JP5197178B2 - インクジェット記録ヘッド用基板およびインクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドに設けられるインクジェット記録ヘッド用基板およびインクジェット記録ヘッドに関する。

近年のインクジェットプリンタでは、高精彩な画像を形成することが求められる一方で記録の高速化も求められている。画像の高精彩化と高速化の両立を図るための一つの方法として、高速モードにおいては大インク滴を用いて低い解像度で記録を行い、高精彩モードにおいては小インク滴を用いて高い解像度で記録する、というような記録動作の切換えを行う手法がある。

このようにユーザが最適な記録モードを選択することで、所望する画質出力を得ることができることは、極めて有用であり、これを実現するインクジェット記録ヘッドとしては、特許文献１に開示されるものがある。

特許文献１に開示のインクジェット記録ヘッドは、１ノズルあたり１つのヒータを持つインクジェットヘッドであり、インク吐出量が相対的に異なる第１、第２のヒータが所定方向に交互に同列配置された構成を有している。第１、第２のヒータは、セレクト信号によって選択的に駆動することが可能であり、これによって高い階調性を持った画像を得ることを可能としている。また、このインクジェット記録ヘッドでは、上記のように電気抵抗値の違う第１、第２のヒータを同一電源で駆動するよう構成している。このため、電源配線を共通化することが可能になり、回路構成の簡素化、低コスト化およびヘッドの小型化が可能となっている。

図１６は上記のように、第１、第２のヒータが所定方向に交互に同列配置されているインクジェットヘッド用基板における従来の配線構造を示す平面図である。図１６において、基材１０１に設けられる各ヒータ１０３は、第１、第２のヒータとこれに電力を供給するための電極配線を有して構成されるものである。それぞれのヒータ１０３の一方の配線部は、電源側配線部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄのいずれかと電気的に接続されている。また、ヒータ１０３の他方の配線は、スイッチング素子としてのトランジスタなどからなる駆動素子１０８と接続され、駆動素子１０８は接地（ＧＮＤ）側の共通の電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄと接続されている。

また、後述の駆動回路からの信号を受けて、駆動素子１０８は各ヒータ１０３を記録データに応じて選択的に駆動して対応する吐出口からインクを吐出させる。電源側配線部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄおよび電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄのそれぞれは、電極パッド１０７に接続されており、これによりそれぞれが装置電源および接地回路と接続されることとなる。なお、接地側の電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄは、それらに対応する各電源側配線部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄとの間の配線抵抗が等しくなるように定められている。このインクジェット記録ヘッドでは、図１６に示すように、インク供給口１０２を挟んだ箇所に電気抵抗値の異なる第の１ヒータ及び第２のヒータとなるヒータ１０３が配置されている。しかし第１のヒータ又は第２のヒータのいずれを選択しても電源側および接地側の配線部における電圧降下が変動することはない。このため、配線幅を広くしなくても同時に駆動されたときの電圧降下に対応することができ小型化が可能となる。

図１７は、従来のインクジェットヘッド用基板の一例を示す回路ブロック図である。

図１７に示す回路は、ヒータ駆動信号入力端子４０１、クロック（ＣＬＫ）入力端子４０２、データ入力端子４０３、選択回路４０４、ラッチ信号入力端子４０５などの入力端子を有している。また、ヒータ用電圧入力端子４０６、駆動回路４０７、選択データ転送回路４０８、選択データ保持回路４０９、デコーダ４１０、データ転送回路４１１、保持回路４１２、ＡＮＤ回路４１３およびヒータＡ，Ｂを有して構成されている。

ヒータＡ，Ｂは図１７に示した第１のヒータ及び第２のヒータとなるヒータ１０３であり、２ｎ種類（ここでは２種類）の第１，第２のヒータＡ，Ｂで１つのグループとされてｍ個のグループが設けられている。グループにヒータＡ，Ｂのそれぞれに対して駆動回路４０７およびＡＮＤ回路４１３が設けられており、駆動回路４０７はＡＮＤ回路４１３の出力に応じてヒータＡ，Ｂを駆動する。

上記回路においては、データ入力端子４０３に入力されるデータにより、ヒータのグループと種類が選択されるとともに、入力データに基づいて第１のヒータＡ及び第２のヒータＢの駆動が行なわれる。すなわち、選択データ転送回路４０９は、データ入力端子４０３に入力されたデータのうち、ヒータのグループを選択するデータを選択データ保持回路４０９を介してデコーダ４１０へ出力すると共に、ヒータの種類を選択するデータを選択回路４０４へ出力する。さらに、選択データ転送回路４０８は、画像の記録を行なうためのデータをデータ転送回路４１１へ出力する。また、保持回路４１２とデータ転送回路４１１は両ヒータＡとＢに共通に用いられる。第１のヒータＡと第２のヒータＢの切換えは選択データ転送回路４０８にデータ入力端子４０３を介して入力されたデータによって決定され、選択回路４０４にて選択される。

図１７において、ヒータ駆動電源はヒータ用電圧入力端子４０６へ供給される電源となる。ヒータ駆動電源は、共通配線を介して、全てのグループＳ（１）〜Ｓ（ｍ）における第１のヒータＡ及び第２のヒータＢの端部に接続される。また、データ転送回路４１１には、データ入力端子４０３より選択データ転送回路４０８を介して入力されるグループＳ（１），Ｓ（２），…，Ｓ（ｍ）毎に対応するシリアルの画像データが入力される。さらに、データ転送回路４１１には、クロック入力端子４０２より選択データ転送回路４０８を介して入力されるデータ転送回路駆動用のクロック入力信号が入力される。そして、入力された画像データは、パラレル信号として保持回路４１２に出力される。

