JP6150519B2 - インクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録ヘッドの製造方法、インクジェット記録装置、およびインクジェット記録ヘッド用基板における個別部分と他の個別部分との電気的分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット方式によりインクを吐出して記録媒体に記録を行うためのイ
ンクジェット記録ヘッド用基板、該基板を備えるインクジェット記録ヘッドおよびその製
造方法、該インクジェット記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置、ならびにインクジェット記録ヘッド用基板における個別部分と他の個別部分との電気的分離方法に関する。

従来、液室とその近傍の発熱抵抗体とを備え、発熱抵抗体に通電することで発生させた熱により液室内のインクを膜沸騰させ、生じた発泡のエネルギーにより液室内のインクを吐出するインクジェット記録ヘッドが知られている。

そのようなインクジェット記録ヘッドでは、記録の際に、発熱抵抗体に、インクの発泡、収縮、消泡に伴うキャビテーションによる衝撃のような物理的作用および／またはインクによる化学的作用の影響が及ぶことがある。これらの物理的作用および化学的作用から発熱抵抗体を保護するために、発熱抵抗体の上方を覆う上部保護層が配置されている。

この上部保護層は、インクと接触する位置に配置される。また、上部保護層は、発熱抵抗体の上方に形成されることから、瞬間的に温度が上昇する。このような過酷な環境では、通常、上部保護層の腐食が進みやすい。したがって、上部保護層には、耐衝撃性、耐熱性、耐食性のような物理的作用および化学的作用に対する耐性に優れた材料が使用される。具体的には、これらの条件を満たすＴａ（タンタル）や白金族元素であるＩｒ（イリジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）などの金属膜が用いられる。

ところで、これらの材料は、導電性である。上部保護層に電気が流れると、上部保護層とインクとの間で電気化学反応が生じ、上部保護層の機能が損なわれることがある。これを防ぐため、発熱抵抗体に供給される電気が上部保護層に流れることのないように、発熱抵抗体と上部保護層との間に絶縁層（絶縁性を有する保護層）が配置される。

そのような構成において、何らかの原因により、発熱抵抗体あるいはこれに繋がる配線から上部保護層へ直接的に電気が流れる短絡の現象が生じる場合がある。短絡により上部保護層に電気が流れると、電気が流れた範囲において、上部保護層とインクとの間に電気化学反応が生じ、上部保護層が変質することがある。

短絡による上部保護層の広範囲にわたる変質を防ぐために、短絡が生じた際に短絡の生じた上部保護層の領域を他の領域から電気的に分離可能に設ける構成が有効であると考えられる。

特許文献１は、インクジェット記録ヘッドの構成要素を静電気放電事象から保護するための構成として、個別に発熱抵抗体を覆うように配設された複数のタンタル層を、発熱抵抗体が破損すると溶断するヒューズ素子を介して繋ぐ構成を開示している。

特開２００１−８００７３号公報

そのような構成において、上部保護層には２つの役割が求められる。そのうちの１つは、上部保護層の本来の役割である、物理的作用や化学的作用から下部構成を保護する役割である。この役割においては、上部保護層にはある程度の厚さが必要である。もう１つは、上部保護層の一部をヒューズ素子として形成し、発熱抵抗体が破損した時に、ヒューズ素子の部分において溶断する役割である。上部保護層には、Ｔａや白金族元素といった高融点金属が用いられるため、溶断するためにはより多くのエネルギーが必要である。そのため、この役割においては、上部保護層はできるだけ薄いほうが望ましい。つまり、２つの役割の膜厚に対する要求は相反するという課題がある。例えば、記録ヘッドの高寿命化のために上部保護層を厚くした場合、ヒューズ素子を溶断することは難しくなり、インクジェット記録ヘッドの信頼性が低下する懸念がある。

そこで、本発明は、寿命および信頼性の両方に優れたインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。また、本発明は、そのようなインクジェット記録ヘッドの製造方法、インクジェット記録ヘッド用基板、およびインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のインクジェット記録ヘッド用基板は、基体と、前記基体上に配置され、通電すると発熱する、インクを加熱するための複数の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体上に配置され、前記発熱抵抗体を上部構成に対し電気的に絶縁する絶縁層と、前記絶縁層上に配置され、前記発熱抵抗体を保護し、導電性を有する保護層と、を備え、前記保護層は、前記複数の発熱抵抗体を個別に覆うように配置された個別部分と、共通部と、複数の前記個別部分と前記共通部とを接続する接続部と、を有し、前記接続部は、インクとの電気化学反応により絶縁性に変質する材料で構成されており、インクジェット記録ヘッドとして使用される際にインクと接触することになる位置に前記材料がインクに対して露出されるように設けられており、前記保護層がインクと接触した状態で、前記発熱抵抗体と前記保護層とが導通する事象が生じた場合に、前記接続部は、前記保護層と前記インクとの間の電位差による前記材料と前記インクとの電気化学反応により絶縁膜に変質することによって、前記接続部に対応する前記個別部分と他の前記個別部分とを電気的に分離し得るように構成されており、前記接続部は前記個別部分よりも厚さが薄いことを特徴とする。

