JP5675133B2 - 液体吐出ヘッド用基板及び液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出することによって記録を行う液体吐出ヘッド用基板及び該液体吐出ヘッド用基板を備えた液体吐出ヘッドに関し、具体的にはインクを吐出する液体吐出ヘッド用基板及び液体吐出ヘッド（以下、記録ヘッドとも称する）に関する。

インクジェット記録装置は、記録ヘッドの液体吐出ヘッド用基板に配列された発熱素子によって発生される熱エネルギーを利用してインクを膜沸騰させ、これにより生じる発泡の圧力を用いて被記録媒体にインクを吐出することで記録動作を行う。このような液体吐出ヘッド用基板においては、インクによる発熱素子の腐食を防ぐとともに、気泡が消泡する時に発生するキャビテーションで破壊されるのを防ぐために、発熱素子の上部には保護層が設けられている。しかしながら発熱素子の上に保護層を設けると、発熱素子の熱がインクに効率良く伝わらず、インクを発泡させるのに余分な電力が必要となる。

そのため、発熱素子上の保護膜を部分的に薄くすることで熱効率を良くし、省電力化を達成する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の記録ヘッドは、発熱素子の駆動時に高温となる領域には薄い保護膜を設け、低温となる領域には厚い保護膜を設けることで、インクに効率よく熱を伝え省電力化を図る発明が記載されている。

特開平９−１１４７０号公報

近年高速の記録動作を行うために、インクの吐出を高頻度で行うとともに、一度の走査で記録できる記録幅を広げるために発熱素子の数を増やす必要があり、液体吐出ヘッド用基板の発熱素子の列方向の長さは長くなりつつある。一方で、液体吐出ヘッド用基板の製造コストを下げるために１枚の液体吐出ヘッド用基板の面積を減らし、１枚のウェハから多くの液体吐出ヘッド用基板を得ることが求められており、発熱素子の列方向に直交する方向の幅を小さくすることが必要となっている。このような液体吐出ヘッド用基板を用いてインクの吐出動作を高速頻度で行うと、液体吐出ヘッド用基板の中央部は端部より蓄熱されやすいという傾向があるため、液体吐出ヘッド用基板に温度分布が生じる可能性がある。

そうすると、特許文献１に開示される記録ヘッドを用いたとしても、基板の温度に依存して気泡の大きさが変化することでインクの吐出量ばらつきが発生し、記録画像の品位に影響を与えるという懸念が生じる。

そこで本発明は、液体吐出ヘッド用基板に温度分布が生じても、記録画像の品位に影響を与えない液体吐出ヘッド用基板を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、発熱抵抗層と、該発熱抵抗層に接続された一対の電極層と、少なくとも前記発熱抵抗層の一部を覆って保護するための保護膜とが、基板の上に設けられ、
前記発熱抵抗層の、前記一対の電極層の間に位置する部分が、液体を吐出するために利用される熱を発生する発熱部として用いられ、
該発熱部が複数配列された素子列を有する液体吐出ヘッド用基板であって、前記発熱部の配列方向における一端側に設けられた電極パッドと、
前記素子列の端部に位置する第一の発熱部を含む複数の前記発熱部からなる第一のブロックと、
該第一のブロックに接続される第一の共通電極と、
前記素子列の中央部に位置する第二の発熱部を含む複数の前記発熱部からなる第二のブロックと、
該第二のブロックに接続される第二の共通電極と、を備え、
複数の前記発熱部の上はそれぞれ、気泡が生じる第一の領域と、該第一の領域より前記保護膜の膜厚が厚い第二の領域と、を有し、
前記複数の発熱部の面積は等しく、
前記第一の発熱部に対応する前記第一の領域の面積は、前記第二の発熱部に対応する前記第一の領域の面積より大きく、
前記第一の共通電極と前記第二の共通電極の前記配列方向に直交する方向の長さは等しいことを特徴とする。

本発明によれば、素子列の端部に位置する発熱部は、素子列の中央部に位置する発熱部より、第一の領域の面積が大きくなるように設けられている。これにより、温度分布が生じても気泡の大きさを調整することができ、記録画像の品位に影響を与えない液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。

