JP7183049B2 - 液体吐出ヘッド用基板および液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに用いられる液体吐出ヘッド用基板および液体吐出ヘッドに関する。

現在、発熱抵抗素子に通電することで液室の内部の液体を加熱し液体に膜沸騰を生じさせ、この発泡エネルギーを用いて吐出口から液滴を吐出させる液体吐出ヘッドが搭載された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、発熱抵抗素子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素子上の領域に及ぼされることがある。また、液体が吐出される際に発熱抵抗素子は高温となるため、液体の成分が熱分解して発熱抵抗素子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素子上の領域に及ぼされることがある。これらの発熱抵抗素子への物理的作用あるいは化学的作用から発熱抵抗素子を保護するために、発熱抵抗素子上には発熱抵抗素子を覆う被覆部としての保護層が配置されている。

通常、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ると保護層と液体との間で電気化学反応が生じ、保護層としての機能が損なわれる恐れがある。そのため、発熱抵抗素子に供給される電気の一部が保護層へ流れないように、発熱抵抗素子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（偶発故障）しまい、発熱抵抗素子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。発熱抵抗素子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、保護層が変質する可能性がある。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、異なる発熱抵抗素子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、発熱抵抗素子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、液体吐出ヘッド内で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に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、電気化学反応を利用して保護層を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する構成が好ましい。また、液体に含まれるコゲの原因となる粒子の電位と反発するような電位を保護層に対して印加することで、保護層から粒子を反発させてコゲの発生を抑える場合にも、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する構成が好ましい。

ここで、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、ヒューズ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

ヒューズ部を設ける位置としては、被覆部の変質の影響が広がることを抑えるために、発熱抵抗素子を覆う被覆部の近傍にヒューズ部を配置する構成が好ましい。一方で、特許文献１のように液体と接する位置にヒューズ部を設けると、ヒューズ部が液体によって変質する恐れがあり、ヒューズ部の信頼性が低下する可能性がある。

そこで、本発明は、発熱抵抗素子と被覆部とが導通した場合の被覆部の変質の影響が広がることを抑えつつ、ヒューズ部が液体によって変質される恐れ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、液体を吐出するために発熱する第１発熱抵抗素子および第２発熱抵抗素子を備える基材と、前記第１発熱抵抗素子を覆い、導電性を備える第１被覆部と、前記第２発熱抵抗素子を覆い、導電性を備える第２被覆部と、前記第１発熱抵抗素子と前記第１被覆部との間および前記第２発熱抵抗素子と前記第２被覆部との間に配された絶縁層と、前記基材の前記第１被覆部が設けられる側に設けられたヒューズ部と、前記ヒューズ部を介して前記第１被覆部に電気的に接続され、前記第１被覆部と前記第２被覆部とを電気的に接続するための共通配線と、前記第１被覆部と前記ヒューズ部とを電気的に接続し、液体吐出ヘッド用基板における積層方向において前記ヒューズ部と同じ層に設けられた個別配線と、互いに隣接して設けられ、液体を流すための第１開口および第２開口と、を有する液体吐出ヘッド用基板において、少なくとも珪素と炭素とを含み、前記ヒューズ部を被覆する被覆層を有するとともに、前記液体吐出ヘッド用基板を平面視した場合に、前記第１開口と前記第２開口とが隣接する方向と交差する方向において、前記第１発熱抵抗素子、前記第１開口、前記共通配線がこの順に配置されており、前記個別配線は、前記第１開口と前記第２開口との間の領域を通って配置されており、前記ヒューズ部は、前記領域よりも前記共通配線の側に位置することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。

本発明によれば、発熱抵抗素子と被覆部とが導通した場合の被覆部の変質の影響が広がることを抑えつつ、ヒューズ部が液体によって変質される恐れを抑えることが可能となる。

記録装置の概略構成図 記録ヘッドの斜視図 記録素子基板を概念的に示す斜視図 記録素子基板の模式的平面図 ヒューズ部の動作に関連する回路図 記録素子基板の断面図 記録素子基板の製造工程を示す断面図

以下、図面を用いて本発明の実施の形態の例を説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。

本実施形態は、インク等の液体をタンクと液体吐出装置間で循環させる形態のインクジェット記録装置（記録装置）であるが、その他の形態であっても良い。例えばインクを循環せずに、液体吐出装置上流側と下流側に２つのタンクを設け、一方のタンクから他方のタンクへインクを流すことで、圧力室内のインクを流動させる形態であっても良い。

本実施形態は被記録媒体の幅に対応した長さを有する、所謂ライン型ヘッドであるが、被記録媒体に対してスキャンを行いながら記録を行う、所謂シリアル型の液体吐出装置にも本発明を適用できる。シリアル型の液体吐出装置としては、例えばブラックインク用、およびカラーインク用記録素子基板を各１つずつ搭載する構成があげられる。これに限らず、数個の記録素子基板を吐出口列方向に吐出口をオーバーラップさせるよう配置した、被記録媒体の幅よりも短い、短尺のラインヘッドを作成し、それを被記録媒体に対してスキャンさせる形態のものであっても良い。