本発明の構成では、上部保護層に短絡が生じたときに、上部保護層とインクとの電気化学反応により個別部分と共通部とを接続する接続部において絶縁層が形成されることで、短絡が生じた上部保護層の領域を他の領域から分離することができる。本発明では、ヒューズ素子を溶断するときのような大きなエネルギーを要することなく、短絡した上部保護層の領域を他の領域から分離することができる。さらに、本発明では、分離するときに、上部保護層はヒューズ素子を溶断するときのような高温にはならないため、ノズルへのダメージを低減することができる。

第１の実施形態に係るインクジェット記録装置の概略斜視図である。 （ａ）は、第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドユニットの概略斜視図であり、（ｂ）は、第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド用基板の熱作用部付近の模式的平面図および断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態に係る上部保護層の薄膜領域の平面図および模式的断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る回路図である。 （ａ）〜（ｆ）は、第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程を説明するための模式的断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程を説明するための模式的平面図である。 （ａ）および（ｂ）ならびに（ｃ）〜（ｇ）は、第２の実施形態に係る上部保護層の薄膜領域の模式図および製造工程を説明する図である。 （ａ）および（ｂ）ならびに（ｃ）〜（ｇ）は、第３の実施形態に係る上部保護層の薄膜領域の模式図および製造工程を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態に係るインクジェット記録装置、インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッド用基板を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録装置の概略斜視図である。図１に示すインクジェット記録装置１０００は、図２（ａ）に示すインクジェット記録ヘッドユニット４１０をインクジェット記録ヘッド１のインク吐出面が記録媒体に対向するように搭載するキャリッジ２１１を備える。

キャリッジ２１１は、ガイドシャフト２０６により、矢印Ａで示す主走査方向に移動自在に案内支持されている。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。キャリッジ２１１には、ベルト２０４が取り付けられている。ベルト２０４は、プーリーを介してキャリッジモータ２１２に繋がっている。キャリッジモータ２１２の駆動力はベルト２０４によりキャリッジ２１１に伝達され、これにより、キャリッジ２１１はガイドシャフト２０６に沿って移動する。

キャリッジ２１１には、フレキシブルケーブル２１３が取り付けられている。フレキシブルケーブル２１３は、インクジェット記録ヘッドユニット４１０がキャリッジに搭載されると、これに接続されるように構成されており、記録データに従って不図示の制御部からの電気信号をインクジェット記録ヘッド１に転送する。

記録媒体は、給紙部２１５から給紙され、不図示の搬送ローラによって、搬送方向、すなわち矢印Ｂで示す副走査方向に搬送される。

インクジェット記録装置１０００は、インクジェット記録ヘッド１を主走査方向に移動させつつインクを吐出させる記録動作と、記録媒体を副走査方向に搬送する搬送動作と、を繰り返すことによって、記録媒体上に順次画像を記録する。

このように、本実施形態のインクジェット記録装置１０００は、インクジェット記録ヘッド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方式のインクジェット記録装置である。なお、本発明においては、これに限定されず、記録媒体の全幅に対応した範囲にわたって延在するインクジェット記録ヘッドを用いる、いわゆるフルライン方式のインクジェット記録装置も適用可能である。

図２（ａ）は、第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドユニットの模式的斜視図である。図２（ａ）に示すインクジェット記録ヘッドユニット４１０は、インクジェット記録ヘッド１とインクタンク４０４とを一体化してなるカートリッジの形態を有する。インクタンク４０４は、インクを一旦貯留し、そこからインクジェット記録ヘッド１に供給する。

インクジェット記録ヘッドユニット４１０は、図１に示すキャリッジ２１１に対して装着および取り外し可能に構成されている。インクジェット記録ヘッドユニット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。電力は、接点４０３からテープ部材４０２を通って、インクジェット記録ヘッド１のそれぞれの熱作用部１１７へ選択的に供給される。

なお、本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、上記のユニットのような、インクタンクと一体化された形態に限られない。例えば、インクジェット記録ヘッドは、インクタンクが分離可能に装着されるように構成されていて、インクタンク内のインク残量が無くなったときに、これを取り外して新たなインクタンクが装着されるものであってもよい。また、インクジェット記録ヘッドは、インクタンクとは別体に構成されていて、チューブ等を介してインクが供給されるものであってもよい。

さらに、本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、シリアル方式のインクジェット記録装置に適用されるものに限られない。本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、ライン方式のインクジェット記録装置に適用されるような、記録媒体の全幅に対応した範囲にわたってノズルを有してなるものであってもよい。

図２（ｂ）は、第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図である。図２（ｂ）において、インクジェット記録ヘッド１は、一部を破断した状態で示されている。

