JP5137553B2 - 記録ヘッド用基板、記録ヘッド、および記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インク吐出用の熱エネルギーを発生する電気熱変換素子（ヒータ）を備えた記録ヘッド用基板、その記録ヘッド用基板が組み込まれる記録ヘッド、および、その記録ヘッドを用いて画像を記録する記録装置に関するものである。

インクジェット記録ヘッドとして、例えば特許文献１には、電気熱変換素子（ヒータ）、ドライバ、およびロジック回路がシリコン基板上に形成されたものが記載されている。画像データに応じて、ロジック回路がドライバを介して電気熱変換素子を駆動する。基板内における電気熱変換素子の電源配線の形態は、例えば特許文献２に記載されている。

サーマルインクジェット技術を用いたカラーインクジェットプリンタは、年々高解像度化が進んできている。高画質の画像を記録するために使用するインクジェット記録ヘッドにおいて、インクの液滴を吐出する複数の吐出口の配置密度は、一色のインク当たり６００ｄｐｉ（ドット／インチ）、９００ｄｐｉ、および１２００ｄｐｉのように、高密度化している。このような記録ヘッドの具体的な形態は、例えば特許文献３に記載されている。

また、記録ヘッドから吐出されるインク滴の大きさは、グレースケールの画像におけるハーフトーン部、カラーフォト画像における中間調、およびハイライト部での粒状性を軽減させるべく、小液滴化されてきている。例えば、カラーインクを吐出する記録ヘッドでは、数年前の吐出量１５ｐｌ程度から、５ｐｌ、２ｐｌのように、年々と小液滴化する傾向にある。しかし、このような記録ヘッドは、高品位なカラーグラフィック画像やフォト画像の記録においては、高画質記録のユーザーニーズに対応できる。しかし、帳票におけるカラーグラフなどの解像度の要求されない粗い画像の記録においては、小液滴化により記録スキャン数が増大して、高速記録の要求には反する結果となる。

このような不具合を解消するために、吐出するインク滴の小液滴化による高画質記録と、大液滴化による高速記録と、の特徴を兼ね備えた記録ヘッドの形態が考案されるようになった。例えば特許文献４には、１つのノズル内に複数の電気熱変換素子を配置して、インクの吐出量を変調する方法が提案されている。また、例えば特許文献５には、１つの基板内に吐出量の異なる複数の吐出口を配置する方法が提案されている。
また、増加した画像データをコンパクトに記録ヘッドに転送し駆動する方法として、次のような方法がある。すなわち、隣接した複数の電気熱変換素子（ヒータ）を一つの群（グループ）とし、その群の中で電気熱変換素子（ヒータ）が時間的に順次駆動され、同時に複数が駆動されることがない、特許文献６に示されるような時分割駆動方式が考案されている。

特開２００２−３７４１６３号公報 特開平１０−４４４１６号公報 特開２００２−０７９６７２号公報 特開平８−１６９１１６号公報 特表２００３−５０８２５７号公報 特開２００４−１２２７５７号公報

上述したように、近年のインクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）では、高画質の画像を得るために、吐出インクの小液滴化が進んでいる。一方、記録速度の高速化も求められている。単純に同じ画像を形成するためには、同じインクの量が必要になる。例えば、吐出インクの小液滴化だけを行ってインク滴の量を１／２にした場合には、記録速度は１／２となる。この場合、記録速度の低下を防ぐためには、同じ量のインクを吐出して記録媒体に打ち込めばよい。しかし、そのためには、１つのノズルに備わるヒータ数（電気熱変換素子の配備数）を２倍にする必要がある。ヒータのピッチをそのままにして、ヒータ数を２倍にした場合には、ヒータが配置されている基板のサイズが２倍以上に大きくなってしまう。しかも、いわゆるシリアルスキャンタイプの記録装置においては、装置内を高速で移動する記録ヘッドの大型化、製造の困難化、記録装置の大型化、および振動や騒音の増加を招くおそれがある。そのために、ヒータのピッチを小さくして、ヒータを高密度に配置する必要がある。

一方、インク滴を安定的に吐出するためには、ヒータに安定した電圧を印加しなければならない。全てのヒータを同時に駆動した場合には、一度に大きな電流が流れるため、配線抵抗により大きく電圧が降下する。そのために、例えば、同時に駆動するヒータの数を制限し、それぞれのヒータを、時間を分けて順次駆動する時分割駆動方式が採用されている。

インク滴の小液滴化は、記録速度の高速化には不利であるため、インク滴の小液滴化と共に、高速記録をも可能とするようにインク滴の大液滴化をも実現することが重要となっている。後述するような電気熱変素子に対向する側に吐出口を有するいわゆるサイドシュータのインクジェット記録ヘッドにおいては、インクの小液滴と大液滴のそれぞれに対応するように、吐出口とヒータを配置したものがある。このような構成の記録ヘッドは、小液滴用のヒータと、大液滴用のヒータと、を選択的に駆動することによって、インクの小液滴と大液滴を吐出することができて、記録画像の高画質と記録速度の高速化の両立を図ることができる。しかし、ヒータの配備数が増加するため、ヒータのピッチをより小さくして、ヒータをより高密度に配置することが必要となる。

このように、記録画像の高画質化を実現するために、吐出口を高密度に配置してインク滴の小液滴化を図る場合、および高画質化と記録速度の高速化を両立するために、小液滴と大液滴を併用する場合には、いずれにおいてもヒータの高密度配置が課題となる。

