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JP2019069533A - 液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッド用基板におけるヒューズ部の切断方法 - Google Patents

液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッド用基板におけるヒューズ部の切断方法 Download PDF

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JP2019069533A JP2017195985A JP2017195985A JP2019069533A JP 2019069533 A JP2019069533 A JP 2019069533A JP 2017195985 A JP2017195985 A JP 2017195985A JP 2017195985 A JP2017195985 A JP 2017195985A JP 2019069533 A JP2019069533 A JP 2019069533A
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Yoshinori Misumi
義範 三隅
譲 石田
Yuzuru Ishida
譲 石田
麻紀 加藤
Maki Kato
麻紀 加藤
松居　孝浩
Takahiro Matsui
孝浩 松居
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Abstract

【課題】発熱抵抗体と被覆部とが導通した場合に液体吐出ヘッド全体へ変質の影響が広がることを抑えることが可能な液体吐出ヘッド用基板を提供する。【解決手段】複数の発熱抵抗体が配列された第１発熱抵抗体列および第２発熱抵抗体列と、第１発熱抵抗体列の複数の発熱抵抗体をそれぞれ覆う導電性の複数の第１被覆部と、第２発熱抵抗体列の複数の発熱抵抗体をそれぞれ覆う導電性の複数の第２被覆部と、第１被覆部に電気的に接続される第１共通配線と、第２被覆部に電気的に接続される第２共通配線と、第１および第２共通配線に接続する第３共通配線と、を有し、第１被覆部と、第１被覆部に覆われた発熱抵抗体との間は絶縁され、第２被覆部と、第２被覆部に覆われた発熱抵抗体との間は絶縁されており、第１共通配線の端部と第３共通配線とを接続する第１ヒューズ部と、第２共通配線の端部と第３共通配線とを接続する第２ヒューズを有することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッド用基板におけるヒューズ部の切断方法に関する。
現在、液室の内部の液体を発熱抵抗体に通電させることで加熱し、これによって生じる液体の膜沸騰によって液室内で発泡させ、このときの発泡エネルギーによって吐出口から液滴を吐出させる形式の液体吐出装置が多く採用されている。このような液体吐出装置によって記録が行われる場合には、発熱抵抗体上の領域で液体が発泡、収縮、消泡する際に生じるキャビテーションによる衝撃といった物理的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。また、液体の吐出が行われる際には、発熱抵抗体は高温となっているので、液体の成分が熱分解して発熱抵抗体の表面に付着して固着・堆積するといった化学的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。これらの発熱抵抗体への物理的作用あるいは化学的作用から発熱抵抗体を保護するために、発熱抵抗体上には、発熱抵抗体を覆う金属材料等で形成された保護層（被覆部とも称する）が配置される場合がある。
保護層は液体と接する位置に配置される。従って、保護層に電気が流れてしまうと、保護層と液体との間で電気化学反応が生じてしまい、場合によっては保護層としての機能が損なわれてしまう場合がある。そのため、発熱抵抗体に供給される電気の一部が保護層へ流れないように、発熱抵抗体と保護層との間に絶縁層が配置されている。
ところが、何らかの原因によって絶縁層の機能が損なわれてしまい、発熱抵抗体あるいは配線から、保護層へ直接的に電気が流れてしまう導通が生じる可能性がある。発熱抵抗体に供給される電気の一部が保護層に流れた場合には、保護層と液体との間で電気化学反応が生じてしまい、保護層が変質してしまうことがある。保護層が変質すると保護層の耐久性が低下する恐れがある。さらに、異なる発熱抵抗体をそれぞれ覆う保護層が電気的に接続されている場合は、対応する発熱抵抗体との導通が生じた保護層とは別の保護層にも電流が流れてしまい、変質の影響が広がる恐れがある。
このような影響を防ぐため、保護層を個別に分離する構成が有効であるが、液体吐出ヘッドによっては保護層を個別に分離せず互いに接続された構成の方が好ましい場合もある。例えば、保護層を電気化学反応により液体中に溶出させることにより保護層に堆積したコゲを除去するコゲ除去クリーニングを行う場合には、保護層に電圧を印加するために複数の保護層を電気的に接続に接続する構成が好ましい。
そこで、特許文献１には、複数の保護層と電気的に接続された共通配線に対し、破断部を介してそれぞれの保護層が接続された構成が記載されている。このような構成において上記の導通が生じて１つの保護層に電流が流れた場合に、この電流によって破断部（ヒューズ部）が切断されることで、他の保護層との電気的な接続が切断される。これにより、保護層の変質の影響が広がることを抑えることができる。
特開２０１４−１２４９２０号公報
