に設けたプラグ２０６によって接続した例を示したが、プラグを３箇所以上に設けたプラグによって接続してもよい。

また、図６（ｂ）ないし（ｄ）は、第１実施形態におけるサブヒータ１０５と配線部２０３との接続方式の変形例を示す縦断側面図である。図６（ｂ）に示す第１変形例は、図６（ａ）に示すようなプラグ２０６を用いずに、配線部２０３とサブヒータ１０５とを直接接続する例を示している。この接続は、サブヒータ１０５を覆う絶縁層２０２を形成する際に、その絶縁層２０２を貫通するホール部をサブヒータ１０５上に形成し、ホール部を形成した絶縁層２０２の上にアルミニウムによって配線部２０３を形成することによって可能となる。すなわち絶縁層２０２上に配線部２０３を形成する際に、アルミニウムがホール内に製膜され配線部２０３と直接的に接触する。これによれば、プラグを形成することなく配線部２０３とサブヒータ１０５とを電気的に接続することが可能になり、プラグを用いた場合と同様の効果を期待できる。

図６（ｃ）に示す第２変形例は、図６（ａ）に示す電流バイパス部２０８の配線部２０３に比べて、電流バイパス部２０８を構成する配線部２０３の長さが長尺に形成されている。このため、この第２変形例では、プラグ２０６の形成位置をより広い範囲で調整することが可能となり、プラグ２０６の形成位置を変更することにより、サブヒータ１０５における発熱部２０９の温度の調節範囲を広げることが可能になる。すなわち、配線部２０３に対してプラグ２０６の形成位置を外側に設定すれば、サブヒータ１０５の発熱部２０９の長さは縮小され、サブヒータ１０５の全体的な電気抵抗が小さくなる。このため、サブヒータ１０５の全体的な発熱量は増大させる方向に調整される。また逆に、配線部２０３に対してプラグ２０６の形成位置を内側に設定すれば、サブヒータ１０５の発熱部２０９の長さは拡大され、全体的な電気抵抗は増大し、サブヒータ１０５の全体的な発熱量は減少する方向に調整される。プラグ２０６の形成位置は、成膜を行う際のマスク１枚を設計変更することによって実現できるため、サブヒータ１０５の設計変更時の製造コストを低減することが可能になる。

図６（ｄ）は、第１実施形態の第３変形例を示す縦断側面図である。この第３変形例は、サブヒータ１０５が予備加熱エリアの中に分断された状態で形成され、それら複数のサブヒータ１０５の間を配線部２０３で直列に接続したものである。この第３変形例によっても、配線部をサブヒータ１０５に接続することによって、適正な加熱量を維持しつつサブヒータ１０５の面積シュリンク効果を得ることができる。

また、図７は、第１実施形態におけるサブヒータ１０５と配線部２０３との接続方式の第４変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線断面図である。この第４変形例は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層を２層形成する半導体プロセスによって形成される基板において、一方のＰｏｌｙ−Ｓｉ層でサブヒータ３０２を形成し、他方のＰｏｌｙ−Ｓｉ層で配線部３０１を形成し、両者をプラグ２０６で接続したものである。このように、第４変形例では、配線部３０１がサブヒータ３０２と同程度の電気抵抗を有しているため、配線部３０１もサブヒータ３０２と共に発熱する。すなわち、配線部３０１とサブヒータ３０２の全体が発熱部として機能する。ここで、配線部３０１はサブヒータ３０２と並列に接続されているため、配線部３０１とサブヒータ３０２の全体の合成抵抗値はサブヒータ３０２単独の電気抵抗値より大幅に減少し、電流２１３は増大する。従って、この第４変形例においても、図６に示す例と同様に、サブヒータの面積のシュリンク効果を得ることができる。例えば、図７の寸法構成においては、図４に示した従来の例に対して、３/５の面積シュリンクが実現される。