（インクジェット記録装置）
本実施形態の液体吐出装置、特にはインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置１０００（以下、記録装置とも称す）の概略構成を図１に示す。記録装置１０００は、被記録媒体２を搬送する搬送部１と、被記録媒体の搬送方向と略直交して配置されるライン型の液体吐出ヘッド３とを備え、複数の被記録媒体２を連続もしくは間欠に搬送しながら１パスで連続記録を行うライン型記録装置である。被記録媒体２はカット紙に限らず、連続したロール紙であってもよい。記録装置１０００は、ＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の４種類のインクにそれぞれ対応した４つの単色用の液体吐出ヘッド３を備えている。また、記録装置１０００はキャップ１００７を備えており、非記録時にキャップ１００７で液体吐出ヘッド３の吐出口面の側を覆うことで、吐出口からのインクの蒸発を防ぐことができる。

（液体吐出ヘッド）
本実施形態に係る液体吐出ヘッド３の構成について説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は本実施形態に係る液体吐出ヘッド３の斜視図である。液体吐出ヘッド３は１つの記録素子基板１０で１色のインクを吐出可能な記録素子基板１０が直線上に１６個配列（インラインに配置）されたライン型の液体吐出ヘッドである。各色のインクを吐出する液体吐出ヘッド３は同様の構成となっている。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、液体吐出ヘッド３は、記録素子基板１０と、フレキシブル配線基板４０と、信号入力端子９１と電力供給端子９２が設けられた電気配線基板９０と、を備える。信号入力端子９１及び電力供給端子９２は記録装置１０００の制御部と電気的に接続され、それぞれ、吐出駆動信号及び吐出に必要な電力を記録素子基板１０に供給する。電気配線基板９０内の電気回路によって配線を集約することで、信号入力端子９１及び電力供給端子９２の数を記録素子基板１０の数に比べて少なくできる。これにより、記録装置１０００に対して液体吐出ヘッド３を組み付ける時又は液体吐出ヘッドの交換時に取り外しが必要な電気接続部の数が少なくて済む。液体吐出ヘッド３の両端部に設けられた接続部９３は、記録装置１０００のインク供給系と接続される。記録装置１０００の供給系から一方の接続部９３を介して液体吐出ヘッド３にインクが供給され、液体吐出ヘッド３内を通ったインクは他方の接続部９３を介して記録装置１０００の供給系へ回収されるようになっている。このように、液体吐出ヘッド３は、インクが記録装置１０００の経路と液体吐出ヘッド３の経路を介して循環可能な構成となっている。

（記録素子基板）
図３は、本実施形態の記録素子基板（記録素子基板のことを液体吐出ヘッドとも称する）を概念的に示す斜視図である。

記録素子基板１０は、液体供給路１８および液体回収路１９が形成された基板１１（液体吐出ヘッド用基板）と、基板１１の表面側に流路形成部材１２０、基板１１の裏面側にカバープレート２０が形成されている。記録素子基板１０の流路形成部材１２０に、各インク色に対応する４列の吐出口列が形成されている。基板１１に設けられた液体供給路１８および液体回収路１９は吐出口列の方向に沿って延在している。また、基板１１には、液体供給路１８と連通する供給口１７ａが吐出口列方向に沿って複数設けられており、液体回収路１９と連通する回収口１７ｂも吐出口列方向に沿って複数設けられている。

図３に示すように、各吐出口１３に対応した位置に、液体を熱エネルギーにより発泡させるための熱作用部１３０が配置されている。この熱作用部１３０は液体を吐出させて記録を行うための記録素子である。また、熱作用部１３０は後述する上部電極１３１としても用いられる。流路形成部材１２０により記録素子としての熱作用部１３０を内部に備える圧力室２３が区画されている。熱作用部１３０に対応して設けられた発熱抵抗素子１０８（図６）は基板１１に設けられた電気配線（不図示）によって、端子１６と電気的に接続されている。外部の配線基板（不図示）を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱して圧力室２３内の液体を沸騰させる。この沸騰による発泡の力で液体を吐出口１３から吐出する。

また、カバープレート２０には液体供給路１８に連通する開口２１および液体回収路に連通する開口２１が設けられており、インクは、開口２１、液体供給路１８、供給口１７ａを順に通って圧力室２３へと供給される。圧力室２３に供給されたインクは、回収口１７ｂ、液体回収路１９、開口２１を通って回収される。

図４は、本発明の実施形態に係る基板１１を平面視した場合を示す平面図である。図４（ａ）に本発明の実施形態に係る基板１１の平面模式図を示す。また、図４（ｂ）に図４（ａ）における点線で示す領域Ａ内を拡大した平面模式図を示す。

基板１１と流路形成部材１２０との間には、圧力室２３を含み、液体が流れる空間である液室１２１（流路）が形成されている。この液室１２１内に、発熱抵抗素子１０８を被覆するように積層された上部電極１３１と、対向電極１３２とが配置されている。各電極は、上部電極用の共通配線１１４、対向電極用の共通配線１３４を介して、それぞれ端子１６に接続されており、この端子１６を通して外部から両電極に電位を印加し、液室１２１内の液体（インク）を介して両電極間に電圧が印加可能な構成となっている。両電極は導電性材料で構成される。なお、発熱抵抗素子１０８を保護する保護層１１１のうちの、液体に露出する表面を有する部分が上部電極１３１として機能する。また、保護層１１１を被覆部１１１とも称する。