保持回路４１２には、ラッチ信号入力端子４０５を介してラッチ信号が入力され、保持回路４１２は、データ転送回路４１１から入力された画像データを一時記憶してから、対応するグループＳ（１），Ｓ（２），…，Ｓ（ｍ）毎のＡＮＤ回路４１３に出力する。ヒータ駆動信号入力端子４０１に入力される駆動パルス信号は、グループＳ（１）〜Ｓ（ｍ）のそれぞれの第１のヒータＡおよび第２のヒータＢに入力される。

上述したように、データ入力端子４０３より選択データ転送回路４０８へ入力されるデータは、画像データの他に、駆動するヒータのグループおよび種類の選択を指示する信号を含む。この選択を指示する信号は５ビットの信号であり、選択データ保持回路４０９へ出力される。選択データ保持回路４０９は入力された５ビットの信号のうち、駆動するグループを示す４ビットの信号をデコーダ４１０へ出力し、駆動するヒータの種類を示す１ビットの信号を選択回路４０４へ出力する。

デコーダ４１０の出力端子は、各グループＳ（１）〜Ｓ（ｍ）に対応するＡＮＤ回路４１３毎に分けて接続されており、入力された４ビットの信号に応じて、接続するグループを決定する。また、選択回路４０４は各グループを構成するヒータの種類（ここではヒータＡ，Ｂのいずれか）を選択するものである。すなわち、選択回路４０４は、入力された１ビットの信号をそのまま第１のヒータＡに設けられたＡＮＤ回路に出力すると共に、入力された１ビットの信号をインバータを介して反転させて第２のヒータＢに対して設けられたＡＮＤ回路４１３に出力する。このため、第１のヒータＡと第２のヒータＢとが同時に選択されることはなく、いずれか一方のみが選択される構成となっている。

従って、各グループに接続された電源側配線部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄおよび接地側電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄのそれぞれの配線には、第１のヒータＡと第２のヒータＢのいずれかを同時に駆動するための電流しか流れない。このため、各電極の配線抵抗によって発生する電圧降下は全て同じ値になる。このため、全てのグループにおける配線抵抗による電力損失は均一となり、インクの吐出特性に悪影響を及ぼすことを避ける構成が得られる。

特開２００４-１２２７５７号公報

また、大インク滴と小インク滴を同時に用いて記録することにより、高い階調性を持った画像を高速に形成することも提案されている。

しかしながら、図１６および図１７に示す記録ヘッドにおいては、各グループで同時に駆動できるヒータが第１、第２のヒータのうち、いずれか一方のみであるという制約があるため、高い階調性の画像形成を行うには、未だ改良の余地がある。

高い階調性を持った画像を形成する場合、相対的に異なるインク吐出量を得られる第１、第２のヒータを同時に駆動し、大インク滴と小インク滴を同時に吐出することが求められることがある。すなわち、大インク滴と小インク滴を任意の位置に選択的に着弾させるようにすれば、ヘッドの製造のバラツキに起因するインク滴のサイズや着弾位置のムラや記録装置本体の機械精度のバラツキに起因する画像品位のムラなどを改善することが可能となる。

これに対し、第１、第２のヒータのいずれか一方しか駆動しないという制約があると、画像設計上の自由度を奪うことになってしまう。すなわち同時に吐出できるインク滴が大インク滴のみまたは小インク滴のみという制約の下では、異なるインク滴サイズを混在させて見かけ上の画像品位を向上させるという画像設計手法がとれない。このため、上記のような制約がある場合には、一定水準以上の高画質化には十分に対応できない可能性がある。

そこで、高階調性の画像形成に対応できるようにすべく第１のヒータＡと第２のヒータＢのいずれか一方を選択するための選択回路４０４に替えて、第１のヒータ又は第２のヒータＢを個別に選択できる選択信号をＡＮＤ回路４１３に入力することも考えられる。これによれば、第１のヒータＡと第２のヒータＢとを個別にあるいは同時に駆動させることが可能になる。加えて各グループに対して第１のヒータＡ及び第２のヒータＢのそれぞれに対応したグループ選択信号を入力することにより、グループ毎に任意に第１のヒータＡ及び第２のヒータＢを個別にあるいは同時に駆動することも可能になる。

しかしながら図１７に示す回路では、電源側配線部および接地側電極の配線は、同一グループ内の第１のヒータ及び第２のヒータに対して共通する配線となっている。このため、前述のように第１のヒータと第２のヒータとを個別に選択可能に構成し、異なる電気抵抗を有する両ヒータを同時に駆動した場合、各電極に接続される配線部には両ヒータに流れる電流の合計値に従って電圧降下が生じる。従って、第１のヒータ及び第２のヒータを同時に駆動した際に各配線に生じる電圧降下は、各ヒータを個別に駆動させた場合に生じる電圧降下とは異なる（増大した）ものとなってしまう。

また、グループ毎に任意に第１のヒータ及び第２のヒータを駆動し得るようにした場合には、各グループ間で配線抵抗による電圧降下が異なることとなる。これは各グループ間で発生する電力ロスが異なり、それぞれのヒータに加わるエネルギーも異なってしまうことを意味する。そして、ヒータに加わるエネルギーに差異が生じた場合、インク滴の吐出特性に差が生じたり吐出が不安定になってインク滴にバラツキが生じたりするという現象が発生する。この場合、大インク滴と小インク滴を同時に用いて記録することにより高い階調性を持った画像を形成するという本来の目的に反することになってしまう。