しかしながら、近年の液体吐出ヘッドのように吐出口列１列当たりに含まれる吐出口の数が多いと、吐出口列の方向に沿って配される複数の被覆部を接続する共通配線の長さが長くなる。何らかの原因によって絶縁層の機能が損なわれてしまい、発熱抵抗体と被覆部との導通が生じた場合、導通が生じた発熱抵抗体の位置によっては、配線の抵抗値が高く、ヒューズ部に流れる電流が小さくなり、ヒューズ部が確実に切断されない恐れが生じる。ヒューズ部が切断されないと、導通が生じた被覆部から他の被覆部に電流が流れてしまい、ヘッド全体として被覆部の変質の影響が広がる恐れがある。すなわち、被覆部の耐久性の低下がヘッド内で広がる恐れがある。
そこで、本発明は、発熱抵抗体と被覆部とが導通した場合に液体吐出ヘッド全体へ変質の影響が広がることを抑えることを目的とする。
本発明の液体吐出ヘッド用基板は、複数の発熱抵抗体が配列された第１発熱抵抗体列と、前記第１発熱抵抗体列に沿って複数の発熱抵抗体が配列された第２発熱抵抗体列と、前記第１発熱抵抗体列に含まれる前記複数の発熱抵抗体をそれぞれ覆う導電性の複数の第１被覆部と、前記第２発熱抵抗体列に含まれる前記複数の発熱抵抗体をそれぞれ覆う導電性の複数の第２被覆部と、前記複数の第１被覆部に電気的に接続され、前記第１発熱抵抗体列の方向に延在する第１共通配線と、前記複数の第２被覆部に電気的に接続され、前記第２発熱抵抗体列の方向に延在する第２共通配線と、前記第１共通配線と前記第２共通配線とに電気的に接続された第３共通配線と、を有し、前記第１被覆部と、前記第１被覆部に覆われた前記発熱抵抗体と、の間は絶縁され、前記第２被覆部と、前記第２被覆部に覆われた前記発熱抵抗体と、の間は絶縁されている液体吐出ヘッド用基板において、前記第１発熱抵抗体列の方向における前記第１共通配線の端部と、前記第３共通配線と、を接続する第１ヒューズ部と、前記第２発熱抵抗体列の方向における前記第２共通配線の端部と、前記第３共通配線と、を接続する第２ヒューズ部と、を有することを特徴とする。
本発明によると、発熱抵抗体と被覆部とが導通した場合に液体吐出ヘッド全体へ変質の影響が広がることを抑えることができる。
液体吐出ヘッドユニットおよび液体吐出ヘッドを示す斜視図 液体吐出ヘッドを示す平面図 液体吐出ヘッドを示す断面図 液体吐出ヘッドを示す平面図 液体吐出ヘッドを示す平面図 比較例の液体吐出ヘッドを示す平面図 比較例の液体吐出ヘッドを示す平面図 液体吐出ヘッドユニットと液体吐出装置本体との回路を示す図 液体吐出ヘッドの製造工程を説明するための断面図 液体吐出ヘッドユニットと液体吐出装置本体との回路を示す図 液体吐出ヘッドのヒューズ部を切断する際のフロー図
＜第１の実施形態＞
（液体吐出ヘッドユニット）
図１（ａ）に、液体吐出ヘッドユニット４１０についての斜視図を示す。液体吐出ヘッドユニット４１０は、液体吐出ヘッドをタンクと一体化してなるカートリッジ形態のユニットである。液体吐出ヘッドユニット４１０は、液体吐出装置本体に設けられたキャリッジの内部に、装着及び取り外し可能に構成されている。液体吐出ヘッドユニット４１０には、液体吐出ヘッド１が取り付けられている。液体吐出ヘッドユニット４１０には、電力を供給するための端子を有するＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）用のテープ部材４０２が貼り付けられている。このテープ部材４０２を通って、液体吐出装置からそれぞれの発熱抵抗体１０８（図２）へ選択的に電力が供給される。発熱抵抗体１０８へ電力が供給される際には、接点４０３からテープ部材４０２を通って、液体吐出ヘッド１へ電力が供給される。また、液体吐出ヘッドユニット４１０は、液体を一旦貯留し、そこから液体吐出ヘッド１に供給するためのタンク４０４を備えている。
（液体吐出ヘッド）
図１（ｂ）に、液体吐出ヘッド１についての一部を破断した斜視図を示す。液体吐出ヘッド１は、液体吐出ヘッド用基板１００に流路形成部材１２０が貼り付けられることで形成されている。流路形成部材１２０と液体吐出ヘッド用基板１００との間には、内部に液体を貯留させることが可能な複数の液室１３２（図３（ａ））が画成されている。液体吐出ヘッド用基板１００には、液体吐出ヘッド用基板１００を表面から裏面へ貫通するように、液体供給口１３０が形成されている。流路形成部材１２０には、液体供給口１３０に連通するように共通液室１３１が形成されている。また、流路形成部材１２０には、共通液室１３１からそれぞれの液室１３２まで延びるように、液体流路１１６が形成されている。したがって、液体流路１１６を介して共通液室１３１とそれぞれの液室１３２とが連通するように、流路形成部材１２０が形成されている。それぞれの液室１３２の内部には、熱作用部１１７が形成されている。流路形成部材１２０における熱作用部１１７に対応する位置には、吐出口１２１が形成されている。複数の熱作用部１１７（発熱抵抗体１０８）は列をなして配設されており、熱作用部１１７に対応して設けられた吐出口１２１も列をなして配設されている。
ここでは、液体吐出ヘッド用基板１００における液体の吐出の行われる側の面のことを表面と言うものとする。また、液体吐出ヘッド用基板１００における液体の吐出の行われる側とは逆側の面のことを裏面と言うものとする。
タンク４０４から液体吐出ヘッド１に液体が供給される際には、液体吐出ヘッド用基板１００における液体供給口１３０を通って共通液室１３１に液体が供給される。共通液室１３１に供給された液体は、液体流路１１６を通って、それぞれの液室１３２の内部へ供給される。このとき、共通液室１３１内の液体は、毛管現象により液体流路１１６及び液室１３２に供給され、吐出口１２１にてメニスカスを形成することにより、液体の液面が安定に保持される。
熱作用部１１７の裏面の側には発熱抵抗体１０８が備えられており、液体を吐出する際には、配線を通して発熱抵抗体１０８に通電させる。このときの発熱抵抗体１０８への通電により、発熱抵抗体１０８で熱エネルギーが発生する。これにより、液室１３２内の液体が加熱されて膜沸騰により発泡し、そのときの発泡エネルギーによって吐出口１２１から液滴が吐出される。
