インクジェットヘッド用基板及びインクジェットヘッド
【課題】 高品位の記録を達成することができるとともに、サイズの増大を防止することができるインクジェットヘッド用基板を提供する。
【解決手段】 インクジェットヘッド用基板上の電極配線は、第一の部分と第二の部分とを具える。第一の部分は、電極配線の電極パッドの側から基板の長手方向に延びている。第二の部分は、第一の部分の、電極パッドの側とは反対の側からエネルギー発生体に向かって長手方向に関して交差する交差方向に延び、抵抗素子が設けられている。抵抗素子の抵抗値は、各抵抗素子が設けられた電極配線の抵抗値に応じて互いに異なる。
【解決手段】 インクジェットヘッド用基板上の電極配線は、第一の部分と第二の部分とを具える。第一の部分は、電極配線の電極パッドの側から基板の長手方向に延びている。第二の部分は、第一の部分の、電極パッドの側とは反対の側からエネルギー発生体に向かって長手方向に関して交差する交差方向に延び、抵抗素子が設けられている。抵抗素子の抵抗値は、各抵抗素子が設けられた電極配線の抵抗値に応じて互いに異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生体が設けられたインクジェットヘッド用基板（以下、単に「基板」とも称する）及び該基板を具えたインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されたインクジェット方式は、基板に対しインク供給口から垂直にインクを吐出する方式のインクジェット記録装置である。
【０００３】
この種のインクジェット記録装置に搭載されている基板は、長方形の開口部を形成するインク供給口を基板の中央に貫通するように有している。基板は、高密度にあるいは多色のインクをインク供給口から吐出口に供給する。発熱抵抗素子は、そのインク供給口の長辺に沿って配列されており、電極パッドとの間を配線で接続し、電極パッドからの電流の供給を受ける。
【０００４】
電極パッドはインク供給口の短辺と水平な基板外周の辺と垂直に設けられており、その位置で外部配線板との接続が行なわれている。基板の外周の辺に沿って、インク供給口の短辺に平行するように電極パッドが設けられると、電極パッドから発熱抵抗素子に達するまでの電極配線の長さは伸びる。電極配線の長さと電極配線の抵抗は比例するので、電極配線の長さが伸びると、電極配線の抵抗は大きくなる。この場合、同じ電極配線に接続している発熱抵抗素子を複数同時に駆動すると、同時駆動の数によって、配線部分での電圧降下差が大きく異なり、適正な発泡を得ることが困難になり、高品位な記録が困難になってしまう。
【０００５】
ここで、特許文献２に記載されたインクジェット記録ヘッドは、基板上に配置している複数の発熱抵抗素子を一つのブロックとして扱っており、複数のブロックを有している。各ブロックの中から一つの発熱抵抗素子のみが同時駆動する。これをブロック時分割駆動という。これによると、発熱抵抗素子に接続される配線部分での電圧降下の差を一定にすることができるので、適正な発泡が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−９５１５４号公報
【特許文献２】特開平１０―４４４１６号公報
【特許文献３】特開昭６２−１３３６７号公報（第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、基板上の電極配線の幅が太くなると、基板のサイズも増大してしまうという問題点があった。
【０００８】
特許文献３には、各発熱抵抗素子の発熱温度を略一定にすることにより濃度のむらを抑制できるサーマルヘッドが開示されている。発熱抵抗素子の一端には、個別電極が接続される。発熱抵抗素子のもう一端には、共通電極が接続される。各々の発熱抵抗素子は、予め定められた間隔で並列になるように配置されている。これらの発熱抵抗素子は８つのブロックに分けられ、電流の流れを制限するためのＬ字型のスリットがブロック間に設けられている。Ｌ字型のスリットにより区切られた共通電極の各電流通路には、電圧を微調整するための抵抗体が配置されている。
【０００９】
しかしこの場合も、抵抗体を配置するために基板上の電極配線の幅をある程度以上に太くする必要があり、基板のサイズが増大してしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明は、高品位の記録を達成することができるとともに、サイズの増大を防止することができるインクジェットヘッド用基板及び該基板を具えたインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のインクジェットヘッド用基板は、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生体が設けられたインクジェットヘッド用基板であって、前記複数のエネルギー発生体は前記基板の長手方向に列状に設けられており、前記長手方向に関して交差する交差方向に延びた、前記基板の辺、の近くに配され、前記基板の外部と電気的な接続を行うための電極パッドと、前記複数のエネルギー発生体と前記電極パッドとを電気的に接続するための複数の電極配線と、該複数の電極配線にそれぞれ設けられた複数の抵抗素子と、を有し、前記複数の電極配線はそれぞれ、各電極配線の前記電極パッドの側から前記長手方向に延びた第一の部分と、該第一の部分の、前記電極パッドの側とは反対の側から前記エネルギー発生体に向かって前記交差方向に延び前記抵抗素子が設けられた第二の部分とを具え、複数の前記抵抗素子の抵抗値は、各抵抗素子が設けられた電極配線の抵抗値に応じて互いに異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、調整用の抵抗素子によってエネルギー発生体と電極パッドとの間の電位差を互いに同等とすることができるので、各吐出口からのインクの吐出が安定して高品位の記録を達成することができる。また、基板の長手方向に延びた電極配線は最小の幅で配置することができるので、インクジェットヘッド用基板のサイズ（幅）の増大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態におけるインクジェット記録システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態におけるインクジェット記録装置を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）は本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。（Ｂ）は本実施形態におけるインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）は本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板の上面図である。（Ｂ）は本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板の回路図である。
【図５】本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板を製造する手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明を適用可能なインクジェット記録装置の構成例について説明する。図１は本実施形態におけるインクジェット記録システムの構成を示すブロック図である。本インクジェット記録システムはホストコンピュータなどのホスト装置２１０及びインクジェット記録装置２００を有している。
【００１５】
ホスト装置２１０は、インクジェット記録装置２００と接続しており、画像などの記録データを示す記録データ信号をインクジェット記録装置２００に送信する。ホスト装置２１０とインクジェット記録装置２００との接続は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ケーブルなどのケーブル２２０を介した接続であってもよい。または、ホスト装置２１０とインクジェット記録装置２００との接続は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線あるいは赤外線による接続であってもよい。
【００１６】
インクジェット記録装置２００は、ホスト装置２１０から記録データ信号を受信すると、熱エネルギーの発生などインクの液滴を吐出するための処理を行なって、記録データを記録用紙３０７に記録する。
【００１７】