そこで、第１、第２のヒータを含む各グループ内の電源側配線部および接地側電極の配線を、各ヒータ毎に別々に配置し、それぞれの配線抵抗を個別に設定して電圧降下をそろえるという手段を採ることも考えられている。
しかしながら、第１、第２のヒータを交互に、もしくは３種類以上のヒータを繰り返し配置した記録ヘッド基板において、平面的に個別の電源配線および接地側電極に各ヒータを接続しようとすると、配線領域に要する面積が膨大になってしまう。つまり、グループ毎に任意に第１、第２のヒータを駆動させた場合には、グループ間での配線抵抗による電圧降下は均一にできるものの、基板の大型化および基板コストの大幅な上昇を招くこととなる。

本発明は、吐出エネルギー発生素子の駆動形態に拘わりなく、駆動時の電圧降下の変動を抑えることができると共に、各吐出エネルギー発生素子に対して常に安定したエネルギーを印加することが可能なインクジェット記録ヘッド用基板の提供を目的とする。

本発明の第１の形態は、互いに大きさの異なるインク吐出エネルギーを発生する第１の吐出エネルギー発生素子及び第２の吐出エネルギー発生素子と、前記第１の吐出エネルギー発生素子を通電させるための第１の配線部の少なくとも一部が設けられた第１の配線層と、前記第１の配線層よりも下層に、少なくとも一部が前記第１の配線層の少なくとも一部と積層方向に関して重なり合うように配置され、前記第２の吐出エネルギー発生素子を通電させるための第２の配線部の少なくとも一部が設けられた第２の配線層と、前記第２の配線層よりも下層に設けられた、前記第１の吐出エネルギー発生素子及び前記第２の吐出エネルギー発生素子を駆動するための駆動回路とを備えたインクジェット記録ヘッド用基板であって、前記第１の配線層は第１のスルーホールを介して前記第２の配線層と接続されており、前記第２の配線層は第２のスルーホールを介して前記駆動回路と接続されており、前記積層方向に直交する方向に関して前記第２のスルーホールは前記第１のスルーホールよりも前記駆動回路に近い位置に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の第２の形態は、インク吐出エネルギーを発生する第１の吐出エネルギー発生素子及び第２の吐出エネルギー発生素子と、前記第１の吐出エネルギー発生素子を通電させるための第１の配線部の少なくとも一部が設けられた第１の配線層と、前記第１の配線層よりも下層に、少なくとも一部が前記第１の配線層の少なくとも一部と積層方向に関して重なり合うように配置され、前記第２の吐出エネルギー発生素子を通電させるための第２の配線部の少なくとも一部が設けられた第２の配線層と、前記第２の配線層よりも下層に設けられた、前記第１の吐出エネルギー発生素子及び前記第２の吐出エネルギー発生素子を駆動するための駆動回路とを備えたインクジェット記録ヘッド用基板であって、前記第１の配線層は第１のスルーホールを介して前記第２の配線層と接続されており、前記第２の配線層は第２のスルーホールを介して前記駆動回路と接続されており、前記積層方向に直交する方向に関して前記第２のスルーホールは前記第１のスルーホールよりも前記駆動回路に近い位置に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、吐出エネルギー発生素子の駆動形態に拘わりなく、駆動時の電圧降下の変動を抑えることが可能になり、インク滴の吐出の安定化を図ることが可能となる。このため、異なるサイズのインク滴を吐出することによって高い階調性の画像を形成する場合などにも、各吐出エネルギー発生素子に対して常に安定したエネルギーを印加することが可能となり、高品位な画像を形成することが可能になる。また、各吐出エネルギー発生素子に接続される配線部が重ねられた状態で形成されるため、インクジェット記録ヘッド用基板の小型化、低コスト化を図ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

なお、「記録」とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わない。

また、「インク」とは、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、あるいはインクの処理に供され得る液体を言うものとする。このインクの処理としては、例えば記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化を図る処理などが挙げられる。

図１は、本発明に係るインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）の第１の実施形態の構造を説明するために一部を切断して模式的に示す斜視図である。図１において、吐出口１２２に連通したインク流路には、それぞれに対応して１つずつインク吐出エネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子（ヒータ）１０３が設けられている。これらヒータ１０３はシリコン基板１２１の一面に半導体プロセスと同様の手法で形成される。また、各ヒータ１０３はヘッド駆動回路によりヒータ１０３に所定のエネルギーが印加されることにより、インク中に膜沸騰による状態変化、すなわち、発泡現象を発生させ、吐出口１２２からインク滴を吐出させる。ここに示す記録ヘッドは、ヒータとの対向位置に吐出口１２２が形成されており、ヒータに対して垂直な方向に向けてインク滴を吐出させるタイプのインクジェット記録ヘッドとなっている。また、１２６は、各吐出口１２２にインクを供給すべくインクを素子基板１２１の裏面から供給するためのインク供給口である。