なお、液体吐出ヘッドユニット４１０は、上記実施形態のようにタンクと一体化された形態に適用されるものに限られない。例えば、液体吐出ヘッドとタンクとが別々に構成されたものであってもよい。こうすることにより、タンク内の液体が無くなったときに、タンクのみを取り外して新たなタンクを取り付けることで、タンクのみを交換することができる。そのため、必ずしもタンクと共に液体吐出ヘッドを交換する必要がなく、液体吐出ヘッドの交換頻度を減少させることで液体吐出装置の運転コストを低く抑えることができる。
なお、液体吐出装置としては、液体吐出ヘッドとタンクとが別々の位置に配置され、これらの間をチューブ等によって接続して液体吐出ヘッドへ液体を供給する形式のものであってもよい。また、液体吐出ヘッドが主走査方向に沿って走査するシリアルスキャン方式のものであってもよい。また、記録媒体の全幅に対応した範囲に亘って延在するフルラインタイプの液体吐出ヘッドを用いる液体吐出装置であってもよい。また、フルラインタイプの液体吐出ヘッドは、記録媒体の全幅に対応させるように、液体吐出ヘッド１を千鳥状に配置して構成してもよく、液体吐出ヘッド１を直線上に配置して構成してもよい。また、液体吐出ヘッド１の形状としては、平面視した際の形状が矩形であるものに限らず、平行四辺形や台形などその他の形状であってもよい。
図２（ａ）は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１の発熱抵抗体１０８付近を上面から見て模式的に示した平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のヒューズ部１１３付近を拡大して示す平面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は流路形成部材１２０を省略して示している。図３（ａ）は、図２（ａ）におけるＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿った液体吐出ヘッド１の模式的な断面図であり、図３（ｂ）は図２（ａ）におけるＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った液体吐出ヘッド１の模式的な断面図である。
図４は、液体吐出ヘッド１の構成を説明するための平面図であり、流路形成部材１２０を省略して示している。図５は、液体吐出ヘッド１を示す上面図である。液体吐出ヘッド１にはＡ列〜Ｄ列の発熱抵抗体列が設けられており、各発熱抵抗体列は５１２ｓｅｇｍｅｎｔ（ｓｅｇ）の発熱抵抗体１０８が配置されている。Ａ列〜Ｄ列を構成する発熱抵抗体１０８は千鳥状に配置されている。すなわち、Ａ列の発熱抵抗体列は、直線上に配列されたＡ１列の発熱抵抗体列とＡ２列の発熱抵抗体列とを含み、Ａ１列とＡ２列とは発熱抵抗体１０８の位置が列方向にずれて配置されている。同様に、Ｂ〜Ｄ列の発熱抵抗体列も直線状に配列された２列の発熱抵抗体列（Ｂ１列とＢ２列、Ｃ１列とＣ２列、Ｄ１列とＤ２列）を含んで構成されている。
次に、液体吐出ヘッド１の積層構成について説明する。図３（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド１は、シリコンによって形成された基体１０１上に複数の層が積層された液体吐出ヘッド用基板１００を有する。基体１０１上には、熱酸化膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等によって形成される蓄熱層１０２が配置される。また、蓄熱層１０２上には、ＴａＳｉＮ等によって形成される発熱抵抗体層１０４が配置され、発熱抵抗体層１０４上には、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ等の金属材料から形成される配線としての電極配線層１０５が配置されている。電極配線層１０５上には絶縁保護層１０６が配置されている。絶縁保護層１０６は、発熱抵抗体層１０４及び電極配線層１０５を覆うようにこれらの上側に設けられている。絶縁保護層１０６は、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜等によって形成されている。
絶縁保護層１０６上には発熱抵抗体１０８を覆うように上部保護層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を保護している。図２（ａ）に示すように、上部保護層１０７は発熱抵抗体１０８のそれぞれを覆うように設けられている。上部保護層１０７は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の白金族やタンタル（Ｔａ）によって形成される。なお、上部保護層１０７は、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｔａのいずれかに限らず、これらを含む合金によって形成してもよく、また、これらを積層して形成してもよい。なお、これらの材料によって形成された上部保護層１０７は導電性を有している。
発熱抵抗体１０８は電極配線層１０５が部分的に除去されることによって形成されている。すなわち、電極配線層１０５の一部が除去されてその部分から発熱抵抗体層１０４が露出しており、この電極配線層１０５から露出する発熱抵抗体層１０４の部分が発熱抵抗体１０８として機能する。また、上部保護層１０７のうちの発熱抵抗体１０８を覆う領域が液体を加熱する熱作用部１１７として作用する。電極配線層１０５は、不図示の駆動素子回路ないし外部電源端子に接続されており、外部からの電力の供給を受けることができるように構成されている。
なお、発熱抵抗体１０８は、上述したような、発熱抵抗体層１０４の上に電極配線層１０５を配置する構成に限定されない。例えば、電極配線層１０５を基体１０１または熱酸化膜１０２上に形成し、電極配線層１０５の一部を部分的に除去してギャップを形成して、その電極配線層１０５の上に発熱抵抗体層１０４を配置する構成であってもよい。また、電極配線層１０５を蓄熱層１０２の中に埋め込み、蓄熱層１０２上に単層として形成された発熱抵抗体層１０４に対して電極配線層１０５から例えばタングステンなどの金属プラグを介して電力を供給するような構成であってもよい。