インクジェット記録装置及び液体吐出ヘッドを示す斜視図である。 液体吐出ヘッド用基板を示す三面図である。 液体吐出ヘッドの発熱素子の模式図である。 素子列の模式図である。 素子列の模式図である。 第１の実施形態に示す液体吐出ヘッド用基板の製造方法を示す図である。 参考例に示す素子に接続する共通配線を示す模式図である。 参考例に示す素子列の模式図である。 第３の実施形態に示す液体吐出ヘッド用基板の製造方法を示す図である。 本発明における気泡の発生状態を示す模式図である。

本発明中で示すインクとは、広く解釈されるべきものであり、紙などの被記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、記録媒体の加工、に供される液体を言うものとする。

本発明の液体吐出ヘッド用基板８２を用いたインクジェット記録装置の例としては、図１（ａ）に示されるように構成することができる。紙などの被記録媒体の搬送を行う紙送り機構９４が記録装置のメインフレーム９２に設けられている。さらに、メインフレーム９２には、液体吐出ヘッド用基板８２を設けた液体吐出ヘッド８３（以下、記録ヘッドとも称する）を搭載し、紙の搬送方向と直交する方向に往復移動するキャリッジ９３が備えられている。

図１（ｂ）は、記録ヘッドの一例である。液体吐出ヘッド用基板８２は、フレキシブルフィルム配線基板７３により電気的に接続されており、コンタクトパッド７４に導通している。それらをインクタンク８１上に貼り付けることにより、記録ヘッド８３が構成されている。コンタクトパッド７４は記録ヘッド８３とインクジェット記録装置との接続に用いられる。ここで記録ヘッド８３は、記録ヘッドとインクタンクを一体化した記録ヘッドの一例を示しているが、記録ヘッドとインクタンクが分離型とすることも出来る。

図１（ｂ）のような記録ヘッド８３に用いられる液体吐出ヘッド用基板８２の一例を、図２に示す。図２（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面図である。液体吐出ヘッド用基板８２にはその裏面からインクを供給するために利用される供給口１５が形成されている。また、液体吐出ヘッド用基板８２に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素子２０（以下、素子とも称する）が、供給口１５の両側にそれぞれ配列されている。図２（ｂ）に示すように、供給口１５が複数設けられる場合には、素子列は供給口１５の両側にそれぞれ設けられている。シリコン等からなる基板１１の、素子２０が設けられた側には樹脂部材１２が設けられており、樹脂部材１２には複数の素子２０にそれぞれ対向するように複数の吐出口１３が形成されている。インクは、素子２０の発生する熱エネルギーによって急激に加熱されることで膜沸騰を起こす。さらに、この膜沸騰で発生する気泡の成長に基づく圧力により、インクが吐出口１３から吐出され、記録動作が行われる。

図３は、液体吐出ヘッド用基板を示す図である。（ａ）は素子を抜き出して示した平面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は記録ヘッドの素子２０の図３（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。基板１１上にＴａＳｉＮやＴａＩｒなどの高抵抗材料を主成分とする発熱抵抗層１と、発熱抵抗層１の上に、Ａｌなどからなる一対の電極層２が設けられている。この一対の電極層２の間に位置する発熱抵抗層１の一部が、液体を吐出するための熱を発生する発熱部１ａであり、一対の電極層は、発熱部１ａに駆動電圧を供給するための配線として用いられる。

基板１１の面に垂直な方向に関して、発熱抵抗層１及び電極層２の上には、窒化シリコン（ＳｉＮ）や酸化シリコン（ＳｉＯ）を主成分とする材料からなる保護膜３が設けられている。発熱部１ａの上側に位置する部分がインクを吐出口から吐出するためのエネルギーを発生する素子２０として用いられる。発熱部１ａの上側のインクに接する面は、発熱部１ａが駆動された時にインクに熱を伝えインクが膜沸騰する領域４（第一の領域）と、発熱部１ａが駆動されてもインクが膜沸騰しない領域５（第二の領域）に分けられている。領域４は、基板１１の面に垂直な方向に関して発熱部１ａの上側の中央部に位置しており、領域５は基板１１の面に垂直な方向に関して発熱部１ａの上側であって、領域４の外周を取り囲むように設けられている。このとき領域４の全てがインクが膜沸騰を起こし、発泡する領域（気泡が生じる領域）となるように設けられている。従って、領域４の大きさを変えるとインクを吐出するための気泡の大きさを変えることができる。