上部電極１３１は、発熱抵抗素子１０８を物理的および化学的衝撃から保護する役割と、発熱抵抗素子１０８で発生する熱を瞬時にインクに伝達する熱伝導性が求められ、７００℃程度の加熱により強固な酸化膜を形成しない材料であることが求められる。また、上部電極１３１を記録動作中において対向電極１３２に対して相対的に電位が低い状態とすることで、負の電極として機能させることもできる。これにより、主に液体（インク）中に負の荷電粒子が含まれている場合に、これを上部電極１３１から電気的に反発させて寄せ付けないようにし、上部電極１３１上へのコゲの付着を抑制することができる。さらに、対向電極１３２に対して上部電極１３１を相対的に電位が高い状態とすることで、上部電極１３１とともに記録動作中に付着したコゲを除去するクリーニングを行うという役割を有していてもよい。

このような上部電極１３１の材料としては、イリジウム（Ｉｒ）またはルテニウム（Ｒｕ）の単体、あるいはＩｒと他の金属との合金もしくはＲｕと他の金属との合金などを用いることが好ましい。例えばＩｒを用いて上部電極１３１を構成する場合には、＋２．５Ｖ以上の電圧を上部電極１３１に印加することでＩｒを液体に溶出させることができる。

対向電極１３２は、記録動作中においてインク中の負の荷電粒子を上部電極１３１から遠ざける場合には、正の電極として機能する。対向電極１３２は、上部電極１３１との間の電界を安定に維持するため、導電率が低く、酸化膜が形成され難く、電気化学反応によって溶出が起こり難い金属を含む材料であることが好ましい。

このような対向電極１３２の材料としては、ＩｒまたはＲｕの単体、あるいはＩｒと他の金属との合金もしくはＲｕと他の金属との合金などを用いることが好ましい。例えばＩｒを用いて対向電極１３２を構成する場合には、荷電粒子を反発させるために＋２．０Ｖ以下の電圧を対向電極１３２に印加する。これにより、Ｉｒを溶出させずに安定的に上部電極１３１との間で電界を形成し、上部電極１３１から荷電粒子を遠ざけることができる。

図４（ａ）に示すように、基板１１には第１発熱抵抗素子１０８ａと第２発熱抵抗素子１０８ｂとを含む複数の発熱抵抗素子１０８が設けられている。そして、基板１１には第１発熱抵抗素子１０８ａを覆う第１被覆部１１１ａと第２発熱抵抗素子１０８ｂを覆う第２被覆部１１１ｂとが設けられている。第１被覆部１１１ａと第２被覆部１１１ｂとを含む複数の被覆部１１１は共通配線１１４を介して電気的に接続されている。すなわち、複数の上部電極１３１は共通配線１１４を介して電気的に接続されている。また、個々の被覆部１１１（上部電極１３１）は、個別配線１１３と、個別配線１１３の一部に形成されたヒューズ部１１２とを介して、共通配線１１４に電気的に接続されている。ヒューズ部１１２は部分的に配線幅が狭くなっている。これにより、電流が流れた際に電流密度が増加しジュール熱による温度上昇が起こりやすくなり、ヒューズ部１１２が安定して切断される。なお、ヒューズ部１１２の幅は、数μｍ以下、好ましくは３μｍ以下とすることで、より切断に対するマージンが向上する。なお、本実施形態では、一例として、ヒューズ部１１２の長さは１０μｍ、幅は２μｍとしている。

図４（ｂ）に示すように、基板１１には、基板１１に設けられた開口であり、発熱抵抗素子１０８に液体を供給するための複数の供給口１７ａ（第１開口と第２開口）が設けられている。また、複数の供給口１７ａが隣接する方向と交差する方向において、発熱抵抗素子１０８、供給口１７ａ、共通配線１１４がこの順に並んで配置されている。ここで、個別配線１１３は上部電極１３１に接続されており、互いに隣接する供給口１７ａの間の領域を通り、吐出口列方向に延在して設けられた共通配線１１４と接続されている。ヒューズ部１１２は、供給口１７ａの間の領域よりも共通配線１１４の側に設けられており、液室１２１の領域の外側に配置されている。

なお、発熱抵抗素子１０８と上部電極１３１との導通の影響が広がることを抑えるために、ヒューズ部１１２は、発熱抵抗素子１０８の近傍に配置することが好ましい。そこで、本実施形態においては、図４（ｂ）に示す平面に沿う方向において、発熱抵抗素子１０８の重心からヒューズ部１１２の重心までの距離を１３０μｍとしている。発熱抵抗素子１０８と上部電極１３１との導通の影響が広がることを抑えるためには、発熱抵抗素子１０８（吐出口１３）の重心とヒューズ部１１２の重心との距離が１５０μｍ以下となるようにヒューズ部１１２を設けることが好ましい。