図２は、本実施形態に係る記録ヘッドの吐出口１２２の配列を示している。本実施形態では、大小２種類の異なる大きさのインク滴を吐出すべく、吐出量が大きなインク滴を吐出する吐出口（大吐出口）１２２Ｂと、吐出量が小さなインク滴を吐出する吐出口（小吐出口）１２２Ａとが交互に１列に所定の密度で配置されている。本実施形態では、吐出口の列（吐出口列）が、インク供給口を挟んで２列配置されている。大吐出口１２２Ｂからは、後述の第１のヒータによって例えば、約５ｐｌの吐出量のインク滴が吐出され、小吐出口１２２Ａからは、第２のヒータによって約２ｐｌの吐出量のインク滴が吐出される。なお、本明細書および特許請求の範囲において、インクを吐出する吐出口と、このインク吐出口に連通しインク供給口から供給されるインクを吐出口に供給するインク流路と、このインク流路内に設けられたヒータ１０３とからなる部分をノズルと称す。

このように、本実施形態では、各吐出口列が大きさの異なるインク滴を吐出する吐出口を備える。そして、ユーザの設定する記録モードに応じて、記録に使用する吐出口に対応するヒータを選択して記録を行う。例えば、高速記録モードでは大吐出口からインク吐出を行うよう第１のヒータ（第１の吐出エネルギー発生素子）が選択的に駆動され、高品位記録モードでは小吐出口からインク吐出を行うよう第２のヒータ（第２の吐出エネルギー発生素子）が選択的に駆動される。また、大、小両吐出口からインク吐出を行うよう第１、第２のヒータを駆動させることによって、例えば、面積階調法等によって多階調の画像を記録することも可能である。

［記録ヘッド用基板］
次に、本発明に係るインクジェット記録ヘッド用基板の第１ないし第５の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
図３はインクジェット記録ヘッド用基板１００の第１の実施形態を示す平面図、図４は図３の一部の領域を拡大した平面図、図５は図４に含まれる複数のグループの中の一つのグループをさらに拡大して示す平面図である。

本実施形態におけるインクジェット記録ヘッド用基板（以下、単に記録ヘッド用基板と称す）１００には４つの領域Ｒ１〜Ｒ４が備えられ、各領域には複数のヒータ１０３と、これらヒータに電力を供給する（通電する）ための配線部および回路が設けられている。なお、領域Ｒ１とＲ２とは互いに略左右対称の構成を有し、領域Ｒ３とＲ４も互いに略左右対称の構成を有している。さらに、領域Ｒ３，Ｒ４はインク供給口１０２を挟んでそれぞれ領域Ｒ２，Ｒ１と略対称に構成されている。

記録ヘッド用基板１００内には、インク供給口１０２を挟んで２列にヒータが配置されている。各ヒータ列には、大きさの異なるインク吐出エネルギーを発生する複数種（ここでは、２種類）の吐出エネルギー発生素子が設けられている。すなわち、相対的に大きなサイズ（大きなインク量）のインク滴を大吐出口１２２Ｂから吐出させる第１のヒータ１０３Ｂと、相対的に小さなサイズ（小さなインク量）のインク滴を吐出口１２２Ａから吐出させる第２のヒータ１０３Ａとが交互に配置されている。これらのヒータは、複数個（２ｎ個（ｎは整数））のヒータを１グループとする複数のグループ（ここではグループＧ１〜Ｇ１６）に分けられている。なお、図では１つのグループに第１のヒータおよび第２のヒータからなる組が２組設けられている場合を示しているが、１つのグループ内に第１のヒータ及び第２のヒータからなる組を他の組数だけ設けるようにすることも可能である。

また基板１の各領域には、図４に示すように、第１の配線層３２１（斜線領域で図示）とその下方に形成される第２の配線層３２２（白抜きで示す領域）とが設けられ、さらに、第２の配線層３２２の下方には、不図示の第３の配線層が設けられている。このうち、第１の配線層３２１は、最も吐出口１２２に近い位置に配置された配線層である。この第１の配線層３２１には、第１のヒータ１０３Ａと第２のヒータ１０３Ｂとの全てが形成されている。また、第１の配線層３２１には、第１のヒータ１０３Ａの両端部に接続される配線部の一部と、第２のヒータ１０３Ｂの両端部に接続される配線の一部が形成され、第２の配線層３２２には、第２のヒータ１０３Ｂに接続される配線の中の一部が形成される。具体的には、各配線層３２１、３２２に対する各ヒータの配線は以下のように形成されている。

すなわち、第１のヒータ１０３Ａの一端部は、図３ないし図５に示すように、第１の配線層３２１に形成された一方の配線部１０３Ａ１を介して第１の配線層３２１に形成された電源側配線部３０４Ａ１〜３０４Ａ４のいずれかと電気的に接続されている。また、第１のヒータ１０３Ａの他端部は、第１の配線層３２１に形成された他方の配線部１０３Ａ２を介してスイッチング素子としてのトランジスタなどからなる駆動素子３０８と電気的に接続される。また、駆動素子３０８は第１の配線層３２１に形成された接地側配線部３０５Ａ１〜３０５Ａ４に接続される。さらに第１の配線層３２１に形成された電源側配線部３０４Ａ１〜３０４Ａ４および接地側配線部３０５Ａ１〜３０５Ａ４は、電極パッド３０７Ａと電極パッド３０８Ａとにそれぞれ接続されている。これにより電源装置は電極パッド３０７Ａ、電源側配線部３０４Ａ１〜３０４Ａ４、配線１０３Ａ１、ヒータ１０３Ａ、配線部１０３Ａ２、駆動素子３０８、接地側配線部３０５Ａ１〜３０５Ａ４及び電極パッド３０８Ａを介して接地回路（接地部）に接続される。この電源装置から接地回路に至る配線のうち、電極パッド３０７、電源側配線部３０４Ａ１〜３０４Ａ４、配線部１０３Ａ１、ヒータ１０３Ａ、配線部１０３Ａ２および接地側配線部３０５Ａ１〜３０５Ａ４が、第１の配線層３２１上に形成されることとなる。