そのためには、インク滴の小液滴化を達成するために小面積のヒータを使用し、そのヒータを記録密度に合わせて高密度に配置することが考えられる。しかし、ヒータを列状に高密度に配置する場合には、ヒータに付随する配線の電流密度の制約、フォトリソグラフィによる製造方法の律速により、配線幅や配線間距離のルールが定められる。そのため、所望のインク吐出量を実現するためのヒータ面積を確保することが困難となる。

本発明の目的は、電気熱変換素子の面積を確保しつつ、それを高密度に配置して、記録画像の高画質化と記録速度の高速化が可能な記録ヘッド用基板、記録ヘッド、および記録装置を提供することにある。

本発明の記録ヘッド用基板は、インクを供給するための供給口に沿って配され、インク吐出用の熱エネルギーを発生するための複数の電気熱変換素子と、電源端子から前記複数の電気熱変換素子に電力を供給するための電源配線と、前記複数の電気熱変換素子を複数のブロックに分割して時分割駆動するための回路と、を有する記録ヘッド用基板であって、それぞれが異なる前記ブロックに属する前記複数の電気熱変換素子によって形成される群を単位として、当該群内における前記複数の電気熱変換素子の一端側に共通して接続され、かつ他の前記群とは分離され、前記供給口に沿って配された共通配線と、前記群内の前記電気熱変換素子のそれぞれの他端に接続された個別配線と、前記群内における前記複数の電気熱変換素子の間に配され、前記電源配線と前記共通配線とを接続する接続配線と、有し、前記群内における前記接続配線の数は、前記群内における前記電気熱変換素子の数よりも少ないことを特徴とする。

本発明の記録ヘッドは、上記の記録ヘッド用基板と、前記電気熱変換素子に対応するインク吐出口を形成する吐出口形成部材と、を含むことを特徴とする。

本発明の記録装置は、上記の記録ヘッドを用い、前記インク吐出口からインクを吐出させることによって、記録媒体に画像を記録する記録装置であって、前記記録ヘッドと前記記録媒体とを相対移動させるための手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、異なる駆動タイミングのブロックに属する複数の電気熱変換素子を１つの群の単位として共通配線に接続する。そして、この共通配線に、電気熱変換素子から折り返すように延在して電気熱変換体の間を通る配線を接続することにより、その配線の幅を小さくすることができる。この結果、電気熱変換素子の面積を確保しつつ、それを高密度に配置して、記録画像の高画質化と記録速度の高速化を図ることができる。また、従来の製造プロセスによって電気熱変換素子を高密度に配置することができ、また結果的に、記録ヘッド用基板および記録ヘッドの小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１および図２は、本発明の第１の実施形態における記録ヘッド用基板のヒータ部分の説明図である。

まずは、本発明の特徴的な記録ヘッド用基板のヒータ部分の構成の説明に先立ち、記録ヘッド用基板に形成される駆動回路、その駆動回路を駆動するための信号、記録ヘッドの構成例、および、その記録ヘッドを用いる記録装置の構成例について説明する。

（駆動回路の構成例）
記録ヘッド用基板には、後述するように電気熱変換素子（以下「ヒータ」とも言う）と、その駆動回路と、が形成される。これらは、半導体プロセス技術を用いて、同一の記録ヘッド用基板上に形成されている。

図８は、記録ヘッド用基板に形成される駆動回路の構成例を説明するための図である。

図８において、１１０１は熱エネルギーを発生するためのヒータ、１１０２は、ヒータ１１０１に所望の電流を供給して駆動を行うか否かのスイッチングを行うためのトランジスタ部である。そのトランジスタをＯＮ／ＯＦＦさせるヒータ駆動信号を出力するのがヒータ選択回路としてのＡＮＤゲート１２０１である。トランジスタがＯＮすると、電源配線（電源ライン）１１０５からヒータ１１０１、トランジスタ１１０２を介して接地配線（ＧＮＤライン）１１１０に電流が流れ、ヒータ１１０１が駆動する。
１１０４は、画像データを含むデータを一時的に格納するシフトレジスタであり、このデータに基づいて、各ヒータ１１０１に電流を供給するか否かが決定される。つまり、ヒータ１１０１をＯＮ／ＯＦＦさせて、後述する記録ヘッドのノズルからインクを吐出させるか否かが決定される。１１０７は、シフトレジスタ１１０４に与える転送クロック（ＣＬＫ）を入力する転送クロック入力端子である。１１０６は、ヒータ１１０１をＯＮ／ＯＦＦさせる画像データ（ＤＡＴＡ）とデコーダ１２０３でデコードされるブロック制御データを有するデータをシリアルに入力するデータ入力端子である。１１０３は、画像データとブロック制御データを保持するためのラッチ回路、１１０８は、ラッチ回路１１０３にラッチのタイミング信号（ＬＴ）を入力するラッチ信号入力端子である。１１０５は、ヒータ１１０１に所定の電圧を印加して電流を供給するための電源配線（電源ライン）である。１１１０は、トランジスタ１１０２を介してヒータ１１０１の接地を行う接地配線（ＧＮＤライン）である。１２０２は、ヒータを駆動するタイミングを規定するヒートイネーブル信号を入力するヒートイネーブル信号入力端子である。
また、シフトレジスタ１１０４に格納されるデータの中で画像データの１ビットは、本実施例においては隣接する４つのヒータに対応したＡＮＤゲート１２０１に共通に入力される。この隣接する４つのヒータやトランジスタやＡＮＤゲートを単位としたグループを構成している。