図４（ｂ）に対応する変形例を図４（ｃ）に示す。この変形例では、図４（ｂ）の構成とは、個別配線１１３や保護層１１１の平面形状が異なっている。具体的には、ヒューズ部１１２から発熱抵抗素子１０８の上側へ延在する個別配線１１３、保護層１１１がＴ字のような平面形状となっている。図４（ｂ）の構成と比べ、本変形例は共通配線１１４と上部電極１３１との間の配線抵抗の増大を抑えることができる。

このように、本実施形態においては、ヒューズ部１１２を液室１２１から近い位置に配置している。これにより、上部電極１３１との導通が生じた発熱抵抗素子１０８を含むできるだけ少ないグループで分離することができ、導通の影響が広範囲にわたり他の発熱抵抗素子に及ぶことを防いでいる。

なお、本実施形態では、保護層１１１は複数の発熱抵抗素子１０８（本実施形態では２つの発熱抵抗素子１０８）を覆うようにパターニングされた構成であるが、１つの保護層１１１が１つの発熱抵抗素子１０８を覆う構成であってもよい。また、本実施形態では、２つの発熱抵抗素子１０８に対して１つのヒューズ部１１２が対応するようにヒューズ部１１２を設けている。しかし、１つの発熱抵抗素子１０８に対して１つのヒューズ部１１２を設ける構成であってもよい。また、導通が生じた場合に導通が生じていない発熱抵抗素子１０８で補完可能な範囲であれば、３つ以上の複数の発熱抵抗素子１０８に対して１つのヒューズ部１１２を設ける構成であってもよい。

図５はヒューズの動作に関する回路図である。上部電極１３１につながる共通配線１１４を常に０Ｖとしておくことで、発熱抵抗素子１０８と上部電極１３１が導通した場合、ヒューズ部１１２の両端に電位差が生じることでヒューズ部１１２が破断される。これにより、導通が生じた発熱抵抗素子１０８を共通配線１１４から電気的に分離することができる。

なお、発熱抵抗素子１０８と上部電極１３１との間の抵抗が大きい場合などは、上部電極１３１にかかる電位が低く、ヒューズ部１１２に十分な電流が流れないことも想定される。このような場合に備えて、導通やこれに伴う影響を検知する検知手段を設け、検知手段により導通を検知した際にヒューズ部への電流を流してヒューズ部１１２の切断をアシストする機構を設けたり、定期的にヒューズ部１１２への電流を流したりしてもよい。

図６に発熱抵抗素子１０８とヒューズ部１１２周辺の積層構成を模式的に示す。図６は、図４（ａ）に示された基板１１に流路形成部材１２０が接合された液体吐出ヘッド（記録素子基板）のＸ－Ｘ線における断面図を示している。簡単のため回路・配線類は省略されているが、基材１０１に設けられた発熱抵抗素子１０８とヒューズ部１１２とはそれぞれ、発熱や切断に必要な電力を得るための配線に電気的に接続されている。

以下、液体吐出ヘッドの積層構成について説明するが、下記で挙げる構成や材料は一例であり、下記に限定されるものではない。

駆動素子や駆動素子駆動用の配線（不図示）が形成された、基材としてのシリコン基材１０１の上側にＳｉＯなどからなる絶縁層１０３が設けられている。さらに、絶縁層１０３の上に、アルミニウムと銅の合金などからなる配線パターン１０４が設けられている。この配線パターン１０４は、発熱抵抗素子１０８に電圧を供給するための配線であるため、低抵抗であることが望ましい。特に、配線パターン１０４を０．５μｍ以上の厚さで形成することが好ましい。本実施形態では、配線パターン１０４を例えば１μｍの厚さで形成している。

配線パターン１０４は、ＳｉＯなどからなる絶縁層１０５で被覆されている。また、絶縁層１０５には、この配線パターン１０４と発熱抵抗体層１０７とを接続するためのプラグ１０６が設けられており、プラグ１０６の材料はタングステンなどを用いることができる。絶縁層１０５の表面はＣＭＰ法などを用いて平坦化された面となっている。

この絶縁層１０５は、配線パターン１０４と発熱抵抗体層１０７とを絶縁するための層であるため、配線パターン１０４の厚さよりも厚く形成される。また、蓄熱性の高いＳｉＯで形成された絶縁層１０５は、蓄熱層としての役割もあり、発熱抵抗素子１０８やヒューズ部１１２による放熱に影響を与える。したがって、液体吐出時に発熱抵抗素子１０８を駆動する際のエネルギー効率を向上したり、ヒューズ部１１２の切断性を向上したりするためには、絶縁層１０５は厚い方が好ましい。特に、ヒューズ部１１２が溶断される温度に達しやすくするためには、基板１１を平面視した場合のヒューズ部１１２と重なるように位置する絶縁層１０５を１μｍ以上の厚さで形成することが好ましい。本実施形態では、配線パターン１０４を被覆しつつ、ヒューズ部１１２を切断しやすくするために、絶縁層１０５を例えば２μｍの厚さで形成している。