インクが膜沸騰するためにインクの接する面の温度は、約３００℃以上のインクの発泡温度とすることが必要である（以下、インク発泡温度と称する）。領域４と領域５は、隣接する領域であり、どちらも基板１１の面に対して垂直な方向に関して発熱部１ａの上側に位置する領域であるため発熱部１ａの駆動を行うと、両領域ともいずれはインク発泡温度となる。しかし領域５より領域４の面の温度が先にインク発泡温度となるように設けることで、領域４のインク発泡温度に到達するまでにかかる時間と、領域５のインク発泡温度に到達するまでに時間との間に時間差を持たせることができる。具体的には、領域４が０．１μｓｅｃ程度先にインク発泡温度に到達するように設けることが好ましい。このように設けることで、領域５より先に領域４でインクが膜沸騰を起こし発泡するため、領域５の面の上を覆い領域５がインクに接せず、領域５をインクの膜沸騰に寄与しない領域とすることができる。このとき領域４の、単位時間に単位面積を通過する熱エネルギーである熱流束は、領域５の熱流束に比べ大きくなっているといえる。

液体吐出ヘッド用基板の素子２０が設けられた側には、流路壁部材１９が接合されて設けられている。流路壁部材１９は、発熱部１ａに対応する位置に図３（ｂ）に示すように吐出口１３と、吐出口１３と供給口１５とを連通する流路の壁１９ａとが設けられている。この流路壁部材１９と液体吐出ヘッド用基板とが接合することで、流路が構成されている。これにより、液体は供給口から素子２０近傍にまで運ばれ、素子２０の発生する熱エネルギーにより加熱され、膜沸騰を起こす。さらに、膜沸騰で発生する気泡の成長に基づく圧力により、インクが吐出口１３から吐出されることで記録動作が行われる。

図３（ｂ）は、保護膜３の一部の熱伝導度の異なる第２の保護膜３０（他の保護膜）とすることで、領域４に位置する第２の保護膜３０の熱流束が、領域５の熱流束より大きくなるように設けられている。図３（ｃ）及び図３（ｄ）においては、流路壁部材１９は省略して記す。図３（ｃ）は、保護膜３の膜厚に差を持たせることで、領域４の熱流束が、領域５の熱流束より大きくなるように設けられている。図３（ｄ）は、領域４に保護膜３を設けないことで、領域４の熱流束が、領域５の熱流束より大きくなるように設けられている。

図１０は、図３（ｂ）に示す液体吐出ヘッドにおけるインクの発泡状態を示す図であり、流路壁部材１９の内部にインク５０が充填された状態を示している。まず図１０（ａ）に示すように素子２０の発生する熱エネルギーにより、領域４のインクが膜沸騰を起こし、気泡５１ａが発生する。このとき領域５はインク発泡温度となっていないため気泡は発生しない。その後、気泡５１は瞬間的に膨張し、図１０（ｂ）に示す気泡５１ｂのように領域５の上を覆い隠すように成長する。インク発泡温度に領域４が到達して発泡が開始してから、このように領域５を気泡が覆い隠すまでには、約０．１μｓｅｃかかる。従って、領域５を領域４より少なくとも０．１μｓｅｃ程度後にインク発泡温度に到達するように設けることで、領域５は発泡に寄与しない領域とすることができる。

（基板内の温度分布について）
このような素子２０を複数配列させた素子列を有する液体吐出ヘッド用基板８２で、高速印字を行うための駆動を行うと素子列の端部が中央部に比べて高温となり、液体吐出ヘッド用基板８２内で温度分布が生じる。これは、素子列の端部で発生した熱は基板１１の端部へ放熱することができるのに対し、中央部は供給口１５などが設けられており、熱の放熱がされにくくなるためである。このような温度分布は、素子の数が多くかつ素子列の長さが長い場合に発生し、複数設けられた供給口の間の距離が狭い液体吐出ヘッド用基板８２であるほどさらに顕著に表れる。温度分布が発生すると、素子２０の大きさや吐出口１３の径を同じにしても、吐出される液滴の量を均一にすることができず、素子列中央部と端部とで印字むらが発生する可能性がある。これは温度変化によるインクの粘度変化に起因していると考えられる。素子列中央部においては、基板温度が上昇に伴ってインク温度が上昇してインクの粘度は下がるため、気泡の大きさが大きくなる。一方素子列端部においては、基板温度が上昇しにくく、インクの粘度は下がらないため、気泡の大きさが比較的小さくなる。これにより、温度が上昇しやすい素子列中央部より、温度が上昇しにくい素子列端部で吐出される液滴の量が少なくなってしまっていると考えられる。