図３（Ｂ）は本実施形態におけるインクジェット記録装置３００の斜視図である。インクジェット記録装置３００は、ヘッド移動機構３０２、キャリッジ３０３、ガイドシャフト３０４、用紙搬送機構３０６、及び記録ヘッド４００を有している。
【００１８】
インクジェット記録装置３００は印字方式の一例としてシリアルスキャンタイプの記録装置である。このインクジェット記録装置３００は、矢印Ｘに示される主走査方向に記録ヘッド４００を往復移動させることにより、記録データを記録用紙に記録する。
【００１９】
インクジェット記録装置２００は自由に着脱できる記録ヘッド４００をキャリッジ３０３上に更に搭載している。このキャリッジ３０３は、ガイドシャフト３０４などにより支持されており、ヘッド移動機構３０２の駆動により記録ヘッド４００と共にガイドシャフト３０４上を主走査方向に移動する。
【００２０】
キャリッジ３０３上に支持されている記録ヘッド４００と対向する位置には、用紙搬送機構３０６が配置されている。用紙搬送機構３０６はプラテンローラ３０５を有しており、このプラテンローラ３０５の駆動によって、記録用紙３０７が矢印Ｙに示される副走査方向に順次搬送される。
【００２１】
図３（Ａ）は本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。ＴＡＢテープ２０１がインクタンク２０４の壁面に接合され、そのインナーリード部が封止剤２０５で封止されている。さらに、ＴＡＢテープ２０１はインクタンク２０４の壁面に沿って折り曲げられ、コンタクトパッド２０２が設けられている部分がインクタンク２０４の壁面に密着固定されている。なお、図３（Ａ）では基板２０３を上に向けた状態を示しているが、記録ヘッドがインクジェット記録装置に装着される際は、基板２０３は下向きの姿勢となる。
【００２２】
図２は本実施形態におけるインクジェット記録装置の構成を示すブロック図である。インクジェット記録装置２００は、ヘッド移動機構３０２、用紙搬送機構３０６、移動制御回路３１１、制御部３１２、データ入力回路３１３、及び記録ヘッド４００を有している。
【００２３】
移動制御回路３１１は、用紙搬送機構３０６と接続しており、また、ヘッド移動機構３０２を介して記録ヘッド４００と接続している。記録ヘッド４００は、データ入力回路３１３と接続しており、また、ヘッド移動機構３０２を介して移動制御回路３１１と接続している。制御部３１２は移動制御回路３１１及びデータ入力回路３１３と接続している。また、制御部３１２は、通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）３１５に接続されたケーブル２２０を介してホスト装置２１０と接続している。
【００２４】
制御部３１２は、ホスト装置２１０（不図示）から記録データ信号を受信すると、データ入力回路３１３に記録データ信号を出力すると共に、ヘッド移動機構３０２及び用紙搬送機構３０６の制御を開始し、ヘッド移動機構３０２と用紙搬送機構３０６の同期を取る。データ入力回路３１３は、ヘッド移動機構３０２及び用紙搬送機構３０６と同期して、制御部３１２からの記録データ信号を記録ヘッド４００に出力し、記録ヘッド４００による記録データの記録が行なわれる。
【００２５】
記録ヘッド４００はインクタンク（不図示）から常時供給されるインクを保持している。記録ヘッド４００には、記録ロジック回路（不図示）が設けられている。記録ロジック回路は、データ入力回路３１３から記録データを受け取ると、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生体が駆動される。本実施形態では、エネルギー発生体として後述する多数の発熱抵抗素子（不図示）を選択し、発熱抵抗素子（不図示）を発熱させる。選択された発熱抵抗素子の発熱により、保持しているインクが発泡され、選択された発熱抵抗素子に対応する吐出口からインクの液滴が吐出される。この液滴が記録用紙３０７（不図示）の表面に付着することによって、ドットマトリクスの画像が形成される。
【００２６】
本実施形態の記録ヘッド４００は、インクジェット記録基板４０１と、インクの吐出口が設けられた部材と、を有する。図４（Ａ）は本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板４０１の上面図である。図４（Ｂ）は本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板の回路図である。
【００２７】
基板４０１は、電極パッド４０２、インク供給口４０３、発熱抵抗素子４０５、駆動素子４０６、電極配線４１０Ａ，４１０Ｂ、及び電圧を調整するための抵抗素子（以下、「調整抵抗素子」とも称する）４１１を有している。
【００２８】
基板４０１の上層に、インクを吐出するための複数のインク流路とそのインク流路に連通する吐出口（不図示）とがフォトリソグラフィ技術により形成される。また、基板４０１の下部に、インクタンクからインク供給口４０３にインクを供給するためのインク供給部（不図示）が連結される。
【００２９】
基板４０１は、Ｓｉ（Ｓｉｌｉｃｏｎ）基板が用いられる。この基板には少なくとも一つのインク供給口４０３が設けられている。このインク供給口４０３はインク供給部からインク流路にインクを供給するため、基板を貫いている。
【００３０】
基板４０１の上面には、インク供給口４０３の長辺にそって複数の発熱抵抗素子４０５が基板の長手方向に延びる様にインク供給口４０３の両側に一列ずつ列状に配されている。また、その外側に駆動素子４０６が列状に配されている。
【００３１】
電極パッド４０２は、インク供給口４０３の短辺と平行な基板外周の辺（基板の長手方向に関して交差する交差方向に延びた辺）に沿って近くに配列しており、外部配線板（不図示）と電気的に接続している。本実施形態では、基板の長手方向とそれに交差する交差方向とが直角を形成している。電極パッド４０２上のバンプ（不図示）と電気配線テープの電極リード（不図示）は熱圧着法などによって電気接合されている。
【００３２】
発熱抵抗素子４０５は一端を電極配線４０１Ａに、他方を駆動素子４０６に接続している。駆動素子４０６はもう一方を電極配線４１０Ｂに接続している。すなわち、電極配線４１０Ｂと発熱抵抗素子４０５との間には、発熱抵抗素子４０５を駆動するための駆動素子４０６が設けられている。電極配線４１０Ｂは、駆動素子４０６を介在させた状態で複数の発熱抵抗素子４０５と電極パッド４０２とを電気的に接続している。本願において「電気的に接続」するとは、この様に素子を介在させた状態で接続している場合も含む表現として用いることとする。電極配線４０１は電極パッド４０２付近で電極配線Ａ４０１Ａと電極配線Ｂ４０１Ｂそれぞれに一つにまとめられており、異なる電極パッド４０２に接続されている。電極配線４０１はインク供給口を挟んで１対ずつある。反対側の基板外周の辺に配列されている電極パッド（不図示）につながる電極配線（不図示）が同様にある。そのため本実施例に於いては、一つのインク供給口に対し４対の電極配線４０１（４つの電極配線４０１Ａと４つの電極配線４０１Ｂ）をもっている。
【００３３】
電極パッド４０２は、その他にデータ入力回路３１３から記録ロジック回路（不図示）に、電気信号を送る為にも用いる。記録ロジック回路はその信号で、選択された駆動素子４０６を動かし、電極配線４０１を通じて発熱抵抗素子４０５に電流を流す。
【００３４】
インク供給口４０３からのインクはインク流路から吐出口まで充填されている。電流を流すことにより発熱抵抗素子４０５を発熱させ、発熱によって発生した熱エネルギーをインク流路中のインクに伝えてインク中に気泡を発生させる。この気泡の発生によって、吐出口からインクの液滴が吐出される。
【００３５】
以下に電極配線４１０に関する部分について詳細に述べる。
【００３６】
発熱抵抗素子４０５は複数のブロック（一例としてブロック１からブロック６）に分類されている。記録ロジック回路による駆動素子４０６の駆動の制御によって、同じブロック内の各発熱抵抗素子４０５が同時に駆動されることはない。本実施形態は、便宜上、ブロック内に４個の発熱抵抗素子４０５が基板上に配置されている例を示しているが、一般的には１６個以上の発熱抵抗素子４０５が基板上に配置される。
【００３７】
電極配線４１０Ａの第一の部分４１０Ａ−１（不図示）は、電極配線Ａ用の電極パッド４０２から、発熱抵抗素子４０５の列と平行に、発熱抵抗素子４０５の外側にある駆動素子４０６の上部まで伸びている。電極配線４１０Ａの第二の部分４１０Ａ−２（不図示）は、第一の部分４１０Ａ−１に連続的に形成しており、発熱抵抗素子の列と垂直に、駆動素子４０６の上部からインク供給口４０３に向かって伸びて、発熱抵抗素子４０５の一端と接続している。発熱抵抗素子４０５のもう一端は、駆動素子４０６を介して電極配線４１０Ｂの第二の部分４１０Ｂ−２に接続している。電極配線４１０Ｂの第一の部分４１０Ｂ−１は、第二の部分４１０Ｂ−２のもう一端と連続的に形成しており、インク供給口４０３に沿うように、電極配線４１０Ｂ用の電極パッド４０２と接続している。