また、デコーダ１２０３から出力されるブロック選択信号により、ヒータの駆動タイミングが時間的にずらされたいわゆる時分割駆動が可能なように構成されている。そして、上述したグループ内の複数のヒータは同時には駆動できなくなっている。また、後に詳細に説明するがヒータのＶＨ側の配線はグループ内で共通にされている。
次に、ＡＮＤゲート１２０１からのヒータ駆動信号がＯＮとなる（ヒータを駆動する）信号及びその条件に関して説明する。本発明は、時分割駆動方式を採用した駆動方式を採用している。時分割駆動方式とは、ヒータ列（電気熱変換素子列）の全ヒータを同時に駆動するのではなく、時間的な区切り（ブロック）を設けて順次駆動を行うことで、同時に駆動するヒータ数を減らす駆動方式である。
先ず、データは、データ入力端子１１０６から転送クロック（ＣＬＫ）１１０７と同期してデータを一時的に時格納するシフトレジスタ１１０４に入力し格納される。シフトレジスタ１１０４に格納されたデータは、ラッチ回路１１０３にラッチ信号（ＬＴ）１１０８のタイミングで取り出される。
シフトレジスタ１１０４から取り出されたデータの一部は画像データ信号に、また一部はデコーダ１２０３を介して生成されるブロック選択信号となる。そして、画像データ信号と時分割信号とヒートイネーブル信号が同時に成立する条件において、ＡＮＤゲート１２０１がＯＮとなりヒータを駆動する。

（駆動信号の例）
図９は、図８に示した記録ヘッドの駆動回路を駆動するための各種信号のタイミングチャートである。これを用いて、図８に示した記録ヘッドの駆動回路の動作について説明する。

転送クロック入力端子１１０７には、シフトレジスタ１１０４に格納されるデータのビット数分の転送クロック（ＣＬＫ）が入力される。本例において、シフトレジスタ１１０４へのデータ転送は、転送クロック（ＣＬＫ）の立ち上がりのタイミングに同期して行われるものとする。各ヒータ１１０１をＯＮ／ＯＦＦさせるための画像データとブロック制御データは、データ入力端子１１０６から入力される。ここでは、６ビット分のデータが転送されることから、６ビット分の転送クロック（ＣＬＫ）のパルスを入力してシフトレジスタ１１０４に一時的に格納される。それから、ラッチ信号入力端子１１０８にラッチ信号（ＬＴ）を与えてラッチ回路１１０３に、データ（ＤＡＴＡ）を保持する。
次に、図１２を用いて、図８の回路の中で本発明の実施例の形態に採用されている時分割駆動方式の部分だけを説明する。
Ｎ（２ⁿ）時分割で時分割駆動する場合には、ヒータ列は連続するＮ（２ⁿ）個のヒータを一つの群（ブロック）とし、その群がｍ群ある形態となる。シフトレジスタに入力されるデータは、どの時分割ブロックを選択するのかを指定するためのブロック制御データと、その時分割ブロックにおける画像データと、なる。
ブロック制御データは、デコーダ１２０２（図１２では省略）によってデコードされるため、入力されるブロック制御データとしてはＮ（２ⁿ）時分割とするとｎビットとなる。したがって、シフトレジスタに入力されるブロック制御データとしてはｎビットのブロック制御データとｍビットの画像データとなり、（ｎ＋ｍ）ビットのシフトレジスタとラッチ回路を必要とする形態となる。なお，本実施例においては、ブロック制御データとしてＢ１、Ｂ２の２ビットをシフトレジスタで受け取り、デコードされることで４つのブロックに時分割されて駆動が成されることになる。本実施例では、４つの隣接するヒータを１つの群（グループ）とし、１つの群の中の夫々のヒータが別時分割ブロックに対応するため、１つの群の中では同時に複数のヒータは駆動されることがない。本発明においては後述するように、同時に駆動されることがない複数のヒータで構成される群を単位として、配線を纏めて接続している。
時分割駆動を行う場合、この（ｎ＋ｍ）ビットのデータ入力（ここでは６ビット）をＮ（２ⁿ）回（ここでは４回）行うことによって、全ヒータ（４時分割ブロック×４ビット＝１６）に１対１に対応するヒータ駆動信号を入力し駆動することとなる。この形態におけるヒータに電流を流すスイッチに相当するのがスイッチングトランジスタ１１０２である。
スイッチングトランジスタ１１０２をヒートイネーブル信号に応じた時間ＯＮにする。そのＯＮ状態となっている時間に応じて、電源ライン１１０５からの電流は、ヒータ１１０１およびトランジスタ１１０２を通してＧＮＤライン１１１０ヘと流れ込む。この時、ヒータ１１０１はインクを吐出するために必要な熱を発生し、画像データに基づいて、記録ヘッドのノズルからインクが吐出されることになる。