このような現象は、素子列の長さが約１０ｍｍ以上の長さとなると生じ始め、約１５ｍｍ以上の長さとなったときに顕著に生じる。また、隣接する供給口の間の距離が、１．４ｍｍ以下となるように狭く設けると、このような印字むらは更に顕著になる。具体的にはこのような液体吐出ヘッド用基板の端部と中央部で約４℃の差が生じる。

図４は、このような液体吐出ヘッド用基板８２に温度ばらつきが生じていても、印字むらの生じない液体吐出ヘッド用基板８２の一例を示したものである。図４（ａ）は、上部から見た模式図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ’の断面図を示している。図４（ａ）においては基板１１上に設けられた発熱部１ａを模式的に示し、さらに図３（ｃ）に示す領域４の保護膜３の膜厚を薄くして設けた例を示している。図４の端部３４が素子列の端部に位置する素子２０を示しており、中央部３５が温度分布が少ない領域の素子２０を示している。

発熱部１ａには、電気的に接続する一対の電極層２が接続しており、その上に保護膜３が設けられている。素子２０の上側に位置する保護膜３は、熱流束が大きくインクが膜沸騰を起こすのに寄与する領域４と、領域４に比べ熱流束が小さく、インクの膜沸騰に寄与しない領域５を有している。ここで、端部３４に位置する素子２０の上側の保護膜３の領域４の面積は、中央部３５の素子２０の領域４の面積より、大きくなるように設けられている。図４には、端部３４には２つの素子２０が図示されているが、端部３４に該当する素子２０の数は発熱部１ａを駆動させた時に生じる基板の温度分布に併せて、適宜決めることが好ましい。

このようにインクが膜沸騰する領域４の面積を、液体吐出ヘッド用基板８２の温度分布に対応するように変化を持たせることで、気泡の大きさをそろえることができ素子列の中央部と端部のインク吐出体積をそろえることが出来る。具体的には、端部３４に位置する素子２０のインクの膜沸騰に起用する領域４の大きさを、中央部３５の素子２０の領域４の面積より大きくすることで、気泡の大きさをそろえ、インクの吐出体積をそろえる。これにより高速の記録動作を行うことで温度分布が生じた液体吐出ヘッド用基板８２であっても、印字のむらを低減することができる。

また図４は、端部３４と中央部３５との間を境に領域４の面積が変化しているが、図５のように端部から中央部へ段階的に面積が変化する端部３６と、中央部３５の領域を設けることもできる。図５（ａ）は、上部から見た模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ’の断面図を示しており、領域４と領域５の区別がつきやすいように保護膜３の膜厚に差を持たせて示している。図５も、基板１１上に発熱抵抗層１と一対の電極層２と保護膜３とが積層されて設けられている。発熱部１ａの上側に位置する熱流束が大きくなるように設けられた保護膜３に、インクの膜沸騰に寄与する領域４がある。素子列の端部３６から中央部３５にかけて領域４の面積が、段階的に徐々に変化している。このように領域４の面積を段階的に変化させることにより、液体吐出ヘッド用基板８２の温度分布による吐出ばらつきをより効率的に改善することができる。

（第１の実施形態）
図３（ｃ）に示すように領域４と領域５の膜厚に差をもたせることにより、領域５より領域４の熱流束が大きい構成となっている素子２０を有する液体吐出ヘッド用基板８２の製造方法の一例を示す。図６は、図３（ａ）示す、Ａ−Ａ’断面と同様な断面を示している。