図２（ａ）に示すように、発熱抵抗体列に含まれる複数の発熱抵抗体１０８をそれぞれ覆う上部保護層１０７は、配線１０３に電気的に接続されている。この配線１０３は、各発熱抵抗体列に対応して設けられており、それぞれ発熱抵抗体列の方向に沿って延在している。また、図３（ａ）に示すように、配線１０３は発熱抵抗体１０８を覆うように設けられている。また、図４に示すように、複数の配線１０３（第１共通配線１０３ａと第２共通配線１０３ｂ）は共通配線１１０（第３共通配線）に電気的に接続されている。配線１０３や共通配線１１０を構成する材料としては、例えば、Ｔａ、Ｒｕ、あるいはＲｕ、Ｔａのいずれかを含む合金などが挙げられる。
また、複数の配線１０３と共通配線１１０との間にはそれぞれヒューズ部１１３が設けられている。また、このヒューズ部１１３は各発熱抵抗体列の端部に配置されている。第１共通配線１０３ａは第１ヒューズ部１１３ａ（１１３）を介し、第２共通配線１０３ｂは第２ヒューズ部１１３ｂ（１１３）を介し、共通配線１１０に接続されている。なお、ヒューズ部１１３を配線１０３および共通配線１１０と同様の材料で形成してもよい。
本実施形態では、上部保護層１０７はＩｒによって２０〜１００ｎｍの厚さで形成され、ヒューズ部１１３、配線１０３、および共通配線１１０はＴａによって３０〜２５０ｎｍの厚さで形成されている。ヒューズ部１１３の幅（図２（ｂ）のｙ）は、２〜５μｍの幅で形成され、長さ（図２（ｂ）のｘ）は、５〜１０μｍで形成されている。
また、本実施形態の液体吐出装置では、定期的に上部保護層１０７に堆積したコゲを除去するためのクリーニング処理を行っている。このクリーニング処理は、上部保護層１０７と、これと同一の液室内に設けられた電極１１１（図３（ａ））と、の間に電圧を印加し、液体との電気化学反応によってコゲが付着した上部保護層１０７の表面を溶出させるものである。電極１１１はＩｒによって形成され、電極１１１に接続される配線１０９はＴａで形成されている。このクリーニング処理は、例えば、電極１１１側は０Ｖ（ＧＮＤと同電位）、上部保護層１０７側は＋５〜＋１０Ｖの正電位を印加して行う。
図８は、液体吐出ヘッド１を含む液体吐出ヘッドユニット４１０と、液体吐出ヘッドユニット４１０が搭載される液体吐出装置本体５００と、の回路図を示している。図８（ａ）は正常な状態の回路図を示し、図８（ｂ）は発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との導通が生じた状態の回路図を示す。
各発熱抵抗体１０８は、電源３０１、スイッチングトランジスタ１１４及び選択回路によって選択されて駆動される。液体吐出装置本体５００に設けられた電源３０１は、例えば１６〜３２Ｖの駆動電圧であり、本実施形態では電源３０１は２４Ｖの電圧のものを用いる。このような構成により、所定のタイミングで発熱抵抗体１０８に電源３０１からの電力を供給して発熱抵抗体１０８を発熱させることができ、所定のタイミングで液体を発泡させて吐出口から液滴を吐出することができる。
上述のように、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間には絶縁層として機能する絶縁保護層１０６が配置されているので、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７とは、電気的に接続されていない。また、発熱抵抗体列に含まれる複数の発熱抵抗体１０８をそれぞれ覆う上部保護層１０７は配線１０３を介して電気的に接続されており、さらにこの配線１０３はヒューズ部１１３を介して共通配線１１０に接続されている。また、共通配線１１０は、外部電源３０２に接続可能に設けられている。なお、図８では一列の発熱抵抗体列の回路図を示しているが、上述したように共通配線１１０は、複数の発熱抵抗体列に対応する配線１０３に接続されている。
記録が行われる過程で、何らかの理由での発熱抵抗体１０８の偶発故障により、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間に導通が生じて電流が流れてしまうことがある。例えば、偶発故障により発熱抵抗体１０８が破損したときには、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７の一部が溶融し、これらが直接接触して導通２００が生じる可能性がある。図８（ｂ）は、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で導通２００が生じ、電極配線層１０５を流れる電流の一部が上部保護層１０７に向かったときのイメージ図を示している。発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で導通２００が生じると、発熱抵抗体１０８を駆動することで電流４００が上部保護層１０７に流れてしまう。
このような導通が生じた場合には、発熱抵抗体１０８に印加される電位が上部保護層１０７に対して印加される。上部保護層１０７がＴａである場合には、周辺の上部保護層１０７全体が液体との間で電気化学反応を起こし、陽極酸化が始まる。陽極酸化が進むと、酸化したＴａは液体に溶け出すため、上部保護層１０７の寿命が短くなりその耐久性が低下する。また、上部保護層１０７がＩｒである場合には、上部保護層１０７と液体との間の電気化学反応により、周辺の上部保護層１０７全体が液体に溶出するために、上部保護層１０７の耐久性が低下する。