一方、第２のヒータ１０３Ｂの一端部には、一方の配線部１０３Ｂ１が接続されている。この一方の配線部１０３Ｂ１の一部は、スルーホール３２３を通過して第２の配線層３２２に形成された電源側配線部３０４Ｂ１〜３０４Ｂ４のいずれかと電気的に接続されている。これにより第２のヒータ１０３Ｂの一端部と電源側配線部３０４Ｂ１〜３０４Ｂ４とが電気的に接続される。また、第２の配線層３２１に形成された電源側配線部３０４Ｂ１〜３０４Ｂ４および接地側配線部３０５Ｂ１〜３０５Ｂ４は、電極パッド３０７Ｂおよび３０８Ｂにそれぞれ接続されている。これにより電源装置は電極パッド３０７Ｂ、電源側配線部３０４Ｂ１〜３０Ｂ４、スルーホール３２３、第２の配線部１０３Ｂ１、ヒータ１０３Ｂ、配線部１０３Ｂ２、駆動素子３０８、接地側配線部３０５Ｂ１〜３０５Ｂ４及び電極パッド３０８Ｂを介して接地回路に接続される。この電源装置から接地回路に至る配線のうち、電極パッド３０７Ｂおよび電源側配線部３０４Ｂ１〜３０Ｂ４が、第２の配線層３２２上に形成され、配線１０３Ｂ１、ヒータ１０３Ｂ、および配線１０３Ｂ２が、第１の配線層３２１上に形成されることとなる。

また、駆動素子３０８は、各ヒータ１０３Ａ、１０３Ｂを選択的に駆動するための選択回路３０９と接続されるが、その接続には第２の配線層３２２のさらに下方に配設される第３の配線層（図示せず）を用いる。

このとき各ヒータに接続される配線部の電気抵抗は、互いに等しくなるように定められている。これは、各配線部の線路幅を調整することによって行うことができる。例えば、図４において、各グループＧ１〜Ｇ４の電極側配線部３０４Ａ１〜３０４Ａ４および３０４Ｂ１〜３０４Ｂ４は、その端部（ヒータ１０３Ａおよび１０３Ｂとの接続位置）から電極パッド３０７Ａ、３０８Ａまでの線路長が異なる。このため本実施形態では、線路長の長い電極側配線部ほど線路幅を広く設定し、これによって各グループにおける各電極側配線部を同一の電気抵抗に定めている。これは、接地側配線部３０５Ａ１〜３０５Ａ４および３０５Ｂ１〜３０５Ｂ４においても同様である。

なお、本実施形態における駆動素子、および駆動回路は、各ヒータ１０３を記録データに応じて選択的に駆動可能なものであれば、図１７に示したものをはじめとして種々のものが適用可能である。

以上のように、本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドでは、第１のヒータと第２のヒータがそれぞれ異なる配線層に形成されているため、両ヒータが同時に駆動されても互いの電流が影響し合うことはない。また各線路の電気抵抗が同一であるため各配線に生じる電圧降下は同一となる。このため、各グループ毎に任意に第１、第２のヒータを個別にあるいは同時に駆動させる場合にも、各グループ間で電圧降下に差が生じることはなく、各ヒータに常に適正な電気エネルギーを印加することが可能になる。

ここで、本実施形態におけるインクジェット記録ヘッド用基板の断面構造を図６および図７を参照しつつ説明する。なお、図６および図７は、図５のＶＩ−ＶＩ及びＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示す図である。
図６に示すように、基材１０１を構成するシリコン上には絶縁膜５３０が配設されている。絶縁膜５３０は駆動素子や駆動回路と上部の配線層との間にある絶縁膜を複数含んでいる。また、３２１は第１の配線層、５３３は第１の配線３２１とともに形成されるヒータ層である。第１の配線層３２１を選択的に除去することでヒータ層５３３を露出させることにより、前述の第１のヒータ１０３Ａ、および第２のヒータ１０３Ｂが形成される。また、５３１は後述する第２の配線層３２２の上に形成される層間絶縁膜、５３４は第１の配線層３２１の上に形成される保護膜層である。

また、図７において、３２２は第２の配線層である。この第２の配線層は、層間絶縁膜５３１により、スルーホール３２３以外の部分は第１の配線層３２１と絶縁されており、スルーホール３２３では、第１の配線層３２１と接続される。このように、第２のヒータ１０３Ｂを含む配線に流れる電流は、スルーホール３２３で第１の配線層３２１から第２の配線層３２２へと移るため、第１のヒータ１０３Ａを含む配線に流れる電流とは分離される。この結果、第１のヒータ１０３Ａと第２のヒータ１０３Ｂが同時に駆動される場合、あるいは片方のヒータのみが駆動される場合のいずれにおいても、各ヒータに接続される配線部に発生する電圧降下が互いに影響を及ぼし合うことはない。このため、各グループ毎に任意に第１、第２のヒータを個別あるいは同時駆動させる場合にも、各グループ間での電圧降下に差を生じることはなく、常に安定した電気エネルギーを各ヒータに印加することが可能となる。従って、大インク滴のみ、あるいは小インク滴のみを吐出させる記録モードや、異なるサイズのインク滴を同時に吐出させて高階調の画像を形成するモードなどにおいても、各吐出口から適正なサイズのインク滴を吐出することが可能になる。このため、いずれの記録モードにおいても、その記録モードに応じた画像を形成することができ、高い信頼性を得ることができる。