【００３８】
それぞれの電極配線はブロックごとに長さが異なるので、電極配線４１０の抵抗値がブロックごとで変わってしまう。この抵抗値を調整せずに印字が行なわれると、発熱抵抗素子４０５に印加される電圧が各ブロックでばらつき、適正な熱エネルギーを発生させることができない。熱エネルギーが低過ぎれば、インクの液滴が形成されず、インクは吐出されない。一方、熱エネルギーが高過ぎれば、インクの液滴の大きさが変化したり発熱抵抗素子４０５が早期に断線したりしてしまう。そのため、電極配線の幅を互いに異ならせることでそれぞれの配線抵抗値をブロック同士で一致させておくのが好ましい。
【００３９】
より長い印字幅を達成するために発熱抵抗素子を増やして基板４０１のサイズを長くすると、一番太い幅を有する電極配線よりもさらに太い幅を有する電極配線を増やすことになる。その太い幅を有する電極配線であっても他の電極配線と同じ数（図では４つ）の発熱抵抗素子４０５を接続できるに過ぎない。従って、印字幅の長さを伸ばそうとすると基板の幅が急激に増大し、記録ヘッドに搭載することが困難となる。
【００４０】
本実施形態によれば、電極配線４１０の第一の部分４１０Ａ−１，４１０Ｂ−１は全て同じ幅になっており、基板の幅が増大することを防止している。この場合、分岐した電極配線４１０の第一の部分４１０Ａ−１，４１０Ｂ−１では、各ブロックで配線抵抗４１２の抵抗値が異なっており、このままでは適正な熱エネルギーを同時に発生させることができない。そこで、本実施形態では、調整抵抗素子４１１を基板４０１上に新たに設けることによって、異なる配線抵抗４１２の抵抗値が同じになるように調整している。本実施形態では、同じ電極パッドと接続されている電極配線の中で、電極パッドから最も遠いブロックと接続されている電極配線には調整抵抗素子が設けられていない。また、電極パッドに最も近いブロックに接続されている電極配線の調整抵抗素子の抵抗値が最大とされている。すなわち、複数の発熱抵抗素子４０５のうち電極パッド４０２からの距離が小さい発熱抵抗素子４０５ほど、対応して設けられた調整抵抗素子４１１の抵抗値が大きい。調整抵抗素子４１１について、図４の実施形態では電極配線の第二部分４１０Ｂ−２における発熱抵抗素子４０５寄り（図４における右側寄り）の位置に設けられている。が、位置はこれに限られず、電極配線の第二部分４１０Ｂ−２における他の位置に設けられてもよい。
【００４１】
調整抵抗素子４１１としては、電極配線４１０とは別の層のポリシリコンなどの抵抗素子を用いることが考えられる。しかし、配線層間の絶縁層を通過するためのスルーホールが必要となり、また、電極配線の下に積層されている駆動素子や選択回路など他の素子の配線層を避けなければならない。また、基板内に導電型不純物を拡散した拡散層を利用した拡散層抵抗を用いる場合、基板に拡散抵抗を配置するためのスペースを確保する必要がある。
【００４２】
本実施形態では、基板４０１は発熱抵抗素子４０５となる部分を含む抵抗層の別の部分を調整抵抗素子４１１とする。これによれば、発熱抵抗素子４０５を形成する抵抗層と電極配線とは間に絶縁層を持たない連続した層として成膜されるので、発熱抵抗素子４０５を形成する際に、配線層間のスルーホールが不要となる。また、他の配線層に影響を与えることもない。
【００４３】
図５は本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板を製造する手順を示す図である。
【００４４】
まず、Ｓｉ基板５００に駆動素子と選択回路（いずれも不図示）を形成する。続いて、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、電極配線との層間の絶縁膜となるＳｉＯ膜５０１を形成する（図５Ａ）。スルーホールを設けた後、発熱抵抗素子４０５の材料となるＴａＳｉＮ層５０２をスパッタリング法によって約５００Åの厚さに形成し、その後、電極配線層となるＡＬ層５０３を約３５００Åの厚さに形成する（図５Ｂ）。ＴａＳｉＮ層とＡＬ層とをフォトリソグラフィ法によって予め定められた形状にパターニングする。ＢＣｌ３ガスを用いたドライエッチングによって、ＡＬ層とＴａＳｉＮ層を同時にパターニングした形状にする（図５Ｃ）。発熱抵抗素子４０５の配置部分と電極配線４１０の調整抵抗の配置部分とを、フォトリソグラフィ法によって、予め定められた形状にパターニングする。リン酸を主成分とするウェットエッチングによって、発熱抵抗素子４０５の配置部分と電極配線４１０の調整抵抗の配置部分をパターニングした形状にする（図５Ｄ）。
【００４５】
さらに、プラズマＣＶＤ法によって、保護膜となるＳｉＮ膜５０４を約３０００Åの厚さに形成する（図５Ｅ）。スパッタリング法によって、耐キャビテーション膜となるＴａ膜を約２０００Åの厚さに形成する。そして、フォトリソグラフィ法によって、Ｔａ膜５０５及びＳｉＮ膜をドライエッチングして、予め定められた形状とする（図５Ｆ）。最後に、フォトリソグラフィ法を用いることによって、インク流路を有機樹脂層によって３次元的に形成する。このような手順に沿って、基板４０１の製造が行なわれる。
【００４６】
これによれば、電極配線４１０の第一の部分４１０Ａ−１，４１０Ｂ−１の配線抵抗４１２の抵抗値を調整する調整抵抗素子４１１は発熱抵抗素子４０５と同じ層で形成されるので、工程数を増やさずに基板４０１を製造することができる。また、上述したように駆動素子や選択回路の配置に影響を与えることもない。
【００４７】
上述した工程により、発熱抵抗素子層の抵抗値には３５０Ω／□程度のシート抵抗が形成されており、電極配線層の抵抗値には８０ｍΩ／□程度のシート抵抗が形成されている。シート抵抗とは、一様の厚さを持つ薄い膜の正方形のパターンにおいて、一辺より並行なもう一辺までの間に電流を流したときの抵抗である。
【００４８】
発熱抵抗素子４０５が６００ｄｐｉ（Ｄｏｔｓ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）の密度で配置されると、１インチは２５．４ｍｍであるので、発熱抵抗素子４０５が配置されるピッチは２５．４÷６００＝０．０４２３ｍｍ（４２．３μｍ）となる。一つの電極配線に１６個の発熱抵抗素子４０５が接続されていると、そのために必要な幅は０．０４２３ｍｍ×１６個＝０．６７７３ｍｍ（６７７μｍ）となる。この６７７μｍが時分割駆動されるブロック１つ分の長さとなり、この長さは隣接する電極配線の長さの差に等しい。電極配線層における配線シートの抵抗は上述したように８０ｍΩ／□である。一本の電極配線が、ブロック１つ分の長さで持つ抵抗値は、例えば電極配線の幅が６μｍとすると、６７７μｍ÷６μｍ×８０ｍΩ／□≒１０Ωとなる。
【００４９】
図４（Ａ）では、電極配線４１０Ｂは発熱抵抗素子４０５に接続されている６つのブロック（ブロック１からブロック６）に分かれており、また、電極パッド４０２の付近は１ブロックの長さと等しい（ブロック０）となっている。
【００５０】
このとき図４（Ｂ）の回路図をみると、電極配線Ａ４１０Ａの部分に於いては配線抵抗４１２と調整抵抗４１１がブロック毎につながっている。各ブロックにつながる電極配線Ａ４１０Ａは、６μｍと同じ幅となっている。配線抵抗４１２の抵抗値は電極パッド４０２から各ブロックまでの長さと比例している。前述のように１つのブロックの長さによる抵抗値の差が１０Ωとすると、配線抵抗４１２は、ブロック１では１０Ω、ブロック２では２０Ωとなり、ブロック６では６０Ωである。
【００５１】
このとき、どのブロックでも調整抵抗４１１と配線抵抗値４１２の和が、ブロック６の配線抵抗４１２の抵抗値と等しくなるように調整する。調整抵抗４１１はブロック１で一番大きく５０Ω、ブロック２では４０Ωとなり、ブロック６では０Ωとなる。つまり、調整抵抗４１１の抵抗値が最少となるようにすると、図４（Ｂ）のように調整抵抗がいらなくなる。
【００５２】
このように調整抵抗４１１の抵抗値を調整することで、調整抵抗４１１と配線抵抗４１２の和が１〜６ブロックで等しく６０Ωとなり、どのブロックの発熱抵抗体４０５でも適正な熱エネルギーを発生させることができる。
【００５３】
ここで、調整抵抗素子４１１を発熱抵抗素子層で形成しようとすると、以下のような問題がある。
【００５４】
