JP3647316B2 - 液体吐出ヘッド及び該液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギを液体に作用させることで起こる気泡の発生によって、所望の液体を吐出する液体吐出ヘッド及び該液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、紙、糸、繊維、布、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックなどの被記録媒体に対して記録を行う、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わされた産業用記録装置に適用することができるものである。
【０００３】
なお、本発明における「記録」とは、文字や図形などのように意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与するすることだけでなく、パターンなどのように意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。
【０００４】
【従来の技術】
熱などのエネルギをインクに与えることで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、このインクの状態変化に基づく作用力によって吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行うインクジェット記録方法、いわゆるバブルジェット記録方法が従来知られている。このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、米国明細書第４７２３１２９号に開示されているように、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連通するインク流路と、インク流路内に配された、インクを吐出するためのエネルギ発生手段としての電気熱変換体が一般に配されている。
【０００５】
このような記録方法によれば、品位の高い画像を高速、低騒音で記録することができると共に、この記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出口を高密度に配置することができるため、小型の装置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得ることができるという多くの優れた利点を有している。このため、このバブルジェット記録方法は、近年、プリンター、複写機、ファクシミリなどの多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装置などの産業用システムにまで利用されるようになってきている。
【０００６】
このような液体吐出ヘッドは、水分を含む液体が充填されたままで長期間吐出が行なわれないと、吐出口およびその付近に滞留した液体の水分が蒸発することにより液体が増粘し、各吐出口から吐出される液体の吐出量のばらつきを生じたり、液体が吐出口に固着して吐出不良を起こす場合があった。また、染料（顔料）濃度の変化により、被記録媒体に形成する画像の品位が低下するといった場合もあった。
【０００７】
従来、吐出量の制御は、電気熱変換体が設けられた素子基板の温度や、環境温度に基づいて行われていた。また、吐出不良を防止するために、吐出回復動作としての予備吐出が行われている。この予備吐出は、例えば液体吐出ヘッドのホームポジションにおいて、正規のヘッド駆動信号を液体吐出ヘッドに供給して、液体吐出ヘッドと対向する位置に設けられた液体吸収体に向けて液体を所定回数吐出させることにより、液体吐出ヘッドの表面の乾燥を取り除いたり、吐出口の先端部にある古い液体を吐出してしまうことで、吐出特性を回復させるものである。
【０００８】
このように、長時間放置した後の慢性的な印字不良の原因が、液体の増粘を生じたり、固着が生じたりすることによるものであることが公知とされており、従来技術においては、素子基板の温度や、環境温度等に基づいて、液体の増粘に寄与する因子によって吐出回復動作を設定していた。また、従来の３６０ｄｐｉ等の吐出量の比較的多い液体吐出ヘッドにおいて、インクの増粘に起因するインクの吐出量のばらつきや、吐出口に固着したインクによる吐出不良を抑制するために、記録時の有無に関わらず、一定時間、あるいは、一定枚数の記録を終了後、自動的に全ての吐出口に対して吐出回復動作を行っていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、記録密度が高まるに連れて、液体の吐出量が小さくなり、また、エネルギ発生手段の大きさも小さくなり、これによりエネルギ発生手段の発生する吐出エネルギーも小さくなっていった。一方、液体の水分が増加することによる液体の粘度の増加は、吐出口径が小さくなるに連れ少なくなるものの、それ以上に吐出エネルギーが小さくなっており、結果的に毎回のスキャンに一度予備吐出をしなくてはならない場合もあった。
【００１０】
また、液体吐出ヘッドに複数形成されている各液流路内のそれぞれの液体の粘度を直接測定するのではなく、各液流路内のそれぞれのインクの粘度を素子基板の温度や、環境温度といった１つの測定値で代表し、かつ、間接的に測定した場合、大きなマージンをとる必要があった。すなわち、液体吐出ヘッドに複数形成されている全ての吐出口から所望の吐出量の液体を吐出させるため、必要以上の予備吐出が行われ、スループットの低下や、液体が無駄に消費されてしまう場合があった。
【００１１】
そこで本発明は、スループットの向上がなされた液体吐出ヘッド及び該液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明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を発生するエネルギ発生素子が表面に並列に複数設けられた素子基板と、素子基板に対向して接合されることで、各エネルギ発生素子に対応し、かつ、上流側より供給される液体を下流側に設けられた吐出口から吐出する、該吐出口に連通する複数の液流路を形成する天板とを有する液体吐出ヘッドにおいて、素子基板に設けられたエネルギ発生素子の、吐出口側の端部より下流側の各液流路内に、液体に接する１組の電極からなり各液流路内の液体の粘度を検出する粘度検出手段を備え、粘度検出手段からの出力に基づいた駆動パルスを各エネルギ発生素子に印加する吐出制御手段を有する。
【００１３】
以上の通り構成された本発明の液体吐出ヘッドは、エネルギ発生素子の、吐出口側の端部より下流側の各液流路内に、液体に接する１組の電極からなる粘度検出手段によって、各液流路内の液体の粘度を直接検出し、この粘度検出手段からの出力に基づいて各エネルギ発生素子に駆動パルスを印加するため、予備吐出時に、液体の粘度に応じて各液流路毎に予備吐出の回数を制御できる。
【００１５】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、エネルギー発生素子は液体に熱エネルギーを作用させることで液体に気泡を発生させるものであり、液流路にはエネルギー発生素子に面して配され吐出口に向かう下流側が自由端となる可動部材が設けられており、各電極のうち少なくとも１つが可動部材に設けられているものであってもよい。
【００１６】
また、各電極のうち少なくとも１つが、天板の、各液流路内の液体に面する壁面に設けられているものであってもよいし、各電極のうち少なくとも１つが、素子基板の、各液流路内の液体に面する壁面に設けられているものであってもよい。
【００１７】
さらに、吐出制御手段は、駆動パルスを印加する回数を制御するものであってもよいし、吐出制御手段は、駆動パルスのパルス幅を制御するものであってもよいし、吐出制御手段は、各吐出口から吐出される液体の各吐出量を略同一にするように、各エネルギ発生素子に印加する駆動パルスのパルス幅を制御するものであってもよいし、吐出制御手段は、素子基板に設けられ、全ての液流路内の液体を加熱する保温ヒータに駆動信号を印加するものであってもよい。
【００１８】
また、本発明の液体吐出装置は、被記録媒体を搬送する搬送手段と、液体を吐出し、前記被記録媒体に記録を行う本発明の液体吐出ヘッドを保持し、かつ、前記被記録媒体の搬送方向に対して交差する方向に往復移動する保持手段とを有する。
【００１９】
本発明の液体吐出装置は、各粘度検出手段からの出力信号により液体吐出ヘッド内の液体を吸引する回復動作を行う回復手段を有するものであってもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態の、液体を吐出する複数の吐出口と、互いに接合されることでそれぞれ吐出口と連通する複数の液流路を構成するための第１の基板および第２の基板と、電気エネルギーを液流路内の液体の吐出エネルギーに変換するために各液流路内に配された複数のエネルギー変換素子と、各液流路内の粘度を検出するための粘度検出部と、エネルギー変換素子の駆動条件を制御するための、機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有し、上記素子あるいは電気回路がその機能に応じて第１の基板と第２の基板とに振り分けられている液体吐出ヘッドの説明を行う。なお、本実施形態における液体は水分等の蒸発しやすい成分を含有するものである。
【００２１】
図１は、本実施形態の液体吐出ヘッドの液流路方向に沿った断面図であり、図２は天板に設けられた電極に接続された粘度測定用回路の概略図である。
【００２２】
図１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吐出ヒータ２が並列に設けられた素子基板１と、この素子基板１上に接合され、粘度センサ２００の電極２００ａ、２００ｂが設けられた天板３と、素子基板１および天板３の前端面に接合されたオリフィスプレート４と、素子基板１と天板３とで構成される液流路７内に設置された可動部材６とを有する。
【００２３】
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、吐出ヒータ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吐出ヒータ２が発熱する。
【００２４】
天板３は、各吐出ヒータ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、天井部分から各吐出ヒータ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８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。
【００２５】
この天板３の表面には、各第１の液流路７ａ内の液体の粘度を測定するための粘度センサ２００を構成する、液体に接する電極２００ａ、２００ｂが流れ方向に並列に、吐出口５付近に設けられている。この粘度センサ２００は、図２に示す粘度測定用回路を有する。粘度測定用回路は、基準となる抵抗値を与える抵抗２０３と、バッファとしての機能を有するオペアンプ２０４とを有する。液体の抵抗２０１は、電極２００ａ、２００ｂ間の液体の粘度により可変する液体の抵抗である。この粘度測定用回路は、後述の粘度センサ駆動回路４７（図８参照）より印加された入力パルス電圧２０２が、抵抗２０１の抵抗値、すなわち、液体の粘度により変わる液体の抵抗値により変化して出力される出力電圧Ｖを出力する。これら各粘度センサ２００は、天板３を形成する際、半導体プロセスを用いて同時に形成されているため、各液流路７間での各粘度センサ２００の特性のばらつきはほとんどない。なお、吐出口５付近では特に液体の水分が蒸発することによって増粘しやすいため、吐出口５付近の液体の粘度を測定するため、電極２００ａ、２００ｂを吐出口５付近に設けた。また、電極２００ａ、２００ｂは、吐出ヒータ２の下流側端面よりも下流側に設けられることがさらに望ましい。
【００２６】
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。
【００２７】
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、吐出ヒータ２を有する第２の液流路７ｂとに分けるように、吐出ヒータ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。
【００２８】
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、吐出ヒータ２に面した位置に吐出ヒータ２から所定の距離を隔てて配されている。この吐出ヒータ２と可動部材６との間が気泡発生領域１０となる。
【００２９】
上記構成に基づき、吐出ヒータ２を発熱させると、可動部材６と吐出ヒータ２との間の気泡発生領域１０の液体に熱が作用し、これにより吐出ヒータ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。
【００３０】
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。
【００３１】
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１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。
【００３２】
また、本実施形態の液体吐出ヘッドは、吐出ヒータ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。
【００３３】
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。
【００３４】
図３は、図１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３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３０５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３０４および層間膜３０３の表面に、ＳｉＯ2膜またはＳｉ3Ｎ4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３０４の熱が作用する部分となる熱作用部３０８である。
【００３５】
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。
【００３６】
図４は、図３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。
【００３７】
図４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−Ｍｏｓ４２０が、Ｐ型ウェル領域４２３にＮ−Ｍｏｓ４２１が備えられている。Ｐ−Ｍｏｓ４２０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−Ｍｏｓ４２１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−Ｍｏｓ４２０およびＮ−Ｍｏｓ４２１からＣ−Ｍｏｓロジックが構成されている。
【００３８】
Ｐ型ウェル領域４２３の、Ｎ−Ｍｏｓ４２１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。
【００３９】
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。
【００４０】
Ｐ−Ｍｏｓ４２０とＮ−Ｍｏｓ４２１との間や、Ｎ−Ｍｏｓ４２１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。
【００４１】
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４３６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３０８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ＴａＮ0.8,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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、素子基板１および天板３への回路や素子の構成について説明する。