また本実施形態では、第１のヒータに接続される配線部と、第２のヒータに接続される配線部の殆どの部分とを上下に重ねるような立体的な配置にした。このため、本実施形態によれば、各ヒータに接続される配線部を同一平面上に配置する構造の従来に比べ、基板の平面上のサイズを大幅に削減することが可能になり、記録ヘッドの小型化を図ることも可能になる。

さらに、本実施形態ではヒータ層５３３を第１の配線層３２１と同時に形成することにより、ヒータ層５３３を第２の配線層３２２よりも上層（インク吐出側）に形成した形態を示した。この形態によれば、ヒータ層５３３から吐出インク滴への熱伝導効率を高くすることが可能となるため、本実施形態は、最も好適な形態であるいうことができる。

なお、本実施形態では、同一のヒータ列内に、第１および第２のヒータを１つずつ交互に配置したが、各ヒータを複数個毎に配置することも可能であり、この場合にも上記実施形態と同様の効果が期待できる。

（第２の実施形態）
次に本発明に係るインクジェット記録ヘッド用基板の第２の実施形態を図８ないし図１０を参照しつつ説明する。図８は本実施形態におけるインクジェット記録ヘッド用基板の平面図、図９は図８中のＩＸ−ＩＸ線断面図、図１０は図８中のＸ−Ｘ線断面図である。なお、図８において、図４に示す部分と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、その説明の詳細は省く。

図８に示す基板１１０は、ヒータ部１０３Ａ，１０３Ｂを第２の配線層３２２に形成し、第１の配線層３２１をスルーホール３２３を介して第１のヒータ１０３Ａに接続したものとなっている。

図９および図１０の断面図に示すように、５３３は第２の配線層３２２とともに形成されるヒータ層であり、第２の配線層３２２を選択的に除去することでヒータ層を露出させヒータ部１０３Ａ、１０３Ｂを形成している。この場合は、電極パッド３０７Ａから第１の配線層３２１に形成された電源側配線部３０４Ａ１〜３０４Ａ４を流れる電流が、スルーホール３２３を介して第１のヒータ１０３Ａを含む配線へと流れる。これにより、ヒータ１０３Ａに接続される電源側配線部３０４Ａ１〜３０４Ａ４に流れる電流と、ヒータ１０３Ｂに流れる電流とを、第１の配線層と第２の配線層とで分離することができる。従って、本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に本発明に係るインクジェット記録ヘッド用基板１２０の第３の実施形態を図１１に示す平面図と、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である図１２とを参照しつつ説明する。なお、図１１において、図４と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、その説明の詳細は省く。

本実施形態の記録ヘッド用基板１２０では、第１、第２のヒータ１０３Ａ、１０３Ｂの一方の配線部１０３Ａ２、１０３Ｂ２をそれぞれ駆動素子３０８と接続するため第１の配線層３２１が第１のスルーホール３２７を介して第２の配線層３２２に接続されている。また、第２の配線層３２２は、第２のスルーホール３２８を介して第２の配線層３２２の下方に配設される第３の配線層３２６へ接続される。このとき第３の配線層３２６は駆動素子３０８に直接接続される配線層となる。

各ヒータに電流を流すためには各ヒータの一方の端部（電極）に駆動素子３０８を接続する必要がある。但し、駆動素子３０８に直接接続される層は第３の配線層３２６である。このため、ヒータの一方の端子と駆動素子３０８との接続は、第１の配線層３２１から第３の配線層３２６までの接続を行うことが必要になる。ここでは、第１の配線層３２１を第３の配線層３２６へと直接接続する方法はとらず、まず第１の配線層３２１を第２の配線層３２２へ接続し、次に第２の配線層３２２を第３の配線層３２６へ接続する、というように段階的に接続する。このとき第２の配線層３２２を第３の配線層３２６へ接続するための第２のスルーホール３２８を、第１の配線層３２１を第２の配線層３２２へ接続するための第１のスルーホールより、駆動素子３０８に対して近い位置に配置する。

さらに、駆動素子３０８の接地側の端部（電極）に接続される第１および第２の配線層（図１２中、右側の配線層）３２１および３２２に対しても同様に接続する。まず第１の配線層３２１から第２の配線層３２２へ接続し、次に第２の配線層３２２から第３の配線層３２６へ接続するというように段階的に接続する。さらに、第２のスルーホール３２９を、第１のスルーホール３３１より駆動素子３０８に近い位置に配置する。

図１２において、５３１は第１の配線層３２１と第２の配線層３２２の間に配設される第１の層間絶縁膜、５３５は第２の配線層３２２と第３の配線層３２６の間に配設される第２の層間絶縁膜である。また、駆動素子３０８はシリコン基材１０１中に作られるトランジスタ等で構成されるが、第３の配線層３２６は駆動素子１０８にコンタクトホール３３２を介して直接接続される。