ここで、比較例の液体吐出ヘッドについて説明する。図６は、比較例の液体吐出ヘッドの発熱抵抗体１０８付近を上面から見て模式的に示した平面図である。図７は、図６に部分的に示した比較例の液体吐出ヘッドの全体構成を説明するための上面図である。図６、図７において本実施形態と同様の構成については、本実施形態と同じ符号を用いて示している。また、図６および図７では、流路形成部材１２０を省略して示している。比較例の液体吐出ヘッドはＡ〜Ｄ列の発熱抵抗体列を含み、Ａ〜Ｄ列の各発熱抵抗体列は５１２ｓｅｇｍｅｎｔ（ｓｅｇ．）の発熱抵抗体１０８が配列されている。
上述した発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との導通に伴って上部保護層１０７の耐久性の低下が広がることを防止するために、比較例の液体吐出ヘッドは、発熱抵抗体１０８を覆う上部保護層１０７ごとにヒューズ部１１３が接続されている。
各上部保護層１０７は、各発熱抵抗体１０８を覆う個別配線２０３と、これに接続されたヒューズ部１１３と、を介して共通配線１１０ｃに接続されている。このため、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７とが導通した場合、ヒューズ部１１３に電流が流れることでヒューズ部１１３が破断される。上部保護層１０７との導通が生じた発熱抵抗体１０８とは別の発熱抵抗体１０８を覆う上部保護層１０７や個別配線２０３には電位が印加されないため、上記導通による上部保護層１０７の耐久性の低下の影響が広範囲にわたって及ぶことを抑制できる。
しかしながら、近年の液体吐出ヘッドは大型化されて１列あたりの発熱抵抗体１０８の数が多く、発熱抵抗体列の長さが長くなっている。図７の比較例に示すように、発熱抵抗体列の長さの増大に伴って共通配線１１０ｃは長く形成され、また、共通配線１１０ｃは各発熱抵抗列の間に設けられるため幅が細く形成されるため、共通配線１１０の配線抵抗が高くなってしまう。例えば、図７に示すヘッドでは、Ａ列５１０ｓｅｇ．の発熱抵抗体１０８およびＤ列５１１ｓｅｇ．の発熱抵抗体１０８に対応するヒューズ部１１３が、共通配線１１０ａからの配線抵抗が最も高くなる。そのため、これらの発熱抵抗体１０８が偶発故障した場合、対応するヒューズ部１１３に流れる電流がより小さくなり、ヒューズ部１１３が確実に破断しない可能性がある。
ヒューズ部１１３が破断しない場合、共通配線１１０ｂや共通配線１１０ｃを介して発熱抵抗体１０８との導通が生じた上部保護層１０７とは別の上部保護層１０７にも電流が流れる可能性がある。すなわち、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との導通による上部保護層１０７の耐久性の低下の影響を抑制することができず、液体吐出ヘッド内で広範囲に亘って及ぶ恐れがある。
そこで、本実施形態では、図４に示すように、ヒューズ部１１３は発熱抵抗体列ごとに１つ設けられている。すなわち、ヒューズ部１１３が発熱抵抗体列に含まれる複数の発熱抵抗体１０８をそれぞれ覆う上部保護層１０７に共通して１つ設けられている構成である。また、このヒューズ部１１３は、発熱抵抗体列の方向における配線１０３の端部と共通配線１１０ｂとを接続するように設けられている。そのため、本実施形態では、共通配線１１０のヒューズ部１１３とは反対側の端部である共通配線１１０ａからヒューズ部１１３までの配線抵抗の最大値が、図７の比較例のようなヒューズ部１１３が上部保護層１０７ごとに設けられた構成と比べて小さくなる。このため、発熱抵抗体列の長いヘッドであってもヒューズ部１１３が切断されやすくなる。
発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で導通が生じ、上部保護層１０７に電流が流れると、ヒューズ部１１３にも電気が流れる。ヒューズ部１１３は、上部保護層１０７、配線１０３、および共通配線１１０ｂと比べて細いため、ヒューズ部１１３での電流密度が高くなるため、ヒューズ部１１３が切断される（電気的に絶縁される）。
本実施形態によると、上部保護層１０７との導通が生じた発熱抵抗体１０８を含む発熱抵抗体列とは別の発熱抵抗体列を覆う上部保護層１０７に耐久性の低下の影響が及ぶことを抑制できる。すなわち、上部保護層１０７の変質による耐久性の低下がヘッド全体へと広がることを抑制できる。
また、本実施形態では、同色の液体を吐出する複数の発熱抵抗体列が互いに補完可能な位置に設けられている。そのため、上記導通によって１つのヒューズ部１１３が切断された際にも、この切断されたヒューズ部１１３に対応する発熱抵抗体列とは別の発熱抵抗体列によって補完できる。これにより、液体吐出ヘッドの交換頻度を抑制して、液体吐出ヘッドの長寿命化を実現し、液体吐出装置のランニングコストを低く抑えることができる。
具体的には図４では、第１発熱抵抗体列としてのＡ１列の発熱抵抗体列と第２発熱抵抗体列としてのＢ１列の発熱抵抗体列は互いに補完可能な位置に設けられている。また、導電性の第１被覆部１０７ａ（１０７）が第１発熱抵抗体列に含まれる複数の発熱抵抗体１０８をそれぞれ覆うように設けられている。また、導電性の第２被覆部１０７ｂ（１０７）が第２発熱抵抗体列に含まれる複数の発熱抵抗体１０８をそれぞれ覆うように設けられている。また、第１共通配線１０３ａ（１０３）が複数の第１被覆部１０７ａに電気的に接続され、第１発熱抵抗体列の方向に延在している。また、第２共通配線１０３ｂ（１０３）が複数の第２被覆部１０７ｂに電気的に接続され、第２発熱抵抗体列の方向に延在している。また、第１共通配線１０３ａと第２共通配線１０３ｂとに電気的に接続された第３共通配線１１０ｂ（１１０）が設けられている。さらに、第１発熱抵抗体列の方向における第１共通配線１０３ａの端部と、第３共通配線１１０ｂと、を接続する第１ヒューズ部１１３ａ（１１３）が設けられている。また、第２発熱抵抗体列の方向における第２共通配線１０３ｂの端部と、第３共通配線１１０ｂと、を接続する第２ヒューズ部１１３ｂ（１１３）が設けられている。