電極配線４１０の第一の部分４１０Ｂ−１の幅と電極配線４１０の第二の部分４１０Ｂ−２の幅が例えば６μｍとする。一方、発熱抵抗素子４０５の幅は、インクの吐出量から予め決まっており、一般的には１０μｍ以上であり、例えば１２μｍとする。この場合、電極配線４１０の第一の部分４１０Ｂ−１の抵抗に発熱抵抗素子層で用いた抵抗をそのまま使うと、同じ電流がおよそ発熱抵抗素子４０５の半分の幅をもつ電極配線４１０Ｂ−１に流れ込む。それによって、電流密度が２倍となり単位面積あたりのエネルギーは４倍になる。電極配線４１０は、インクに触れて冷却されることもないため、発熱抵抗素子４０５より先に断線してしまうなど信頼性が低下してしまう。
【００５５】
ここで、発熱抵抗層を用いた調整抵抗素子４１１を、電極配線４１０の第一の部分４１０Ｂ−１に形成した場合を考える。電極配線４１０の第一の部分４１０Ｂ−１の幅が上述の６μｍであれば、調整抵抗素子の長さは６μｍ×１０Ω÷３５０Ω／□≒０．２μｍとなる。このような調整抵抗素子４１１は、ウェットエッチングでは形成が困難である。
【００５６】
上述の問題を電極パッド４０２付近の面積を増やすることにより、電極パッド４０２付近に幅の広い調整抵抗素子４１１を精度よく形成できたとしよう。この場合、調整抵抗素子４１１と配線抵抗４１２とを合わせた抵抗値の半分以上が、電極パッド４０２に集中してしまう。
【００５７】
この場合、電極パッド４０２付近（ブロック０）の抵抗値は、調整抵抗素子の抵抗値を考慮して２１０Ω（＝１０Ω＋２０Ω＋３０Ω＋４０Ω＋５０Ω＋６０Ω）となる。一方、一つの電極パッドから６本の電極配線が分岐しており、電極配線の全体の抵抗値は、調整抵抗素子の抵抗を含めれば一番長い電極配線の抵抗値に電極配線の本数を乗算した３６０Ω（＝６０Ω×６本）である。従って、２１０Ω／３６０Ω≒５８％の割合の抵抗が電極パッド４０２部に集中する。しかも、上述したようにインクに触れて冷却されることもないため、基板の電極パッド４０２の付近が非常に高い温度になり、基板の熱の分布が偏ってしまう。
【００５８】
また、温度変化によるインクの粘度の変化も大きな問題である。基板４０１の温度が異常に上昇するとインクの粘度が下がり、同じ熱エネルギーをインクに加えても、吐出されるインクの量が増えてしてしまう。一般的には、基板全体で一律に発熱抵抗素子４０５に電圧を印加する時間を短くしてエネルギーを抑え、適性な吐出量に補正する制御が行なわれる。しかし、電極パッド４０２の付近のように一部だけが高い温度になったときは、基板全体での制御では適正にできない。その結果、温度分布により吐出量がばらつき濃度のムラが発生し、品質が低下してしまう。
【００５９】
このように調整抵抗素子４１１を電極パッド４０２付近に配置すると、信頼性や品質の低下といった問題を引き起こしてしまう。本実施形態では、電極配線４１０の第二の部分に調整抵抗素子４１１を設けることにしている。発熱抵抗素子４０５の密度が６００ｄｐｉであり、発熱抵抗素子４０５が１ブロック内に１６個含まれているとする。この場合、１ブロックの幅は、２５．４÷６００×１６＝０．６７７ｍｍ（６７７μｍ）となる。従って、配線間のスペースを考慮しても、調整抵抗素子４１１に約６００μｍの幅が確保できる。これは発熱抵抗素子４１１の少なくとも１６倍より広い幅であり、流れる電流密度も発熱抵抗素子４１１の１／１６より少ない。面積あたりのエネルギーが大幅に減少する為、発熱抵抗素子４１１の１６倍の回数電流が流れても、発熱抵抗体４１１より高い信頼性を確保できる。
【００６０】
また、発熱抵抗層におけるシート抵抗は上述したように３５０Ω／□であり、調整抵抗素子４１１に約６００μｍの幅が確保されれば、幅が６００μｍの電極配線４１０の第二の部分４１０Ｂ−２の長さは、６００μｍ×１０Ω÷３５０Ω／□≒２０μｍとなる。２０μｍの長さを確保することができれば、ウェットエッチングでも安定的に調整抵抗素子４１１を形成することができる。また、ブロックごとに調整抵抗素子４１１の抵抗値を変えなければいけないが、２０μｍほどの長さがあれば調整抵抗素子４１１の長さを変更して抵抗を調整できる。そのため、基板の長さに対する影響が抑制され、基板のサイズが増大することを防止できる。
【００６１】
また、調整抵抗素子４１１が基板内に分散して配置されるため、発熱も分散される。例えば、上述の計算結果を用いると、ブロック０の発熱抵抗素子に接続されている配線の抵抗値の和はそれぞれ６０Ω（＝１０Ω×６）となる。電極配線全体の抵抗は３６０Ωであるので、全体の約１７％が電極パッド付近に集中しており、上述の５８％と比較すると全体の抵抗に対する割合が大幅に減少している。
【００６２】
また、一番抵抗値が高くなるブロック１の調整抵抗素子４１１の抵抗値は、６０Ω（ブロック１の発熱抵抗素子に接続される配線の抵抗値）−１０Ω（ブロック０の部分での配線抵抗の抵抗値）＝５０Ωとなる。また、ブロック２からブロック６の発熱抵抗素子４０５に接続される配線のブロック１における抵抗値の総和は、５本（ブロック１から後の配線本数）×１０Ω（ブロック１の部分での配線抵抗の抵抗値）＝５０Ωである。
【００６３】
従って、ブロック１の抵抗値は１００Ω（＝５０Ω＋５０Ω）となり、電極配線４１０の全体の抵抗は３６０Ωであるので、全体の約２８％にすぎない。これにより、抵抗の分布が均一となり、それに伴って均一な熱の分布が得られる。これによれば、調整抵抗素子４１１は、基板に広く配置され温度が局部的に上昇することを防くので、濃度ムラの発生が抑制される。また、印字を中断する時間が軽減されるので、印字速度を維持できる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、調整抵抗素子４１１を基板に設けることによって、温度分布が均一になり、インクの濃度のムラによる印字品位や温度の上昇による印字速度の低下を防ぐことができる。また、分岐した電極配線は最小の幅で配置することができるので、基板のサイズの増大を防止することができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、電極配線４１０Ａおよび電極配線４１０Ｂそれぞれに調整抵抗素子４１１を設けている例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。他の例として、どちらか一方の電極配線だけに調整抵抗素子４１１を用いて、電極配線４１０Ａ及び電極配線４１０Ｂの双方の抵抗値を調節してもよい。
【符号の説明】
【００６６】
２００ インクジェット記録装置
２１０ ホスト装置
３０２ ヘッド移動機構
３０６ 用紙搬送機構
３１１ 移動制御回路
３１２ 制御部
３１３ データ入力回路
３１５ Ｉ／Ｆ部
４００ 記録ヘッド
４０１ インクジェット記録基板
４０２ 電極パッド
４０３ インク供給口
４０５ 発熱抵抗素子
４０６ 駆動素子
４１０ 電極配線
４１１ 調整抵抗素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生体が設けられたインクジェットヘッド用基板（以下、単に「基板」とも称する）及び該基板を具えたインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されたインクジェット方式は、基板に対しインク供給口から垂直にインクを吐出する方式のインクジェット記録装置である。
【０００３】
この種のインクジェット記録装置に搭載されている基板は、長方形の開口部を形成するインク供給口を基板の中央に貫通するように有している。基板は、高密度にあるいは多色のインクをインク供給口から吐出口に供給する。発熱抵抗素子は、そのインク供給口の長辺に沿って配列されており、電極パッドとの間を配線で接続し、電極パッドからの電流の供給を受ける。
【０００４】
電極パッドはインク供給口の短辺と水平な基板外周の辺と垂直に設けられており、その位置で外部配線板との接続が行なわれている。基板の外周の辺に沿って、インク供給口の短辺に平行するように電極パッドが設けられると、電極パッドから発熱抵抗素子に達するまでの電極配線の長さは伸びる。電極配線の長さと電極配線の抵抗は比例するので、電極配線の長さが伸びると、電極配線の抵抗は大きくなる。この場合、同じ電極配線に接続している発熱抵抗素子を複数同時に駆動すると、同時駆動の数によって、配線部分での電圧降下差が大きく異なり、適正な発泡を得ることが困難になり、高品位な記録が困難になってしまう。
【０００５】
ここで、特許文献２に記載されたインクジェット記録ヘッドは、基板上に配置している複数の発熱抵抗素子を一つのブロックとして扱っており、複数のブロックを有している。各ブロックの中から一つの発熱抵抗素子のみが同時駆動する。これをブロック時分割駆動という。これによると、発熱抵抗素子に接続される配線部分での電圧降下の差を一定にすることができるので、適正な発泡が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−９５１５４号公報