基板１１の一方の面に発熱部１ａを構成する発熱抵抗層１として高抵抗材料からなるＴａＳｉＮ膜を約５０ｎｍと、発熱抵抗層の上に電極層２としてＡｌ等の導電材料を３５０ｎｍ程度をスパッタリング法により設ける（図６（ａ））。次に、フォトリソ技術とドライエッチング法により図３（ａ）に示すような所望の電極パターンとなるように、不要な発熱抵抗層及び電極層２を除去する（図６（ｂ））。次に、図３（ａ）に示す発熱部１ａとなる領域の上に位置する電極層２を、フォトリソ技術やウェットエッチング法を用いて除去する（図６−（ｃ））。その後、基板１１の面に対して垂直な方向に関して発熱抵抗層１と電極層２の上側に、発熱抵抗層１と電極層２をインク等から保護する保護膜３として、窒化シリコンをＣＶＤ法などを用いて設ける（図６（ｄ））。保護膜３の膜厚は、発熱部１ａと電極層２の段差部をカバーすることが必要であり、２５０以上８００ｎｍ以下の膜厚を設けることが好ましい。本実施形態においては３００ｎｍの窒化シリコンの膜を設けた。

その後、フォトリソ技術を用いてインクの膜沸騰する領域４を設ける領域をパターニングし、ドライエッチング法により領域４となる位置の保護膜３の一部をエッチングする（図６−（ｅ））。領域４の保護膜３の膜厚は、領域５より領域４の面の温度が先にインク発泡温度となるように設けることで、領域４と領域５のインク発泡温度に到達するまでに時間差を持たせることができる。つまり領域４の熱流束は領域５の熱流束より大きくなるように設ける。領域５より先に領域４でインクの膜沸騰が起こり、これにより発生する泡が領域５の面の上を覆いインクを領域５に接しないようになる。これにより領域５がインク発泡温度以上となったとしても、インクの膜沸騰に寄与しない領域とすることができる。領域４に位置する保護膜３は、５０以上２００ｎｍ以下となるようにすることが好ましく、本実施形態においては１００ｎｍの膜厚になるようにエッチングを行った。また、発熱抵抗層１の材料に、ＴａＩｒ等の、インクを吐出した時に発生する衝撃に耐性のある材料が用いられている場合には、領域４の発熱部１ａの上には保護膜３設けずに、直接インクに接する構成として良い。従って、領域４の保護膜の膜厚は０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。

液体吐出ヘッド用基板が１５ｍｍ以上の素子列となり印字においてムラの発生するヘッドは、端部と中央部で約４℃の差が生じる。本実施例においてこの温度差による印字ムラを目立たなくするためには、素子列の端部の領域４の面積を、素子列の中央部の領域４の面積より約６％大きくする必要がある。

また保護膜３の上に、インクを吐出した時に発生する衝撃に耐性がある材料層７を２００ｎｍ程度設けることで（図６−（ｆ））、更に耐久性を向上させることも出来る。

図４及び図５示すように液体吐出ヘッド用基板８２の温度分布に対応するように領域４の面積に変化を持たせることで、気泡の大きさをそろえることができ素子列の中央部と端部のインク吐出体積をそろえることが出来る。従って、高速の記録動作を行うことで液体吐出ヘッド用基板８２に温度分布が生じても、印字のむらを低減することができる。

（参考例）
本参考例においては、コスト削減のために第１の実施形態で示した構成よりさらに液体吐出ヘッド用基板８２の面積を小さくする場合について説明する。

図７に、液体吐出ヘッド用基板８２の模式図を示す。発熱部１ａに接続する電極層２は、素子２０はブロックごとに制御されるため、複数の素子２０が１つのブロックとして共通電極４２に接続している。液体吐出ヘッド用基板８２は、このようなブロックが複数設けられて構成されている。１つのブロックに設けることができる素子２０の数は、任意に決めることができ、例えば１６個の素子２０を設けることができる。

各ブロックの共通電極は、基板１１の上を引き回されているおり、通常は共通電極の抵抗値を一定とするために共通電極の幅にグラデーションを持たせて設ける。しかしながら、液体吐出ヘッド用基板８２の面積を小さくし、更なるコスト削減を行うために複数の素子２０に接続する共通電極の幅を狭くすることが求められている。