また、発熱抵抗体列に対応して１つのヒューズ部１１３を設けているため、比較例のような上部保護層１０７ごとの個別配線２０３ではなく、複数の上部保護層１０７に共通して配線１０３を接続することができる。本実施形態では、配線１０３は、発熱抵抗体列の方向に延在し、帯状に形成されている。これにより、配線１０３の配線抵抗を図７に示した比較例のヘッドにおける発熱抵抗体列の方向に延在する共通配線１１０ｃの配線抵抗よりも低くすることができる。本実施形態では、配線１０３の配線抵抗を比較例のヘッドの共通配線１１０ｃに対して約１／７程度とすることができる。したがって、ヒューズ部１１３をより切断されやすくすることができる。また、上部保護層１０７と配線１０３とが液体吐出ヘッド用基板１００の面に直交する方向から見て少なくとも一部が重なるように設けることで、基板の面積の増大を抑えつつ、配線抵抗を低くすることができる。
なお、共通配線１０３の端部にヒューズ部１１３が接続されている構成について説明したが、ヒューズ部１１３は共通配線１０３の端を含む端部領域の近傍に接続されていればよい。
（液体吐出ヘッドの製造工程）
液体吐出ヘッドの製造工程について説明する。図９（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造工程について説明するための模式的断面図である。
なお、通常、液体吐出ヘッドの製造工程では、Ｓｉによって形成された基体１０１に、駆動回路が予め作り込まれた状態で、基体１０１上にそれぞれの層が積層されて液体吐出ヘッド１が製造される。発熱抵抗体１０８を選択的に駆動するためのスイッチングトランジスタ１１４といった半導体素子等が、駆動回路として基体１０１に予め作り込まれ、その上に各層が積層されて液体吐出ヘッド１が形成される。しかしながら、ここでは簡略化のために、予め配置された駆動回路等については図示されておらず、図９では基体１０１のみが示されている。
まず、基体１０１上に、熱酸化法、スパッタ法、ＣＶＤ法などによって、発熱抵抗体層１０４の下部層としてＳｉＯ２の熱酸化膜からなる蓄熱層１０２を形成する。なお、駆動回路を予め作り込んだ基体に対しては、それら駆動回路の製造プロセス中で蓄熱層を形成可能である。
次に、蓄熱層１０２上にＴａＳｉＮ等の発熱抵抗体層１０４を、反応スパッタリングにより約２０ｎｍの厚さに形成する。また、発熱抵抗体層１０４上にＡｌ層をスパッタリングにより約３００ｎｍの厚さに形成することにより、電極配線層１０５が形成される。そして、フォトリソグラフィ法を用い、発熱抵抗体層１０４及び電極配線層１０５に対して同時にドライエッチングを施す。これにより、発熱抵抗体層１０４及び電極配線層１０５を部分的に除去することで、図９（ａ）に示される形状の発熱抵抗体層１０４及び電極配線層１０５を形成する。なお、本実施形態では、ドライエッチングとしてリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いている。
次に、図９（ｂ）に示すように、絶縁保護層１０６を形成するために、プラズマＣＶＤ法を用いて、絶縁保護層１０６としてＳｉＮ膜を約２００ｎｍの厚さで形成する。
次に、絶縁保護層１０６上に、スパッタリングによりＴａ層を約１００ｎｍの厚さで形成する。このＴａ層を、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部分的に除去し、配線１０３、共通配線１１０、ヒューズ部１１３および配線１０９を形成する（図９（ｃ））。なお、図９（ｃ）では、共通配線１１０とヒューズ部１１３とは不図示である。ヒューズ部１１３の幅は例えば２μｍとフォトリソグラフィ法の最小限界寸法に近い寸法で形成され、ヒューズ部１１３に電流が流れた場合、ヒューズ部１１３の電流密度がより大きくなり破断し易いように設計されている。
次に、スパッタリングにより、Ｉｒ層を３０ｎｍの厚さで形成する。このＩｒ層を、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部分的に除去し、発熱抵抗体１０８上の領域に上部保護層１０７を形成すると共に、対向電極１１１を形成する（図９（ｄ））。
次に、図９（ｅ）は上記基板を用いて液体液室及び液体流路を製造する工程を説明するための模式的断面図である。基体１０１上に上記各層から成る膜が形成された液体吐出ヘッド用基板の上に、最終的に液体液室となる溶解可能な固体層として、レジストをスピンコート法を用いて塗布する。レジスト材は、例えばポリメチルイソプロペニルケトンからなり、ネガ型のレジストとして作用するものである。そして、フォトリソグラフィ技術を用い、レジスト層を所望の液体液室の形状にパターニングする。続いて、流路形成部材１２０を構成する液流路壁や吐出口１２１を形成するために、被覆樹脂層を形成する。この被覆樹脂層を形成する前に、密着性を向上させるためにシランカップリング処理等を適宜行うことができる。被覆樹脂層は、従来より知られているコーティング法を適宜選択して、液体液室の液室パターンが形成された液体吐出ヘッド用基板上に樹脂を塗布することによって形成することができる。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、被覆樹脂層を所望の液流路壁や吐出口の形状にパターニングする。その後、基板の裏面から、異方性エッチング法，サンドブラスト法，異方性プラズマエッチング法等を用いて、液体液供給口を形成する（図示せず）。最も好ましくは、テトラメチルヒドロキシアミン（ＴＭＡＨ），ＮａＯＨ，ＫＯＨ等を用いた化学的シリコン異方性エッチング法により、液体液供給口を形成することができる。続いて、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行い、現像および乾燥を行うことにより、溶解可能な固体層を除去する。
以上の工程を経て、液体吐出ヘッドが製造される。
＜第２の実施形態＞
本実施形態では、上述の実施形態と同様の構成の液体吐出ヘッドを適用できるため、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