【００４４】
図５は、図１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５（ａ）および（ｂ）は、互いの対向面を表わしている。
【００４５】
図５（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吐出ヒータ２と、画像データに応じてこれら吐出ヒータ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とが設けられている。
【００４６】
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、各吐出ヒータ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、吐出ヒータ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。
【００４７】
一方、図５（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、第１の液流路７ａ内の液体の粘度を測定する粘度センサ２００と、粘度センサ２００を駆動する粘度センサ駆動部１７と、粘度センサ駆動部１７により駆動された出力結果に基づいて吐出ヒータ２の駆動条件を制御する吐出ヒータ制御部１６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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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吐出ヒータ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。
【００５１】
天板３については、まず、シリコン基板上に、上記吐出ヒータ制御部１６と、粘度センサ２００と、粘度センサ駆動部１７を構成する回路と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。
【００５２】
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吐出ヒータ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。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。
【００５３】
なお、図１に示したように液体吐出ヘッドは可動部材６を有しているが、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。可動部材６の形成工程については後述する。
【００５４】
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６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６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。
【００５５】
以上説明したように、吐出ヒータ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。
【００５６】
以上、本実施形態の基本的な構成について説明したが、以下に、上述した回路等に関して詳細に説明する。なお、同様の動作を行う回路構成であれば、以下に示す詳細な回路の構成に限定されるものではない。
【００５７】
次に、吐出ヒータへの印加エネルギーを制御する素子基板および天板の回路構成に関して、図７を用いて説明する。
【００５８】
図７（ａ）に示すように、素子基板１には、一列に配列された吐出ヒータ２と、図５（ａ）で示したドライバ１１を構成するパワートランジスタ４１、パワートランジスタ４１の駆動を制御するためのＡＮＤ回路３９及びパワートランジスタ４１の駆動タイミングを制御するための駆動タイミング制御ロジック回路３８と、図５（ａ）で示した画像データ転送部１２を構成する、シフトレジスタおよびラッチ回路からなる画像データ転送回路４２とが形成されている。
【００５９】
駆動タイミング制御ロジック回路３８は、装置の電源容量を少なくする目的で、全ての吐出ヒータ２を同時に通電するのではなく吐出ヒータ２を分割駆動して時間をずらして通電するためのものであり、この駆動タイミング制御ロジック回路３８を駆動するイネーブル信号は、図５（ａ）で示した外部コンタクトパッド１５を構成するイネーブル信号入力端子４５ｋ〜４５ｎから入力される。
【００６０】
また、素子基板１に設けられる外部コンタクトパッド１５としては、イネーブル信号入力端子４５ｋ〜４５ｎの他に、吐出ヒータ２の駆動電源の入力端子４５ａ、パワートランジスタ４１の接地端子４５ｂ、吐出ヒータ２を駆動するエネルギーを制御するために必要な信号用の入力端子４５ｃ〜４５ｅ、ロジック回路の駆動電源端子４５ｆ、接地端子４５ｇ、画像データ転送回路４２のシフトレジスタに入力されるシリアルデータの入力端子４５ｉおよびこれに同期するシリアルクロック信号の入力端子４５ｈ、ラッチ回路に入力されるラッチクロック信号の入力端子４５ｊがある。
【００６１】
一方、図７（ｂ）に示すように、天板３には、図５（ｂ）で示した粘度センサ駆動部１７を構成する、粘度センサ２００に入力電圧パルス２０１を印加し、出力電圧Ｖを検出するための粘度センサ駆動回路４７と、図５（ｂ）で示した吐出ヒータ制御部１６を構成する、粘度センサ２００からの出力をモニタしその結果に応じて吐出ヒータ２への印加エネルギーを制御するための駆動信号制御回路４６と、粘度センサ２００で検出された液体の粘度と、予備吐出による吐出の回数との関係及び液体の粘度と、液体の吐出量との関係とをヘッド情報として記憶し駆動信号制御回路４６に出力するメモリ４９とが形成されている。
【００６２】
また、図５（ｂ）で接続用コンタクトパッドとして、素子基板１および天板３２には、外部から上記吐出ヒータ２を駆動するエネルギーを制御するために必要な信号用の入力端子４５ｃ〜４５ｅと駆動信号制御回路４６とを接続する端子４４ｂ〜４４ｄ，４８ｂ〜４８ｄ、駆動信号制御回路４６の出力をＡＮＤ回路３９の一方の入力端子に入力させるための端子４８ａ等が設けられている。
【００６３】
なお、メモリ４９に記憶されるヘッド情報としては、上述した液体の粘度と、予備吐出による吐出の回数との関係等の他に、吐出する液体の種類（液体がインクの場合には、インクの色等）も含めることもできる。液体の種類によってはその物性が異なり、吐出特性が異なるからである。これらのヘッド情報のメモリ４９への記憶は、この液体吐出ヘッドの組立後に不揮発的に行ってもよいし、この液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置の立ち上げ後に装置側から転送されることで行ってもよい。
【００６４】
また、図７に示した例では、メモリ４９は、素子基板１側のスペースが許せば、天板３ではなく素子基板１に設けてもよい。
【００６５】
以上の構成においての液体の吐出に関しての説明は後述する。
【００６６】
次に、素子基板の温度を制御する素子基板および天板の回路構成を図８を用いて説明する。
【００６７】
図８（ａ）に示すように、素子基板１に、液体の吐出用の吐出ヒータ２とは別に、素子基板１の温度を調節するために素子基板１自体を加熱する保温ヒータ５５と、その保温ヒータ５５のドライバとなるパワートランジスタ５６とが、図７（ａ）に示した素子基板１に対して付加されている。また、センサ６３としては、素子基板１の温度を測定する温度センサが用いられる。
【００６８】
一方、図８（ｂ）に示すように、天板３には、センサ６３からの出力及びメモリ４９に記憶された、粘度センサ２００で検出された液体の粘度のデータに応じて保温ヒータ５５の駆動を制御するための保温ヒータ制御回路６６が形成されている。保温ヒータ制御回路６６はコンパレータを有しており、素子基板１の必要とされる温度に基づいて予め決定された閾値とセンサ６３からの出力とを比較し、閾値よりもセンサ６３からの出力が大きい場合に、保温ヒータ５５を駆動するための保温ヒータ制御信号を出力する。上記の素子基板１の必要とされる温度とは、この液体吐出ヘッド内の液体の粘性が安定吐出範囲にあるような温度である。
【００６９】
そして、保温ヒータ制御回路６６から出力される保温ヒータ制御信号を、素子基板１に形成された保温ヒータ用のパワートランジスタ５６に入力させるための端子６４ａ，６８ａが、接続用コンタクトパッドとして素子基板１および天板３に設けられている。その他の構成は図７に示した構成と同様である。
【００７０】
上記の構成により、保温ヒータ制御回路６６により保温ヒータ５５が駆動され、素子基板１の温度が所定の温度に保たれる。その結果、液体吐出ヘッド内の液体の粘性が安定吐出範囲に保たれ、良好な吐出が可能となる。
【００７１】
なお、センサ６３には、固体差による出力値のばらつきがある。より正確な温度調節を行いたい場合には、このばらつきを補正するために、ヘッド情報として出力値のばらつきの補正値をメモリ４９に記憶させ、メモリ４９に記憶された補正値に応じて、保温ヒータ制御回路６６に設定された閾値を調整してもよい。
【００７２】
ところで、図１に示した実施形態では、液流路７を構成するための溝は天板３に形成し、吐出口５が形成された部材（オリフィスプレート４）も素子基板１及び天板３とは別の部材で構成した例を示したが、本発明が適用される液体吐出ヘッドの構造は、これに限られるものではない。
【００７３】
例えば、天板の端面にオリフィスプレートの厚さ相当の壁を残しておき、この壁に、イオンビーム加工や電子ビーム加工等により吐出口を形成すれば、オリフィスプレートを用いずに液体吐出ヘッドを構成することができる。また、天板に溝を形成することによってではなく素子基板に流路側壁を形成すれば、吐出ヒータに対する液流路の位置精度が向上し、かつ、天板の形状を簡易なものとすることができる。可動部材はフォトリソグラフィプロセスを利用して天板に形成することができるが、このように素子基板に流路側壁を設けた構成とした場合には、素子基板への可能部材の形成と同時に素子基板を形成することもできる。これについては後述する。
【００７４】
次に、フォトリソグラフィプロセスを利用した、素子基板への可動部材の製造方法について説明する。
【００７５】
図９は、図１に基づいて説明した液体吐出ヘッドへの可動部材６の製造方法の一例を説明するための図であり、図９では、図１に示した液流路７の流路方向に沿った断面が示されている。図９に基づいて説明する製造方法では、素子基板１上に可動部材６を形成してなるものと、天板に流路側壁を形成してなるものとを接合することで、図１に示した構成の液体吐出ヘッドを製造する。従って、この製造方法では、可動部材６が作り込まれた素子基板１に天板を接合する前に、天板に流路側壁が作り込まれる。
【００７６】
まず、図９（ａ）では、素子基板１の吐出ヒータ２側の面全体に、吐出ヒータ２との電気的な接続を行うための接続用パッド部分を保護するための第１の保護層としてのＴｉＷ膜７６をスパッタリング法によって厚さ約５０００Å形成する。
【００７７】
次に、図９（ｂ）では、ＴｉＷ膜７６の表面に、間隙形成部材７１ａを形成するためのＡｌ膜をスパッタリング法によって厚さ約４μｍ形成する。間隙形成部材７１ａは、後述する図９（ｄ）の工程において、ＳｉＮ膜７２ａがエッチングされる領域までに延在されている。
【００７８】
形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることで、そのＡｌ膜の、可動部材６の支持固定部に対応する部分のみを除去し、ＴｉＷ膜７６の表面に間隙形成部材７１ａを形成する。従って、ＴｉＷ膜７６表面の、可動部材６の支持固定部に対応する部分が露出することになる。この間隙形成部材７１ａは、素子基板１と可動部材６との間の間隙を形成するための、Ａｌ膜からなるものである。間隙形成部材７１ａは、図１に示した吐出ヒータ２と可動部材６との間の気泡発生領域１０に対応する位置を含む、ＴｉＷ膜７６の表面の、可動部材６の支持固定部に対応する部分を除く部分全てに形成されている。従って、この製造方法では、ＴｉＷ膜７６の表面の、流路側壁に対応する部分にまで間隙形成部材７１ａが形成されている。
【００７９】
この間隙形成部材７１ａは、後述するようにドライエッチングにより可動部材６を形成する際のエッチングストップ層として機能する。これは、ＴｉＷ膜７６や、素子基板１における耐キャビテーション膜としてのＴａ膜、および抵抗体上の保護層としてのＳｉＮ膜が、液流路７を形成するために使用するエッチングガスによりエッチングされてしまうからであり、それらの層や膜のエッチングを防止するために、このような間隙形成部材７１ａを素子基板１上に形成する。これにより、可動部材６を形成するためにＳｉＮ膜のドライエッチングを行う際にＴｉＷ膜７６の表面が露出することがなく、そのドライエッチングによるＴｉＷ膜７６および、素子基板１内の機能素子の損傷が間隙形成部材７１ａによって防止される。
【００８０】
次に、図９（ｃ）では、間隙形成部材７１ａの表面全体および、ＴｉＷ膜７６の、露出した面全体に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材６を形成するための材料膜である厚さ約４．５μｍのＳｉＮ膜７２ａを、間隙形成部材７１ａを被覆するように形成する。ここで、プラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ膜７２ａを形成する際には、図１０を参照して次に説明するように、素子基板１を構成するシリコン基板などを介して、素子基板１に備えられたＴａからなる耐キャビテーション膜を接地する。これにより、プラズマＣＶＤ装置の反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン種およびラジカルの電荷に対して素子基板１内の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。
【００８１】
図１０に示すように、ＳｉＮ膜７２ａを形成するためのプラズマＣＶＤ装置の反応室８３ａ内には、所定の距離をおいて互いに対向するＲＦ電極８２ａおよびステージ８５ａが備えられている。ＲＦ電極８２ａには、反応室８３ａの外部のＲＦ電源８１ａによって電圧が印加される。一方、ステージ８５ａのＲＦ電極８２ａ側の面上には素子基板１が取り付けられており、素子基板１の吐出ヒータ２側の面がＲＦ電極８２ａと対向している。ここで、素子基板１が有する、吐出ヒータ２の面上に形成されたＴａからなる耐キャビテーション膜は、素子基板１のシリコン基板と電気的に接続されており、間隙形成部材７１ａは、素子基板１のシリコン基板、およびステージ８５ａを介して接地されている。
【００８２】
このように構成されたプラズマＣＶＤ装置においては、前記耐キャビテーション膜が接地された状態で供給管８４ａを通して反応室８３ａ内にガスを供給し、素子基板１とＲＦ電極８２ａとの間にプラズマ４６を発生させる。反応室８３ａ内でのプラズマ放電により分解されたイオン種やラジカルが素子基板１上に堆積することで、ＳｉＮ膜７２ａが素子基板１上に形成される。その際、イオン種やラジカルにより素子基板１上に電荷が発生するが、上述したように耐キャビテーション膜が接地されていることにより、素子基板１内の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジカルの電荷によって損傷することが防止される。
【００８３】
次に、図９（ｄ）では、ＳｉＮ膜７２ａの表面に、スパッタリング法によりＡｌ膜を厚さ約６１００Å形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ膜７２ａ表面の、可動部材６に対応する部分に第２の保護層としてのＡｌ膜（不図示）を残す。その第２の保護層としてのＡｌ膜は、可動部材６を形成するためにＳｉＮ膜７２ａのドライエッチングを行う際の保護層（エッチングストップ層）すなわちマスクとなる。