絶縁層１０５の表面上には、ＴａＳｉＮなどからなる発熱抵抗体層１０７が設けられている。発熱抵抗体層１０７のうち両端に接続されたプラグ１０６を介して電流が流れる部分が発熱抵抗素子１０８として機能する。発熱抵抗体層１０７は例えばＳｉＮからなる厚さ２００ｎｍの絶縁層１１０で覆われている。さらにその上には、発熱抵抗素子１０８を覆う被覆部としての保護層１１１が設けられている。本実施形態では、保護層１１１は、一例として、絶縁層１１０の側から順に３０ｎｍのタンタル（Ｔａ）、６０ｎｍのＩｒの２層が積層されて構成されている。このうち、Ｉｒ層の液体と接する部分が上述の上部電極１３１として機能する。また、Ｔａ層は絶縁層１１０とＩｒ層との密着性を高める役割を有している。発熱抵抗素子１０８と保護層１１１とは、絶縁層１１０によって電気的に絶縁されている。

また、絶縁層１１０の上側には、ヒューズ部１１２、個別配線１１３、共通配線１１４が設けられている。本実施形態では、プロセスコストを抑えるために、ヒューズ部１１２、個別配線１１３、共通配線１１４は、同じ材料を用いて積層方向において同じ層として形成されている。具体的には、ヒューズ部１１２、個別配線１１３、共通配線１１４は、３層の積層体として構成されており、例えば、絶縁層１１０の側から３０ｎｍのＴａ、６０ｎｍのＩｒ、７０ｎｍのＴａの３層構成としている。このうち、絶縁層１１０の側Ｔａ層とＩｒ層の２層は保護層１１１と積層方向において同じ層から形成されており、プロセスコストをより抑えた構成となっている。

また、上述のように、ヒューズ部１１２は、液室１２１の外側の領域、すなわち、流路形成部材１２０の液室１２１を形成する壁１２０ａから、液室１２１とは反対側に離れた位置に設けられている（図４（ｂ））。

ここで、ヒューズ部１１２は、耐液性（耐インク性）の高い絶縁層である被覆層１１５で覆われている。この構成に伴う効果について説明する。

ヒューズ部１１２が液体と接する構成であると、液体によって変質が生じる恐れがある。なお、ヒューズ部１１２が液室１２１の外部に設けられている構成であっても、印字時や吐出口面のワイピング時に液体が吐出口面をつたって液体が侵入する恐れがある。これにより、ヒューズ部１１２が液体と接触して変質する可能性がある。具体的には、Ｔａを含むヒューズ部１１２が液体に接していると、正の電位が印加されることで液体との電気化学反応が生じて陽極酸化が起きる恐れがある。また、負の電位が印加されることで水素が発生し、ヒューズ部１１２がこの水素を吸蔵してヒューズ部１１２を構成する材料の脆化が生じる恐れがある。

このようにヒューズ部１１２が変質すると、発熱抵抗素子１０８と上部電極１３１とが導通した際に、ヒューズ部１１２を切断して導通された上部電極１３１を共通配線１１４から電気的に分離するというヒューズ部１１２の機能が損なわれる恐れがある。

ここで、ヒューズ部１１２は、上述のような上部電極１３１へのコゲの付着抑制や上部電極１３１に付着したコゲを除去するクリーニングを行う際に、共通配線１１４から供給される電位を上部電極１３１へ印加するための配線としても機能する。そのため、ヒューズ部１１２の変質が生じると、上部電極１３１への電位の印加が不安定になる可能性があり、長期にわたって安定してコゲの付着を抑制したりクリーニングを行ったりすることが困難となる恐れもある。

そこで、上述のようにヒューズ部１１２を覆う耐液性の高い被覆層１１５を設けることで、ヒューズ部１１２が液体によって変質する恐れを抑えることができる。これにより、発熱抵抗素子１０８と上部電極１３１とが導通した際に、ヒューズ部１１２を切断して導通された上部電極１３１を共通配線１１４から電気的に分離するというヒューズ部１１２の機能を維持することができる。また、長期にわたって安定してコゲの付着を抑制したりクリーニングを行ったりすることができる。

なお、コゲの付着抑制やクリーニングの際には、個別配線１１３や共通配線１１４も上部電極１３１へ電位を印加するための配線として機能するため、個別配線１１３や共通配線１１４も被覆層１１５に覆われていてもよい。なお、図６に示す構成では、個別配線１１３を構成する層のうち、被覆層１１５側のＴａ層の液室１２１内の側端部が液体と接している。このように数１０ｎｍ程度と薄膜であるＴａ層の側端部が液体と接していても液体による変質の影響は少なく、配線としての機能を長期的に維持することができる。また、このような構成であると、被覆層１１５とこれに接するＴａ層とを同じ工程で除去する（図７（ｇ））ことができるため、製造工程の負荷を抑えることができる。

また、ヒューズ部１１２の周辺の絶縁層１０５や絶縁層１１０も被覆層１１５に覆われた構成とすることで、絶縁層１０５や絶縁層１１０の液体への溶出を抑えることができる。

なお、被覆層１１５は耐液性（耐インク性）を有していればどのような材料であっても良いが、個別配線１１３や共通配線１１４の上側には液室１２１を形成するための流路形成部材１２０が積層される。そのため、被覆層１１５は耐液性を有し、さらに流路形成部材１２０との密着性にも優れた材料で形成することが好ましい。例えば、有機材料を含む流路形成部材１２０を用いる場合、これと密着性が高く、耐液性に優れたＳｉＣやＳｉＣＮといった、少なくとも珪素と炭素とを含む被覆層１１５を用いることが好ましい。特に、ヒューズ部１１２を液体から保護するために、この被覆層１１５の厚さは５０ｎｍ以上であることが好ましい。また、ＳｉＣＮを含む被覆層１１５は、ＳｉＣで構成された被覆層１１５と比べて絶縁性が高いため、発熱抵抗素子１０８と上部電極１３１とが導通した際の陽極酸化が抑えられ、流路形成部材１２０の剥がれの懸念も少ないため、より好ましい。本実施形態では、被覆層１１５はＳｉＣＮを用いて形成する。