（記録ヘッドの構成例）
図１０は、記録ヘッド用基板を用いて構成された記録ヘッドの構成例の説明図であり、その記録におけるノズル部分の一部切欠きの斜視図である。本例の記録ヘッドは、いわゆるサイドシュータタイプのインクジェット記録ヘッドである。このサイドシュータタイプの場合には、ヒータ１１０１の上部に位置するインクがヒータ１１０１の発熱により発泡し、その発泡エネルギーを利用して、ヒータ１１０１と対応する位置の吐出口（インク吐出口）１１３２からインクが吐出される。

記録ヘッド用基板１０００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉウエハ基板であり、その表面上に、図８で説明したようなヒータ１１０１と、その駆動回路と、が半導体プロセスにより形成される。インクを吐出するための吐出口１１３２は、基板１０００上のヒータ１１０１に対応するインク流路壁と共に、吐出口形成部材（樹脂材料）１１３１を用いるフォトリソグラフィ技術により形成される。

インクを供給するインク供給口１１２１は、Ｓｉ基板１０００の結晶方位を利用した異方性エッチングによって形成される。これにより、基板１０００の裏面から表面に向かって傾斜する斜面を持つ長溝状の貫通口として、インク供給口１１２１が形成される。

本実施例の記録ヘッドの基板１０００には、インク供給口１１２１を挟むように２つのヒータ列（２列の電気熱変換素子列）が形成されており、それらのヒータ列のヒータ１１０１と対向するように吐出口１１３２が設けられている。つまり、インク供給口の長手方向に沿ってヒータ（電気熱変換素子）が配されている。２つの吐出口列における吐出口１１３２は同一のピッチＰで形成され、また、それらの吐出口列における吐出口１１３２は、吐出口列の方向においてピッチＰ１，Ｐ２だけずれている。これらのピッチＰ，Ｐ１，Ｐ２は任意であり、ピッチＰ１，Ｐ２はピッチＰの１／２であってもよく。ヒータ１１０１は、このような吐出口１１３２のピッチに対応するように配置される。また、吐出口列の形成数は１列であっても３列以上であってもよい。

インク供給口１１２１に、インクを導くための流路部材を接続し、その流路部材に、インクを収容する容器（インクタンク）を組み合せることによって、記録ヘッドとインクタンクとを含む記録ヘッドカートリッジを構成することができる。複数色のインクのそれぞれを収容する容器（インクタンク）と、各色インク毎に対応する記録ヘッド用基板と、を組み合せて記録ヘッドカートリッジを構成することにより、カラー画像の記録が可能となる。

（記録装置の構成例）
図１１は、記録ヘッド用基板を用いて構成された記録ヘッドを搭載可能な記録装置の構成例の説明図である。

本例の記録装置は、記録ヘッドカートリッジＨ１０００をキャリッジ１０２に交換可能に搭載している。キャリッジ１０２には、記録ヘッドカートリッジＨ１０００の外部信号入力端子と電気的に接続可能な電気接続部が設けられている。そのキャリッジ１０２における電気接続部から、記録ヘッドカートリッジＨ１０００の外部信号入力端子を介して、記録ヘッドの駆動信号等が伝達される。

本例の記録装置は、いわゆるシリアルスキャンタイプの記録装置である。キャリッジ１０２は、装置本体に設置されたガイドシャフト１０３に沿って、矢印Ｘの主走査方向に往復移動可能に支持されている。キャリッジ１０２は、モータプーリ１０５と従動プーリ１０６との間に掛け渡されたタイミングベルト１０７に連結されており、主走査モータ１０４によってモータプーリ１０５が回転駆動されることにより、主走査方向に移動制御される。記録媒体１０８は、プリント部において平坦なプリント面を形成するように、その裏面がプラテン（不図示）により支持される。本例の場合、吐出口列は、主走査方向と直交する方向に配列されている。

記録媒体１０８に画像を記録する際には、記録ヘッドカートリッジＨ１０００による記録走査と記録媒体１０８の搬送動作とを繰り返す。すなわち記録走査において、記録ヘッドカートリッジＨ１０００は、キャリッジ１０２と共に主走査方向に移動しつつ、吐出口からインクを吐出する。搬送動作においては、記録媒体１０８が副走査方向に所定量だけ搬送される。

（記録ヘッド用基板のヒータ部の構成）
次に、本発明の特徴的な記録ヘッド用基板のヒータ部分の構成について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態における記録ヘッド用基板１０００のヒータ１１０１の部分の拡大図、図２は、図１のヒータ１１０１に接続される電気回路の説明図である。この基板１０００には多層配線技術が用いられ、この基板１０００上において、各構成要素を接続する配線（アルミニウム、銅、金あるいは、アルミニウム、銅、金を含む合金による配線）は、絶縁層によって挟まれて多層構造を成している。それらの配線層における上下の配線は、基板１０００上の任意な箇所のスルーホール（絶縁層の開口部）によって、互いに接続されて回路を形成する。