本実施形態のインクジェット記録ヘッド１は、インクジェット記録ヘッド用基板１００上に流路形成部材１２０が配置された構成を有する。インクジェット記録ヘッド用基板１００と流路形成部材１２０との間には、内部にインクを貯留させることが可能な複数の液室１３２と、これに連通するインク流路１１６と、インク流路を介して各液室１３２に連通する共通液室１３１と、が画定されている。インクジェット記録ヘッド用基板１００は、インクジェット記録ヘッド用基板１００を貫通するインク供給口１３０を有する。インク供給口１３０は、共通液室１３１に対応して配置されており、複数の液室１３２の配列方向に沿って延びる長方形状を有している。共通液室１３１は、インク供給口１３０と連通している。

それぞれの液室１３２は、内部に熱作用部１１７を備える。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。また、インクジェット記録ヘッド用基板１００の熱作用部１１７に対応する位置には、発熱抵抗体１０８が配置されている。

インクタンク４０４からインクジェット記録ヘッド１にインクが供給される際には、インクジェット記録ヘッド用基板１００におけるインク供給口１３０を通って共通液室１３１にインクが供給される。共通液室１３１に供給されたインクは、インク流路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内のインクは、毛管現象によりインク流路１１６および液室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、インクの液面が安定に保持される。

インクを吐出する際には、各液室１３２に対応する位置に配置された発熱抵抗体１０８に配線を通して通電し、発熱抵抗体１０８に熱エネルギーを発生させる。これにより、液室１３２内のインクは加熱されて膜沸騰により発泡する。その発泡のエネルギーによって吐出口１２１からインク滴が吐出される。

図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの熱作用部付近の模式的平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるIIIｂ−IIIｂ線に沿って垂直に切断した基板の一部を示す模式的断面図である。

図３（ａ）および（ｂ）にその一部を模式的に示すインクジェット記録ヘッド１は、インクジェット記録ヘッド用基板１００と、インクジェット記録ヘッド用基板上に接合された流路形成部材１２０とを備える。図３（ａ）の平面図において、インク流路形成部材１２０として示される領域は、流路形成部材１２０とインクジェット記録ヘッド用基板１００との接触面である。

インクジェット記録ヘッド用基板１００は、シリコン製の基体１０１を備える。基体上には、発熱抵抗体１０８を加熱した際に発生する熱の散逸を抑制するための、熱酸化膜、ＳｉＯ（酸化ケイ素）膜、ＳｉＮ（窒化ケイ素）膜等からなる蓄熱層１０２が配置されている。

蓄熱層１０２の上には、発熱抵抗体層１０４および電極配線層１０５が配置されている。発熱抵抗体層１０４は、通電すると発熱する電気熱交換素子としての機能を有する抵抗体からなる層である。電極配線層１０５は、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ−Ｓｉ（アルミニウム−シリコン）、Ａｌ−Ｃｕ（アルミニウム−銅）等の金属材料から作製され、電気配線として機能する。

発熱抵抗体１０８は、電極配線層１０５の一部を除去してギャップを形成し、その部分の発熱抵抗体層１０４を露出することで形成される。すなわち、電極配線層１０５は、発熱抵抗体層１０４に隣接し、且つギャップを空けて２つの部分に分かれて配置されている。また、発熱抵抗体１０８は、発熱抵抗体層１０４のみからなる。２つの部分に分かれて配置された電極配線層１０５の一方から他方へ発熱抵抗体１０８を経由して電気が流れることにより、発熱抵抗体１０８が発熱する。複数の発熱抵抗体１０８が配列されており、その配列方向に沿ってインク供給口１３０が延びている。

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、外部からの電力供給を受けることができる。図示の例では、発熱抵抗体層１０４上に電極配線層１０５を配置しているが、電極配線層１０５を基体１０１または蓄熱層１０２上に形成し、その一部を部分的に除去してギャップを形成した上に発熱抵抗体層１０４を配置する構成を採用してもよい。

発熱抵抗体１０８および電極配線層１０５の上には、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等からなり、下部構成要素を保護すると共に絶縁層として機能する保護層１０６が配置されている。

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を保護するための層である。本実施形態では、上部保護層１０７は、Ｔａ（タンタル）、またはＩｒ（イリジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）等の白金族元素からなる。

上部保護層１０７は、本来の保護目的のために各発熱抵抗体１０８の上方を個別に覆うように配置されている個別部分と、複数の個別部分同士を繋ぐ、発熱抵抗体１０８の上方を避けるように配置された共通の部分（共通部１１０）とを含んで構成されている。

図３（ａ）を参照して、本例では、隣り合う発熱抵抗体１０８のそれぞれに対応する上部保護層１０７の個別部分は、発熱抵抗体１０８の配列方向においてギャップを空けて配置されている。共通部１１０は、液室１３２の外部において発熱抵抗体１０８の配列方向に延びるように帯状に配置されている帯状部分と、帯状部分から各液室１３２に向かって枝分かれして延び、各個別部分と接続する枝分かれ部分と、を含む。個別部分と共通部１１０の枝分かれ部分との間には、上部保護層１０７の膜厚を薄く設定した領域である薄膜領域１１３が設けられている。すなわち、薄膜領域１１３は、共通部１１０と発熱抵抗体１０８に対応する上部保護層１０７の個別部分とを接続する接続部である。