上述の実施形態において、例えばＡ１列の発熱抵抗体列の中では、５０８ｓｅｇ．や５１０ｓｅｇ．などの発熱抵抗体１０８を覆う上部保護層１０７とヒューズ部１１３との間の電気抵抗は比較的高い。このため、これらの発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で導通が生じると、特に発熱抵抗体列が長い場合、ヒューズ部１１３が切断されない可能性もある。そこで、本実施形態では、導通が生じた箇所によらず確実にヒューズ部１１３を切断するための制御を行っている。
図１０は、液体吐出ヘッド１を含む液体吐出ヘッドユニット４１０と、液体吐出ヘッドユニット４１０が搭載される液体吐出装置本体５００と、の回路図を示している。図１１は、本実施形態におけるヒューズ部１１３を切断する際のフロー図である。
本実施形態の液体吐出装置ではドットカウントを設けており、印字中に定期的に断線検知手段を用いて発熱抵抗体の断線検知を行うことが可能な構成となっている。断線検知手段の一例としては、各ｓｅｇｍｅｎｔの発熱抵抗体１０８に１０ｍＡ程度の吐出に影響しない（液体を吐出させない程度の）電流を流し、電流計を用いて通電の有無を検知することで断線の有無を検知することが挙げられる。なお、断線検知手段は、各発熱抵抗体１０８によって液滴が正常に吐出されているか否かを判断できる手段であればよく、検知手段やその方法は限定されるものではない。
また、共通配線１１０には電流計３０４が接続されており、ヒューズ部１１３が破断しているかどうかを検知可能な構成となっている。
次に、図１０、図１１を用いて、本実施形態の具体的なヒューズ部１１３の切断方法について説明する。図１０は第１発熱抵抗体列としてのＡ１列の発熱抵抗体列を含む回路図を示している。図１０（ａ）では、印字による偶発故障によって５０８ｓｅｇｍｅｎｔの発熱抵抗体１０８（第１発熱抵抗体１０８ａ）が断線しており、５０８ｓｅｇｍｅｎｔの発熱抵抗体１０８とこれを覆う上部保護層１０７との間に導通２００が生じている状態である。
まず、ドットカウントによって所定回数の吐出が行われたことを検知すると、上述の断線検知手段によって発熱抵抗体１０８の断線の有無を検知する。
次に、発熱抵抗体１０８（図１０（ａ）では５０８ｓｅｇ．の発熱抵抗体１０８ａ）の断線が検知されると、電流計３０４によりヒューズ部１１３に流れる電流の有無を検知する。電流計３０４に電流が流れなければ、ヒューズ部１１３が破断している（ＯＫ）と判断する。破断している場合は、そのまま印字を続ける。
一方、電流計３０４に電流が流れれば、ヒューズ部１１３が破断していない（ＮＧ）と判断する。ヒューズ部１１３が破断していない場合は、断線した発熱抵抗体１０８を含む発熱抵抗体列のうちのヒューズ部１１３に最も近い発熱抵抗体１０８（図１０（ｂ）では０ｓｅｇ．の発熱抵抗体１０８ｂ（第２発熱抵抗体））に電圧を印加する。これにより、この発熱抵抗体１０８を断線させ、この発熱抵抗体１０８とこれを覆う上部保護層１０７との間に導通２０１を生じさせる（図１０（ｂ））。この際、故意に導通２０１を生じさせるために、通常の印字駆動に用いるエネルギーよりも大きいエネルギーを発熱抵抗体１０８に付与する。例えば、通常の印字駆動条件が電圧２４．０Ｖ、パルス幅４．０μｓである場合、導通２０１を生じさせる際には０ｓｅｇ．の発熱抵抗体１０８に対して電圧２９．０Ｖ、パルス幅１．３μｓのエネルギーを付与する。０ｓｅｇ．の発熱抵抗体１０８とこれを覆う上部保護層１０７とに導通２０１が生じると、発熱抵抗体１０８にかかる駆動電圧（図１０（ｂ）の駆動電源３０１）は上部保護層１０７に印加される。そのため、ヒューズ部１１３に電流４０１が流れ、ヒューズ部１１３は破断する。なお、確実にヒューズ部１１３を切断するために、０ｓｅｇ．の発熱抵抗体１０８に対して通常印字の際に発熱抵抗体１０８に付与するエネルギーの１．５倍以上のエネルギーを付与することが好ましい。
発熱抵抗体列を覆う上部保護層１０７のうち、発熱抵抗体列のヒューズ部１１３側の端部に位置する０ｓｅｇ．の発熱抵抗体１０８を覆う上部保護層１０７は、ヒューズ部１１３との間の配線抵抗が最も低い。このため、ヒューズ部１１３を流れる電流４０１は配線１０３の配線抵抗による影響を殆ど受けず、上部保護層１０７に印加された電圧から殆ど電圧降下することなくヒューズ部１１３に印加される。したがって、ヒューズ部１１３には、他のｓｅｇ．の発熱抵抗体１０８が断線した際よりも大きな電流が流れるため、ヒューズ部１１３をより確実に破断させることができる。
なお、上述の実施形態では、発熱抵抗体列のうちの、ヒューズ部１１３との間の配線抵抗が最も低い上部保護層１０７に対応する発熱抵抗体１０８を断線する例を説明したが、本実施形態はこれに限定されない。すなわち、偶発故障によって断線した発熱抵抗体１０８（第１発熱抵抗体）を覆う上部保護層１０７と比べて、ヒューズ部１１３との間の配線抵抗が低い上部保護層１０７に覆われる発熱抵抗体１０８（第２発熱抵抗体）を故意に断線させればよい。なお、ヒューズ部１１３の切断性の観点では、上述の説明のように、発熱抵抗体列のうちの、ヒューズ部１１３との間の配線抵抗が最も低い上部保護層１０７に対応する発熱抵抗体１０８を断線することが好ましい。
また、ヒューズ部１１３の位置に関して、発熱抵抗体列の方向における配線１０３の端部にヒューズ部１１３を設けた例を説明したが、ヒューズ部１１３の位置はこれに限定されない。すなわち、発熱抵抗体列に対してヒューズ部１１３を１つ設けた構成であればよい。そして、ヒューズ部１１３が破断されていない場合は、偶発故障が生じた発熱抵抗体１０８を覆う上部保護層１０７と比べ、ヒューズ部１１３との間の配線抵抗が小さい上部保護層１０７に覆われた発熱抵抗体１０８を故意に断線させればよい。
１００ 液体吐出ヘッド用基板
１０３ 配線（共通配線）
１０７ 上部保護層
１０８ 発熱抵抗体
１１０ 共通配線
１１３ ヒューズ部

Claims (10)