【特許文献２】特開平１０―４４４１６号公報
【特許文献３】特開昭６２−１３３６７号公報（第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、基板上の電極配線の幅が太くなると、基板のサイズも増大してしまうという問題点があった。
【０００８】
特許文献３には、各発熱抵抗素子の発熱温度を略一定にすることにより濃度のむらを抑制できるサーマルヘッドが開示されている。発熱抵抗素子の一端には、個別電極が接続される。発熱抵抗素子のもう一端には、共通電極が接続される。各々の発熱抵抗素子は、予め定められた間隔で並列になるように配置されている。これらの発熱抵抗素子は８つのブロックに分けられ、電流の流れを制限するためのＬ字型のスリットがブロック間に設けられている。Ｌ字型のスリットにより区切られた共通電極の各電流通路には、電圧を微調整するための抵抗体が配置されている。
【０００９】
しかしこの場合も、抵抗体を配置するために基板上の電極配線の幅をある程度以上に太くする必要があり、基板のサイズが増大してしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明は、高品位の記録を達成することができるとともに、サイズの増大を防止することができるインクジェットヘッド用基板及び該基板を具えたインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のインクジェットヘッド用基板は、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生体が設けられたインクジェットヘッド用基板であって、前記複数のエネルギー発生体は前記基板の長手方向に列状に設けられており、前記長手方向に関して交差する交差方向に延びた、前記基板の辺、の近くに配され、前記基板の外部と電気的な接続を行うための電極パッドと、前記複数のエネルギー発生体と前記電極パッドとを電気的に接続するための複数の電極配線と、該複数の電極配線にそれぞれ設けられた複数の抵抗素子と、を有し、前記複数の電極配線はそれぞれ、各電極配線の前記電極パッドの側から前記長手方向に延びた第一の部分と、該第一の部分の、前記電極パッドの側とは反対の側から前記エネルギー発生体に向かって前記交差方向に延び前記抵抗素子が設けられた第二の部分とを具え、複数の前記抵抗素子の抵抗値は、各抵抗素子が設けられた電極配線の抵抗値に応じて互いに異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、調整用の抵抗素子によってエネルギー発生体と電極パッドとの間の電位差を互いに同等とすることができるので、各吐出口からのインクの吐出が安定して高品位の記録を達成することができる。また、基板の長手方向に延びた電極配線は最小の幅で配置することができるので、インクジェットヘッド用基板のサイズ（幅）の増大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態におけるインクジェット記録システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態におけるインクジェット記録装置を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）は本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。（Ｂ）は本実施形態におけるインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）は本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板の上面図である。（Ｂ）は本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板の回路図である。
【図５】本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板を製造する手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明を適用可能なインクジェット記録装置の構成例について説明する。図１は本実施形態におけるインクジェット記録システムの構成を示すブロック図である。本インクジェット記録システムはホストコンピュータなどのホスト装置２１０及びインクジェット記録装置２００を有している。
【００１５】
ホスト装置２１０は、インクジェット記録装置２００と接続しており、画像などの記録データを示す記録データ信号をインクジェット記録装置２００に送信する。ホスト装置２１０とインクジェット記録装置２００との接続は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ケーブルなどのケーブル２２０を介した接続であってもよい。または、ホスト装置２１０とインクジェット記録装置２００との接続は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線あるいは赤外線による接続であってもよい。
【００１６】
インクジェット記録装置２００は、ホスト装置２１０から記録データ信号を受信すると、熱エネルギーの発生などインクの液滴を吐出するための処理を行なって、記録データを記録用紙３０７に記録する。
【００１７】
図３（Ｂ）は本実施形態におけるインクジェット記録装置３００の斜視図である。インクジェット記録装置３００は、ヘッド移動機構３０２、キャリッジ３０３、ガイドシャフト３０４、用紙搬送機構３０６、及び記録ヘッド４００を有している。
【００１８】
インクジェット記録装置３００は印字方式の一例としてシリアルスキャンタイプの記録装置である。このインクジェット記録装置３００は、矢印Ｘに示される主走査方向に記録ヘッド４００を往復移動させることにより、記録データを記録用紙に記録する。
【００１９】
インクジェット記録装置２００は自由に着脱できる記録ヘッド４００をキャリッジ３０３上に更に搭載している。このキャリッジ３０３は、ガイドシャフト３０４などにより支持されており、ヘッド移動機構３０２の駆動により記録ヘッド４００と共にガイドシャフト３０４上を主走査方向に移動する。
【００２０】
キャリッジ３０３上に支持されている記録ヘッド４００と対向する位置には、用紙搬送機構３０６が配置されている。用紙搬送機構３０６はプラテンローラ３０５を有しており、このプラテンローラ３０５の駆動によって、記録用紙３０７が矢印Ｙに示される副走査方向に順次搬送される。
【００２１】
図３（Ａ）は本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。ＴＡＢテープ２０１がインクタンク２０４の壁面に接合され、そのインナーリード部が封止剤２０５で封止されている。さらに、ＴＡＢテープ２０１はインクタンク２０４の壁面に沿って折り曲げられ、コンタクトパッド２０２が設けられている部分がインクタンク２０４の壁面に密着固定されている。なお、図３（Ａ）では基板２０３を上に向けた状態を示しているが、記録ヘッドがインクジェット記録装置に装着される際は、基板２０３は下向きの姿勢となる。
【００２２】
図２は本実施形態におけるインクジェット記録装置の構成を示すブロック図である。インクジェット記録装置２００は、ヘッド移動機構３０２、用紙搬送機構３０６、移動制御回路３１１、制御部３１２、データ入力回路３１３、及び記録ヘッド４００を有している。
【００２３】
移動制御回路３１１は、用紙搬送機構３０６と接続しており、また、ヘッド移動機構３０２を介して記録ヘッド４００と接続している。記録ヘッド４００は、データ入力回路３１３と接続しており、また、ヘッド移動機構３０２を介して移動制御回路３１１と接続している。制御部３１２は移動制御回路３１１及びデータ入力回路３１３と接続している。また、制御部３１２は、通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）３１５に接続されたケーブル２２０を介してホスト装置２１０と接続している。
【００２４】
制御部３１２は、ホスト装置２１０（不図示）から記録データ信号を受信すると、データ入力回路３１３に記録データ信号を出力すると共に、ヘッド移動機構３０２及び用紙搬送機構３０６の制御を開始し、ヘッド移動機構３０２と用紙搬送機構３０６の同期を取る。データ入力回路３１３は、ヘッド移動機構３０２及び用紙搬送機構３０６と同期して、制御部３１２からの記録データ信号を記録ヘッド４００に出力し、記録ヘッド４００による記録データの記録が行なわれる。