ヒータ１１０１は抵抗体（タンタル合金等）によって形成され、その抵抗体の両端には、図１中斜線を付して示すように、発熱エネルギーを供給するための配線５１３，５１４，個別配線５１５が形成されている。配線（第１配線）５１５は、ヒータ１１０１の図１中の紙面下側部分（ヒータ１１０１の配列方向と交差する方向の一方側に位置する部分）から、同図中の紙面下方側に延在し、スイッチング用のトランジスタ１１０２に接続されている。配線（第２配線）５１３は、ヒータ１１０１の図１中上側部分（ヒータ１１０１の配列方向と交差する方向の他方側に位置する部分）から、折返すようにして同図中の紙面下方側に延在して、前述した同じ群（グループ）内の隣接したヒータ１１０１の間を通る。以下、この配線５１３を折返し配線ともいう。配線（第３配線）５１４は、ヒータ１１０１と供給口１１２１との間に形成されて、同じ群を単位として配線５１３の複数（本例の場合は、４本）を互いに接続する。以下、この配線５１４は連結配線ともいう。そして、この連結配線に対してヒータ１１０１の間に配された配線（折り返し配線）が複数本接続されている。共通の配線５１４、ヒータ１１０１、および個別の配線５１５は、インク供給口側からこの順に配置されている。

多層構造の基板１０００において、ヒータ１１０１を形成する抵抗体は、多層配線技術によって同一の１層に形成されており、配線５１３，５１４，５１５もまた同様に、その抵抗体と同一の１層に形成されている。一般に、これらの抵抗体と配線５１３，５１４，５１５の上部には、同一の絶縁膜層（保護膜層）が形成される。この場合、その絶縁膜層（保護膜層）の最適な膜厚は、その絶縁膜の信頼性、およびヒータ１１０１の発熱エネルギーの利用効率の観点から決定される。

絶縁層膜の最適な膜厚に応じて、カバレージ可能な下層の配線層（配線５１３，５１４，５１５の形成層）の膜厚も決定される。一般的なフォトリソグラフィによる製造方法において、配線層の膜厚は絶縁層の膜厚以下に制限される。本例の場合、絶縁層の膜厚は約３０００Å、配線層の膜厚は約２０００Åである。また本例においては、インクの吐出量をＶｄとするためのヒータ１１０１のヒータ形状（Ｗ×Ｌ）を１５×１５μｍとし、高画質の記録および高速記録を実現するために、このヒータ１１０１を１２００ｄｐｉ（ドット／インチ）に配置している。１２００ｄｐｉは、ヒータ１１０１の配列ピッチＰの２１μｍに相当する。

配線５１３，５１４，５１５は、製造条件に依存する配置ルール（一般に「配線ルール」と称される）が適用される。これは、フォトリソグラフィによる製造方法から起因するものであり、本例においては、配線の最小ライン幅を２μｍ、最小スペース幅を２μｍとする配置ルールを適用している。これにより折返し配線５１３は、ライン幅５０１が２μｍ、スペース幅５０２が２μｍとなっている。ヒータ１１０１のピッチＰに対するヒータ幅Ｗの割合（Ｗ／Ｐ）は、７１．４％である。この割合は、ヒータの高密度配置を実現する上においては、７０％以上であることが好ましい。

１１２１は、前述したように基板１０００の裏面から、吐出口１１３２（図１０参照）にインクを供給するためのインク供給口である。ヒータ１１０１は、このインク供給口１１２１に沿って列を成すように高密度に配置されている。本例の場合、隣接する４つのヒータ１１０１が１つの郡を形成しており、この郡を単位として電源配線１１０５、１１１０が形成されている。図２においては、右側の４つのヒータ１１０１によって形成されるヒータ群に対して、接続端子ＶＨ１，ＧＮＤＨ１に接続される電源配線１１０５，１１１０が形成される。同様に、同図中左側の４つのヒータ１１０１によって形成されるヒータ群に対して、接続端子ＶＨ２，ＧＮＤＨ２に接続される電源配線１１０５，１１１０が形成される。前述した図８においては電源配線及び接地配線を１つとして示したが、図２においてはヒータの群（グループ）毎に設けた例で示している。

このように、１つのヒータ群内における４つのヒータ１１０１は、共通の電源配線１１０５，１１１０に対して並列に接続されている。このヒータ群内のヒータは、それぞれ異なる駆動タイミングのブロックに属している。それぞれのヒータ１１０１に対応するトランジスタ１１０２は、それら４つのヒータ１１０１を同時に駆動することなく、前述したように時間的にずらして順次駆動する仕様となっている。このような駆動方式は、時分割駆動方式と称されている。本例の場合は４分割駆動方式となる。

図１および図２においては、８つの吐出口１１３２に対応する８つのヒータ１１０１のみを図示している。例えば、３２の吐出口１１３２が並ぶノズル列が形成される場合には、３２のヒータ１１０１が配列されて、それらが４つずつの８群に分けて４分割駆動されることになり、電源配線１１０５，１１１０は、それぞれ８本ずつ形成される。

本実施例において、それぞれのヒータ群内における４つの折返し配線５１３は、ヒータ列とインク供給口１１２１との間の位置において、インク供給口１１２１の延在方向と略平行な連結配線５１４（共通配線）によって互いに接続されている。この折返し配線５１３同士の接続により、ヒータ１１０１に隣接して位置する折返し配線５１３の１本当りの配線幅５０１を小さくすることができる。つまり、折返し配線５１３同士が連結配線５１４によって接続されていない場合に比して、折返し配線５１３の１本当りの配線幅５０１を小さくすることができる。この結果、同じピッチＰ内において、ヒータ１１０１の幅Ｗを前述したように大きくすることが可能となる。