図４（ａ）は、上部保護層１０７の薄膜領域１１３の模式的な平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）におけるIVｂ−IVｂ線に沿って垂直に切断した基板の一部を示す模式的断面図である。上部保護層の薄膜領域１１３は、インクジェット記録ヘッドとした際に液室またはインク流路のようなインクと接する領域となる領域に位置付けられている。発熱抵抗体１０８上方の上部保護層１０７は、高寿命を目標とするため、２００〜５００ｎｍ程度と厚く形成されている。これに対し、上部保護層の薄膜領域１１３は、短絡が生じた場合に陽極酸化によりこの領域で絶縁層が容易に形成されるように、１０〜５０ｎｍと薄く形成されている。薄膜領域１１３の膜厚は、１０〜３０ｎｍであると好ましい。

＜回路構成＞
図５（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る回路図である。インクジェット記録ヘッド１はインクジェット記録ヘッド用基板１００と電気的にはほぼ同様に表されるため、記載を省略している。複数の発熱抵抗体１０８は、それぞれに設けられたスイッチングトランジスタ１１４が選択回路１１５によって選択されることによって、駆動されている。各発熱抵抗体１０８の上方を覆うように設けられた上部保護層１０７の個別部分は、薄膜領域１１３、および共通部１１０を介して、外部電極１１１に繋がっている。共通部１１０は電気配線としての機能を有する。外部電極１１１は、インクジェット記録装置３００を通じて接地されている。電源３０１は、発熱抵抗体１０８を駆動する電源であり、２０〜３０Ｖの電圧が使用される。

ところで、一般のヒューズ素子に使われるポリシリコンは、融点が約１４００℃程度である。一方、上部保護層１０７に用いられるＴａは、融点が約４，０００℃の高融点金属である。ヒューズ素子を溶断させるためには、ヒューズ素子を構成する材料の少なくともある体積を溶融して取り去らなければならない。このため、Ｔａを用いてヒューズ素子を形成したとすると、ヒューズ素子を溶断つまり溶融するには、大きなエネルギーが必要である。しかしながら、本発明においては、上部保護層１０７を、溶融して取り去るのではなく、電気化学反応を用いて絶縁層に変質させて、電気的に分断する。したがって、本発明では、上部保護層の電気的な分断に必要なエネルギーが比較的小さい。

図５（ｂ）を参照して、短絡発生時の様子を説明する。発熱抵抗体１０８が破損すると、絶縁層としての機能を有する保護層１０６が破断する。このとき、上部保護層１０７の一部が溶融し、発熱抵抗体層１０４と直接接触して、発熱抵抗体層１０４と上部保護層１０７との間に短絡２００が生じる。発熱抵抗体１０８には常に電圧が印加されている。そのため、発熱抵抗体層１０４と上部保護層１０７との間に短絡２００が生じると、上部保護層１０７にも電圧がかかり、上部保護層１０７は発熱抵抗体１０８と同電位になる。発熱抵抗体１０８を正電位で駆動させている場合、上部保護層１０７は、上部保護層１０７を形成する金属と、それよりも電位の低いインクとの電気化学反応により、瞬時に陽極酸化し、インクとの接触面に酸化膜が形成される。

本発明においては、上部保護層１０７の、発熱抵抗体１０８の上方を覆うように設けられた個別部分と個別部分間を繋ぐ共通部１１０との接続部に、薄膜領域１１３を設ける。本発明における薄膜領域１１３は、前述のように、上部保護層１０７の膜厚を薄く設定した領域である。すなわち、上部保護層１０７の薄膜領域１１３における膜厚は、発熱抵抗体１０８の上方を覆う上部保護層１０７の個別部分の膜厚と比べて、薄い。

陽極酸化により形成される酸化膜の膜厚は、一般に、印加される電圧の大きさに対応する。上部保護層１０７は、薄膜領域１１３においては、発熱抵抗体１０８に印加する２０〜３０Ｖの電圧により膜厚方向全体にわたって酸化膜が形成されて、絶縁層に変質する。すなわち、短絡２００が生じると、短絡が生じた上部保護層１０７の個別部分に隣接する薄膜領域１１３は、絶縁層となる。これにより、絶縁層が間に介在することとなるため、短絡２００が生じた上部保護層１０７の個別部分は、他の発熱抵抗体１０８の上方を覆う上部保護層１０７の個別部分と、電気的に分離される。