【００２５】
記録ヘッド４００はインクタンク（不図示）から常時供給されるインクを保持している。記録ヘッド４００には、記録ロジック回路（不図示）が設けられている。記録ロジック回路は、データ入力回路３１３から記録データを受け取ると、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生体が駆動される。本実施形態では、エネルギー発生体として後述する多数の発熱抵抗素子（不図示）を選択し、発熱抵抗素子（不図示）を発熱させる。選択された発熱抵抗素子の発熱により、保持しているインクが発泡され、選択された発熱抵抗素子に対応する吐出口からインクの液滴が吐出される。この液滴が記録用紙３０７（不図示）の表面に付着することによって、ドットマトリクスの画像が形成される。
【００２６】
本実施形態の記録ヘッド４００は、インクジェット記録基板４０１と、インクの吐出口が設けられた部材と、を有する。図４（Ａ）は本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板４０１の上面図である。図４（Ｂ）は本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板の回路図である。
【００２７】
基板４０１は、電極パッド４０２、インク供給口４０３、発熱抵抗素子４０５、駆動素子４０６、電極配線４１０Ａ，４１０Ｂ、及び電圧を調整するための抵抗素子（以下、「調整抵抗素子」とも称する）４１１を有している。
【００２８】
基板４０１の上層に、インクを吐出するための複数のインク流路とそのインク流路に連通する吐出口（不図示）とがフォトリソグラフィ技術により形成される。また、基板４０１の下部に、インクタンクからインク供給口４０３にインクを供給するためのインク供給部（不図示）が連結される。
【００２９】
基板４０１は、Ｓｉ（Ｓｉｌｉｃｏｎ）基板が用いられる。この基板には少なくとも一つのインク供給口４０３が設けられている。このインク供給口４０３はインク供給部からインク流路にインクを供給するため、基板を貫いている。
【００３０】
基板４０１の上面には、インク供給口４０３の長辺にそって複数の発熱抵抗素子４０５が基板の長手方向に延びる様にインク供給口４０３の両側に一列ずつ列状に配されている。また、その外側に駆動素子４０６が列状に配されている。
【００３１】
電極パッド４０２は、インク供給口４０３の短辺と平行な基板外周の辺（基板の長手方向に関して交差する交差方向に延びた辺）に沿って近くに配列しており、外部配線板（不図示）と電気的に接続している。本実施形態では、基板の長手方向とそれに交差する交差方向とが直角を形成している。電極パッド４０２上のバンプ（不図示）と電気配線テープの電極リード（不図示）は熱圧着法などによって電気接合されている。
【００３２】
発熱抵抗素子４０５は一端を電極配線４０１Ａに、他方を駆動素子４０６に接続している。駆動素子４０６はもう一方を電極配線４１０Ｂに接続している。すなわち、電極配線４１０Ｂと発熱抵抗素子４０５との間には、発熱抵抗素子４０５を駆動するための駆動素子４０６が設けられている。電極配線４１０Ｂは、駆動素子４０６を介在させた状態で複数の発熱抵抗素子４０５と電極パッド４０２とを電気的に接続している。本願において「電気的に接続」するとは、この様に素子を介在させた状態で接続している場合も含む表現として用いることとする。電極配線４０１は電極パッド４０２付近で電極配線Ａ４０１Ａと電極配線Ｂ４０１Ｂそれぞれに一つにまとめられており、異なる電極パッド４０２に接続されている。電極配線４０１はインク供給口を挟んで１対ずつある。反対側の基板外周の辺に配列されている電極パッド（不図示）につながる電極配線（不図示）が同様にある。そのため本実施例に於いては、一つのインク供給口に対し４対の電極配線４０１（４つの電極配線４０１Ａと４つの電極配線４０１Ｂ）をもっている。
【００３３】
電極パッド４０２は、その他にデータ入力回路３１３から記録ロジック回路（不図示）に、電気信号を送る為にも用いる。記録ロジック回路はその信号で、選択された駆動素子４０６を動かし、電極配線４０１を通じて発熱抵抗素子４０５に電流を流す。
【００３４】
インク供給口４０３からのインクはインク流路から吐出口まで充填されている。電流を流すことにより発熱抵抗素子４０５を発熱させ、発熱によって発生した熱エネルギーをインク流路中のインクに伝えてインク中に気泡を発生させる。この気泡の発生によって、吐出口からインクの液滴が吐出される。
【００３５】
以下に電極配線４１０に関する部分について詳細に述べる。
【００３６】
発熱抵抗素子４０５は複数のブロック（一例としてブロック１からブロック６）に分類されている。記録ロジック回路による駆動素子４０６の駆動の制御によって、同じブロック内の各発熱抵抗素子４０５が同時に駆動されることはない。本実施形態は、便宜上、ブロック内に４個の発熱抵抗素子４０５が基板上に配置されている例を示しているが、一般的には１６個以上の発熱抵抗素子４０５が基板上に配置される。
【００３７】
電極配線４１０Ａの第一の部分４１０Ａ−１（不図示）は、電極配線Ａ用の電極パッド４０２から、発熱抵抗素子４０５の列と平行に、発熱抵抗素子４０５の外側にある駆動素子４０６の上部まで伸びている。電極配線４１０Ａの第二の部分４１０Ａ−２（不図示）は、第一の部分４１０Ａ−１に連続的に形成しており、発熱抵抗素子の列と垂直に、駆動素子４０６の上部からインク供給口４０３に向かって伸びて、発熱抵抗素子４０５の一端と接続している。発熱抵抗素子４０５のもう一端は、駆動素子４０６を介して電極配線４１０Ｂの第二の部分４１０Ｂ−２に接続している。電極配線４１０Ｂの第一の部分４１０Ｂ−１は、第二の部分４１０Ｂ−２のもう一端と連続的に形成しており、インク供給口４０３に沿うように、電極配線４１０Ｂ用の電極パッド４０２と接続している。
【００３８】
それぞれの電極配線はブロックごとに長さが異なるので、電極配線４１０の抵抗値がブロックごとで変わってしまう。この抵抗値を調整せずに印字が行なわれると、発熱抵抗素子４０５に印加される電圧が各ブロックでばらつき、適正な熱エネルギーを発生させることができない。熱エネルギーが低過ぎれば、インクの液滴が形成されず、インクは吐出されない。一方、熱エネルギーが高過ぎれば、インクの液滴の大きさが変化したり発熱抵抗素子４０５が早期に断線したりしてしまう。そのため、電極配線の幅を互いに異ならせることでそれぞれの配線抵抗値をブロック同士で一致させておくのが好ましい。
【００３９】
より長い印字幅を達成するために発熱抵抗素子を増やして基板４０１のサイズを長くすると、一番太い幅を有する電極配線よりもさらに太い幅を有する電極配線を増やすことになる。その太い幅を有する電極配線であっても他の電極配線と同じ数（図では４つ）の発熱抵抗素子４０５を接続できるに過ぎない。従って、印字幅の長さを伸ばそうとすると基板の幅が急激に増大し、記録ヘッドに搭載することが困難となる。
【００４０】
本実施形態によれば、電極配線４１０の第一の部分４１０Ａ−１，４１０Ｂ−１は全て同じ幅になっており、基板の幅が増大することを防止している。この場合、分岐した電極配線４１０の第一の部分４１０Ａ−１，４１０Ｂ−１では、各ブロックで配線抵抗４１２の抵抗値が異なっており、このままでは適正な熱エネルギーを同時に発生させることができない。そこで、本実施形態では、調整抵抗素子４１１を基板４０１上に新たに設けることによって、異なる配線抵抗４１２の抵抗値が同じになるように調整している。本実施形態では、同じ電極パッドと接続されている電極配線の中で、電極パッドから最も遠いブロックと接続されている電極配線には調整抵抗素子が設けられていない。また、電極パッドに最も近いブロックに接続されている電極配線の調整抵抗素子の抵抗値が最大とされている。すなわち、複数の発熱抵抗素子４０５のうち電極パッド４０２からの距離が小さい発熱抵抗素子４０５ほど、対応して設けられた調整抵抗素子４１１の抵抗値が大きい。調整抵抗素子４１１について、図４の実施形態では電極配線の第二部分４１０Ｂ−２における発熱抵抗素子４０５寄り（図４における右側寄り）の位置に設けられている。が、位置はこれに限られず、電極配線の第二部分４１０Ｂ−２における他の位置に設けられてもよい。
【００４１】
調整抵抗素子４１１としては、電極配線４１０とは別の層のポリシリコンなどの抵抗素子を用いることが考えられる。しかし、配線層間の絶縁層を通過するためのスルーホールが必要となり、また、電極配線の下に積層されている駆動素子や選択回路など他の素子の配線層を避けなければならない。また、基板内に導電型不純物を拡散した拡散層を利用した拡散層抵抗を用いる場合、基板に拡散抵抗を配置するためのスペースを確保する必要がある。