図７では模式的に共通電極４２に２つの素子２０が接続されている例を示す。電極パッド１４から電圧を印加することにより、共通電極４２からスルーホール４６を介して各電極層２に電流が流れ、電極層２から素子２０に電流が流れる。

通常、共通電極４４と素子２０との間の抵抗及び、共通電極４３と素子２０との間の抵抗を一定にするためには、共通電極４４の幅は共通電極４３の幅より広く設ける必要がある。しかしブロックごとに発熱部１ａの面積を変えて素子２０での単位面積当たりのエネルギー量をそろえることでも、図７のように素子列と直交する方向に関して電極幅を一定幅にすることができる。すなわち、図７のこのように発熱部１ａの面積をブロックごとに変えることで、電極幅を広くする必要がなく、液体吐出ヘッド用基板の面積を縮小させることができる。

ブロックごとに発熱部１ａの面積を変えた素子２０を複数配列させた素子列を有する液体吐出ヘッド用基板８２で高速印字を行う場合も、放熱されやすい素子列の端部は、放熱されにくい中央部に比べて高温となり、液体吐出ヘッド用基板８２内で温度分布が生じる。図８は、このような液体吐出ヘッド用基板８２に温度ばらつきが生じていても、印字むらの生じない液体吐出ヘッド用基板８２を示したものである。図８（ａ）は、上部から見た模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ’の断面図を示しており、インクの膜沸騰に寄与する領域４とインクの膜沸騰に寄与しない領域５を設けている。さらに、端部３４の領域４の面積は、液体吐出ヘッド用基板８２の温度分布に応じて段階に変化させることもできる。またインクを吐出した時に発生する衝撃に耐性があるＴａなどの材料層７を、保護膜３の上に２００ｎｍ程度設けることで更に耐久性を向上させることも出来る。

なお、温度むらが少ない液体吐出ヘッド用基板８２の中央部３５においては、発熱部１ａの大きさが異なってもインクの膜沸騰に寄与する領域４の大きさをそろえることで、確実に中央部３５の吐出量をそろえることができる。

以上のように、端部３４では基板１１の温度むらに応じて領域４の面積を中央部３５の領域４の面積より広くし、さらに中央部３５は領域４の面積を一定とすることで、素子列の中央部３５と端部３４のインク吐出体積をそろえることが出来る。これにより液体吐出ヘッド用基板８２を用いて高速の記録動作を行うことで温度分布が生じても、印字のむらを低減することができる液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。

（第３の実施形態）
図３（ｂ）に示すように領域４上に位置する保護膜の熱伝導度と、領域５上に位置する保護膜の熱伝導度に差をもたせた構成となっている素子２０を有する液体吐出ヘッド用基板８２を示す。図９は、図３（ａ）示す、Ａ−Ａ’断面と同様な断面の素子２０の製造方法を示している。

基板１１の一方の面に発熱部１ａを構成する発熱抵抗層１としてＴａＳｉＮ膜を約５０ｎｍと、発熱抵抗層の上に電極層２としてＡｌ等の導電材料を３５０ｎｍ程度をスパッタリング法により設ける（図９（ａ））。次に、フォトリソ技術やドライエッチング法を用いて図３（ａ）に示すような所望の電極パターンとなるように、不要な発熱抵抗層及び電極層２を除去する（図９（ｂ））。次に、図３（ａ）に示す発熱部１ａとなる領域の上に位置する電極層２を、フォトリソ技術やウェットエッチング法を用いて除去する（図９−（ｃ））。その後、基板１１の面に対して垂直な方向に関して発熱部１ａと電極層２の上側に、発熱部１ａと電極層２をインク等から保護する保護膜３として、窒化シリコンをＣＶＤ法を用いて設ける（図９（ｄ））。保護膜３の膜厚は、発熱部１ａと電極層２との段差部をカバーすることが必要であり、２５０以上８００ｎｍ以下の膜厚を設けることが好ましい。本実施形態においては３００ｎｍの窒化シリコンの膜を設けた。その後、フォトリソ技術を用いてインクの膜沸騰に寄与する領域４を設ける領域をパターニングし、ドライエッチング法により領域４となる位置の保護膜３の一部をエッチングする（図９−（ｅ））。そして先ほど領域４となる位置の保護膜３をエッチングした場所に、リフトオフ法などを用いて保護膜３より熱伝導の良い材料である保護膜１７を設ける（図９−（ｆ））。ここで、保護膜３のエッチングした厚さと保護膜１７の厚さを同じにすることで、発熱部１ａ上の領域４と領域５との境界には段差を発生させないように設けることができる。