前述のように、第２のスルーホール３２８および３２９を、第１のスルーホール３２７および３３１より、駆動素子に対して近い位置に配置することで、配線の接続を段階的に行なう際に最も配線の長さを短くすることが可能になる。その結果、基板サイズを縮小する上で、効率の良いレイアウトを得ることができる。また第１の配線層３２１から駆動素子３０８までの膜構成が階段状になるため、膜の縦構造の段差を軽減した配置をとることができる。本実施形態ではヒータ層５３３を第１の配線層と同時に形成し、第２の配線層３２２に対して上層に形成する形態を示した。このように、ヒータ層５３３を含む配線層を第２層よりも上層（吐出口に近い層）に配置すれば、ヒータ層５３３から吐出インク滴への熱伝導効率を高くすることが可能となるため、本実施形態は、熱伝導効率において最も好適な形態であるいうことができる。また第１の配線層から駆動素子間までの膜構成が順次、階段状になるため膜の縦構造の段差が軽減され、製造工程上のエッチング残りなどによる歩留りの低下を防ぐことができ、結果としてより安価な基板を提供することが可能になる。

（第４の実施形態）
次に本発明に係るインクジェット記録ヘッド用基板１３０の第４の実施形態を、図１３に示す平面図と、図１４のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である図１４とを参照しつつ説明する。なお、図１３において、図４と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、その説明の詳細は省く。

本実施形態における記録ヘッド用基板では、第１、第２のヒータ１０３Ａ、１０３Ｂの一方の配線部１０３Ａ２、１０３Ｂ２が駆動素子３０８に接続される。このため、第２の配線層３２２は、スルーホール３２８を介して第２の配線層３２２の下方に配設される第３の配線層３２６へ接続される。この第３の配線層３２６には駆動素子３０８が直接接続される。

上記のように、本実施形態ではヒータ層５３３を第２の配線層３２２と同時に形成し、第１の配線層３２１よりも下層に形成する形態をとる。このようにヒータ層を第２の配線層とともに形成しても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
インクジェット記録ヘッドでは、ドットの形成密度を高めて、高精細な画像を形成するためには、ヒータとの配列方向における間隔を短縮したり、第１のヒータと第２のヒータとを千鳥状に配置したりすることが考えられる。ヒータを千鳥状に配置する場合にも上記各実施形態と同様に、第１の配線層と第２の配線層、第１のスルーホールと第２のスルーホールの関係を定めることが可能である。これによれば、ヒータを千鳥状に配置することによる高精細な画像形成を可能にするという効果に加え、上記実施形態と同様に高階調の画像を形成できるという効果も期待でき、より優れた品質の画像を形成することができる。

また上記実施形態の各平面図では第１の配線層を第２の配線層の内側に包含した形態を示したが、これに限定されるものではなく第１の配線層が第２の配線層の外側に延出ている形態でも同様の効果が得られる。

さらに、本発明は、異なるインク吐出量を得ることが可能な２種類のヒータを用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、異なるインク吐出量が得られる３種類以上のヒータを用いることも可能である。すなわち、３種類以上のヒータを用いる場合には、上下に重なる配線層をヒータの種類数に応じた数だけ形成し、各種のヒータそれぞれに接続される配線の少なくとも一部を、異なる配線層に接続するようにすれば良い。これによれば、全てのヒータの配線を一平面上に形成する従来の記録ヘッドに比べ、記録ヘッドの占有面積を大幅に削減することが可能となる。また、各層によって各ヒータに流れる電流が互いに影響を及ぼすことがないため、各ヒータをいかなる組み合わせで駆動しても、各ヒータに接続される配線部に電圧降下の変動を生じることがなくなり、信頼性の高い安定した吐出を実現することが可能になる。

さらにまた、上記実施形態では、サイドシュータ型のインクジェット記録ヘッド用基板を例に挙げて説明した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、インク滴をヒータの形成された面と交差する方向に形成された面に吐出口が形成され、その吐出口からインク滴を吐出するようにした、いわゆるエッジシュータ型の記録ヘッドにも適用可能である。

［インクジェット記録ヘッド］
次に、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの実施形態を説明する。

図１５は、以上説明したインクジェット記録ヘッド用基板（以下、単に記録ヘッド用基板と称す）５２を組み込んだインクジェット記録ヘッドの構造を示している。図１５において、記録ヘッド用基板５２は、枠体５８に固定されている。記録ヘッド用基板５２上には、吐出口１２２や流路を構成する部材５６（図１参照）が取り付けられている。また、装置側からの電気信号を受け取るためのコンタクトパッド５９を有するフレキシブルプリント配線基板６０が枠体５８に固定されている。このフレキシブル基板６０は、装置本体の制御装置から送られた駆動信号等を含む電気信号を記録ヘッド用基板５２に入力する。電気信号を受けた記録ヘッド用基板５２は、内部に設けられた前述の各ヒータを駆動して、吐出口から大インク滴、小インク滴などのインク滴を吐出させ、記録媒体上に画像を記録する。

インクジェット記録ヘッド用基板の第１の実施形態の構造を説明するために一部を切断して模式的に示す斜視図である。 第１の実施形態に係る記録ヘッドの吐出口の配列を示す図である。 インクジェット記録ヘッド用基板の第１の実施形態を示す平面図である。 図３の一部の領域を拡大した平面図である。 図４に含まれる複数のグループの中の一つのグループをさらに拡大して示す平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 本発明に係るインクジェット記録ヘッド用基板の第２の実施形態を示す平面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。 図８のＸ−Ｘ線断面図である。 インクジェット記録ヘッド用基板の第３の実施形態を示す平面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。 インクジェット記録ヘッド用基板の第４の実施形態を示す平面図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。 インクジェット記録ヘッドの実施形態を示す斜視図である。 従来のインクジェットヘッド用基板を示す平面図である。 従来のインクジェットヘッド用基板の一例を示す回路ブロック図である。