また、ヒューズ部１１２の上側に位置する流路形成部材１２０に貫通口１２０ｂが形成されていてもよい。すなわち、記録素子基板１０を平面視した場合に、ヒューズ部１１２と重なる位置に貫通口１２０ｂが流路形成部材１２０に形成されていてもよい。これにより、発熱抵抗素子１０８と上部電極１３１とが導通した場合に、貫通口１２０ｂが形成されていない場合と比べて流路形成部材１２０側への放熱を抑えることができ、ヒューズ部１１２の温度が上昇しやすくなり、ヒューズ部１１２が切断されやすくなる。このような貫通口１２０ｂが形成されていると、吐出口面側から液体が侵入し、液体が溜まる恐れがあるが、ヒューズ部１１２は耐液性の高い被覆層１１５で覆われているため、ヒューズ部１１２の液体による変質の恐れを抑えることができる。なお、ヒューズ部１１２と貫通口１２０ｂとの位置関係は、記録素子基板１０を平面視した場合に、両者の少なくとも一部が互いに重複していればよい。ヒューズ部１１２の切断性を高めるには、記録素子基板１０を平面視した場合に、ヒューズ部１１２の全体が貫通口１２０ｂの範囲内に含まれるように設けられていることがより好ましい。

なお、ヒューズ部１１２上に被覆層１１５が設けられていると、被覆層１１５および流路形成部材１２０が設けられていない構成と比べて放熱が生じやすくなり、ヒューズ部１１２が切断されにくくなる。そこで、放熱の影響を抑えるために、被覆層１１５を厚さ３００ｎｍ以下とすることが好ましい。また、上述のようにヒューズ部１１２の基材１０１側に蓄熱性の高いＳｉＯからなる１μｍ以上と厚い絶縁層１０５を設けることで、ヒューズ部１１２の切断性を確保することができる。

また、本実施形態のように、被覆層１１５は、共通配線１１４や絶縁層１１０を被覆していていもよい。これにより、共通配線１１４の変質や絶縁層１１０の液体への溶出を抑えることができる。

（記録素子基板の製造方法）
次に、図７（ａ）から図７（ｉ）を用い、本実施形態における記録素子基板（液体吐出ヘッド）の製造工程について説明する。図７は図６に示した断面図に対応する図である。

まず、駆動素子や駆動素子駆動用の配線（不図示）が形成されたシリコン基材１０１の上側に絶縁層１０３を成膜し、その上に配線パターン１０４を形成する（図７（ａ））。

次に、絶縁層１０５を成膜し、ＣＭＰ法により絶縁層１０５の表面を平坦化する（図７（ｂ））。

次に、絶縁層１０５にスルーホールを形成し、少なくともスルーホールが埋まるようにＣＶＤ法でプラグ材料を成膜する。更に、ＣＭＰ法で絶縁層１０５の表面を平坦化することにより、プラグ１０６を形成する（図７（ｃ））。

次に、発熱抵抗体層１０７、続いて例えばアルミニウムと銅の合金からなる金属層１０９をスパッタにより形成し、この金属層１０９をパターニングする。その後、金属層１０９をマスクとして用いて発熱抵抗体層１０７をパターニングする。続いて、発熱抵抗体層１０７をパターニングする際のマスクとして用いた金属層の部分をウェットエッチングで除去する（図７（ｄ））。

次に、発熱抵抗体層１０７と金属層１０９とを覆うように絶縁層１１０を設ける（図７（ｅ））。

さらにその上に、絶縁層１１０の側から、Ｔａ層、Ｉｒ層、Ｔａ層の３つの層の金属積層膜１１８をそれぞれスパッタ法で形成してパターニングを行う。これにより、上部電極１３１、個別配線１１３、ヒューズ部１１２、共通配線１１４、対向電極１３２（図４（ｂ））、対向電極用の共通配線１３４（図４（ｂ））を形成する（図７（ｆ））。

その後、ＳｉＣＮからなる被覆層１１５を成膜し、上部電極１３１、対向電極１３２を露出させるため、これらの上に位置する被覆層１１５と、３層の金属積層膜１１８のうちの最表面のタンタル膜をドライエッチングにより除去する（図７（ｇ））。

その後、端子１６を形成するために、金属層１０９の上に位置する被覆層１１５と絶縁層１１０とに開口を形成し、金属層１０９と導通するように、例えば、図の上側にＡｕ、その下側にＴｉＷとが積層されたパッド形成部材１１７を設ける（図７（ｈ））。