【００８４】
そして、誘電結合プラズマを使ったエッチング装置を用い、前記第２の保護層をマスクにしてＳｉＮ膜７２ａをパターニングすることで、そのＳｉＮ膜７２ａの残った部分で構成される可動部材６を形成する。そのエッチング装置ではＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いており、ＳｉＮ膜７２ａをパターニングする工程では、図１に示したように可動部材６の支持固定部が素子基板１に直接固定されるようにＳｉＮ膜７２ａの不要な部分を除去する。可動部材６の支持固定部と素子基板１との密着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材料であるＴａが含まれる。
【００８５】
ここで、ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７２ａをエッチングする際には、図１１を参照して次に説明するように素子基板１などを介して間隙形成部材７１ａを接地する。これにより、ドライエッチングの際にＣＦ4ガスの分解により生じるイオン種およびラジカルの電荷が間隙形成部材７１ａに留まることを防止して、素子基板１の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。また、このエッチングの工程において、 ＳｉＮ膜７２ａの不要な部分を除去することで露出する部分、すなわちエッチングされる領域には、上述したように間隙形成部材７１ａが形成されているため、ＴｉＷ膜７６の表面が露出することがなく、間隙形成部材７１ａによって素子基板１が確実に保護される。図１１に示すように、ＳｉＮ膜７２ａをエッチングするためのドライエッチング装置の反応室８３ｂ内には、所定の距離をおいて互いに対向するＲＦ電極８２ｂおよびステージ８５ｂが備えられている。ＲＦ電極８２ｂには、反応室８３ｂの外部のＲＦ電源８１ｂによって電圧が印加される。一方、ステージ８５ｂのＲＦ電極８２ｂ側の面上には素子基板１が取り付けられており、素子基板１の吐出ヒータ２側の面がＲＦ電極８２ｂと対向している。ここで、Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１ａは、素子基板１に備えれたＴａからなる耐キャビテーション膜と電気的に接続されており、かつ、その耐キャビテーション膜は、前述したように素子基板１のシリコン基板と電気的に接続されており、間隙形成部材７１ａは、素子基板１の耐キャビテーション膜やシリコン基板、およびステージ８５ｂを介して接地されている。
【００８６】
このように構成されたドライエッチング装置において、間隙形成部材７１ａが接地された状態で供給管８４ａを通して反応室８３ａ内にＣＦ4とＯ2の混合ガスを供給し、ＳｉＮ膜７２ａのエッチングを行う。その際、ＣＦ4ガスの分解により生じるイオン種やラジカルによって素子基板１上に電荷が発生するが、上述したように間隙形成部材７１ａが接地されていることにより、素子基板１内の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジカルの電荷によって損傷することが防止される。
【００８７】
本実施形態では、反応室８３ａの内部に供給するガスとして、ＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いたが、Ｏ2が混合されていないＣＦ4ガスまたはＣ2Ｆ6ガス、あるいはＣ2Ｆ6とＯ2の混合ガスなどを用いてもよい。
【００８８】
次に、図９（ｅ）では、酢酸、りん酸および硝酸の混酸を用いて、可動部材６に形成したＡｌ膜からなる前記第２の保護層や、Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１ａを溶出して除去し、素子基板１上に可動部材６を作り込む。その後、過酸化水素を用いて、素子基板１に形成したＴｉＷ膜７６の、気泡発生領域１０およびパッドに対応する部分を除去する。
【００８９】
以上のようにして、可動部材６が設けられた素子基板１が製造される。ここでは、図１に示したように可動部材６の支持固定部が素子基板１に直接固定されているものを製造する場合で説明したが、この製造方法を適用して、可動部材が台座部を介して素子基板に固定された液体吐出ヘッドを製造することもできる。この場合、図９（ｂ）に示した間隙形成部材７１ａを形成する工程の前に、可動部材の、自由端と反対側の端部を素子基板に固定するための台座部を素子基板の吐出ヒータ側の面上に形成する。この場合でも、台座部と素子基板との密着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、および素子基板の耐キャビテーション膜の構成材料であるＴａが含まれる。
【００９０】
上述した例では、流路側壁９を天板３に形成した場合について説明したが、フォトリソグラフィプロセスを用いて、素子基板１への可動部材６の形成と同時に、流路側壁９を素子基板１に形成することもできる。
【００９１】
以下に、素子基板１に可動部材６及び流路側壁９を設けた場合の、可動部材６及び流路側壁の形成工程の一例について、図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２及び図１３は、可動部材及び流路側壁が形成される素子基板の液流路方向と直交する方向に沿った断面を示している。
【００９２】
まず、図１２（ａ）では、素子基板１の吐出ヒータ２側の面全体に、吐出ヒータ２との電気的な接続を行うための接続用パッド部分を保護するための第１の保護層として、不図示のＴｉＷ膜をスパッタリング法によって厚さ約５０００Å形成する。この素子基板１の吐出ヒータ２側の面に、間隙形成部材７１を形成するためのＡｌ膜をスパッタリング法によって厚さ約４μｍ形成する。形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、図１に示した吐出ヒータ２と可動部材６との間の気泡発生領域１０に対応する位置に、素子基板１と可動部材６との間の間隙を形成するための、Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１を複数形成する。それぞれの間隙形成部材７１は、後述する図１３（ｂ）の工程において、可動部材６を形成するための材料膜であるＳｉＮ膜７２がエッチングされる領域まで延在されている。
【００９３】
間隙形成部材７１は、後述するようにドライエッチングにより液流路７および可動部材６を形成する際のエッチングストップ層として機能する。これは、素子基板１におけるパッド保護層としてのＴｉＷ層や、耐キャビテーション膜としてのＴａ膜、および抵抗体上の保護層としてのＳｉＮ膜が、液流路７を形成するために使用するエッチングガスによりエッチングされてしまうからであり、これらの層や膜のエッチングが間隙形成部材７１により防止される。そのため、ドライエッチングにより液流路７を形成する際に素子基板１の吐出ヒータ２側の面や、素子基板１上のＴｉＷ層が露出しないように、それぞれの間隙形成部材７１における液流路７の流路方向と直行する方向の幅は、後述する図１３（ｂ）の工程で形成される液流路７の幅よりも広くなっている。
【００９４】
さらに、ドライエッチング時には、ＣＦ4ガスの分解によりイオン種およびラジカルが発生し、素子基板１の吐出ヒータ２や機能素子にダメージを与えることがあるが、Ａｌからなる間隙形成部材７１は、これらイオン種やラジカルを受け止めて素子基板１の吐出ヒータ２や機能素子を保護するものとなっている。
【００９５】
次に、図１２（ｂ）では、間隙形成部材７１の表面、および素子基板１の間隙形成部材７１側の面上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材６を形成するための材料膜である厚さ約４．５μｍのＳｉＮ膜７２を、間隙形成部材７１を被覆するように形成する。ここで、プラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ膜７２を形成する際には、図１０を参照して説明したように、素子基板１を構成するシリコン基板などを介して、素子基板１に備えられたＴａからなる耐キャビテーション膜を接地する。これにより、プラズマＣＶＤ装置の反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン種およびラジカルの電荷に対して素子基板１内の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。
【００９６】
次に、図１２（ｃ）では、ＳｉＮ膜７２の表面に、スパッタリング法によりＡｌ膜を厚さ約６１００Å形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ膜７２表面の、可動部材６に対応する部分、すなわちＳｉＮ膜７２表面の可動部材形成領域に第２の保護層としてのＡｌ膜７３を残す。Ａｌ膜７３は、ドライエッチングにより液流路７を形成する際の保護層（エッチングストップ層）となる。
【００９７】
次に、図１３（ａ）では、ＳｉＮ膜７２およびＡｌ膜７３の表面に、流路側壁９を形成するためのＳｉＮ膜７４を、マイクロ波ＣＶＤ法を用いて厚さ約５０μｍ形成する。ここで、マイクロ波ＣＶＤ法によるＳｉＮ膜７４の成膜に使用するガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ4）、窒素（Ｎ2）およびアルゴン（Ａｒ）を用いた。そのガスの組み合わせとしては、上記以外にも、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）やアンモニア（ＮＨ3）などとの組み合わせや、混合ガスを用いてもよい。また、周波数が２．４５［GHz］のマイクロ波のパワーを１．５［ｋＷ］とし、ガス流量としてはモノシランを１００［sccm］、窒素を１００［sccm］、アルゴンを４０［sccm］でそれぞれのガスを供給して、圧力が５［mTorr］の高真空下でＳｉＮ膜７４を形成した。また、ガスのそれ以外の成分比でのマイクロ波プラズマＣＶＤ法や、ＲＦ電源を使用したＣＶＤ法などでＳｉＮ膜７４を形成してもよい。
【００９８】
ＣＶＤ法によりＳｉＮ膜７４を形成する際には、図１０に基づいて前述したようなＳｉＮ膜７２を形成する方法と同様に、吐出ヒータ２の面上に形成されているＴａからなる耐キャビテーション膜を素子基板１のシリコン基板を介して接地する。これにより、ＣＶＤ装置の反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン種およびラジカルの電荷に対して素子基板１内の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。
【００９９】
そして、ＳｉＮ膜７４の表面全体にＡｌ膜を形成した後に、形成されたＡｌ膜を、フォトリソグラフィなどの周知の方法を用いてパターニングして、ＳｉＮ膜７４の表面の、液流路７に対応する部分を除く部分にＡｌ膜７５を形成する。前述したように、それぞれの間隙形成部材７１における液流路７の流路方向と直行する方向の幅は、次の図１３（ｂ）の工程で形成される液流路７の幅よりも広くなっているので、Ａｌ膜７５の側部が間隙形成部材７１の側部の上方に配置されている。
【０１００】
次に、図１３（ｂ）では、誘電結合プラズマを使ったエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７４およびＳｉＮ膜７２をパターニングして流路側壁９および可動部材６を同時に形成する。そのエッチング装置では、ＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いて、Ａｌ膜７３，２５および間隙形成部材７１をエッチングストップ層すなわちマスクとして、ＳｉＮ膜７４がトレンチ構造となるようにＳｉＮ膜７４およびＳｉＮ膜７２のエッチングを行う。このＳｉＮ膜７２をパターニングする工程では、図１に示したように可動部材６の支持固定部が素子基板１に直接固定されるようにＳｉＮ膜７２の不要な部分を除去する。可動部材６の支持固定部と素子基板１との密着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材料であるＴａが含まれる。
【０１０１】
ここで、ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７２および２４をエッチングする際には、図１１を参照して説明したように素子基板１などを介して間隙形成部材７１を接地する。これにより、ドライエッチングの際にＣＦ4ガスの分解により生じるイオン種およびラジカルの電荷が間隙形成部材７１に留まることを防止して、素子基板１の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。また、このエッチングの工程で形成される液流路７の幅よりも間隙形成部材７１の幅の方が広くなっているため、ＳｉＮ膜７４の不要な部分を除去した際に素子基板１の吐出ヒータ２側の面が露出することがなく、間隙形成部材７１によって素子基板１が確実に保護される。
【０１０２】
次に、図１３（ｃ）では、酢酸、りん酸および硝酸の混酸を用いてＡｌ膜７３および２５を加温エッチングすることで、Ａｌ膜７３および７５や、Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１を溶出して除去し、素子基板１上に可動部材６および流路側壁９を作り込む。その後、過酸化水素を用いて、素子基板１に形成したパッド保護層としてのＴｉＷ膜の、気泡発生領域１０およびパッドに対応する部分を除去する。素子基板１と流路側壁９との密着部にも、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材料であるＴａが含まれている。
【０１０３】
以上、本実施形態の構成及び製造方法について説明してきたが、以下に、本実施形態の液体吐出ヘッドにおける予備吐出の制御の一例に関して説明する。
【０１０４】
図１４は、図２に示した粘度測定用回路からの出力電圧を示すグラフである。
液体が液流路内で静止している状態で、粘度センサ駆動回路４７から駆動パルスが、粘度センサ２００の図２に示した粘度測定用回路へと入力される。粘度測定用回路の抵抗２０１の値は、このときの吐出口５付近の液体の抵抗値であり、この抵抗値に応じた出力電圧Ｖが出力される。液体の水分が蒸発することで液体が増粘すると、液体の単位体積当たりのイオン濃度が上がることで液体の抵抗値は下がることとなり、よって、液体の粘度が上がると出力電圧Ｖは上がることとなる。図１４において、液体の粘度が高い場合は、例えば出力電圧はＶ1となり、液体の粘度が低い場合は出力電圧はＶ2となる。一方、メモリ４９には、出力電圧Ｖと予備吐出による吐出の回数との関係のデータが予め記憶されている。駆動信号制御回路４６は、粘度センサ２００の粘度測定用回路からの出力電圧Ｖ及びメモリ４９の出力電圧Ｖと予備吐出による吐出の回数の関係より予備吐出の回数を決定し、吐出ヒータ２に予備吐出の回数分の駆動パルスを印加する。すなわち、液体の粘度が高ければ、予備吐出の回数を増やし、液体の粘度が低ければ、予備吐出の回数を減らす。この予備吐出の回数は各液流路毎に制御されるため、各液流路毎に最適な回数の予備吐出がなされ、不必要な予備吐出によるスループットの低下を防止することができる。
【０１０５】
ただし、本実施形態では液体の粘度は、液体から蒸発した水分量に影響されるものとして説明したが、液体の粘度を決定するファクターは液体から蒸発した水分量だけにより決まるものではなく、温度、液体の種類等の影響も受ける。また、水分が完全に蒸発した状態では、電極２００ａ、２００ｂ間を電流が流れなくなる状態もあるが、これらを考慮する場合は、これらの影響を考慮して予備吐出の回数を決定するデータをメモリ４９に持たせて制御するものであってもよい。
また、粘度センサ２００を予備吐出の回数を制御するのに用いる以外に、液体の吐出量を測定して、液体の吐出量の制御に用いるものとしてもよい。
【０１０６】
以下に、吐出される液体の吐出量の制御の一例に関して説明する。
【０１０７】