以上のように、本実施形態では、発熱量を落とすことなくサブヒータ１０５の幅（面積）を縮めることができるため、記録ヘッド基板１００及び記録ヘッドの大型化を抑制することが可能になる。また、吐出ヒータ１０３からインク供給口１０６に至る流路を流れるインクを加熱するために、流路の近傍にサブヒータ１０５を配置する場合には、インク供給口１０６から吐出ヒータ１０３に至る流路長や流路幅の増大を抑制することができる。このため、インク吐出後の吐出ヒータ１０３へのインクのリフィル時間が短縮され、吐出周波数を高めることが可能になり、記録のスループットを大幅に向上させることが可能になる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図８は、第２実施形態における記録ヘッドの一部を示す図であり、（ａ）は記録ヘッド用基板の予備加熱エリアにおける各部のレイアウトを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＶＩＩＩｃ−ＶＩＩＩｃ断面図である。なお、図８において、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付す。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、記録ヘッド用基板１００には、複数の予備加熱エリア１０７が設定されており、各々の予備加熱エリア１０７が図８に示すように構成されている。図８（ａ）に示すように、予備加熱エリア１０７内には、基板やインクの加熱、保温を行うための予備加熱部１０１Ａが設けられている。本実施形態においても吐出ヒータ１０３上へのインクのリフィル性を考慮して、吐出ヒータ１０３の左右両側にインク供給口１０６（１０６Ｌ、１０６Ｒ）が配置されている。予備加熱部１０１Ａは、サブヒータ１０５と、サブヒータ１０５に部分的に並列に接続された電流バイパス部２０８Ａとにより構成されている。サブヒータ１０５は吐出ヒータ１０３の配列方向に延在し、図８（ａ）に示すように、吐出ヒータ１０３とインク供給口１０６（１０６Ｌ、１０６Ｒ）との間に配置されており、平面上のレイアウトは第１実施形態と同様である。但し、本実施形態における予備加熱部１０１Ａは、その断面構造が異なる。

図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、予備加熱部１０１Ａは、基材２０１に絶縁層２０２を介して積層されたサブヒータ１０５と、このサブヒータ１０５にプラグ２０６Ａを介して接続された複数層（図では、４層）の配線部２０３Ａとにより構成されている。サブヒータ１０５はＰｏｌｙ-Ｓｉ配線によって形成されている。配線部２０３Ａは、プラグ２０６Ａを介して互いに接続されており、サブヒータ１０５に対して複数の部分にそれぞれ並列に接続されている。サブヒータ１０５のうち、隣接する電流バイパス部２０８Ａの間に位置する部分が発熱部２０９となっている。

図８（ａ）に示すように、サブヒータ１０５は、基材２０１に積層された絶縁層２０２の中の下層部に形成され、吐出ヒータ１０３は絶縁層２０２の上層部に形成されている。つまり、発熱部２０９を形成するサブヒータ１０５は、吐出ヒータ１０３から離れた位置に配置されている。しかしながら、吐出されるインクを予備加熱するために、吐出ヒータ１０３付近において予備加熱を行うことが理想的である。そこで、本実施形態では、サブヒータ１０５に接続される電流バイパス部２０８Ａを多層構造とし、電流バイパス部２０８Ａの最上層部を吐出ヒータ１０３の両側部近傍に配置している。これにより、下層に配置されたサブヒータ１０５の発熱部２０９で発熱した熱を、多層構造をなす配線部２０３Ａとプラグ２０６Ａを介して上層部２１０へと伝え、吐出ヒータ１０３の近傍でインクを加熱することが可能になる。このため、吐出ヒータ１０３付近のインクの粘度を低下させることが可能になり、吐出ヒータ１０３上へのインクリフィルの高速化を実現することが可能になり、記録スループットの向上が期待できる。また、より通常温度で高粘度を示すインクの吐出が可能になり、高画質化やインク選択の自由度を高めることも可能となり、記録ヘッドの多用途展開が可能となる。

また、第１の実施形態と同様に、この第２実施形態においてもサブヒータ１０５の面積シュリンク効果を得ることができ、記録ヘッド用基板の小型化を図ることができ、延いては記録装置の小型化にも寄与する。

なお、図１に示す基板は、同一種類（例えば同一色）のインク）を吐出するための記録ヘッドに使用することも可能であるが、異なる種類のインクを吐出する記録ヘッドにも使用可能である。例えば、Ａ〜Ｄ列の記録素子列を、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどの異なる色のインクをそれぞれ吐出させるために使用することが可能である。また、各記録素子列を同一種類のインクを吐出させるために使用することも可能である。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を説明する。図９は、第３実施形態における記録ヘッドの一部を示す図であり、（ａ）は記録ヘッド用基板の予備加熱エリアにおける各部のレイアウトを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＸｂ−ＩＸｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＩＸｃ−ＩＸｃ線断面図である。なお、図９において、第１、第２実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付す。