このようにして、本発明の上部保護層１０７の個別領域と共通部１１０との間に介在する薄膜領域１１３は、インクジェット記録用基板全体の高寿命化に大きな役割を果たす。

ここで、上部保護層１０７の陽極酸化は、例えば、電極配線層１０５と上部構成との間の絶縁を担う保護層１０６に製造時にピンホール等が生じ、これにより、上部保護層１０７と電極配線層１０５とが繋がっていても起こる。そのため、保護層１０６の絶縁性が確保されているか否かを製造時に確認する。

図５（ｃ）を参照して、保護層１０６の絶縁性の確認検査について説明する。図５（ｃ）は、保護層１０６の絶縁性の確認検査時の回路図である。確認は、外部電極１１１にプローバ装置で針（プローブピン）を立てて行う。プローブピンは、測定装置３０２に繋がっている。測定装置３０２には、発熱抵抗体１０８やスイッチングトランジスタ１１４が正常に機能するか等の様々な検査に用いるデジタルやアナログの測定機能が備えられている。上部保護層１０７と、発熱抵抗体１０８や電極配線１０５との間に、記録ヘッドとしての使用時に実際にかかる電圧以上の電圧を印加して流れる電流を測定する。この検査は、上部保護層１０７が形成され、電気を印加する外部電極１１１が形成されたタイミングで行うのが最適である。このとき、上部保護層１０７および薄膜領域１１３はインクと接していないので、電圧を印加しても、インクを介しての陽極酸化等の電気化学反応は起こない。そのため、上部保護層１０７と発熱抵抗体１０８および／または電極配線１０５との間のリーク電流を問題無く測定することができる。

＜インクジェット記録ヘッドの層構成、および製造方法＞
第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程の１つの例を説明する。
図６（ａ）〜（ｆ）は、図３（ａ）および（ｂ）に示したインクジェット記録ヘッドの製造工程を説明するための模式的断面図である。また、図７（ａ）〜（ｅ）は、図３（ａ）および（ｂ）に示したインクジェット記録ヘッドの製造工程を説明するための模式的平面図である。

以下に示す製造工程は、Ｓｉ製の基体１０１、または発熱抵抗体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等の半導体素子を備える駆動回路が予め作り込こまれた基体に対して実施されるものである。説明の簡略化のために、添付図面においては、Ｓｉ製の基体１０１が図示されている。

まず、図６（ａ）を参照して、基体１０１に対し、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を形成した。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を形成可能である。

次に、同じく図６（ａ）を参照して、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５０ｎｍの厚さに形成し、さらに電極配線層１０５となるＡｌ層をスパッタリングにより約３００ｎｍの厚さに形成した。そして、フォトリソグラフィ法を用い、発熱抵抗体層１０４および電極配線層１０５に対して同時にドライエッチングを施し、図７（ａ）に示すような平面形状を得た。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）法を用いた。

次に、発熱抵抗体１０８を形成するために、再びフォトリソグラフィ法を用いて、ウエットエッチングにより、図６（ａ）および図７（ｂ）に示すように、Ａｌの電極配線層１０５を部分的に除去して、発熱抵抗体層１０４を部分的に露出させた。なお、配線端部における保護層１０６のカバレッジ性を良好なものとするため、配線端部において適切なテーパ形状が得られる公知のウエットエッチングを行うことが望ましい。

その後、プラズマＣＶＤ法を用いて、図６（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、保護層１０６としてＳｉＮ膜を約３５０ｎｍの厚さに形成した。

次に、上部保護層１０７として、保護層上にスパッタリングによりＴａ層を約３５０ｎｍの厚さに形成した。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上部保護層１０７を部分的に除去して、図６（ｃ）および図７（ｄ）に示すような形状を得た。この段階において、上部保護層１０７は、各発熱抵抗体上を覆う個別部分と、各個別部分を繋ぐ共通部１１０と、個別部分と共通部１１０との間の接続部と、を有する。

次に、上部保護層１０７の個別部分と共通部１１０との接続部の領域のみを、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングして、薄膜領域１１３を形成した。このとき、上部保護層１０７を厚さ方向全体にわたってエッチングするのではなく、厚さが約３０ｎｍになった時点でエッチングをストップして、図６（ｄ）および図７（ｅ）に示すような薄膜領域１１３の形状を形成した。薄膜領域１１３は、インクジェット記録ヘッドとして使用するときにインクに直接接することとなる位置に形成される。

次に、外部電極１１１を形成するために、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、図６（ｅ）に示すように保護層１０６を部分的に除去し、その部分の電極配線層１０５を部分的に露出させた。

本実施形態の構成では、図４（ｂ）に示すように、１層として形成したＴａ層をハーフエッチすることで、薄膜領域１１３の膜厚を薄くしている。発熱抵抗体１０８上方を覆う上部保護層１０７の個別部分は、高寿命を実現するに十分な３５０ｎｍの厚さとしている。一方、上部保護層１０７の接続部に設けた薄膜領域１１３は厚さ３０ｎｍとしている。電源３０１の電圧が２４Ｖで短絡２００が発生した時に、薄膜領域１１３は、インクとの電気化学反応により陽極酸化し、薄膜領域１１３の全体がＴａ酸化膜になり、絶縁性が確保できる。