最後に、図７（ｉ）のように、発熱抵抗素子１０８の上側に液体を導入するための液室１２１を形成するための流路形成部材１２０を作製する。例えば、感光性有機材料を、スピンコート法にて５μｍの厚さで塗布し、所定の部分のみを露光し、更にその上から感光性有機材料を５μｍ厚にて成膜後露光する。最後に２つの感光性有機材料を一括現像して、熱硬化させることで中空構造を伴う流路を形成することができる。

また、流路形成部材１２０にヒューズ部１１２の上側に位置する貫通口１２０ｂを形成する場合は、液室１２１や吐出口１３を形成する際に合わせて貫通口１２０ｂを形成することが製造工程の負荷を抑えられるため好ましい。

（検証試験）
以下、本発明の効果を確認するために行った複数の検証試験について説明する。

実施例の記録素子基板（液体吐出ヘッド）として、上述した図６に示す記録素子基板を図７に示した工程を経て作製した。

＜吐出耐久試験＞
この実施例の記録素子基板に、顔料シアンインクを充填し、吐出耐久試験を行った。まず、上部電極１３１に負電位に帯電した粒子が付着することを抑えることでコゲを抑制するため、対向電極１３２が陽極になるように対向電極１３２に＋１．０Ｖの電位を付与し、上部電極１３１と対向電極１３２との間に電圧を印加した。この状態で、発熱抵抗素子１０８に吐出のための電位を印加して記録素子基板に（１０＾９）回の吐出動作を行わせた。

その後、液室１２１内をクリアインクで置換して表面状態を観察すると、上部電極１３１の表面にコゲや付着物が確認された。そこで、顔料シアンインクを再度充填し、上部電極１３１側が陽極になるように上部電極１３１に＋５．０Ｖの電位を付与し、上部電極１３１と対向電極１３２との間に電圧を印加してクリーニング処理を行った。この際、インクの固着を防ぐために、上部電極１３１と対向電極１３２との間で極性を繰り返し反転させながら処理を行った。

続いて、同じ記録素子基板を用いて、吐出動作（１０＾９）回分とクリーニング処理を１サイクルとして、５サイクル行った。

５サイクル終了した後に、画像データに従って通常の記録動作を行ったところ、良好な品位の出力画像が確認された。

再度、液室１２１内をクリアインクで置換して観察したところ、流路形成部材１２０の基板１１からの浮きや、個別配線１１３の変色や割れは観察されなかった。さらに、ヒューズ部１１２周辺を観察したところ、ＳｉＣＮからなる被覆層１１５は、浮いたり剥がれたりすることなくヒューズ部周辺を覆っており、ヒューズ部は初期と同様の状態を保っていることがわかった。

＜ＴＥＧ形態でのヒューズ部の切断実験＞
ヒューズ部１１２の下方側、すなわち基材１０１側のＳｉＯの膜厚とヒューズ部１１２を切断可能な電流値との関係についてＴＥＧ形態にて検証した。

サンプル１として、シリコン基板上にＳｉＯが１００ｎｍの厚さで形成された基板に対し、ＰＥＣＶＤにてＳｉＯを２μｍの厚さで形成し、続けてＳｉＮを２００ｎｍの厚さで成膜した。その上に、Ｔａ３０ｎｍ、Ｉｒ６０ｎｍ、Ｔａ７０ｎｍを連続してスパッタ成膜し、積層膜を形成した。さらに、この積層膜を厚さ１５０ｎｍのＳｉＣＮで覆う構成とした。さらに、このＴａ／Ｉｒ／Ｔａの積層膜に対し、ヒューズ部とヒューズ部に電圧を印加するためのパッドとを形成するためのパターニングを行い、サンプル１を作製した。

サンプル２として、サンプル１のＰＥＣＶＤで形成した厚さ２μｍのＳｉＯを厚さ１μｍとしたＴＥＧを作製した。その他はサンプル１と同様の構成とした。

サンプル３として、サンプル１のＰＥＣＶＤで形成した厚さ２μｍのＳｉＯを設けない構成とし、その他はサンプル１と同様の構成であるＴＥＧを作製した。すなわち、サンプル３は、ヒューズ部１１２のシリコン基板側に、厚さ１００ｎｍのＳｉＯが形成された構成とした。

サンプル１、サンプル２、サンプル３に対し、電源を用いてヒューズ部の両端にかける電圧値を変え、ヒューズ部の切断特性を調べた。サンプル１はヒューズ部に５０ｍＡ程度の電流が流れたところでヒューズ部が切断された。サンプル２はヒューズ部に６０ｍＡ程度の電流が流れたところでヒューズ部が切断された。サンプル３は６０ｍＡ程度の電流では切断されず、ヒューズ部を流れる電流値が１００ｍＡ程度で、ヒューズ部が切断された。ヒューズ部の切断性からはＳｉＯの膜厚が１μｍ以上であることが好ましいことがわかった。

＜断線試験＞
吐出耐久試験で用いた実施例の記録素子基板を用い、任意の発熱抵抗素子１０８に通常吐出時の電圧の５倍のパルス電圧をかけ、故意に断線を発生させた。断線した発熱抵抗素子１０８上の上部電極１３１につながるヒューズ部１１２は溶断していた。電気検査を行ったところ、断線した発熱抵抗素子１０８上の上部電極１３１は、他の発熱抵抗素子１０８から電気的に分離されていることを確認できた。