この第３実施形態では、Ｐｏｌｙ−Ｓｉではなく、吐出ヒータ１０３と同じ材料で形成される膜を使用してサブヒータ４０５を構成している。一般に、インク吐出用のヒータ１０３の単位体積当たりの電気抵抗値は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉの単位体積当たりの電気抵抗値よりも高い。このため、サブヒータ４０５には、図９（ｃ）に示すように、多数の電流バイパス部２０８Ｂが設けられている。各電流バイパス部２０８Ｂは、第１実施形態と同様に低電気抵抗を有する配線部２０３Ｂとプラグ２０６Ｂとにより構成されている。このように、本実施形態では、電気抵抗の低い多数の電流バイパス部２０８Ｂを、サブヒータ４０５の複数の部分に対して並列に接続している。このためサブヒータ４０５の面積を増大させずに予備加熱部全体の電気抵抗を低減させることが可能になり、サブヒータ面積のシュリンク効果が得られる。

また、本実施形態では、サブヒータ４０５が、吐出ヒータ１０３に近い位置、すなわち絶縁層２０２の上層部に形成されており、発熱部２０９もヒータ１０３の近傍に配置される構成となっている。このため、吐出ヒータ１０３の近傍に存在するインクを発熱部２０９によって、より近い位置で加熱できるためインクの粘度をより効果的に低下させることが可能になり、インクリフィル性を向上させることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を説明する。図１０は、第４実施形態における記録ヘッドの一部を示す図であり、（ａ）は記録ヘッド用基板の予備加熱エリアにおける各部のレイアウトを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＸｂ−Ｘｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＸｃ−Ｘｃ線断面図である。なお、図１０において、第１、第２実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付す。

この第４実施形態では、記録ヘッド用基板１００に設定された複数の予備加熱エリアにおいて、図１０に示すような予備加熱部１０１Ｃが形成されている。予備加熱部１０１Ｃは、サブヒータ１０５と、サブヒータ１０５の複数個所に並列に接続された複数の電流バイパス部２０８Ｃとにより構成されており、複数の電流バイパス部２０８Ｃの間に発熱部２０９が形成されている。電流バイパス部２０８Ｃは、吐出ヒータ１０３の左右両側に形成されたインク供給口１０６（１０６Ｌ、１０６Ｒ）の周囲に沿って環状に形成された多層の配線部２０３Ｃと、各配線部２０３Ｃを電気的に接続するプラグ２０６Ｃとから構成されている。各配線部２０３ＣはＡｌ配線によって構成されている。

以上のように、第４実施形態では、サブヒータ１０５の発熱部２０９から発生した熱が、熱抵抗の低い複数の環状の配線部２０３Ｃ及びプラグ２０６Ｃに伝わり、配線部２０３Ｃで囲まれた筒状の領域内に位置するインク供給口１０６を通過するインクを加熱する。このため、インク供給口１０６を通過するインクの粘度は低減し、吐出ヒータ１０３へのインクのリフィル性は向上する。特に、本実施形態では、インク供給口１０６の周囲を完全に覆う状態で加熱を行うため、図８に示した第２実施形態に比べ、より効率的にインクを加熱することができる。但し、加熱するインクの粘度、種類などによっては、本実施形態のような完全に環状をなす配線部２０３Ｃではなく、一部が切断された形状（例えば、Ｃ状）の配線部を形成してもよい。勿論、この場合にも、配線部はプラグと共にサブヒータ１０５に対して電流バイパス部を形成するように接続する必要がある。

なお、前述の第２実施形態では、配線部２０３Ａの上層部によって吐出口２０５の周辺のインクを加熱するため、インクが吐出されずに加熱状態が継続した場合には、吐出口２０５からの水分蒸発によるインクの濃縮が懸念される。これに対し、この第４実施形態の構成によれば、インク供給口内を通過するインクを加熱するため、インクが濃縮されるリスクを低減でき、吐出ヒータ１０３付近のインクを、より吐出に適した状態に保つことができる。

また、図１０では、サブヒータ１０５を直線的に配置した例を示しているが、サブヒータ１０５をインク供給口１０６の周囲を囲うように配置することも可能である。さらに、上記実施形態では、サブヒータ１０５をＰｏｌｙ−Ｓｉで構成する例を示したが、サブヒータ１０５を吐出ヒータ１０３と同じ材質によって形成してもよい。

（他の実施形態）
本発明に係る液体吐出ヘッド用基板を備えた液体吐出ヘッドは、種々の液体吐出装置に適用可能である。すなわち、インクを吐出しつつ液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させることによって記録媒体あるいは被吐出媒体に液体を付与する、所謂シリアルスキャン型の液体吐出装置に適用することが可能である。また、液体吐出ヘッドは、図１に示すような液体吐出ヘッド用基板をＸ方向へと複数配置することによって構成してもよい。