領域４の保護膜１７の熱伝導率を、領域５の保護膜３の熱伝導率より高くすることにより領域４の面の温度が先にインク発泡温度となるように設けることで、領域４と領域５のインク発泡温度に到達するまでに時間差を持たせることができる。つまり領域４の熱流束は領域５の熱流束より大きくなるように設ける。これにより領域５より先に領域４でインクの発泡が起こり、この気泡が領域５の面の上を覆いインクを領域５に接しないようになる。これにより、領域５がインク発泡温度以上となったとしても、インクの膜沸騰に寄与しない構成とすることができる。

領域４の保護膜１７の材料は、保護膜３より熱伝送率が良く耐インク性に優れたものであれば良く、さらにインクを吐出した時に発生する衝撃に耐性がある材料を用いることがより良い。本実施形態においてはＴａを用いた。また領域４の保護膜１７の膜厚は、１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下となるようにすることが好ましく、本実施形態においては２００ｎｍにした。

図４及び図５に示すように液体吐出ヘッド用基板８２の温度分布に対応するように領域４の面積に変化を持たせることで、気泡の大きさをそろえることができ、素子列の中央部と端部のインク吐出体積をそろえることが出来る。従って、高速の記録動作を行うことで液体吐出ヘッド用基板８２に温度分布が生じても、印字むらを低減することができる。

１ 発熱抵抗層
１ａ 発熱部
２ 電極層
３ 保護膜
４ 第一の領域
５ 第二の領域
１１ 基板
２０ エネルギー発生素子
３４，３６ 端部
３５ 中央部
８２ 液体吐出ヘッド用基板
８３ 液体吐出ヘッド

Claims (8)

1. 発熱抵抗層と、該発熱抵抗層に接続された一対の電極層と、少なくとも前記発熱抵抗層の一部を覆って保護するための保護膜とが、基板の上に設けられ、
   前記発熱抵抗層の、前記一対の電極層の間に位置する部分が、液体を吐出するために利用される熱を発生する発熱部として用いられ、
   該発熱部が複数配列された素子列を有する液体吐出ヘッド用基板であって、
   前記発熱部の配列方向における一端側に設けられた電極パッドと、
   前記素子列の端部に位置する第一の発熱部を含む複数の前記発熱部からなる第一のブロックと、
   該第一のブロックに接続される第一の共通電極と、
   前記素子列の中央部に位置する第二の発熱部を含む複数の前記発熱部からなる第二のブロックと、
   該第二のブロックに接続される第二の共通電極と、を備え、
   複数の前記発熱部の上はそれぞれ、気泡が生じる第一の領域と、該第一の領域より前記保護膜の膜厚が厚い第二の領域と、を有し、
   前記複数の発熱部の面積は等しく、
   前記第一の発熱部に対応する前記第一の領域の面積は、前記第二の発熱部に対応する前記第一の領域の面積より大きく、
   前記第一の共通電極と前記第二の共通電極の前記配列方向に直交する方向の長さは等しいことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
2. 前記第二の領域は、前記第一の領域を取り囲むように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
3. 前記第一の領域には、前記保護膜よりも熱伝導の良い材料からなる他の保護膜が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
4. 前記第一の領域には、前記保護膜が設けられていないことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板。
5. 前記第一の領域は、前記第二の領域より早く液体が膜沸騰する温度に到達することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板。
6. 前記第一の領域は、前記第二の領域より熱流束が大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板。
7. 前記素子列の端部から前記素子列の中央部にかけて、前記第一の領域の面積は段階的に変化していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板と、
   前記発熱部のそれぞれと対応して設けられた液体を吐出するための吐出口と、該吐出口と連通する流路の壁と、を有し、前記液体吐出ヘッド用基板と接することで、前記流路を構成する流路壁部材と、
   を備える液体吐出ヘッド。

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