液体の吐出は、駆動パルスを吐出ヒータ２に印加し、これにより、吐出ヒータ２が発熱して気泡が発生し、可動部材６を変位させて吐出口５から液体が吐出されるものであるが、液体の吐出後、気泡が消滅するに伴い、可動部材６も初期の位置に戻る際に、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。リフィル時における第１の液流路７ａ内の液体の流量、すなわち、リフィル時に第１の液流路７ａ内に流れ込む液体の体積分は、吐出された液体の体積分に等しい。また、第１の液流路７ａ内の液体の流量は、液体の流速の影響を受ける。すなわち、液体の流速が速ければ、流量は多くなる。また、液体の流速は液体の粘度の影響を受ける。すなわち、液体の粘度が低ければ、液体の流速は速くなる。さらに、液体は粘度により導電率、すなわち、抵抗値が異なる。よって、液体の抵抗値（すなわち、粘度測定用回路からの出力電圧Ｖ）を測定することで、最終的に液体の吐出量を算出することができる。
【０１０８】
以上説明したような出力電圧Ｖと液体の吐出量との関係のデータをメモリ４９に、予め記憶しておき、これを基に、駆動信号制御回路４６は、吐出ヒータ２に図１４に示される電圧差ｄＶを補正するようなパルス幅の駆動パルスを印加する。この駆動パルスの一例を図１５に示す。すなわち、駆動信号制御回路４６は、液体の粘度が高く吐出量の少ない状態を示す電圧値Ｖ1を出力した液流路７に設けられた吐出ヒータ２に、液体の粘度が低く吐出量の多い状態を示す電圧値Ｖ2を出力した液流路７に設けられた吐出ヒータ２に印加される駆動パルス幅ｔ2に対して、液体の吐出量の差違をなくすように吐出量を増加させるため、Δｔだけパルス幅の広いｔ1を印加する。これにより、各液流路間での吐出量のばらつきをなくすことができる。
【０１０９】
なお、パルス幅の制御により記録時の液体の吐出量を制御するだけでなく、上述の予備吐出の回数とパルス幅の制御とを組み合わせて予備吐出を行うようにしてもよい。
【０１１０】
また、各液流路からの絶対的な液体の吐出量を制御する場合も、液体の所望の吐出量との差違をなくすべく、吐出ヒータ２に印加される駆動パルスのパルス幅を変えてやることで、液体の吐出量を制御するものとしてもよい。
【０１１１】
あるいは、液体吐出ヘッドから吐出される液体の吐出量が全体的に少ない場合は、保温ヒータ制御回路６６が保温ヒータ５５を駆動するように信号を出力し、これにより、液体の粘度を下げて、液体の吐出量を増加させるようにするものでもよい。
【０１１２】
また、これら吐出ヒータ２に印加される駆動パルスのパルス幅を変えての液体の吐出量制御と保温ヒータ５５を駆動することで液体の粘度を下げての液体の吐出量制御とを組み合わせて液体の吐出量を制御するものであってもよい。この保温ヒータ５５による液体の吐出量の制御は、記録時の液体の吐出量を制御するだけでなく、上述の予備吐出の回数及びパルス幅の制御と組み合わせて予備吐出を行うようにしてもよい。
【０１１３】
なお、粘度センサ２００は、天板３に設けられているものとして説明したが、これに限定されることなく、可動部材６に設けられているものであってもよい。シリコン系の材料からなる可動部材６に粘度センサ２００を形成する場合は、素子基板１及び天板３と同様の半導体プロセス技術を用いて形成される。
【０１１４】
また、粘度センサ２００は、天板３のみに設けられている構成、可動部材６のみに設けられている構成に限定されるものではない。例えば、電極２００ａが天板３に設けられ、電極２００ｂが可動部材６に設けられている構成であってもよい。
【０１１５】
またさらに、吐出口５の目詰まり等により液体が吐出されていない状態であると粘度センサ駆動部１７が判断した場合、不図示の回復制御部に後述の吸引回復動作を実行させる信号を出力し、液体吐出ヘッドの吐出特性を回復させるものであってもよい。ただし、各電極２００ａ、２００ｂはできるだけ吐出口５付近に設けられていることが望ましい。また、電極２００ａ、２００ｂは、吐出ヒータ２の下流側端面よりも下流側に設けられることがさらに望ましい。
【０１１６】
以上説明したように、本実施形態によれば、各液流路における液体の粘度を直接的に測定し、この測定結果を基に各液流路毎の予備吐出の回数を制御することで不必要な予備吐出を防止し、スループットを向上させることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドに関して説明を行う。
【０１１７】
図１６は本実施形態の液体吐出ヘッドの液体吐出ヘッドの液流路方向に沿った断面図である。
【０１１８】
本実施形態の液体吐出ヘッドは、可動部材６に関する構成がない点、及び粘度センサ５００が素子基板５０１側に設けられている点以外は、第１の実施形態の液体吐出ヘッドと基本的に同様であるため、詳細の説明は省略する。
【０１１９】
粘度センサ５００を構成する電極５００ａ及び電極５００ｂはそれぞれ天板５０３及び素子基板５０１とに設けられている。
【０１２０】
なお、本実施形態では天板５０３及び素子基板５０１とにそれぞれ電極５００ａ及び電極５００ｂが設けられている構成を説明したが、これに限定されるものではなく、素子基板５０１に電極５００ａ及び電極５００ｂが設けられている構成であってもよい。ただし、各電極５００ａ、５００ｂはできるだけ吐出口５付近に設けられていることが望ましい。また、電極５００ａ、５００ｂは、吐出ヒータ５０２の下流側端面よりも下流側に設けられることがさらに望ましい。
【０１２１】
またさらに、吐出口５の目詰まり等により液体が吐出されていない状態であると不図示の粘度センサ駆動部が判断した場合、不図示の回復制御部に後述の吸引回復動作を実行させる信号を出力し、液体吐出ヘッドの吐出特性を回復させるものであってもよい。
【０１２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、各液流路における液体の粘度を直接的に測定し、この測定結果を基に各液流路毎の予備吐出の回数を制御することで不必要な予備吐出を防止し、スループットを向上させることができる。
【０１２３】
次に、上述した液体吐出ヘッドが搭載される液体吐出装置について、図１７を参照して説明する。
【０１２４】
図１７は、本発明の液体吐出装置の一例の概略斜視図である。また、図１８は図１７に示した液体吐出装置に用いられる本実施形態の液体吐出ヘッドカートリッジ５８０の外観斜視図である。図１７において、本体フレーム５５１には、螺旋溝５５３の刻まれたリードスクリュー５５２が回転自在に軸支されている。リードスクリュー５５２は、駆動モータ５５９の正逆回転に連動し、駆動力伝達ギア５６０，５６１を介して回転駆動される。さらに、本体フレーム５５１には、キャリッジ５５５を摺動自在に案内する案内レール５５４が固定されている。キャリッジ５５５には、螺旋溝５５３に係合するピン（不図示）が設けられており、駆動モータ５５９の回転によりリードスクリュー５５２を回転させることで、キャリッジ５５５が図示矢印ａ，ｂ方向に往復移動できるようになっている。紙押え板５７２は、キャリッジ５５５の移動方向にわたって、被記録媒体５９０をプラテンローラ５７３に対して押圧する。
【０１２５】
キャリッジ５５５には、液体吐出ヘッドカートリッジ５８０が搭載される。液体吐出ヘッドカートリッジ５８０は、上述した本発明の液体吐出ヘッドをインクタンクと一体化したものである。また、この液体吐出ヘッドカートリッジ５８０は、キャリッジ５５５に設けられている位置決め手段および電気的接点によってキャリッジ５５５に固定支持されるとともに、キャリッジ５５５に対して着脱可能に設けられている。
【０１２６】
フォトカプラ５５７，５５８は、キャリッジ５５５のレバー５５６のこの域での存在を確認して駆動モータ５５９の回転方向の逆転等を行うためのホームポジション検知手段を構成する。液体吐出ヘッド７０の前面（吐出口５が開口した面）をキャップするキャップ部材５６７は、支持部材５６２によって支持され、さらに吸引手段５６６を備え、キャップ内開口５６８を介して液体吐出ヘッドの吸引回復動作を行う。本体支持板５６４には支持板５６５が取り付けられており、この支持板５６５に摺動自在に支持されたクリーニングブレード５６３は、図示しない駆動手段によって前後方向に移動される。クリーニングブレード５６３の形態は図示するものに限られず、公知のものが適用できることはいうまでもない。レバー５７０は、液体吐出ヘッド７０の吸引回復動作を開始するためのもので、キャリッジ５５５と当接するカム５７１の移動に伴って移動し、駆動モータ５５９から駆動力がギアやラッチ切換え等の公知の伝達手段によって移動制御される。
【０１２７】
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復の各処理は、キャリッジ５５５がホームポジション側領域に移動したときにリードスクリュー５５２の作用によって、それぞれの対応位置で行われるようになっている。周知のタイミングで所望の動作を行うようにすれば、本例にはいずれも適用できる。
【０１２８】
以上説明した液体吐出装置においては、搭載した液体吐出ヘッドの電気熱変換体を駆動するための記録信号を液体吐出ヘッドに与える記録信号供給手段を有し、液体吐出装置の動作を司る制御部を備えている。
【０１２９】
本発明の液体吐出装置は、上述した本発明の液体吐出ヘッドを搭載しているのでインクの吐出が安定し、その結果、画像品位の劣化が少ない記録装置を達成することができる。なお、上述した液体吐出装置キャリッジ５５５に液体吐出ヘッドカートリッジ５８０が着脱可能に搭載される例を示したが、これに限らず、液体吐出ヘッド７０をキャリッジ５５５に一体化し、インクタンクのみを着脱可能に搭載する構成としてもよい。
【０１３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エネルギ発生素子の、吐出口側の端部より下流側の各液流路内に、液体に接する１組の電極からなる粘度検出手段によって、各液流路内の液体の粘度を直接検出し、この粘度検出手段からの出力に基づいて各エネルギ発生素子に駆動パルスを印加するため、予備吐出時に、液体の粘度に応じて各液流路毎に予備吐出の回数を制御できる。このため、不必要な予備吐出による液体の無駄な消費を防止するとともに、スループットの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態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２】粘度センサの粘度測定用回路を説明する図である。
【図３】図１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４】図３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５】図１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６】図１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７】センサ出力に応じて吐出ヒータへの印加エネルギーを制御する例の素子基板および天板の回路構成を示す図である。
【図８】センサ出力に応じて素子基板の温度を制御する例の素子基板および天板の回路構成を示す図である。
【図９】素子基板上に可動部材を形成する方法を説明するための図である。
【図１０】プラズマＣＶＤ装置を用いて素子基板上にＳｉＮ膜を形成する方法を説明するための図である。
【図１１】ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜を形成する方法を説明するための図である。
【図１２】素子基板上に可動部材及び流路側壁を形成する方法を説明するための図である。
【図１３】素子基板上に可動部材及び流路側壁を形成する方法を説明するための図である。
【図１４】粘度センサの粘度測定用回路から出力された出力電圧を示すグラフである。
【図１５】吐出ヒータ制御回路から吐出ヒータに印加される印加パルスを示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態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１７】本発明の液体吐出装置の一例の概略斜視図である。
【図１８】本発明の液体吐出ヘッドカートリッジの一実施形態の外観斜視図である。
【符号の説明】
１、５０１ 素子基板
２、５０２ 吐出ヒータ
３５０３ 天板
３ａ、３ｂ 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、５０７ 液流路
７ａ 第１の液流路
７ｂ 第２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
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 吐出ヒータ制御部
１７ 粘度センサ駆動部
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
３８ 駆動タイミング制御ロジック回路
３９ ＡＮＤ回路
４１、５６ パワートランジスタ
４２ 画像データ転送回路
４５ａ、４５ｃ〜４５ｅ、４５ｉ、４５ｈ、４５ｊ、４５ｋ〜４５ｎ 入力端子
４５ｂ、４５ｇ 接地端子
４５ｆ 駆動電源端子４５ｆ
４６ 駆動信号制御回路
４７ 粘度センサ駆動回路
４８ａ〜４８ｄ 端子
４９ メモリ
６３ センサ
６６ 保温ヒータ制御回路
７１、７１ａ 間隙形成部材
７２、７２ａ、７４ ＳｉＮ膜
７３、７５ Ａｌ膜
７６ ＴｉＷ膜
８１ａ、８２ａ、８１ｂ、８２ｂ ＲＦ電源
８３ａ、８３ｂ 反応室
８４ａ、８４ｂ 供給管
８５ａ、８５ｂ ステージ
８６ プラズマ
２００、５００ 粘度センサ
２００ａ、２００ｂ、５００ａ、５００ｂ 電極
２０１、２０３ 抵抗
２０２ 入力パルス電圧
２０４ オペアンプ
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層
３０８ 熱作用部
４２２ Ｎ型ウェル領域
４２３ Ｐ型ウェル領域
４２５、４３２ ソース領域
４３６、４３１ ドレイン領域
４２８ ゲート絶縁膜
４３４ 蓄熱層
４３５ ゲート配線
４３６、４３８ 層間絶縁膜
４３７ Ａｌ電極
４２０ Ｐ−Ｍｏｓ
４２１ Ｎ−Ｍｏｓ
４２４ 酸化膜分離領域
５５１ 本体フレーム
５５２ リードスクリュー
５５３ 螺旋溝
５５４ 案内レール
５５５ キャリッジ
５５６、５７０ レバー
５５７、５５８ フォトカプラ
５５９ 駆動モータ
５６０、５６１ 駆動力伝達ギア
５６２ 支持部材
５６３ クリーニングブレード
５６４ 本体支持板
５６５ 支持板
５６６ 吸引手段
５６７ キャップ部材
５６８ キャップ内開口
５７１ カム
５７２ 紙押え板
５７３ プラテンローラ
５８０ 液体吐出ヘッドカートリッジ
５９０ 被記録媒体
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギを液体に作用させることで起こる気泡の発生によって、所望の液体を吐出する液体吐出ヘッド及び該液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、紙、糸、繊維、布、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックなどの被記録媒体に対して記録を行う、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わされた産業用記録装置に適用することができるものである。
【０００３】
なお、本発明における「記録」とは、文字や図形などのように意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与するすることだけでなく、パターンなどのように意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。
【０００４】
【従来の技術】