さらに、本発明はシリアルスキャン型の液体吐出装置以外の液体吐出装置にも適用可能である。例えば、記録媒体又は被吐出媒体の幅に対応する長尺な液体吐出ヘッドを保持し、液体吐出ヘッドの長手方向と交差する方向に連続的に記録媒体又は被記録媒体を移動させながら、これらに液体を付与する、所謂フルライン型の液体吐出装置にも適用可能である。但しこの場合には、長尺な液体吐出ヘッドを構成すべく、より多くの液体吐出ヘッド用基板を配置することが必要となる。

また、以上説明した液体吐出ヘッド用基板では、液体を吐出するための吐出エネルギー発生素子として、インクを加熱して気泡を発生させる吐出ヒータ１０３を用いた例を示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、吐出エネルギー発生素子として、ピエゾなどの電気機械変換素子を用いることも可能である。

１００ 記録ヘッド用基板（液体吐出ヘッド用基板）
１０１ 予備加熱部（加熱手段）
１０３ 吐出ヒータ（吐出エネルギー発生素子）
１０５ サブヒータ（発熱体）
１０７ 予備加熱エリア
２０１ 基材
２０３ 配線部（配線）
２０６ プラグ（接続部）
２０９ 発熱部
２０８ 電流バイパス部

Claims (15)

1. 基材と、液体を吐出するための吐出エネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生素子が前記基材の表面の側に配列された素子列と、加熱手段と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、
   前記加熱手段は、前記素子列の方向に延在し、通電されることで発熱する発熱体と、前記基材の表面に直交する方向において前記発熱体と異なる位置に設けられた配線と、前記発熱体と前記配線とを接続する複数の接続部と、を含み、前記発熱体が通電された際に、前記発熱体を流れる電流の経路における途中において前記配線に電流が流れることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
2. 前記配線は、前記発熱体と同一の長さ及び幅を有するとき、前記発熱体より低い電気抵抗を示す材料によって形成されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
3. 前記発熱体は、前記複数の吐出エネルギー発生素子を含む加熱エリアにおいて前記素子列の方向に連続的に形成され、
   複数の前記配線が前記発熱体に並列に接続されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
4. 前記発熱体は、前記複数の吐出エネルギー発生素子を含む加熱エリアにおいて分断して形成され、
   前記配線は、前記分断して形成された前記発熱体に直列に接続されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
5. 前記配線は、前記発熱体よりも前記吐出エネルギー発生素子に近い位置に形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
6. 前記配線は、前記基材の前記表面の側に積層された複数の配線部によって構成されている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
7. 前記吐出エネルギー発生素子へと液体を供給する供給口を有し、
   前記配線は、前記供給口を囲むように配置されている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
8. 前記吐出エネルギー発生素子へと液体を供給する供給口を有し、
   前記発熱体は、前記供給口から前記吐出エネルギー発生素子に至る流路の近傍に配置されている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
9. 前記複数の吐出エネルギー発生素子を含む加熱エリアを複数有し、
   前記複数の加熱エリアのそれぞれには、前記発熱体が設けられると共に、前記各加熱エリアに設けられた前記発熱体の駆動を入力される制御信号に応じて制御する駆動手段が設けられている、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
10. 前記制御信号は、前記液体吐出ヘッド用基板の外部に設けられたデータ処理回路から供給される、請求項９に記載の液体吐出ヘッド用基板。
11. 前記制御信号は、前記液体吐出ヘッド用基板に設けられたデータ処理回路にて生成される、請求項９に記載の液体吐出ヘッド用基板。
12. 前記発熱体は、Ｐｏｌｙ-ＳｉまたはＳｉ基板の拡散抵抗材から成り、前記配線はＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉおよびその化合物の少なくとも一つから成る、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
13. 前記接続部はプラグである、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
14. 前記吐出エネルギー発生素子に液体を供給する複数の供給口が前記素子列の方向に沿って配列された供給口列を有し、
    前記直交する方向からみて前記加熱手段は前記素子列と前記供給口列との間に位置する、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
15. 基材と、液体を吐出するための吐出エネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生素子が前記基材の表面の側に配列された素子列と、加熱手段と、を有する液体吐出ヘッド用基板と、前記吐出エネルギーによって液体を吐出する吐出口を有する吐出口形成部材と、を備えた液体吐出ヘッドであって、
    前記加熱手段は、前記素子列の方向に延在し、通電されることで発熱する発熱体と、前記基材の表面に直交する方向において前記発熱体と異なる位置に設けられた配線と、前記発熱体と前記配線とを接続する複数の接続部と、を含み、前記発熱体が通電された際に、前記発熱体を流れる電流の経路における途中において前記配線に電流が流れることを特徴とする液体吐出ヘッド。

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