このとき、厚さの薄い部分は薄膜領域１１３のみであってもよいし、さらに共通部１１０全体が薄膜状に形成されていてもよい。しかし、共通部１１０は、電気配線として電流を効率的に流すことが必要であるので、ある程度の厚さを有することが好ましい。例えば、共通部１１０は、発熱抵抗体１０８の上方を覆う個別部分と同じ厚さ（本例では３５０ｎｍ）であることが好ましい。

次に、基板１００の上部保護層１０７が配置された側の上面に、流路形成部材１２０を配設する。流路形成部材１２０は、基板１００との間の各発熱抵抗体１０８に対応する位置に液室を画定する。このとき、薄膜領域１１３は、インクジェット記録ヘッドとして使用される際にインクと接することとなる領域に配置される。また、流路形成部材１２０には、吐出口１２１が設けられ、吐出口１２１は、発熱抵抗体１０８に対向するように位置付けられる。

以上の工程を経て、本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドが製造される。

本実施形態の構成によれば、上部保護層１０７の薄膜領域１１３は、Ｔａで作成される。上部保護層１０７とインクとの電気化学反応により薄膜領域において絶縁膜を形成することで、短絡した個所を電気的に分離することができる。これにより、短絡箇所を分離するのにヒューズ素子を使用する場合のように大きなエネルギーを必要とすることなく、比較的小さなエネルギーで記録ヘッドの信頼性を向上させることができる。さらに、短絡箇所を分離するときにはヒューズ素子を使用する場合のように高温にはならないため、ノズルへのダメージを低減することができる。

本構成において、薄膜領域１１３は、発熱抵抗体１０８（ヒーター）の断線後に陽極酸化し、Ｔａ酸化膜となって残存するため、ヒーター断線後も、その下層の保護層１０６をインクによる溶出から保護することができる。

本構成において、上述の保護層の絶縁性の確認検査後、出荷前に、インクジェット記録ヘッド内にインクを充填させた状態で共通部１１０に正の電位を印加して、薄膜領域１１３で絶縁層を形成させて、上部保護層１０７の個別部分を予め電気的に分離してもよい。これによれば、使用開始前に既に各個別部分１０７が電気的に分離されているので、使用時に短絡が生じた場合の上部保護膜１０７の広範囲にわたる連鎖的な変質を懸念する必要がなくなる。

（第２の実施形態）
図８に基づいて、本発明の第２の実施形態を具体的に説明する。第１の実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

図８（ａ）は、本発明の第２の実施形態における薄膜領域１１３の模式的平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のVIIIｂ−VIIIｂ線に沿って垂直に切断した基板の一部を示す模式的断面図である。上部保護層１０７を、厚さ３００ｎｍの上部保護層１０７ａと、厚さ３０ｎｍの上部保護層１０７ｂとの２層に分け、両者をＴａにて蓄熱層１０２上にこの順番で形成した。

図８（ｃ）〜（ｇ）は、第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程の１つの例を示す。図８（ｃ）は、第１の実施形態を説明する図６（ｂ）と同じ図であり、図の状態に至るまでの工程は第１の実施形態と同じである。

図８（ｃ）に示される状態の基板１００に対し、保護層１０６上に、上部保護層１０７ａとして、スパッタリングによりＴａ層を約３００ｎｍの厚さに形成した。そして、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングにより、上部保護層１０７ａを部分的に除去して、図８（ｄ）に示すような形状を得た。この段階では、薄膜領域１１３に相当する部分に上部保護層は存在しない。

次に、上部保護層１０７ａの上面に、上部保護層１０７ｂとして、スパッタリングによりＴａ層を約３０ｎｍの厚さに形成した。そして、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングにより、上部保護層１０７ｂを部分的に除去して、図８（ｅ）に示すような形状を得た。このとき、上部保護層１０７ｂは、先に設けられた上部保護層１０７ａを覆っている。図８（ａ）の平面図を参照して、上部保護層１０７ｂは、上部保護層１０７ａより外側にはみ出した形となっている。上部保護層１０７ｂは、先述の、上部保護層１０７ａが除去された薄膜領域１１３に相当する部分にも配設されている。

したがって、本実施形態において、上部保護層１０７の薄膜領域１１３は、Ｔａにより作成されている。この構成によれば、上部保護層１０７とインクとの電気化学反応により薄膜領域において絶縁膜を形成することで、短絡した個所を電気的に分離することができる。

この後に続く図８（ｆ）、（ｇ）に示される工程は、図６（ｅ）、（ｆ）に示される第１の実施形態と同じである。

本実施形態において、薄膜領域１１３の膜厚は上部保護層１０７ｂのスパッタリングの条件のみで決まるので、薄膜領域１１３の膜厚の精度を上げることが容易である。

（第３の実施形態）
図９に基づいて、本発明の第３の実施形態を具体的に説明する。第１の実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