熱などのエネルギをインクに与えることで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、このインクの状態変化に基づく作用力によって吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行うインクジェット記録方法、いわゆるバブルジェット記録方法が従来知られている。このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、米国明細書第４７２３１２９号に開示されているように、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連通するインク流路と、インク流路内に配された、インクを吐出するためのエネルギ発生手段としての電気熱変換体が一般に配されている。
【０００５】
このような記録方法によれば、品位の高い画像を高速、低騒音で記録することができると共に、この記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出口を高密度に配置することができるため、小型の装置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得ることができるという多くの優れた利点を有している。このため、このバブルジェット記録方法は、近年、プリンター、複写機、ファクシミリなどの多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装置などの産業用システムにまで利用されるようになってきている。
【０００６】
このような液体吐出ヘッドは、水分を含む液体が充填されたままで長期間吐出が行なわれないと、吐出口およびその付近に滞留した液体の水分が蒸発することにより液体が増粘し、各吐出口から吐出される液体の吐出量のばらつきを生じたり、液体が吐出口に固着して吐出不良を起こす場合があった。また、染料（顔料）濃度の変化により、被記録媒体に形成する画像の品位が低下するといった場合もあった。
【０００７】
従来、吐出量の制御は、電気熱変換体が設けられた素子基板の温度や、環境温度に基づいて行われていた。また、吐出不良を防止するために、吐出回復動作としての予備吐出が行われている。この予備吐出は、例えば液体吐出ヘッドのホームポジションにおいて、正規のヘッド駆動信号を液体吐出ヘッドに供給して、液体吐出ヘッドと対向する位置に設けられた液体吸収体に向けて液体を所定回数吐出させることにより、液体吐出ヘッドの表面の乾燥を取り除いたり、吐出口の先端部にある古い液体を吐出してしまうことで、吐出特性を回復させるものである。
【０００８】
このように、長時間放置した後の慢性的な印字不良の原因が、液体の増粘を生じたり、固着が生じたりすることによるものであることが公知とされており、従来技術においては、素子基板の温度や、環境温度等に基づいて、液体の増粘に寄与する因子によって吐出回復動作を設定していた。また、従来の３６０ｄｐｉ等の吐出量の比較的多い液体吐出ヘッドにおいて、インクの増粘に起因するインクの吐出量のばらつきや、吐出口に固着したインクによる吐出不良を抑制するために、記録時の有無に関わらず、一定時間、あるいは、一定枚数の記録を終了後、自動的に全ての吐出口に対して吐出回復動作を行っていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、記録密度が高まるに連れて、液体の吐出量が小さくなり、また、エネルギ発生手段の大きさも小さくなり、これによりエネルギ発生手段の発生する吐出エネルギーも小さくなっていった。一方、液体の水分が増加することによる液体の粘度の増加は、吐出口径が小さくなるに連れ少なくなるものの、それ以上に吐出エネルギーが小さくなっており、結果的に毎回のスキャンに一度予備吐出をしなくてはならない場合もあった。
【００１０】
また、液体吐出ヘッドに複数形成されている各液流路内のそれぞれの液体の粘度を直接測定するのではなく、各液流路内のそれぞれのインクの粘度を素子基板の温度や、環境温度といった１つの測定値で代表し、かつ、間接的に測定した場合、大きなマージンをとる必要があった。すなわち、液体吐出ヘッドに複数形成されている全ての吐出口から所望の吐出量の液体を吐出させるため、必要以上の予備吐出が行われ、スループットの低下や、液体が無駄に消費されてしまう場合があった。
【００１１】
そこで本発明は、スループットの向上がなされた液体吐出ヘッド及び該液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明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を発生するエネルギ発生素子が表面に並列に複数設けられた素子基板と、素子基板に対向して接合されることで、各エネルギ発生素子に対応し、かつ、上流側より供給される液体を下流側に設けられた吐出口から吐出する、該吐出口に連通する複数の液流路を形成する天板とを有する液体吐出ヘッドにおいて、素子基板に設けられたエネルギ発生素子の、吐出口側の端部より下流側の各液流路内に、液体に接する１組の電極からなり各液流路内の液体の粘度を検出する粘度検出手段を備え、粘度検出手段からの出力に基づいた駆動パルスを各エネルギ発生素子に印加する吐出制御手段を有する。
【００１３】
以上の通り構成された本発明の液体吐出ヘッドは、エネルギ発生素子の、吐出口側の端部より下流側の各液流路内に、液体に接する１組の電極からなる粘度検出手段によって、各液流路内の液体の粘度を直接検出し、この粘度検出手段からの出力に基づいて各エネルギ発生素子に駆動パルスを印加するため、予備吐出時に、液体の粘度に応じて各液流路毎に予備吐出の回数を制御できる。
【００１５】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、エネルギー発生素子は液体に熱エネルギーを作用させることで液体に気泡を発生させるものであり、液流路にはエネルギー発生素子に面して配され吐出口に向かう下流側が自由端となる可動部材が設けられており、各電極のうち少なくとも１つが可動部材に設けられているものであってもよい。
【００１６】
また、各電極のうち少なくとも１つが、天板の、各液流路内の液体に面する壁面に設けられているものであってもよいし、各電極のうち少なくとも１つが、素子基板の、各液流路内の液体に面する壁面に設けられているものであってもよい。
【００１７】
さらに、吐出制御手段は、駆動パルスを印加する回数を制御するものであってもよいし、吐出制御手段は、駆動パルスのパルス幅を制御するものであってもよいし、吐出制御手段は、各吐出口から吐出される液体の各吐出量を略同一にするように、各エネルギ発生素子に印加する駆動パルスのパルス幅を制御するものであってもよいし、吐出制御手段は、素子基板に設けられ、全ての液流路内の液体を加熱する保温ヒータに駆動信号を印加するものであってもよい。
【００１８】
また、本発明の液体吐出装置は、被記録媒体を搬送する搬送手段と、液体を吐出し、前記被記録媒体に記録を行う本発明の液体吐出ヘッドを保持し、かつ、前記被記録媒体の搬送方向に対して交差する方向に往復移動する保持手段とを有する。
【００１９】
本発明の液体吐出装置は、各粘度検出手段からの出力信号により液体吐出ヘッド内の液体を吸引する回復動作を行う回復手段を有するものであってもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態の、液体を吐出する複数の吐出口と、互いに接合されることでそれぞれ吐出口と連通する複数の液流路を構成するための第１の基板および第２の基板と、電気エネルギーを液流路内の液体の吐出エネルギーに変換するために各液流路内に配された複数のエネルギー変換素子と、各液流路内の粘度を検出するための粘度検出部と、エネルギー変換素子の駆動条件を制御するための、機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有し、上記素子あるいは電気回路がその機能に応じて第１の基板と第２の基板とに振り分けられている液体吐出ヘッドの説明を行う。なお、本実施形態における液体は水分等の蒸発しやすい成分を含有するものである。
【００２１】
図１は、本実施形態の液体吐出ヘッドの液流路方向に沿った断面図であり、図２は天板に設けられた電極に接続された粘度測定用回路の概略図である。
【００２２】
図１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吐出ヒータ２が並列に設けられた素子基板１と、この素子基板１上に接合され、粘度センサ２００の電極２００ａ、２００ｂが設けられた天板３と、素子基板１および天板３の前端面に接合されたオリフィスプレート４と、素子基板１と天板３とで構成される液流路７内に設置された可動部材６とを有する。
【００２３】
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、吐出ヒータ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吐出ヒータ２が発熱する。
【００２４】
天板３は、各吐出ヒータ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、天井部分から各吐出ヒータ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８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。
【００２５】
この天板３の表面には、各第１の液流路７ａ内の液体の粘度を測定するための粘度センサ２００を構成する、液体に接する電極２００ａ、２００ｂが流れ方向に並列に、吐出口５付近に設けられている。この粘度センサ２００は、図２に示す粘度測定用回路を有する。粘度測定用回路は、基準となる抵抗値を与える抵抗２０３と、バッファとしての機能を有するオペアンプ２０４とを有する。液体の抵抗２０１は、電極２００ａ、２００ｂ間の液体の粘度により可変する液体の抵抗である。この粘度測定用回路は、後述の粘度センサ駆動回路４７（図８参照）より印加された入力パルス電圧２０２が、抵抗２０１の抵抗値、すなわち、液体の粘度により変わる液体の抵抗値により変化して出力される出力電圧Ｖを出力する。これら各粘度センサ２００は、天板３を形成する際、半導体プロセスを用いて同時に形成されているため、各液流路７間での各粘度センサ２００の特性のばらつきはほとんどない。なお、吐出口５付近では特に液体の水分が蒸発することによって増粘しやすいため、吐出口５付近の液体の粘度を測定するため、電極２００ａ、２００ｂを吐出口５付近に設けた。また、電極２００ａ、２００ｂは、吐出ヒータ２の下流側端面よりも下流側に設けられることがさらに望ましい。
【００２６】
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。
【００２７】
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、吐出ヒータ２を有する第２の液流路７ｂとに分けるように、吐出ヒータ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。
【００２８】
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、吐出ヒータ２に面した位置に吐出ヒータ２から所定の距離を隔てて配されている。この吐出ヒータ２と可動部材６との間が気泡発生領域１０となる。
【００２９】
上記構成に基づき、吐出ヒータ２を発熱させると、可動部材６と吐出ヒータ２との間の気泡発生領域１０の液体に熱が作用し、これにより吐出ヒータ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。
【００３０】
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。
【００３１】
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１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。
【００３２】
また、本実施形態の液体吐出ヘッドは、吐出ヒータ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。
【００３３】
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。
【００３４】
図３は、図１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３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３０５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３０４および層間膜３０３の表面に、ＳｉＯ2膜またはＳｉ3Ｎ4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３０４の熱が作用する部分となる熱作用部３０８である。
【００３５】
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。
【００３６】
図４は、図３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。
【００３７】
図４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−Ｍｏｓ４２０が、Ｐ型ウェル領域４２３にＮ−Ｍｏｓ４２１が備えられている。Ｐ−Ｍｏｓ４２０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−Ｍｏｓ４２１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−Ｍｏｓ４２０およびＮ−Ｍｏｓ４２１からＣ−Ｍｏｓロジックが構成されている。
【００３８】
Ｐ型ウェル領域４２３の、Ｎ−Ｍｏｓ４２１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。
【００３９】
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。
【００４０】
Ｐ−Ｍｏｓ４２０とＮ−Ｍｏｓ４２１との間や、Ｎ−Ｍｏｓ４２１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。
【００４１】
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４３６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３０８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ＴａＮ0.8,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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、素子基板１および天板３への回路や素子の構成について説明する。
【００４４】
図５は、図１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５（ａ）および（ｂ）は、互いの対向面を表わしている。
【００４５】
図５（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吐出ヒータ２と、画像データに応じてこれら吐出ヒータ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とが設けられている。
【００４６】
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、各吐出ヒータ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、吐出ヒータ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。
【００４７】