その後、他の発熱抵抗素子１０８で通常の印字を行ったところ、安定した吐出動作を維持することが可能であった。

１１ 基板（液体吐出ヘッド用基板）
１０８ 発熱抵抗素子
１０１ 基材
１１０ 絶縁層
１１１ 保護層（被覆部）
１１２ ヒューズ部
１１３ 個別配線
１１４ 共通配線
１１５ 絶縁層（被覆層）
１２０ 流路形成部材

Claims (16)

1. 液体を吐出するために発熱する第１発熱抵抗素子および第２発熱抵抗素子を備える基材と、
   前記第１発熱抵抗素子を覆い、導電性を備える第１被覆部と、
   前記第２発熱抵抗素子を覆い、導電性を備える第２被覆部と、
   前記第１発熱抵抗素子と前記第１被覆部との間および前記第２発熱抵抗素子と前記第２被覆部との間に配された絶縁層と、
   前記基材の前記第１被覆部が設けられる側に設けられたヒューズ部と、
   前記ヒューズ部を介して前記第１被覆部に電気的に接続され、前記第１被覆部と前記第２被覆部とを電気的に接続するための共通配線と、
   前記第１被覆部と前記ヒューズ部とを電気的に接続し、液体吐出ヘッド用基板における積層方向において前記ヒューズ部と同じ層に設けられた個別配線と、
   互いに隣接して設けられ、液体を流すための第１開口および第２開口と、
   を有する液体吐出ヘッド用基板において、
   少なくとも珪素と炭素とを含み、前記ヒューズ部を被覆する被覆層を有するとともに、
   前記液体吐出ヘッド用基板を平面視した場合に、前記第１開口と前記第２開口とが隣接する方向と交差する方向において、前記第１発熱抵抗素子、前記第１開口、前記共通配線がこの順に配置されており、
   前記個別配線は、前記第１開口と前記第２開口との間の領域を通って配置されており、
   前記ヒューズ部は、前記領域よりも前記共通配線の側に位置することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
2. 前記被覆層はＳｉＣＮを含む、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
3. 前記基材は、前記液体吐出ヘッド用基板を平面視した場合に、前記ヒューズ部と重なる位置に厚さ１μｍ以上のＳｉＯを含む層を備える、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. 前記ヒューズ部はタンタルを含む、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。
5. 前記共通配線と前記ヒューズ部とは、前記液体吐出ヘッド用基板における積層方向において同じ層として設けられており、
   前記被覆層は前記共通配線を被覆している、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
6. 前記共通配線はタンタルを含む請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
7. 前記第１被覆部の、前記第１発熱抵抗素子の側の面と反対側の面は、イリジウムを含む層で構成されている、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
8. 前記ヒューズ部は、前記基材の側からイリジウムを含む層とタンタルを含む層とがこの順に積層された積層体を含み、
   前記ヒューズ部の前記イリジウムを含む層と、前記第１被覆部の前記イリジウムを含む層とは、前記液体吐出ヘッド用基板における積層方向において同じ層として構成されている、請求項７に記載の液体吐出ヘッド用基板。
9. 前記共通配線と前記ヒューズ部とを介して前記第１被覆部に電位を印加可能である、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
10. 前記液体吐出ヘッド用基板を平面視した場合に、前記ヒューズ部の重心と前記第１発熱抵抗素子の重心との距離が、１５０μｍ以下である、請求項１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。
11. 液体を吐出するために発熱する第１発熱抵抗素子および第２発熱抵抗素子を備える基材と、前記第１発熱抵抗素子を覆い、導電性を備える第１被覆部と、前記第２発熱抵抗素子を覆い、導電性を備える第２被覆部と、前記第１発熱抵抗素子と前記第１被覆部との間および前記第２発熱抵抗素子と前記第２被覆部との間に配された絶縁層と、前記基材の前記第１被覆部が設けられる側に設けられたヒューズ部と、前記ヒューズ部を介して前記第１被覆部に電気的に接続され、前記第１被覆部と前記第２被覆部とを電気的に接続するための共通配線と、を備える液体吐出ヘッド用基板と、
    前記液体吐出ヘッド用基板の前記第１被覆部の側に設けられ、流路を形成する壁を備える流路形成部材と、
    を有する液体吐出ヘッドにおいて、
    前記液体吐出ヘッド用基板は、前記液体吐出ヘッド用基板の前記第１被覆部の側に設けられ、少なくとも珪素と炭素とを含み、前記ヒューズ部を被覆する被覆層を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
12. 前記被覆層はＳｉＣＮを含む、請求項１１に記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記ヒューズ部はタンタルを含む、請求項１１または請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記ヒューズ部は、前記流路の側とは反対側に前記壁から離れた位置に設けられている、請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
15. 前記流路形成部材は、前記液体吐出ヘッド用基板を平面視した場合に前記ヒューズ部と重なる位置に貫通口を備え、
    前記被覆層は前記貫通口から露出する面を備える、請求項１１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
16. 前記共通配線と前記ヒューズ部とを介して前記第１被覆部に電位を印加可能である、請求項１１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。

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