本実施例において、ヒータ１１０１と折返し配線５１３の数は同じであり、ヒータ群内における折返し配線５１３の本数は４本である。図１のように、折返し配線５１３はヒータ１１０１の間に配置し、１本の折返し配線５１３を流れる電流密度は、所望の値以上とならないように設定する。さらに、このような折返し配線５１３の配置により、ヒータ群内の折返し配線５１３における電流密度分布の偏りの発生を回避し、ヒータ１１０１の位置によって配線抵抗差や電流差が発生することを防止している。
特に本実施例においては時分割駆動によって同時に駆動が成されないヒータを１つの群として連結配線を設け、この連結配線に対してヒータ１１０１の間に配された配線（折り返し配線）が複数本接続されている。このため１つの群内での折り返し配線をより細くすることができる。

これらの結果、ヒータ１１０１の配置の高密度化を実現し、かつインクの安定吐出によって高画質の画像の高速記録が可能となる。

（比較例）
図５から図７は、本発明の記録ヘッド用基板との比較例を説明するための図であり、この比較例としての基板には、連結配線５１４や連結配線に接続された複数の折り返し配線が形成されていない。

図５および図６において、吐出口１１３２、個別流路、およびヒータ１１０１を含む記録素子は、配置密度が６００ｄｐｉ、吐出口１１３２からのインクの吐出量がＶｄであり、インク供給口１１２１に沿って列状に配置されている。前述したように、記録素子の下部に位置するヒータ１１０１は、記録素子と同様に列をなしている。図５中の斜線部分がヒータ１１０１の配線５１３，５１５である。

吐出量がＶｄの記録素子を配置密度６００ｄｐｉで列状に配置するためには、ヒータ１１０１も同様に、列状に６００ｄｐｉの密度で配置する必要がある。それを実現するためには、ヒータ１１０１のピッチＰを４２μｍとしなければならない。本例においては、ヒータ１１０１の電極方式として、前述した本発明の第１の実施形態と同様の列方向垂直電極方式、つまりヒータ１１０１の配列方向に対して直交する図５中の紙面上下方向にヒータ電極（配線との接続部分）が位置する方式を採用した。配線ルールにより、折返し配線５１３のライン幅５０１を８μｍ、スペース幅５０２を８μｍとした場合、ヒータ１１０１の幅Ｗは最大１８μｍとなる。吐出量Ｖｄを確保するために、例えば、１８×１８μｍの正方形のヒータ１１０１が配置可能となる。ピッチＰに対するヒータ幅Ｗの割合（Ｗ／Ｐ）は、４２．９％である。

図６は、図５のヒータ１１０１と配線５１３，５１４，５１５の配列形態に対応する電気回路図である。

ここで、同じ吐出量Ｖｄのヒータ１１０１（例えば、１８×１８μｍ）を図６のような配置密度６００ｄｐｉから、９００ｄｐｉに高密度配置する場合を考える。この場合には、ヒータ１１０１のピッチＰを２８μｍとする必要がある。ヒータ１１０１の電極方式として列方向垂直電極を採用し、配線ルールによって、折返し配線５１３のライン幅５０１が８μｍ、スペース幅５０２が８μｍに規定される場合には、ヒータ１１０１の幅Ｗが最大４μｍとなってしまう。このことから、ヒータ１１０１を２８μｍのピッチＰで配置できなくなることが分かる。

このようなヒータ１１０１の高密度配置の障害になっているのは、折返し配線５１３である。吐出量Ｖｄのヒータ１１０１（例えば、１８×１８μｍ）を２８μｍのピッチＰで配置することは、配線ルールによって、折返し配線５１３のライン幅５０１が２μｍ、スペース幅５０２が２μｍに規定されれば可能となる。図７は、このような配線ルールによって折返し配線５１３を形成した場合の説明図である。但し、この図７の場合は、図５の場合に比して、折返し配線５１３の膜厚が変わらなければ、折返し配線５１３の配線断面積が１／４となり、その電流密度は４倍となってしまう。

配線断面積を確保するためには、このように配線幅は細くなった分を補うように、配線膜厚を４倍にする方法も考えられる。しかし、この折返し配線５１３は、ヒータ電極につながる配線となるため、その上部の絶縁膜層（保護膜層）を厚くせずに配線膜厚のみを厚くしなければならない。このことは、単純に、配線カバレージ性の低下を招き、ヒータ１１０１の信頼性を低下させるおそれがある。また、配線カバレージ性を確保するために、絶縁膜層（保護膜層）を厚くすることは、ヒータ１１０１上部の絶縁膜層（保護膜層）を厚くすることにつながり、インクの発泡効率の著しい低下を招いて、インクの吐出の安定性を損なうおそれがある。また、ヒータ１１０１の配置密度の高密度化を実現する方法として、例えば、ヒータ１１０１の形成層と異なる層を用いて、ヒータ１１０１と電極配線とを立体的に重ね合わせる方法は、製造方法が複雑化することが分かっている。

この比較例のように、前述した本発明の実施形態における連結配線５１４が形成されていない場合には、ヒータ１１０１の高密度配置が難しい。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態における記録ヘッド用基板内のヒータの配列形態を示す図、図４は、図３のヒータ１１０１と配線５１３，５１４，５１５の配列形態に対応する電気回路図である。図３および図４において、前述した実施形態と同様の部分には同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態は、前述した第１の実施形態と同様に、ヒータ１１０１の抵抗体は多層配線技術によって同じ１層に形成されており、配線５１３，５１４，５１５もまた、その抵抗体と同じ１層に形成されている。また前述した第１の実施形態と同様に、ヒータ群内の折返し配線５１３は、ヒータ列とインク供給口１１２１との間の部分に形成された連結配線５１４によって、インク供給口１１２１と略平行に連結されている。
本実施例においても、連結配線によって接続されているヒータの群内の各ヒータは同時には駆動されないようになっている。