一方、図５（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、第１の液流路７ａ内の液体の粘度を測定する粘度センサ２００と、粘度センサ２００を駆動する粘度センサ駆動部１７と、粘度センサ駆動部１７により駆動された出力結果に基づいて吐出ヒータ２の駆動条件を制御する吐出ヒータ制御部１６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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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吐出ヒータ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。
【００５１】
天板３については、まず、シリコン基板上に、上記吐出ヒータ制御部１６と、粘度センサ２００と、粘度センサ駆動部１７を構成する回路と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。
【００５２】
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吐出ヒータ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。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。
【００５３】
なお、図１に示したように液体吐出ヘッドは可動部材６を有しているが、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。可動部材６の形成工程については後述する。
【００５４】
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６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６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。
【００５５】
以上説明したように、吐出ヒータ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。
【００５６】
以上、本実施形態の基本的な構成について説明したが、以下に、上述した回路等に関して詳細に説明する。なお、同様の動作を行う回路構成であれば、以下に示す詳細な回路の構成に限定されるものではない。
【００５７】
次に、吐出ヒータへの印加エネルギーを制御する素子基板および天板の回路構成に関して、図７を用いて説明する。
【００５８】
図７（ａ）に示すように、素子基板１には、一列に配列された吐出ヒータ２と、図５（ａ）で示したドライバ１１を構成するパワートランジスタ４１、パワートランジスタ４１の駆動を制御するためのＡＮＤ回路３９及びパワートランジスタ４１の駆動タイミングを制御するための駆動タイミング制御ロジック回路３８と、図５（ａ）で示した画像データ転送部１２を構成する、シフトレジスタおよびラッチ回路からなる画像データ転送回路４２とが形成されている。
【００５９】
駆動タイミング制御ロジック回路３８は、装置の電源容量を少なくする目的で、全ての吐出ヒータ２を同時に通電するのではなく吐出ヒータ２を分割駆動して時間をずらして通電するためのものであり、この駆動タイミング制御ロジック回路３８を駆動するイネーブル信号は、図５（ａ）で示した外部コンタクトパッド１５を構成するイネーブル信号入力端子４５ｋ〜４５ｎから入力される。
【００６０】
また、素子基板１に設けられる外部コンタクトパッド１５としては、イネーブル信号入力端子４５ｋ〜４５ｎの他に、吐出ヒータ２の駆動電源の入力端子４５ａ、パワートランジスタ４１の接地端子４５ｂ、吐出ヒータ２を駆動するエネルギーを制御するために必要な信号用の入力端子４５ｃ〜４５ｅ、ロジック回路の駆動電源端子４５ｆ、接地端子４５ｇ、画像データ転送回路４２のシフトレジスタに入力されるシリアルデータの入力端子４５ｉおよびこれに同期するシリアルクロック信号の入力端子４５ｈ、ラッチ回路に入力されるラッチクロック信号の入力端子４５ｊがある。
【００６１】
一方、図７（ｂ）に示すように、天板３には、図５（ｂ）で示した粘度センサ駆動部１７を構成する、粘度センサ２００に入力電圧パルス２０１を印加し、出力電圧Ｖを検出するための粘度センサ駆動回路４７と、図５（ｂ）で示した吐出ヒータ制御部１６を構成する、粘度センサ２００からの出力をモニタしその結果に応じて吐出ヒータ２への印加エネルギーを制御するための駆動信号制御回路４６と、粘度センサ２００で検出された液体の粘度と、予備吐出による吐出の回数との関係及び液体の粘度と、液体の吐出量との関係とをヘッド情報として記憶し駆動信号制御回路４６に出力するメモリ４９とが形成されている。
【００６２】
また、図５（ｂ）で接続用コンタクトパッドとして、素子基板１および天板３２には、外部から上記吐出ヒータ２を駆動するエネルギーを制御するために必要な信号用の入力端子４５ｃ〜４５ｅと駆動信号制御回路４６とを接続する端子４４ｂ〜４４ｄ，４８ｂ〜４８ｄ、駆動信号制御回路４６の出力をＡＮＤ回路３９の一方の入力端子に入力させるための端子４８ａ等が設けられている。
【００６３】
なお、メモリ４９に記憶されるヘッド情報としては、上述した液体の粘度と、予備吐出による吐出の回数との関係等の他に、吐出する液体の種類（液体がインクの場合には、インクの色等）も含めることもできる。液体の種類によってはその物性が異なり、吐出特性が異なるからである。これらのヘッド情報のメモリ４９への記憶は、この液体吐出ヘッドの組立後に不揮発的に行ってもよいし、この液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置の立ち上げ後に装置側から転送されることで行ってもよい。
【００６４】
また、図７に示した例では、メモリ４９は、素子基板１側のスペースが許せば、天板３ではなく素子基板１に設けてもよい。
【００６５】
以上の構成においての液体の吐出に関しての説明は後述する。
【００６６】
次に、素子基板の温度を制御する素子基板および天板の回路構成を図８を用いて説明する。
【００６７】
図８（ａ）に示すように、素子基板１に、液体の吐出用の吐出ヒータ２とは別に、素子基板１の温度を調節するために素子基板１自体を加熱する保温ヒータ５５と、その保温ヒータ５５のドライバとなるパワートランジスタ５６とが、図７（ａ）に示した素子基板１に対して付加されている。また、センサ６３としては、素子基板１の温度を測定する温度センサが用いられる。
【００６８】
一方、図８（ｂ）に示すように、天板３には、センサ６３からの出力及びメモリ４９に記憶された、粘度センサ２００で検出された液体の粘度のデータに応じて保温ヒータ５５の駆動を制御するための保温ヒータ制御回路６６が形成されている。保温ヒータ制御回路６６はコンパレータを有しており、素子基板１の必要とされる温度に基づいて予め決定された閾値とセンサ６３からの出力とを比較し、閾値よりもセンサ６３からの出力が大きい場合に、保温ヒータ５５を駆動するための保温ヒータ制御信号を出力する。上記の素子基板１の必要とされる温度とは、この液体吐出ヘッド内の液体の粘性が安定吐出範囲にあるような温度である。
【００６９】
そして、保温ヒータ制御回路６６から出力される保温ヒータ制御信号を、素子基板１に形成された保温ヒータ用のパワートランジスタ５６に入力させるための端子６４ａ，６８ａが、接続用コンタクトパッドとして素子基板１および天板３に設けられている。その他の構成は図７に示した構成と同様である。
【００７０】
上記の構成により、保温ヒータ制御回路６６により保温ヒータ５５が駆動され、素子基板１の温度が所定の温度に保たれる。その結果、液体吐出ヘッド内の液体の粘性が安定吐出範囲に保たれ、良好な吐出が可能となる。
【００７１】
なお、センサ６３には、固体差による出力値のばらつきがある。より正確な温度調節を行いたい場合には、このばらつきを補正するために、ヘッド情報として出力値のばらつきの補正値をメモリ４９に記憶させ、メモリ４９に記憶された補正値に応じて、保温ヒータ制御回路６６に設定された閾値を調整してもよい。
【００７２】
ところで、図１に示した実施形態では、液流路７を構成するための溝は天板３に形成し、吐出口５が形成された部材（オリフィスプレート４）も素子基板１及び天板３とは別の部材で構成した例を示したが、本発明が適用される液体吐出ヘッドの構造は、これに限られるものではない。
【００７３】
例えば、天板の端面にオリフィスプレートの厚さ相当の壁を残しておき、この壁に、イオンビーム加工や電子ビーム加工等により吐出口を形成すれば、オリフィスプレートを用いずに液体吐出ヘッドを構成することができる。また、天板に溝を形成することによってではなく素子基板に流路側壁を形成すれば、吐出ヒータに対する液流路の位置精度が向上し、かつ、天板の形状を簡易なものとすることができる。可動部材はフォトリソグラフィプロセスを利用して天板に形成することができるが、このように素子基板に流路側壁を設けた構成とした場合には、素子基板への可能部材の形成と同時に素子基板を形成することもできる。これについては後述する。
【００７４】
次に、フォトリソグラフィプロセスを利用した、素子基板への可動部材の製造方法について説明する。
【００７５】
図９は、図１に基づいて説明した液体吐出ヘッドへの可動部材６の製造方法の一例を説明するための図であり、図９では、図１に示した液流路７の流路方向に沿った断面が示されている。図９に基づいて説明する製造方法では、素子基板１上に可動部材６を形成してなるものと、天板に流路側壁を形成してなるものとを接合することで、図１に示した構成の液体吐出ヘッドを製造する。従って、この製造方法では、可動部材６が作り込まれた素子基板１に天板を接合する前に、天板に流路側壁が作り込まれる。
【００７６】
まず、図９（ａ）では、素子基板１の吐出ヒータ２側の面全体に、吐出ヒータ２との電気的な接続を行うための接続用パッド部分を保護するための第１の保護層としてのＴｉＷ膜７６をスパッタリング法によって厚さ約５０００Å形成する。
【００７７】
次に、図９（ｂ）では、ＴｉＷ膜７６の表面に、間隙形成部材７１ａを形成するためのＡｌ膜をスパッタリング法によって厚さ約４μｍ形成する。間隙形成部材７１ａは、後述する図９（ｄ）の工程において、ＳｉＮ膜７２ａがエッチングされる領域までに延在されている。
【００７８】
形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることで、そのＡｌ膜の、可動部材６の支持固定部に対応する部分のみを除去し、ＴｉＷ膜７６の表面に間隙形成部材７１ａを形成する。従って、ＴｉＷ膜７６表面の、可動部材６の支持固定部に対応する部分が露出することになる。この間隙形成部材７１ａは、素子基板１と可動部材６との間の間隙を形成するための、Ａｌ膜からなるものである。間隙形成部材７１ａは、図１に示した吐出ヒータ２と可動部材６との間の気泡発生領域１０に対応する位置を含む、ＴｉＷ膜７６の表面の、可動部材６の支持固定部に対応する部分を除く部分全てに形成されている。従って、この製造方法では、ＴｉＷ膜７６の表面の、流路側壁に対応する部分にまで間隙形成部材７１ａが形成されている。
【００７９】
この間隙形成部材７１ａは、後述するようにドライエッチングにより可動部材６を形成する際のエッチングストップ層として機能する。これは、ＴｉＷ膜７６や、素子基板１における耐キャビテーション膜としてのＴａ膜、および抵抗体上の保護層としてのＳｉＮ膜が、液流路７を形成するために使用するエッチングガスによりエッチングされてしまうからであり、それらの層や膜のエッチングを防止するために、このような間隙形成部材７１ａを素子基板１上に形成する。これにより、可動部材６を形成するためにＳｉＮ膜のドライエッチングを行う際にＴｉＷ膜７６の表面が露出することがなく、そのドライエッチングによるＴｉＷ膜７６および、素子基板１内の機能素子の損傷が間隙形成部材７１ａによって防止される。
【００８０】
次に、図９（ｃ）では、間隙形成部材７１ａの表面全体および、ＴｉＷ膜７６の、露出した面全体に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材６を形成するための材料膜である厚さ約４．５μｍのＳｉＮ膜７２ａを、間隙形成部材７１ａを被覆するように形成する。ここで、プラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ膜７２ａを形成する際には、図１０を参照して次に説明するように、素子基板１を構成するシリコン基板などを介して、素子基板１に備えられたＴａからなる耐キャビテーション膜を接地する。これにより、プラズマＣＶＤ装置の反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン種およびラジカルの電荷に対して素子基板１内の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。
【００８１】
図１０に示すように、ＳｉＮ膜７２ａを形成するためのプラズマＣＶＤ装置の反応室８３ａ内には、所定の距離をおいて互いに対向するＲＦ電極８２ａおよびステージ８５ａが備えられている。ＲＦ電極８２ａには、反応室８３ａの外部のＲＦ電源８１ａによって電圧が印加される。一方、ステージ８５ａのＲＦ電極８２ａ側の面上には素子基板１が取り付けられており、素子基板１の吐出ヒータ２側の面がＲＦ電極８２ａと対向している。ここで、素子基板１が有する、吐出ヒータ２の面上に形成されたＴａからなる耐キャビテーション膜は、素子基板１のシリコン基板と電気的に接続されており、間隙形成部材７１ａは、素子基板１のシリコン基板、およびステージ８５ａを介して接地されている。
【００８２】
このように構成されたプラズマＣＶＤ装置においては、前記耐キャビテーション膜が接地された状態で供給管８４ａを通して反応室８３ａ内にガスを供給し、素子基板１とＲＦ電極８２ａとの間にプラズマ４６を発生させる。反応室８３ａ内でのプラズマ放電により分解されたイオン種やラジカルが素子基板１上に堆積することで、ＳｉＮ膜７２ａが素子基板１上に形成される。その際、イオン種やラジカルにより素子基板１上に電荷が発生するが、上述したように耐キャビテーション膜が接地されていることにより、素子基板１内の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジカルの電荷によって損傷することが防止される。
【００８３】
次に、図９（ｄ）では、ＳｉＮ膜７２ａの表面に、スパッタリング法によりＡｌ膜を厚さ約６１００Å形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ膜７２ａ表面の、可動部材６に対応する部分に第２の保護層としてのＡｌ膜（不図示）を残す。その第２の保護層としてのＡｌ膜は、可動部材６を形成するためにＳｉＮ膜７２ａのドライエッチングを行う際の保護層（エッチングストップ層）すなわちマスクとなる。
【００８４】
そして、誘電結合プラズマを使ったエッチング装置を用い、前記第２の保護層をマスクにしてＳｉＮ膜７２ａをパターニングすることで、そのＳｉＮ膜７２ａの残った部分で構成される可動部材６を形成する。そのエッチング装置ではＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いており、ＳｉＮ膜７２ａをパターニングする工程では、図１に示したように可動部材６の支持固定部が素子基板１に直接固定されるようにＳｉＮ膜７２ａの不要な部分を除去する。可動部材６の支持固定部と素子基板１との密着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材料であるＴａが含まれる。
【００８５】