【００４２】
本実施形態では、基板４０１は発熱抵抗素子４０５となる部分を含む抵抗層の別の部分を調整抵抗素子４１１とする。これによれば、発熱抵抗素子４０５を形成する抵抗層と電極配線とは間に絶縁層を持たない連続した層として成膜されるので、発熱抵抗素子４０５を形成する際に、配線層間のスルーホールが不要となる。また、他の配線層に影響を与えることもない。
【００４３】
図５は本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板を製造する手順を示す図である。
【００４４】
まず、Ｓｉ基板５００に駆動素子と選択回路（いずれも不図示）を形成する。続いて、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、電極配線との層間の絶縁膜となるＳｉＯ膜５０１を形成する（図５Ａ）。スルーホールを設けた後、発熱抵抗素子４０５の材料となるＴａＳｉＮ層５０２をスパッタリング法によって約５００Åの厚さに形成し、その後、電極配線層となるＡＬ層５０３を約３５００Åの厚さに形成する（図５Ｂ）。ＴａＳｉＮ層とＡＬ層とをフォトリソグラフィ法によって予め定められた形状にパターニングする。ＢＣｌ３ガスを用いたドライエッチングによって、ＡＬ層とＴａＳｉＮ層を同時にパターニングした形状にする（図５Ｃ）。発熱抵抗素子４０５の配置部分と電極配線４１０の調整抵抗の配置部分とを、フォトリソグラフィ法によって、予め定められた形状にパターニングする。リン酸を主成分とするウェットエッチングによって、発熱抵抗素子４０５の配置部分と電極配線４１０の調整抵抗の配置部分をパターニングした形状にする（図５Ｄ）。
【００４５】
さらに、プラズマＣＶＤ法によって、保護膜となるＳｉＮ膜５０４を約３０００Åの厚さに形成する（図５Ｅ）。スパッタリング法によって、耐キャビテーション膜となるＴａ膜を約２０００Åの厚さに形成する。そして、フォトリソグラフィ法によって、Ｔａ膜５０５及びＳｉＮ膜をドライエッチングして、予め定められた形状とする（図５Ｆ）。最後に、フォトリソグラフィ法を用いることによって、インク流路を有機樹脂層によって３次元的に形成する。このような手順に沿って、基板４０１の製造が行なわれる。
【００４６】
これによれば、電極配線４１０の第一の部分４１０Ａ−１，４１０Ｂ−１の配線抵抗４１２の抵抗値を調整する調整抵抗素子４１１は発熱抵抗素子４０５と同じ層で形成されるので、工程数を増やさずに基板４０１を製造することができる。また、上述したように駆動素子や選択回路の配置に影響を与えることもない。
【００４７】
上述した工程により、発熱抵抗素子層の抵抗値には３５０Ω／□程度のシート抵抗が形成されており、電極配線層の抵抗値には８０ｍΩ／□程度のシート抵抗が形成されている。シート抵抗とは、一様の厚さを持つ薄い膜の正方形のパターンにおいて、一辺より並行なもう一辺までの間に電流を流したときの抵抗である。
【００４８】
発熱抵抗素子４０５が６００ｄｐｉ（Ｄｏｔｓ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）の密度で配置されると、１インチは２５．４ｍｍであるので、発熱抵抗素子４０５が配置されるピッチは２５．４÷６００＝０．０４２３ｍｍ（４２．３μｍ）となる。一つの電極配線に１６個の発熱抵抗素子４０５が接続されていると、そのために必要な幅は０．０４２３ｍｍ×１６個＝０．６７７３ｍｍ（６７７μｍ）となる。この６７７μｍが時分割駆動されるブロック１つ分の長さとなり、この長さは隣接する電極配線の長さの差に等しい。電極配線層における配線シートの抵抗は上述したように８０ｍΩ／□である。一本の電極配線が、ブロック１つ分の長さで持つ抵抗値は、例えば電極配線の幅が６μｍとすると、６７７μｍ÷６μｍ×８０ｍΩ／□≒１０Ωとなる。
【００４９】
図４（Ａ）では、電極配線４１０Ｂは発熱抵抗素子４０５に接続されている６つのブロック（ブロック１からブロック６）に分かれており、また、電極パッド４０２の付近は１ブロックの長さと等しい（ブロック０）となっている。
【００５０】
このとき図４（Ｂ）の回路図をみると、電極配線Ａ４１０Ａの部分に於いては配線抵抗４１２と調整抵抗４１１がブロック毎につながっている。各ブロックにつながる電極配線Ａ４１０Ａは、６μｍと同じ幅となっている。配線抵抗４１２の抵抗値は電極パッド４０２から各ブロックまでの長さと比例している。前述のように１つのブロックの長さによる抵抗値の差が１０Ωとすると、配線抵抗４１２は、ブロック１では１０Ω、ブロック２では２０Ωとなり、ブロック６では６０Ωである。
【００５１】
このとき、どのブロックでも調整抵抗４１１と配線抵抗値４１２の和が、ブロック６の配線抵抗４１２の抵抗値と等しくなるように調整する。調整抵抗４１１はブロック１で一番大きく５０Ω、ブロック２では４０Ωとなり、ブロック６では０Ωとなる。つまり、調整抵抗４１１の抵抗値が最少となるようにすると、図４（Ｂ）のように調整抵抗がいらなくなる。
【００５２】
このように調整抵抗４１１の抵抗値を調整することで、調整抵抗４１１と配線抵抗４１２の和が１〜６ブロックで等しく６０Ωとなり、どのブロックの発熱抵抗体４０５でも適正な熱エネルギーを発生させることができる。
【００５３】
ここで、調整抵抗素子４１１を発熱抵抗素子層で形成しようとすると、以下のような問題がある。
【００５４】
電極配線４１０の第一の部分４１０Ｂ−１の幅と電極配線４１０の第二の部分４１０Ｂ−２の幅が例えば６μｍとする。一方、発熱抵抗素子４０５の幅は、インクの吐出量から予め決まっており、一般的には１０μｍ以上であり、例えば１２μｍとする。この場合、電極配線４１０の第一の部分４１０Ｂ−１の抵抗に発熱抵抗素子層で用いた抵抗をそのまま使うと、同じ電流がおよそ発熱抵抗素子４０５の半分の幅をもつ電極配線４１０Ｂ−１に流れ込む。それによって、電流密度が２倍となり単位面積あたりのエネルギーは４倍になる。電極配線４１０は、インクに触れて冷却されることもないため、発熱抵抗素子４０５より先に断線してしまうなど信頼性が低下してしまう。
【００５５】
ここで、発熱抵抗層を用いた調整抵抗素子４１１を、電極配線４１０の第一の部分４１０Ｂ−１に形成した場合を考える。電極配線４１０の第一の部分４１０Ｂ−１の幅が上述の６μｍであれば、調整抵抗素子の長さは６μｍ×１０Ω÷３５０Ω／□≒０．２μｍとなる。このような調整抵抗素子４１１は、ウェットエッチングでは形成が困難である。
【００５６】
上述の問題を電極パッド４０２付近の面積を増やすることにより、電極パッド４０２付近に幅の広い調整抵抗素子４１１を精度よく形成できたとしよう。この場合、調整抵抗素子４１１と配線抵抗４１２とを合わせた抵抗値の半分以上が、電極パッド４０２に集中してしまう。
【００５７】
この場合、電極パッド４０２付近（ブロック０）の抵抗値は、調整抵抗素子の抵抗値を考慮して２１０Ω（＝１０Ω＋２０Ω＋３０Ω＋４０Ω＋５０Ω＋６０Ω）となる。一方、一つの電極パッドから６本の電極配線が分岐しており、電極配線の全体の抵抗値は、調整抵抗素子の抵抗を含めれば一番長い電極配線の抵抗値に電極配線の本数を乗算した３６０Ω（＝６０Ω×６本）である。従って、２１０Ω／３６０Ω≒５８％の割合の抵抗が電極パッド４０２部に集中する。しかも、上述したようにインクに触れて冷却されることもないため、基板の電極パッド４０２の付近が非常に高い温度になり、基板の熱の分布が偏ってしまう。
【００５８】
また、温度変化によるインクの粘度の変化も大きな問題である。基板４０１の温度が異常に上昇するとインクの粘度が下がり、同じ熱エネルギーをインクに加えても、吐出されるインクの量が増えてしてしまう。一般的には、基板全体で一律に発熱抵抗素子４０５に電圧を印加する時間を短くしてエネルギーを抑え、適性な吐出量に補正する制御が行なわれる。しかし、電極パッド４０２の付近のように一部だけが高い温度になったときは、基板全体での制御では適正にできない。その結果、温度分布により吐出量がばらつき濃度のムラが発生し、品質が低下してしまう。
【００５９】
このように調整抵抗素子４１１を電極パッド４０２付近に配置すると、信頼性や品質の低下といった問題を引き起こしてしまう。本実施形態では、電極配線４１０の第二の部分に調整抵抗素子４１１を設けることにしている。発熱抵抗素子４０５の密度が６００ｄｐｉであり、発熱抵抗素子４０５が１ブロック内に１６個含まれているとする。この場合、１ブロックの幅は、２５．４÷６００×１６＝０．６７７ｍｍ（６７７μｍ）となる。従って、配線間のスペースを考慮しても、調整抵抗素子４１１に約６００μｍの幅が確保できる。これは発熱抵抗素子４１１の少なくとも１６倍より広い幅であり、流れる電流密度も発熱抵抗素子４１１の１／１６より少ない。面積あたりのエネルギーが大幅に減少する為、発熱抵抗素子４１１の１６倍の回数電流が流れても、発熱抵抗体４１１より高い信頼性を確保できる。