図９（ａ）は、本発明の第３の実施形態における上部保護層１０７の薄膜領域１１３の模式的平面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のIXｂ−IXｂ線に沿って垂直に切断した基板の一部を示す模式的断面図である。上部保護層１０７を、厚さ５０ｎｍの上部保護層１０７ｃと、厚さ２５０ｎｍの上部保護層１０７ｄとの２層に分け、両者を蓄熱層１０２上にこの順番で形成した。上部保護層１０７ｃはＴａで構成されており、上部保護層１０７ｄは白金族金属のＩｒで構成されている。

上部保護層１０７ｃと上部保護層１０７ｄとはほぼ同じパターンで形成されているが、薄膜領域１１３においては、上部保護層１０７ｄが取り除かれ、上部保護層１０７ｃのみが存在する。

図９（ｃ）〜（ｅ）は、第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程の１つの例を示す。図９（ｃ）は、第１の実施形態を説明する図６（ｂ）と同じ図であり、図の状態に至るまでの工程は第１の実施形態と同じである。

図９（ｃ）に示される状態の基板１００に対し、保護層１０６上に、上部保護層１０７ｃとして、スパッタリングによりＴａ層を約５０ｎｍの厚さに形成した。続いて、上部保護層１０７ｄとして、スパッタリングによりＩｒ層を約２５０ｎｍの厚さに形成した。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上部保護層１０７ｄの薄膜領域１１３に対応する部分を含む部分を除去して、図９（ｄ）に示すような形状を得た。

そして、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上部保護層１０７ｃを部分的に除去して、図９（ｅ）に示すような形状を得た。このとき、図９（ａ）の平面図を参照して、上部保護層１０７ｄが配設されている領域は、上部保護層１０７ｃが配設されている領域内に収まる形となっている。また、上部保護層１０７ｄは薄膜領域１１３には存在しない。

この後に続く図９（ｆ）、（ｇ）に示される工程は、図６（ｅ）、（ｆ）に示される第１の実施形態と同じである。

上部保護層１０７ｄに用いたＩｒおよび上部保護層１０７ｃに用いたＴａの両方は、インクジェット記録ヘッドの発熱抵抗体を保護するための材料として、一般に好適に用いられている。これらの材料は、導電性を有する。

上部保護層１０７がインクを電解質溶液として電気化学反応を起こすとき、構成材料がＩｒである場合は、Ｉｒ自体が金属イオンとしてインク中に溶出する。これに対し、構成材料がＴａである場合は、陽極酸化が起こり酸化膜を形成する。本実施形態において、上部保護層１０７の薄膜領域１１３は、Ｔａにより構成されている。そのため、本実施形態においても、上部保護層１０７とインクとの電気化学反応により薄膜領域１１３において絶縁膜を形成することができ、短絡した箇所を電気的に分離することができる。

ここで、Ｉｒは、保護層１０６を形成しているＳｉＮと密着があまりよくないことが知られている。また、Ｉｒは白金族元素であり、エッチングには一般的により物理的な手法がとられる。この場合、下地のＳｉＮも速いスピードでエッチングされてしまい、保護層１０６としての機能を損なってしまう可能性がある。

これに対し、上部保護層１０７ｄと保護層１０６との間に介在する上部保護層１０７ｃのＴａは、これらの層の密着力を向上する機能を有する。

したがって、保護層１０６上に、Ｔａからなる上部保護層１０７ｃおよびＩｒからなる上部保護層１０７ｄをこの順に設ける本実施形態は、製造時のエッチング制御が容易であり、また層間の密着性が良好である。

上記実施形態においては、上部保護層の薄膜領域１１３の材料として、Ｔａを用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、薄膜領域１１３には、インクとの電気化学反応により絶縁膜に変質する材料（例えば、Ｔａ、Ｃｒ、Ｎｉまたはそれらの合金）を用いることができる。

上記実施形態においては、上部保護層１０７ｄの材料としてＩｒを用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、Ｉｒの代わりに他の白金族元素を上部保護層１０７ｄに用いてもよい。

上記実施形態においては、上部保護層を２つの層に形成した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、上部保護層を３つ以上の層に形成してもよい。また、上部保護層を複数の層に分けて形成する場合、上部保護層の材料は、薄膜領域１１３においてインクとの電気化学反応により絶縁膜に変質する材料が使用されるのであれば、１種類であっても、複数種類であってもよい。

１００ インクジェット記録用基板
１０１ 基体
１０２ 蓄熱層
１０４ 発熱抵抗体層
１０５ 電極配線層
１０６ 保護層
１０７ 上部保護層
１０８ 発熱抵抗体
１１０ 共通部
１１１ 外部電極
１１３ 薄膜領域
１２０ 流路形成部材
１２１ 吐出口
１３０ インク供給口
１３２ 液室