ここで、ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７２ａをエッチングする際には、図１１を参照して次に説明するように素子基板１などを介して間隙形成部材７１ａを接地する。これにより、ドライエッチングの際にＣＦ4ガスの分解により生じるイオン種およびラジカルの電荷が間隙形成部材７１ａに留まることを防止して、素子基板１の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。また、このエッチングの工程において、 ＳｉＮ膜７２ａの不要な部分を除去することで露出する部分、すなわちエッチングされる領域には、上述したように間隙形成部材７１ａが形成されているため、ＴｉＷ膜７６の表面が露出することがなく、間隙形成部材７１ａによって素子基板１が確実に保護される。図１１に示すように、ＳｉＮ膜７２ａをエッチングするためのドライエッチング装置の反応室８３ｂ内には、所定の距離をおいて互いに対向するＲＦ電極８２ｂおよびステージ８５ｂが備えられている。ＲＦ電極８２ｂには、反応室８３ｂの外部のＲＦ電源８１ｂによって電圧が印加される。一方、ステージ８５ｂのＲＦ電極８２ｂ側の面上には素子基板１が取り付けられており、素子基板１の吐出ヒータ２側の面がＲＦ電極８２ｂと対向している。ここで、Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１ａは、素子基板１に備えれたＴａからなる耐キャビテーション膜と電気的に接続されており、かつ、その耐キャビテーション膜は、前述したように素子基板１のシリコン基板と電気的に接続されており、間隙形成部材７１ａは、素子基板１の耐キャビテーション膜やシリコン基板、およびステージ８５ｂを介して接地されている。
【００８６】
このように構成されたドライエッチング装置において、間隙形成部材７１ａが接地された状態で供給管８４ａを通して反応室８３ａ内にＣＦ4とＯ2の混合ガスを供給し、ＳｉＮ膜７２ａのエッチングを行う。その際、ＣＦ4ガスの分解により生じるイオン種やラジカルによって素子基板１上に電荷が発生するが、上述したように間隙形成部材７１ａが接地されていることにより、素子基板１内の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジカルの電荷によって損傷することが防止される。
【００８７】
本実施形態では、反応室８３ａの内部に供給するガスとして、ＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いたが、Ｏ2が混合されていないＣＦ4ガスまたはＣ2Ｆ6ガス、あるいはＣ2Ｆ6とＯ2の混合ガスなどを用いてもよい。
【００８８】
次に、図９（ｅ）では、酢酸、りん酸および硝酸の混酸を用いて、可動部材６に形成したＡｌ膜からなる前記第２の保護層や、Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１ａを溶出して除去し、素子基板１上に可動部材６を作り込む。その後、過酸化水素を用いて、素子基板１に形成したＴｉＷ膜７６の、気泡発生領域１０およびパッドに対応する部分を除去する。
【００８９】
以上のようにして、可動部材６が設けられた素子基板１が製造される。ここでは、図１に示したように可動部材６の支持固定部が素子基板１に直接固定されているものを製造する場合で説明したが、この製造方法を適用して、可動部材が台座部を介して素子基板に固定された液体吐出ヘッドを製造することもできる。この場合、図９（ｂ）に示した間隙形成部材７１ａを形成する工程の前に、可動部材の、自由端と反対側の端部を素子基板に固定するための台座部を素子基板の吐出ヒータ側の面上に形成する。この場合でも、台座部と素子基板との密着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、および素子基板の耐キャビテーション膜の構成材料であるＴａが含まれる。
【００９０】
上述した例では、流路側壁９を天板３に形成した場合について説明したが、フォトリソグラフィプロセスを用いて、素子基板１への可動部材６の形成と同時に、流路側壁９を素子基板１に形成することもできる。
【００９１】
以下に、素子基板１に可動部材６及び流路側壁９を設けた場合の、可動部材６及び流路側壁の形成工程の一例について、図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２及び図１３は、可動部材及び流路側壁が形成される素子基板の液流路方向と直交する方向に沿った断面を示している。
【００９２】
まず、図１２（ａ）では、素子基板１の吐出ヒータ２側の面全体に、吐出ヒータ２との電気的な接続を行うための接続用パッド部分を保護するための第１の保護層として、不図示のＴｉＷ膜をスパッタリング法によって厚さ約５０００Å形成する。この素子基板１の吐出ヒータ２側の面に、間隙形成部材７１を形成するためのＡｌ膜をスパッタリング法によって厚さ約４μｍ形成する。形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、図１に示した吐出ヒータ２と可動部材６との間の気泡発生領域１０に対応する位置に、素子基板１と可動部材６との間の間隙を形成するための、Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１を複数形成する。それぞれの間隙形成部材７１は、後述する図１３（ｂ）の工程において、可動部材６を形成するための材料膜であるＳｉＮ膜７２がエッチングされる領域まで延在されている。
【００９３】
間隙形成部材７１は、後述するようにドライエッチングにより液流路７および可動部材６を形成する際のエッチングストップ層として機能する。これは、素子基板１におけるパッド保護層としてのＴｉＷ層や、耐キャビテーション膜としてのＴａ膜、および抵抗体上の保護層としてのＳｉＮ膜が、液流路７を形成するために使用するエッチングガスによりエッチングされてしまうからであり、これらの層や膜のエッチングが間隙形成部材７１により防止される。そのため、ドライエッチングにより液流路７を形成する際に素子基板１の吐出ヒータ２側の面や、素子基板１上のＴｉＷ層が露出しないように、それぞれの間隙形成部材７１における液流路７の流路方向と直行する方向の幅は、後述する図１３（ｂ）の工程で形成される液流路７の幅よりも広くなっている。
【００９４】
さらに、ドライエッチング時には、ＣＦ4ガスの分解によりイオン種およびラジカルが発生し、素子基板１の吐出ヒータ２や機能素子にダメージを与えることがあるが、Ａｌからなる間隙形成部材７１は、これらイオン種やラジカルを受け止めて素子基板１の吐出ヒータ２や機能素子を保護するものとなっている。
【００９５】
次に、図１２（ｂ）では、間隙形成部材７１の表面、および素子基板１の間隙形成部材７１側の面上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材６を形成するための材料膜である厚さ約４．５μｍのＳｉＮ膜７２を、間隙形成部材７１を被覆するように形成する。ここで、プラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ膜７２を形成する際には、図１０を参照して説明したように、素子基板１を構成するシリコン基板などを介して、素子基板１に備えられたＴａからなる耐キャビテーション膜を接地する。これにより、プラズマＣＶＤ装置の反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン種およびラジカルの電荷に対して素子基板１内の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。
【００９６】
次に、図１２（ｃ）では、ＳｉＮ膜７２の表面に、スパッタリング法によりＡｌ膜を厚さ約６１００Å形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ膜７２表面の、可動部材６に対応する部分、すなわちＳｉＮ膜７２表面の可動部材形成領域に第２の保護層としてのＡｌ膜７３を残す。Ａｌ膜７３は、ドライエッチングにより液流路７を形成する際の保護層（エッチングストップ層）となる。
【００９７】
次に、図１３（ａ）では、ＳｉＮ膜７２およびＡｌ膜７３の表面に、流路側壁９を形成するためのＳｉＮ膜７４を、マイクロ波ＣＶＤ法を用いて厚さ約５０μｍ形成する。ここで、マイクロ波ＣＶＤ法によるＳｉＮ膜７４の成膜に使用するガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ4）、窒素（Ｎ2）およびアルゴン（Ａｒ）を用いた。そのガスの組み合わせとしては、上記以外にも、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）やアンモニア（ＮＨ3）などとの組み合わせや、混合ガスを用いてもよい。また、周波数が２．４５［GHz］のマイクロ波のパワーを１．５［ｋＷ］とし、ガス流量としてはモノシランを１００［sccm］、窒素を１００［sccm］、アルゴンを４０［sccm］でそれぞれのガスを供給して、圧力が５［mTorr］の高真空下でＳｉＮ膜７４を形成した。また、ガスのそれ以外の成分比でのマイクロ波プラズマＣＶＤ法や、ＲＦ電源を使用したＣＶＤ法などでＳｉＮ膜７４を形成してもよい。
【００９８】
ＣＶＤ法によりＳｉＮ膜７４を形成する際には、図１０に基づいて前述したようなＳｉＮ膜７２を形成する方法と同様に、吐出ヒータ２の面上に形成されているＴａからなる耐キャビテーション膜を素子基板１のシリコン基板を介して接地する。これにより、ＣＶＤ装置の反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン種およびラジカルの電荷に対して素子基板１内の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。
【００９９】
そして、ＳｉＮ膜７４の表面全体にＡｌ膜を形成した後に、形成されたＡｌ膜を、フォトリソグラフィなどの周知の方法を用いてパターニングして、ＳｉＮ膜７４の表面の、液流路７に対応する部分を除く部分にＡｌ膜７５を形成する。前述したように、それぞれの間隙形成部材７１における液流路７の流路方向と直行する方向の幅は、次の図１３（ｂ）の工程で形成される液流路７の幅よりも広くなっているので、Ａｌ膜７５の側部が間隙形成部材７１の側部の上方に配置されている。
【０１００】
次に、図１３（ｂ）では、誘電結合プラズマを使ったエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７４およびＳｉＮ膜７２をパターニングして流路側壁９および可動部材６を同時に形成する。そのエッチング装置では、ＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いて、Ａｌ膜７３，２５および間隙形成部材７１をエッチングストップ層すなわちマスクとして、ＳｉＮ膜７４がトレンチ構造となるようにＳｉＮ膜７４およびＳｉＮ膜７２のエッチングを行う。このＳｉＮ膜７２をパターニングする工程では、図１に示したように可動部材６の支持固定部が素子基板１に直接固定されるようにＳｉＮ膜７２の不要な部分を除去する。可動部材６の支持固定部と素子基板１との密着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材料であるＴａが含まれる。
【０１０１】
ここで、ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７２および２４をエッチングする際には、図１１を参照して説明したように素子基板１などを介して間隙形成部材７１を接地する。これにより、ドライエッチングの際にＣＦ4ガスの分解により生じるイオン種およびラジカルの電荷が間隙形成部材７１に留まることを防止して、素子基板１の吐出ヒータ２やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。また、このエッチングの工程で形成される液流路７の幅よりも間隙形成部材７１の幅の方が広くなっているため、ＳｉＮ膜７４の不要な部分を除去した際に素子基板１の吐出ヒータ２側の面が露出することがなく、間隙形成部材７１によって素子基板１が確実に保護される。
【０１０２】
次に、図１３（ｃ）では、酢酸、りん酸および硝酸の混酸を用いてＡｌ膜７３および２５を加温エッチングすることで、Ａｌ膜７３および７５や、Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１を溶出して除去し、素子基板１上に可動部材６および流路側壁９を作り込む。その後、過酸化水素を用いて、素子基板１に形成したパッド保護層としてのＴｉＷ膜の、気泡発生領域１０およびパッドに対応する部分を除去する。素子基板１と流路側壁９との密着部にも、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材料であるＴａが含まれている。
【０１０３】
以上、本実施形態の構成及び製造方法について説明してきたが、以下に、本実施形態の液体吐出ヘッドにおける予備吐出の制御の一例に関して説明する。
【０１０４】
図１４は、図２に示した粘度測定用回路からの出力電圧を示すグラフである。
液体が液流路内で静止している状態で、粘度センサ駆動回路４７から駆動パルスが、粘度センサ２００の図２に示した粘度測定用回路へと入力される。粘度測定用回路の抵抗２０１の値は、このときの吐出口５付近の液体の抵抗値であり、この抵抗値に応じた出力電圧Ｖが出力される。液体の水分が蒸発することで液体が増粘すると、液体の単位体積当たりのイオン濃度が上がることで液体の抵抗値は下がることとなり、よって、液体の粘度が上がると出力電圧Ｖは上がることとなる。図１４において、液体の粘度が高い場合は、例えば出力電圧はＶ1となり、液体の粘度が低い場合は出力電圧はＶ2となる。一方、メモリ４９には、出力電圧Ｖと予備吐出による吐出の回数との関係のデータが予め記憶されている。駆動信号制御回路４６は、粘度センサ２００の粘度測定用回路からの出力電圧Ｖ及びメモリ４９の出力電圧Ｖと予備吐出による吐出の回数の関係より予備吐出の回数を決定し、吐出ヒータ２に予備吐出の回数分の駆動パルスを印加する。すなわち、液体の粘度が高ければ、予備吐出の回数を増やし、液体の粘度が低ければ、予備吐出の回数を減らす。この予備吐出の回数は各液流路毎に制御されるため、各液流路毎に最適な回数の予備吐出がなされ、不必要な予備吐出によるスループットの低下を防止することができる。
【０１０５】
ただし、本実施形態では液体の粘度は、液体から蒸発した水分量に影響されるものとして説明したが、液体の粘度を決定するファクターは液体から蒸発した水分量だけにより決まるものではなく、温度、液体の種類等の影響も受ける。また、水分が完全に蒸発した状態では、電極２００ａ、２００ｂ間を電流が流れなくなる状態もあるが、これらを考慮する場合は、これらの影響を考慮して予備吐出の回数を決定するデータをメモリ４９に持たせて制御するものであってもよい。
また、粘度センサ２００を予備吐出の回数を制御するのに用いる以外に、液体の吐出量を測定して、液体の吐出量の制御に用いるものとしてもよい。
【０１０６】
以下に、吐出される液体の吐出量の制御の一例に関して説明する。
【０１０７】
液体の吐出は、駆動パルスを吐出ヒータ２に印加し、これにより、吐出ヒータ２が発熱して気泡が発生し、可動部材６を変位させて吐出口５から液体が吐出されるものであるが、液体の吐出後、気泡が消滅するに伴い、可動部材６も初期の位置に戻る際に、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。リフィル時における第１の液流路７ａ内の液体の流量、すなわち、リフィル時に第１の液流路７ａ内に流れ込む液体の体積分は、吐出された液体の体積分に等しい。また、第１の液流路７ａ内の液体の流量は、液体の流速の影響を受ける。すなわち、液体の流速が速ければ、流量は多くなる。また、液体の流速は液体の粘度の影響を受ける。すなわち、液体の粘度が低ければ、液体の流速は速くなる。さらに、液体は粘度により導電率、すなわち、抵抗値が異なる。よって、液体の抵抗値（すなわち、粘度測定用回路からの出力電圧Ｖ）を測定することで、最終的に液体の吐出量を算出することができる。
【０１０８】
以上説明したような出力電圧Ｖと液体の吐出量との関係のデータをメモリ４９に、予め記憶しておき、これを基に、駆動信号制御回路４６は、吐出ヒータ２に図１４に示される電圧差ｄＶを補正するようなパルス幅の駆動パルスを印加する。この駆動パルスの一例を図１５に示す。すなわち、駆動信号制御回路４６は、液体の粘度が高く吐出量の少ない状態を示す電圧値Ｖ1を出力した液流路７に設けられた吐出ヒータ２に、液体の粘度が低く吐出量の多い状態を示す電圧値Ｖ2を出力した液流路７に設けられた吐出ヒータ２に印加される駆動パルス幅ｔ2に対して、液体の吐出量の差違をなくすように吐出量を増加させるため、Δｔだけパルス幅の広いｔ1を印加する。これにより、各液流路間での吐出量のばらつきをなくすことができる。