  1. 複数の発熱抵抗体が配列された第１発熱抵抗体列と、
    前記第１発熱抵抗体列に沿って複数の発熱抵抗体が配列された第２発熱抵抗体列と、
    前記第１発熱抵抗体列に含まれる前記複数の発熱抵抗体をそれぞれ覆う導電性の複数の第１被覆部と、
    前記第２発熱抵抗体列に含まれる前記複数の発熱抵抗体をそれぞれ覆う導電性の複数の第２被覆部と、
    前記複数の第１被覆部に電気的に接続され、前記第１発熱抵抗体列の方向に延在する第１共通配線と、
    前記複数の第２被覆部に電気的に接続され、前記第２発熱抵抗体列の方向に延在する第２共通配線と、
    前記第１共通配線と前記第２共通配線とに電気的に接続された第３共通配線と、
    を有し、
    前記第１被覆部と、前記第１被覆部に覆われた前記発熱抵抗体と、の間は絶縁され、前記第２被覆部と、前記第２被覆部に覆われた前記発熱抵抗体と、の間は絶縁されている液体吐出ヘッド用基板において、
    前記第１発熱抵抗体列の方向における前記第１共通配線の端部と、前記第３共通配線と、を接続する第１ヒューズ部と、
    前記第２発熱抵抗体列の方向における前記第２共通配線の端部と、前記第３共通配線と、を接続する第２ヒューズ部と、
    を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
  2. 前記第１発熱抵抗体列および前記第２発熱抵抗体列が設けられた前記液体吐出ヘッド用基板の面に直交する方向から見て、前記第１被覆部と前記第１共通配線とは少なくとも一部が重なり、前記第２被覆部と前記第２共通配線とは少なくとも一部が重なっている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
  3. 前記第１発熱抵抗体列と前記第２発熱抵抗体列とは、同色の液体を吐出し、互いに補完可能な位置に設けられている、請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板と、
    前記発熱抵抗体に対応して設けられた液体を吐出する吐出口が形成された部材と、
    を有する液体吐出ヘッド。
  5. 第１発熱抵抗体と第２発熱抵抗体とを含む複数の発熱抵抗体が配列された第１発熱抵抗体列と、
    前記第１発熱抵抗体列に沿って複数の発熱抵抗体が配列された第２発熱抵抗体列と、
    前記第１発熱抵抗体列に含まれる前記複数の発熱抵抗体をそれぞれ覆う導電性の複数の第１被覆部と、
    前記第２発熱抵抗体列に含まれる前記複数の発熱抵抗体をそれぞれ覆う導電性の複数の第２被覆部と、
    前記複数の第１被覆部に電気的に接続された第１共通配線と、
    前記複数の第２被覆部に電気的に接続された第２共通配線と、
    前記第１共通配線と前記第２共通配線とに電気的に接続された第３共通配線と、
    前記第１共通配線と前記第３共通配線とを接続する第１ヒューズ部と、
    前記第２共通配線と前記第３共通配線とを接続する第２ヒューズ部と、
    を有し、
    前記第１被覆部と、前記第１被覆部に覆われた前記発熱抵抗体と、の間は絶縁され、前記第２被覆部と、前記第２被覆部に覆われた前記発熱抵抗体と、の間は絶縁されており、
    前記第１発熱抵抗体を覆う前記第１被覆部よりも、前記第２発熱抵抗体を覆う前記第１被覆部は、前記第１ヒューズ部との間の電気抵抗が低い液体吐出ヘッド用基板におけるヒューズ部の切断方法であって、
    前記第１発熱抵抗体と、前記第１発熱抵抗体を覆う前記第１被覆部と、が導通した場合に、前記第２発熱抵抗体に電圧を印加し、前記第２発熱抵抗体と、前記第２発熱抵抗体を覆う前記第１被覆部と、を導通させ、前記第１ヒューズ部を切断することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板におけるヒューズ部の切断方法。
  6. 前記複数の第１被覆部のうち、前記第１ヒューズ部との間の電気抵抗が最も低い前記第１被覆部に覆われた前記第２発熱抵抗体に電圧を印加し、前記第１ヒューズ部を切断する、請求項５に記載の液体吐出ヘッド用基板におけるヒューズ部の切断方法。
  7. 前記第１共通配線は前記第１発熱抵抗体列の方向に延在しており、
    前記第１ヒューズ部は、前記第１発熱抵抗体列の方向における前記第１共通配線の端部と、前記第３共通配線と、を接続しており、
    前記第１共通配線の前記端部の側の、前記第１発熱抵抗体列の端部に位置する前記第２発熱抵抗体に電圧を印加し、前記第１ヒューズ部を切断する、請求項５または請求項６に記載の液体吐出ヘッド用基板におけるヒューズ部の切断方法。
  8. 前記第２発熱抵抗体に電圧を印加することにより、通常印字のために液体を吐出する際に前記第２発熱抵抗体に付与するエネルギーよりも大きなエネルギーを前記第２発熱抵抗体に付与し、前記第１ヒューズ部を切断する、請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板におけるヒューズ部の切断方法。
  9. 前記第２発熱抵抗体に電圧を印加することにより、通常印字のために液体を吐出する際に前記第２発熱抵抗体に付与するエネルギーに対して１．５倍以上のエネルギーを前記第２発熱抵抗体に付与し、前記第１ヒューズ部を切断する、請求項８に記載の液体吐出ヘッド用基板におけるヒューズ部の切断方法。
  10. 前記第１発熱抵抗体と、前記第１発熱抵抗体を覆う前記第１被覆部と、が導通した状態を検知し、前記第１ヒューズ部が切断されていない状態を検知した場合に、前記第２発熱抵抗体に電圧を印加し、前記第１ヒューズ部を切断する、請求項５乃至請求項９のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板におけるヒューズ部の切断方法。
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