、前述した第１の実施形態においては、ヒータ１１０１の形状が１種類であった。本実施形態においては、ヒータ１１０１として、大小２種類の形状のヒータ１１０１Ａ，１１０１Ｂを備えている。ヒータ１１０１Ａは、比較的大量Ｖｄ１のインクを吐出するための大ヒータであり、ヒータ１１０１Ｂは、比較的小量Ｖｄ２のインクを吐出するための小ヒータである。大ヒータ１１０１Ａに対応する吐出口１１３２は開口面積が大きい大吐出口となり、小ヒータ１１０１Ｂと対向する吐出口１１３２は開口面積が小さい小吐出口となる。また前述した第１の実施形態においては、ヒータ１１０１と折返し配線５１３とは同数であり、１つのヒータ群内においては４つずつであった。本実施形態の場合、折返し配線５１３の数は、図３のようにヒータ群内において２つである。このことは、大ヒータ１１０１Ａと小ヒータ１１０１Ｂとの間に一定のスペース５０４を確保しつつ、それらのヒータ１１０１Ａ，１１０１Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を合わせたヒータ幅（Ｗ１＋Ｗ２）をより大きく設定する上において有利となる。

、折返し配線５１３の必要な配備本数は、１本の折返し配線５１３を流れる電流密度が所望の値以上にならない本数であって、かつ少な過ぎない本数に設定する。折返し配線５１３の配備本数が少な過ぎた場合には、ヒータ群内における電流密度分布に偏りが発生し、ヒータ１１０１Ａ，１１０１Ｂの位置によって、配線抵抗差や電流差が発生するおそれがある。このような条件を満たすように、ヒータ群内における折返し配線５１３の配備本数が複数本に設定されている。

吐出量がＶｄ１の大ヒータ１１０１Ａは、幅Ｗ１と長さＬ１が１８μｍの平面四角形状（１８×１８μｍ）であり、吐出量がＶｄ２の小ヒータ１１０１Ｂは、幅Ｗ２と長さＬ２が１２μｍの平面四角形状（１２×１２μｍ）である。折返し配線５１３が介在するヒータピッチＰ１は２３μｍ、スペース５０４が介在するヒータピッチＰ２は１９μｍである。配線ルールとして、最小ライン幅が２μｍ、最小スペース幅が２μｍのルールを適用し、折返し配線５１３のライン幅５０１を４μｍ、スペース幅５０２を２μｍとしている。また、ヒータ１１０１Ａ，１１０１Ｂ間のスペース５０４の幅は、４μｍとしている。ピッチＰ１，Ｐ２に対するヒータ幅Ｗ１，Ｗ２の割合｛（Ｗ１＋Ｗ２）／（Ｐ１＋Ｐ２）｝は、７１．４％となる。

このように本実施形態においては、吐出量が異なる吐出口に対応する大ヒータ１１０１Ａと小ヒータ１１０１Ｂに関して、それぞれの配置密度の高密度化を実現しつつ、インクを安定的に吐出して、高品位の画像の高速記録が可能となる。

（他の実施形態）
本発明は、複数の電気熱変換素子を複数のブロックに分割して、いわゆるブロック駆動するための回路を備えた記録ヘッド用基板に対して適用することができる。複数の電気熱変換素子は、インクを供給するための供給口に沿って配されて、インク吐出用の熱エネルギーを発生するためのものであって、電気熱変換素子列を形成するものであればよい。ブロック駆動するための回路は、電気熱変換素子列における複数の電気熱変換素子を複数のブロックに分割して時分割駆動するための回路である。それぞれが異なる前記ブロックに属する複数の電気熱変換素子によって形成される群を単位として、その群内の複数の電気熱変換素子の一端側は、供給口に沿って配されて他の群とは分離された共通の配線に接続すればよい。また、その群内の複数の電気熱変換素子のそれぞれの他端は個別の配線に接続し、共通の配線に接続された複数の配線は、群内の電気熱変換素子の間に配すればよい。記録ヘッド用基板は多層構造として場合には、電気熱変換素子および各配線は、同一の層内に形成することができる。

本発明は、上述したようなシリアルタイプの記録装置のみに特定されず、例えば、記録媒体の記録領域の幅方向の全域に渡って延在する長尺な記録ヘッドを用いる、いわゆるフルラインタイプの記録装置にも適用することができる。したがって、本発明の記録ヘッド用基板は、フルラインタイプの記録装置に用いられる記録ヘッドを構成するものであってもよい。シリアルタイプおよびフルラインタイプの記録装置は、いずれも記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させるための手段を備えていればよい。

本発明の第１の実施形態における記録ヘッド用基板のヒータ部の概略平面図である。 図１のヒータおよび配線に対応する電気回路図である。 本発明の第２の実施形態における記録ヘッド用基板のヒータ部の概略平面図である。 図３のヒータおよび配線に対応する電気回路図である。 比較例としての記録ヘッド用基板におけるヒータ部の概略平面図である。 図５のヒータおよび配線に対応する電気回路図である。 比較例としての記録ヘッド用基板におけるヒータ部の概略平面図である。 本発明の記録ヘッド用基板に形成可能なヒータ駆動回路の構成例の説明図である。 図８のヒータ駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の記録ヘッド用基板を用いた記録ヘッドの構成例を説明するための一部切欠きの斜視図である。 図１０の記録ヘッドを用いる記録装置の構成例の説明図である。 時分割駆動方式を説明するための概略図である。