【０１０９】
なお、パルス幅の制御により記録時の液体の吐出量を制御するだけでなく、上述の予備吐出の回数とパルス幅の制御とを組み合わせて予備吐出を行うようにしてもよい。
【０１１０】
また、各液流路からの絶対的な液体の吐出量を制御する場合も、液体の所望の吐出量との差違をなくすべく、吐出ヒータ２に印加される駆動パルスのパルス幅を変えてやることで、液体の吐出量を制御するものとしてもよい。
【０１１１】
あるいは、液体吐出ヘッドから吐出される液体の吐出量が全体的に少ない場合は、保温ヒータ制御回路６６が保温ヒータ５５を駆動するように信号を出力し、これにより、液体の粘度を下げて、液体の吐出量を増加させるようにするものでもよい。
【０１１２】
また、これら吐出ヒータ２に印加される駆動パルスのパルス幅を変えての液体の吐出量制御と保温ヒータ５５を駆動することで液体の粘度を下げての液体の吐出量制御とを組み合わせて液体の吐出量を制御するものであってもよい。この保温ヒータ５５による液体の吐出量の制御は、記録時の液体の吐出量を制御するだけでなく、上述の予備吐出の回数及びパルス幅の制御と組み合わせて予備吐出を行うようにしてもよい。
【０１１３】
なお、粘度センサ２００は、天板３に設けられているものとして説明したが、これに限定されることなく、可動部材６に設けられているものであってもよい。シリコン系の材料からなる可動部材６に粘度センサ２００を形成する場合は、素子基板１及び天板３と同様の半導体プロセス技術を用いて形成される。
【０１１４】
また、粘度センサ２００は、天板３のみに設けられている構成、可動部材６のみに設けられている構成に限定されるものではない。例えば、電極２００ａが天板３に設けられ、電極２００ｂが可動部材６に設けられている構成であってもよい。
【０１１５】
またさらに、吐出口５の目詰まり等により液体が吐出されていない状態であると粘度センサ駆動部１７が判断した場合、不図示の回復制御部に後述の吸引回復動作を実行させる信号を出力し、液体吐出ヘッドの吐出特性を回復させるものであってもよい。ただし、各電極２００ａ、２００ｂはできるだけ吐出口５付近に設けられていることが望ましい。また、電極２００ａ、２００ｂは、吐出ヒータ２の下流側端面よりも下流側に設けられることがさらに望ましい。
【０１１６】
以上説明したように、本実施形態によれば、各液流路における液体の粘度を直接的に測定し、この測定結果を基に各液流路毎の予備吐出の回数を制御することで不必要な予備吐出を防止し、スループットを向上させることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドに関して説明を行う。
【０１１７】
図１６は本実施形態の液体吐出ヘッドの液体吐出ヘッドの液流路方向に沿った断面図である。
【０１１８】
本実施形態の液体吐出ヘッドは、可動部材６に関する構成がない点、及び粘度センサ５００が素子基板５０１側に設けられている点以外は、第１の実施形態の液体吐出ヘッドと基本的に同様であるため、詳細の説明は省略する。
【０１１９】
粘度センサ５００を構成する電極５００ａ及び電極５００ｂはそれぞれ天板５０３及び素子基板５０１とに設けられている。
【０１２０】
なお、本実施形態では天板５０３及び素子基板５０１とにそれぞれ電極５００ａ及び電極５００ｂが設けられている構成を説明したが、これに限定されるものではなく、素子基板５０１に電極５００ａ及び電極５００ｂが設けられている構成であってもよい。ただし、各電極５００ａ、５００ｂはできるだけ吐出口５付近に設けられていることが望ましい。また、電極５００ａ、５００ｂは、吐出ヒータ５０２の下流側端面よりも下流側に設けられることがさらに望ましい。
【０１２１】
またさらに、吐出口５の目詰まり等により液体が吐出されていない状態であると不図示の粘度センサ駆動部が判断した場合、不図示の回復制御部に後述の吸引回復動作を実行させる信号を出力し、液体吐出ヘッドの吐出特性を回復させるものであってもよい。
【０１２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、各液流路における液体の粘度を直接的に測定し、この測定結果を基に各液流路毎の予備吐出の回数を制御することで不必要な予備吐出を防止し、スループットを向上させることができる。
【０１２３】
次に、上述した液体吐出ヘッドが搭載される液体吐出装置について、図１７を参照して説明する。
【０１２４】
図１７は、本発明の液体吐出装置の一例の概略斜視図である。また、図１８は図１７に示した液体吐出装置に用いられる本実施形態の液体吐出ヘッドカートリッジ５８０の外観斜視図である。図１７において、本体フレーム５５１には、螺旋溝５５３の刻まれたリードスクリュー５５２が回転自在に軸支されている。リードスクリュー５５２は、駆動モータ５５９の正逆回転に連動し、駆動力伝達ギア５６０，５６１を介して回転駆動される。さらに、本体フレーム５５１には、キャリッジ５５５を摺動自在に案内する案内レール５５４が固定されている。キャリッジ５５５には、螺旋溝５５３に係合するピン（不図示）が設けられており、駆動モータ５５９の回転によりリードスクリュー５５２を回転させることで、キャリッジ５５５が図示矢印ａ，ｂ方向に往復移動できるようになっている。紙押え板５７２は、キャリッジ５５５の移動方向にわたって、被記録媒体５９０をプラテンローラ５７３に対して押圧する。
【０１２５】
キャリッジ５５５には、液体吐出ヘッドカートリッジ５８０が搭載される。液体吐出ヘッドカートリッジ５８０は、上述した本発明の液体吐出ヘッドをインクタンクと一体化したものである。また、この液体吐出ヘッドカートリッジ５８０は、キャリッジ５５５に設けられている位置決め手段および電気的接点によってキャリッジ５５５に固定支持されるとともに、キャリッジ５５５に対して着脱可能に設けられている。
【０１２６】
フォトカプラ５５７，５５８は、キャリッジ５５５のレバー５５６のこの域での存在を確認して駆動モータ５５９の回転方向の逆転等を行うためのホームポジション検知手段を構成する。液体吐出ヘッド７０の前面（吐出口５が開口した面）をキャップするキャップ部材５６７は、支持部材５６２によって支持され、さらに吸引手段５６６を備え、キャップ内開口５６８を介して液体吐出ヘッドの吸引回復動作を行う。本体支持板５６４には支持板５６５が取り付けられており、この支持板５６５に摺動自在に支持されたクリーニングブレード５６３は、図示しない駆動手段によって前後方向に移動される。クリーニングブレード５６３の形態は図示するものに限られず、公知のものが適用できることはいうまでもない。レバー５７０は、液体吐出ヘッド７０の吸引回復動作を開始するためのもので、キャリッジ５５５と当接するカム５７１の移動に伴って移動し、駆動モータ５５９から駆動力がギアやラッチ切換え等の公知の伝達手段によって移動制御される。
【０１２７】
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復の各処理は、キャリッジ５５５がホームポジション側領域に移動したときにリードスクリュー５５２の作用によって、それぞれの対応位置で行われるようになっている。周知のタイミングで所望の動作を行うようにすれば、本例にはいずれも適用できる。
【０１２８】
以上説明した液体吐出装置においては、搭載した液体吐出ヘッドの電気熱変換体を駆動するための記録信号を液体吐出ヘッドに与える記録信号供給手段を有し、液体吐出装置の動作を司る制御部を備えている。
【０１２９】
本発明の液体吐出装置は、上述した本発明の液体吐出ヘッドを搭載しているのでインクの吐出が安定し、その結果、画像品位の劣化が少ない記録装置を達成することができる。なお、上述した液体吐出装置キャリッジ５５５に液体吐出ヘッドカートリッジ５８０が着脱可能に搭載される例を示したが、これに限らず、液体吐出ヘッド７０をキャリッジ５５５に一体化し、インクタンクのみを着脱可能に搭載する構成としてもよい。
【０１３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エネルギ発生素子の、吐出口側の端部より下流側の各液流路内に、液体に接する１組の電極からなる粘度検出手段によって、各液流路内の液体の粘度を直接検出し、この粘度検出手段からの出力に基づいて各エネルギ発生素子に駆動パルスを印加するため、予備吐出時に、液体の粘度に応じて各液流路毎に予備吐出の回数を制御できる。このため、不必要な予備吐出による液体の無駄な消費を防止するとともに、スループットの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態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２】粘度センサの粘度測定用回路を説明する図である。
【図３】図１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４】図３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５】図１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６】図１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７】センサ出力に応じて吐出ヒータへの印加エネルギーを制御する例の素子基板および天板の回路構成を示す図である。
【図８】センサ出力に応じて素子基板の温度を制御する例の素子基板および天板の回路構成を示す図である。
【図９】素子基板上に可動部材を形成する方法を説明するための図である。
【図１０】プラズマＣＶＤ装置を用いて素子基板上にＳｉＮ膜を形成する方法を説明するための図である。
【図１１】ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜を形成する方法を説明するための図である。
【図１２】素子基板上に可動部材及び流路側壁を形成する方法を説明するための図である。
【図１３】素子基板上に可動部材及び流路側壁を形成する方法を説明するための図である。
【図１４】粘度センサの粘度測定用回路から出力された出力電圧を示すグラフである。
【図１５】吐出ヒータ制御回路から吐出ヒータに印加される印加パルスを示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態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１７】本発明の液体吐出装置の一例の概略斜視図である。
【図１８】本発明の液体吐出ヘッドカートリッジの一実施形態の外観斜視図である。
【符号の説明】
１、５０１ 素子基板
２、５０２ 吐出ヒータ
３５０３ 天板
３ａ、３ｂ 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、５０７ 液流路
７ａ 第１の液流路
７ｂ 第２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
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 吐出ヒータ制御部
１７ 粘度センサ駆動部
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
３８ 駆動タイミング制御ロジック回路
３９ ＡＮＤ回路
４１、５６ パワートランジスタ
４２ 画像データ転送回路
４５ａ、４５ｃ〜４５ｅ、４５ｉ、４５ｈ、４５ｊ、４５ｋ〜４５ｎ 入力端子
４５ｂ、４５ｇ 接地端子
４５ｆ 駆動電源端子４５ｆ
４６ 駆動信号制御回路
４７ 粘度センサ駆動回路
４８ａ〜４８ｄ 端子
４９ メモリ
６３ センサ
６６ 保温ヒータ制御回路
７１、７１ａ 間隙形成部材
７２、７２ａ、７４ ＳｉＮ膜
７３、７５ Ａｌ膜
７６ ＴｉＷ膜
８１ａ、８２ａ、８１ｂ、８２ｂ ＲＦ電源
８３ａ、８３ｂ 反応室
８４ａ、８４ｂ 供給管
８５ａ、８５ｂ ステージ
８６ プラズマ
２００、５００ 粘度センサ
２００ａ、２００ｂ、５００ａ、５００ｂ 電極
２０１、２０３ 抵抗
２０２ 入力パルス電圧
２０４ オペアンプ
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層
３０８ 熱作用部
４２２ Ｎ型ウェル領域
４２３ Ｐ型ウェル領域
４２５、４３２ ソース領域
４３６、４３１ ドレイン領域
４２８ ゲート絶縁膜
４３４ 蓄熱層
４３５ ゲート配線
４３６、４３８ 層間絶縁膜
４３７ Ａｌ電極
４２０ Ｐ−Ｍｏｓ
４２１ Ｎ−Ｍｏｓ
４２４ 酸化膜分離領域
５５１ 本体フレーム
５５２ リードスクリュー
５５３ 螺旋溝
５５４ 案内レール
５５５ キャリッジ
５５６、５７０ レバー
５５７、５５８ フォトカプラ
５５９ 駆動モータ
５６０、５６１ 駆動力伝達ギア
５６２ 支持部材
５６３ クリーニングブレード
５６４ 本体支持板
５６５ 支持板
５６６ 吸引手段
５６７ キャップ部材
５６８ キャップ内開口
５７１ カム
５７２ 紙押え板
５７３ プラテンローラ
５８０ 液体吐出ヘッドカートリッジ
５９０ 被記録媒体
Claims (9)
- 液体に気泡を発生させるための熱エネルギを発生するエネルギ発生素子が表面に並列に複数設けられた素子基板と、前記素子基板に対向して接合されることで、前記各エネルギ発生素子に対応し、かつ、上流側より供給される液体を下流側に設けられた吐出口から吐出する、該吐出口に連通する複数の液流路を形成する天板とを有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記素子基板に設けられた前記エネルギ発生素子の、前記吐出口側の端部より下流側の前記各液流路内に、液体に接する１組の電極からなり前記各液流路内の液体の粘度を検出する粘度検出手段を備え、
前記粘度検出手段からの出力に基づいた駆動パルスを前記各エネルギ発生素子に印加する吐出制御手段を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記エネルギ発生素子は液体に熱エネルギを作用させることで液体に気泡を発生させるものであり、
前記液流路には前記エネルギ発生素子に面して配され前記吐出口に向かう下流側が自由端となる可動部材が設けられており、前記各電極のうち少なくとも１つが前記可動部材に設けられている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記各電極のうち少なくとも１つが、前記天板の、前記各液流路内の液体に面する壁面に設けられている請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記各電極のうち少なくとも１つが、前記素子基板の、前記各液流路内の液体に面する壁面に設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記吐出制御手段は、前記駆動パルスを印加する回数を制御する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記吐出制御手段は、前記駆動パルスのパルス幅を制御する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記吐出制御手段は、各吐出口から吐出される液体の各吐出量を略同一にするように、前記各エネルギ発生素子に印加する前記駆動パルスのパルス幅を制御する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記吐出制御手段は、前記素子基板に設けられ、全ての前記液流路内の液体を加熱する保温ヒータに駆動信号を印加する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 被記録媒体を搬送する搬送手段と、液体を吐出し、前記被記録媒体に記録を行う請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを保持し、かつ、前記被記録媒体の搬送方向に対して交差する方向に往復移動する保持手段とを有することを特徴とする液体吐出装置。
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