符号の説明

１００ インクジェット記録ヘッド用基板
１０２ インク供給口
１０３Ａ 第１のヒータ
１０３Ｂ 第２のヒータ
３０４Ａ１〜３０４Ａ４ 第１の配線層の電源側配線部
３０４Ｂ１〜３０４Ｂ４ 第２の配線層の電源側配線部
３０５Ａ１〜３０５Ａ４ 第１の配線層の接地側配線部
３０５Ｂ１〜３０５Ｂ４ 第２の配線層の接地側配線部
３０７Ａ、３０８Ａ 電極パッド
３０７Ｂ、３０８Ｂ 電極パッド
１０３Ａ１ 一方の配線部
１０３Ａ２ 他方の配線部
３０８ 駆動素子
３０９ 選択回路
３２１ 第１の配線層
３２２ 第２の配線層
３２３ スルーホール
５３０ 絶縁膜

Claims (12)

1. 互いに大きさの異なるインク吐出エネルギーを発生する第１の吐出エネルギー発生素子及び第２の吐出エネルギー発生素子と、
   前記第１の吐出エネルギー発生素子を通電させるための第１の配線部の少なくとも一部が設けられた第１の配線層と、
   前記第１の配線層よりも下層に、少なくとも一部が前記第１の配線層の少なくとも一部と積層方向に関して重なり合うように配置され、前記第２の吐出エネルギー発生素子を通電させるための第２の配線部の少なくとも一部が設けられた第２の配線層と、
   前記第２の配線層よりも下層に設けられた、前記第１の吐出エネルギー発生素子及び前記第２の吐出エネルギー発生素子を駆動するための駆動回路とを備えたインクジェット記録ヘッド用基板であって、
   前記第１の配線層は第１のスルーホールを介して前記第２の配線層と接続されており、
   前記第２の配線層は第２のスルーホールを介して前記駆動回路と接続されており、
   前記積層方向に直交する方向に関して前記第２のスルーホールは前記第１のスルーホールよりも前記駆動回路に近い位置に配置されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
2. 前記第１の配線層には、前記第１の吐出エネルギー発生素子及び前記第２の吐出エネルギー発生素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
3. 前記第２の配線層には、前記第１の吐出エネルギー発生素子及び前記第２の吐出エネルギー発生素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
4. 前記第１の配線部は、前記第１の吐出エネルギー発生素子を電源装置に接続する電源側配線部と、前記第１の吐出エネルギー発生素子から接地部に至る接地側配線部とを有し、
   前記第２の配線部は、前記第２の吐出エネルギー発生素子を電源装置に接続する電源側配線部と、前記第２の吐出エネルギー発生素子から接地部に至る接地側配線部とを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
5. 前記駆動回路は、前記第１の吐出エネルギー発生素子及び前記第２の吐出エネルギー発生素子を含む複数の吐出エネルギー発生素子に定められた複数のグループを選択すると共に、選択したグループ内の前記複数の吐出エネルギー発生素子を選択的に駆動することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
6. 前記第１の配線部及び前記第２の配線部は、複数の前記第１の吐出エネルギー発生素子及び複数の前記第２の吐出エネルギー発生素子にそれぞれ対応して複数に分けて形成され、分けられた複数の配線部の電気抵抗は、均一であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
7. 前記第１の吐出エネルギー発生素子及び前記第２の吐出エネルギー発生素子は、電気熱変換素子であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
8. インク吐出エネルギーを発生する第１の吐出エネルギー発生素子及び第２の吐出エネルギー発生素子と、
   前記第１の吐出エネルギー発生素子を通電させるための第１の配線部の少なくとも一部が設けられた第１の配線層と、
   前記第１の配線層よりも下層に、少なくとも一部が前記第１の配線層の少なくとも一部と積層方向に関して重なり合うように配置され、前記第２の吐出エネルギー発生素子を通電させるための第２の配線部の少なくとも一部が設けられた第２の配線層と、
   前記第２の配線層よりも下層に設けられた、前記第１の吐出エネルギー発生素子及び前記第２の吐出エネルギー発生素子を駆動するための駆動回路とを備えたインクジェット記録ヘッド用基板であって、
   前記第１の配線層は第１のスルーホールを介して前記第２の配線層と接続されており、
   前記第２の配線層は第２のスルーホールを介して前記駆動回路と接続されており、
   前記積層方向に直交する方向に関して前記第２のスルーホールは前記第１のスルーホールよりも前記駆動回路に近い位置に配置されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
9. 前記第１の配線層には、前記第１の吐出エネルギー発生素子及び前記第２の吐出エネルギー発生素子が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
10. 前記第２の配線層には、前記第１の吐出エネルギー発生素子及び前記第２の吐出エネルギー発生素子が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
11. 前記第１の配線部は、前記第１の吐出エネルギー発生素子を電源装置に接続する電源側配線部と、前記第１の吐出エネルギー発生素子から接地部に至る接地側配線部とを有し、
    前記第２の配線部は、前記第２の吐出エネルギー発生素子を電源装置に接続する電源側配線部と、前記第２の吐出エネルギー発生素子から接地部に至る接地側配線部とを有することを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板を備え、前記インクジェット記録ヘッド用基板に設けられた吐出エネルギー発生素子を駆動することによってインク吐出口からインク滴を吐出させることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。

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