符号の説明

５０１ ライン幅
５０２ スペース幅
５１３ 折返し配線
５１４ 連結配線（共通配線）
５１５ 個別配線
１０００ 記録ヘッド用基板
１１０１ 電気熱変換素子（ヒータ）
１１０５ 電源ライン
１１１０ ＧＮＤライン
１１２１ インク供給口
１１３２ 吐出口

Claims (16)

1. インクを供給するための供給口に沿って配され、インク吐出用の熱エネルギーを発生するための複数の電気熱変換素子と、
   電源端子から前記複数の電気熱変換素子に電力を供給するための電源配線と、
   前記複数の電気熱変換素子を複数のブロックに分割して時分割駆動するための回路と、を有する記録ヘッド用基板であって、
   それぞれが異なる前記ブロックに属する前記複数の電気熱変換素子によって形成される群を単位として、当該群内における前記複数の電気熱変換素子の一端側に共通して接続され、かつ他の前記群とは分離され、前記供給口に沿って配された共通配線と、
   前記群内の前記電気熱変換素子のそれぞれの他端に接続された個別配線と、
   前記群内における前記複数の電気熱変換素子の間に配され、前記電源配線と前記共通配線とを接続する接続配線と、
   を有し、
   前記群内における前記接続配線の数は、前記群内における前記電気熱変換素子の数よりも少ないことを特徴とする記録ヘッド用基板。
2. 前記接続配線は、前記複数の電気熱変換素子が配される方向において、前記群内における前記複数の電気熱変換素子よりも内側のみに配されていることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド用基板。
3. 前記記録ヘッド用基板は多層構造であり、前記電気熱変換素子、前記共通配線、前記個別配線、および前記接続配線は、同一の層内に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の記録ヘッド用基板。
4. 前記複数の電気熱変換素子は、大きさが異なる少なくとも２種類の電気熱変換素子を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の記録ヘッド用基板。
5. 前記共通配線は、前記複数の電気熱変換素子の一方の側に配され、
   前記電源配線は、前記複数の電気熱変換素子の他方の側に配されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の記録ヘッド用基板。
6. 前記共通配線、前記電気熱変換素子、および前記個別配線は、前記供給口側からこの順に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の記録ヘッド用基板。
7. 接地端子に接続され、前記複数の電気熱変換素子を接地するための接地配線が、前記複数の電気熱変換素子の前記他方の側に配され、
   前記共通配線、前記電気熱変換素子、前記電源配線、および前記接地配線は、この順に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の記録ヘッド用基板。
8. 前記個別配線はスイッチングトランジスタを介して前記接地配線に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の記録ヘッド用基板。
9. インク吐出用の熱エネルギーを発生するための複数の電気熱変換素子と、
   電源端子から前記複数の電気熱変換素子に電力を供給するための電源配線と、
   前記複数の電気熱変換素子を複数のブロックに分割して時分割駆動するための回路と、を有する記録ヘッド用基板であって、
   それぞれが異なる前記ブロックに属する前記複数の電気熱変換素子によって形成される群を単位として、当該群内における前記複数の電気熱変換素子に共通して接続され、かつ他の前記群とは分離された共通配線と、
   前記群内における前記複数の電気熱変換素子の間に配され、前記電源配線と前記共通配線とを接続する接続配線と、
   を有し、
   前記群内における前記接続配線の数は、前記群内における前記電気熱変換素子の数よりも少ないことを特徴とする記録ヘッド用基板。
10. 前記接続配線は、前記複数の電気熱変換素子が配される方向において、前記群内における前記複数の電気熱変換素子よりも内側のみに配されていることを特徴とする請求項９に記載の記録ヘッド用基板。
11. 前記記録ヘッド用基板は多層構造であり、前記電気熱変換素子、前記共通配線、および前記接続配線は、同一の層内に形成されることを特徴とする請求項９または１０に記載の記録ヘッド用基板。
12. 前記複数の電気熱変換素子は、大きさが異なる少なくとも２種類の電気熱変換素子を含むことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の記録ヘッド用基板。
13. 前記共通配線は、前記複数の電気熱変換素子の一方の側に配され、
    前記電源配線は、前記複数の電気熱変換素子の他方の側に配されていることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の記録ヘッド用基板。
14. 接地端子に接続され、前記複数の電気熱変換素子を接地するための接地配線が、前記複数の電気熱変換素子の前記他方の側に配され、
    前記共通配線、前記電気熱変換素子、前記電源配線、および前記接地配線は、この順に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の記録ヘッド用基板。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載の記録ヘッド用基板と、
    前記電気熱変換素子に対応するインク吐出口を形成する吐出口形成部材と、
    を含むことを特徴とする記録ヘッド。
16. 請求項１５に記載の記録ヘッドを用い、前記インク吐出口からインクを吐出させることによって、記録媒体に画像を記録する記録装置であって、
    前記記録ヘッドと前記記録媒体とを相対移動させるための手段を備えることを特徴とする記録装置。

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