Claims (17)

1. 基体と、
   前記基体上に配置され、通電すると発熱する、インクを加熱するための複数の発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体上に配置され、前記発熱抵抗体を上部構成に対し電気的に絶縁する絶縁層と、
   前記絶縁層上に配置され、前記発熱抵抗体を保護し、導電性を有する保護層と、
   を備え、
   前記保護層は、前記複数の発熱抵抗体を個別に覆うように配置された個別部分と、共通部と、複数の前記個別部分と前記共通部とを接続する接続部と、を有し、
   前記接続部は、インクとの電気化学反応により絶縁性に変質する材料で構成されており、インクジェット記録ヘッドとして使用される際にインクと接触することになる位置に前記材料がインクに対して露出されるように設けられており、
   前記保護層がインクと接触した状態で、前記発熱抵抗体と前記保護層とが導通する事象が生じた場合に、前記接続部は、前記保護層と前記インクとの間の電位差による前記材料と前記インクとの電気化学反応により絶縁膜に変質することによって、前記接続部に対応する前記個別部分と他の前記個別部分とを電気的に分離し得るように構成されており、前記接続部は前記個別部分よりも厚さが薄いことを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
2. 前記接続部の厚さは、１０〜５０ｎｍである請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
3. 前記接続部は、Ｔａ、ＣｒおよびＮｉの少なくともいずれかを含んで形成されている請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
4. 前記保護層は、複数の層で形成されており、前記接続部は、前記複数の層のうちの一部の層で形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
5. 前記接続部は、前記共通部よりも厚さが薄い請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
6. 前記共通部から前記接続部を介して前記個別部分は延在しており、
   前記接続部は、前記個別部分よりも前記延在する方向に直交する方向の長さが短い請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板と、
   前記インクジェット記録ヘッド用基板の前記保護層が配置された側の上面に接合され、前記インクジェット記録ヘッド用基板との間の前記発熱抵抗体に対応する位置に、インクを貯留させることが可能な液室を画定し、前記発熱抵抗体と対向する位置に、インクを吐出するための吐出口が形成されている流路形成部材と、
   を備え、
   前記発熱抵抗体に通電することによって前記液室に貯留されたインクを加熱して、インクを発泡させることにより、前記吐出口からインク滴を吐出することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
8. 前記発熱抵抗体に印加する電位は、前記液室に貯留されたインクの電位よりも高い請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド。
9. 請求項７または８に記載のインクジェット記録ヘッドを製造するための方法であって、前記保護層がインクに接触する状態で前記共通部に通電することにより、前記接続部を絶縁膜に変質させて、前記個別部分を互いに電気的に分離させる分離工程を含むことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
10. 前記分離工程を行う前に、前記発熱抵抗体と前記保護層との間のリーク電流の検査を行う請求項９に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
11. 前記共通部に印加する電位は、前記保護層に接触するインクの電位よりも高い請求項９または１０に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
12. 請求項７または８に記載のインクジェット記録ヘッドを用いて記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置であって、前記インクジェット記録ヘッドは、前記インクジェット記録装置を通じて接地されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
13. 基体と、前記基体上に配置され、通電すると発熱する、インクを加熱するための複数の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体上に配置され、前記発熱抵抗体を上部構成に対し電気的に絶縁する絶縁層と、前記絶縁層上に配置され、前記発熱抵抗体を保護し、導電性を有する保護層と、を備え、前記保護層は、前記複数の発熱抵抗体を個別に覆うように配置された個別部分と、共通部と、複数の前記個別部分と前記共通部とを接続する接続部と、を有し、前記接続部は、インクとの電気化学反応により絶縁性に変質する材料で構成されており、インクジェット記録ヘッドとして使用される際にインクと接触することになる位置に前記材料がインクに対して露出されるように設けられており、前記接続部は前記個別部分よりも厚さが薄いインクジェット記録ヘッド用基板における、前記個別部分と他の前記個別部分との電気的分離方法であって、
    前記保護層がインクと接触した状態で、前記発熱抵抗体に通電する工程と、
    前記発熱抵抗体と前記保護層とが導通する事象が生じた場合に、前記保護層と前記インクとの間の電位差による前記材料と前記インクとの電気化学反応により、前記接続部を絶縁膜に変質することによって、前記接続部に対応する前記個別部分と他の前記個別部分とを電気的に分離する工程と、
    を含むことを特徴とする、電気的分離方法。
14. 前記接続部の厚さは、１０〜５０ｎｍである請求項１３に記載の電気的分離方法。
15. 前記接続部は、Ｔａ、ＣｒおよびＮｉの少なくともいずれかを含んで形成されている請求項１３または１４に記載の電気的分離方法。
16. 前記保護層は、複数の層で形成されており、前記接続部は、前記複数の層のうちの一部の層で形成されている請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の電気的分離方法。
17. 前記接続部は、前記共通部よりも厚さが薄い請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の電気的分離方法。

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