【００６０】
また、発熱抵抗層におけるシート抵抗は上述したように３５０Ω／□であり、調整抵抗素子４１１に約６００μｍの幅が確保されれば、幅が６００μｍの電極配線４１０の第二の部分４１０Ｂ−２の長さは、６００μｍ×１０Ω÷３５０Ω／□≒２０μｍとなる。２０μｍの長さを確保することができれば、ウェットエッチングでも安定的に調整抵抗素子４１１を形成することができる。また、ブロックごとに調整抵抗素子４１１の抵抗値を変えなければいけないが、２０μｍほどの長さがあれば調整抵抗素子４１１の長さを変更して抵抗を調整できる。そのため、基板の長さに対する影響が抑制され、基板のサイズが増大することを防止できる。
【００６１】
また、調整抵抗素子４１１が基板内に分散して配置されるため、発熱も分散される。例えば、上述の計算結果を用いると、ブロック０の発熱抵抗素子に接続されている配線の抵抗値の和はそれぞれ６０Ω（＝１０Ω×６）となる。電極配線全体の抵抗は３６０Ωであるので、全体の約１７％が電極パッド付近に集中しており、上述の５８％と比較すると全体の抵抗に対する割合が大幅に減少している。
【００６２】
また、一番抵抗値が高くなるブロック１の調整抵抗素子４１１の抵抗値は、６０Ω（ブロック１の発熱抵抗素子に接続される配線の抵抗値）−１０Ω（ブロック０の部分での配線抵抗の抵抗値）＝５０Ωとなる。また、ブロック２からブロック６の発熱抵抗素子４０５に接続される配線のブロック１における抵抗値の総和は、５本（ブロック１から後の配線本数）×１０Ω（ブロック１の部分での配線抵抗の抵抗値）＝５０Ωである。
【００６３】
従って、ブロック１の抵抗値は１００Ω（＝５０Ω＋５０Ω）となり、電極配線４１０の全体の抵抗は３６０Ωであるので、全体の約２８％にすぎない。これにより、抵抗の分布が均一となり、それに伴って均一な熱の分布が得られる。これによれば、調整抵抗素子４１１は、基板に広く配置され温度が局部的に上昇することを防くので、濃度ムラの発生が抑制される。また、印字を中断する時間が軽減されるので、印字速度を維持できる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、調整抵抗素子４１１を基板に設けることによって、温度分布が均一になり、インクの濃度のムラによる印字品位や温度の上昇による印字速度の低下を防ぐことができる。また、分岐した電極配線は最小の幅で配置することができるので、基板のサイズの増大を防止することができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、電極配線４１０Ａおよび電極配線４１０Ｂそれぞれに調整抵抗素子４１１を設けている例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。他の例として、どちらか一方の電極配線だけに調整抵抗素子４１１を用いて、電極配線４１０Ａ及び電極配線４１０Ｂの双方の抵抗値を調節してもよい。
【符号の説明】
【００６６】
２００ インクジェット記録装置
２１０ ホスト装置
３０２ ヘッド移動機構
３０６ 用紙搬送機構
３１１ 移動制御回路
３１２ 制御部
３１３ データ入力回路
３１５ Ｉ／Ｆ部
４００ 記録ヘッド
４０１ インクジェット記録基板
４０２ 電極パッド
４０３ インク供給口
４０５ 発熱抵抗素子
４０６ 駆動素子
４１０ 電極配線
４１１ 調整抵抗素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生体が設けられたインクジェットヘッド用基板であって、
前記複数のエネルギー発生体は前記基板の長手方向に列状に設けられており、
前記長手方向に関して交差する交差方向に延びた、前記基板の辺、の近くに配され、前記基板の外部と電気的な接続を行うための電極パッドと、前記複数のエネルギー発生体と前記電極パッドとを電気的に接続するための複数の電極配線と、該複数の電極配線にそれぞれ設けられた複数の抵抗素子と、を有し、
前記複数の電極配線はそれぞれ、各電極配線の前記電極パッドの側から前記長手方向に延びた第一の部分と、該第一の部分の、前記電極パッドの側とは反対の側から前記エネルギー発生体に向かって前記交差方向に延び前記抵抗素子が設けられた第二の部分とを具え、
複数の前記抵抗素子の抵抗値は、各抵抗素子が設けられた電極配線の抵抗値に応じて互いに異なることを特徴とするインクジェットヘッド用基板。
【請求項２】
前記抵抗素子は、前記エネルギー発生体となる部分を含む抵抗層の別の部分からなる請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項３】
前記電極パッドと前記複数のエネルギー発生体との間に、前記複数のエネルギー発生体をそれぞれ駆動するための複数の駆動素子が設けられている請求項１または２に記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項４】
複数の前記第一の部分は互いに前記交差方向に関する幅が等しく、前記抵抗素子が設けられていない請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項５】
前記複数のエネルギー発生体のうち前記電極パッドからの距離が小さいエネルギー発生体ほど、対応して設けられた前記抵抗素子の抵抗値が大きい請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載されたインクジェットヘッド用基板と、
該基板に接して設けられ、前記エネルギー発生体に対応して設けられたインクの吐出口が設けられた部材と、
を有するインクジェットヘッド。
【請求項１】
インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生体が設けられたインクジェットヘッド用基板であって、
前記複数のエネルギー発生体は前記基板の長手方向に列状に設けられており、
前記長手方向に関して交差する交差方向に延びた、前記基板の辺、の近くに配され、前記基板の外部と電気的な接続を行うための電極パッドと、前記複数のエネルギー発生体と前記電極パッドとを電気的に接続するための複数の電極配線と、該複数の電極配線にそれぞれ設けられた複数の抵抗素子と、を有し、
前記複数の電極配線はそれぞれ、各電極配線の前記電極パッドの側から前記長手方向に延びた第一の部分と、該第一の部分の、前記電極パッドの側とは反対の側から前記エネルギー発生体に向かって前記交差方向に延び前記抵抗素子が設けられた第二の部分とを具え、
複数の前記抵抗素子の抵抗値は、各抵抗素子が設けられた電極配線の抵抗値に応じて互いに異なることを特徴とするインクジェットヘッド用基板。
【請求項２】
前記抵抗素子は、前記エネルギー発生体となる部分を含む抵抗層の別の部分からなる請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項３】
前記電極パッドと前記複数のエネルギー発生体との間に、前記複数のエネルギー発生体をそれぞれ駆動するための複数の駆動素子が設けられている請求項１または２に記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項４】
複数の前記第一の部分は互いに前記交差方向に関する幅が等しく、前記抵抗素子が設けられていない請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項５】
前記複数のエネルギー発生体のうち前記電極パッドからの距離が小さいエネルギー発生体ほど、対応して設けられた前記抵抗素子の抵抗値が大きい請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載されたインクジェットヘッド用基板と、
該基板に接して設けられ、前記エネルギー発生体に対応して設けられたインクの吐出口が設けられた部材と、
を有するインクジェットヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２３５０３（Ｐ２０１０−２３５０３Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４３５３２（Ｐ２００９−１４３５３２）
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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