(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のエネルギー発生部が一つの吐出口を共有するヘッド用素子基板において、各エネルギー発生部が所望の吐出性能を得る。【解決手段】素子基板は、液体を吐出させるためのエネルギーを発生させる第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４と、第１及び第２のエネルギー発生部とそれぞれ電気的に接続され、第１及び第２のエネルギー発生部に電力を供給する第１及び第２の電気配線層３，４と、吐出口１１が第１及び第２のエネルギー発生部に共通に設けられた吐出口形成部材１０と、第１及び第２のエネルギー発生部と第１及び第２の電気配線層と吐出口形成部材とが設けられた基板１と、を有している。基板の表面と垂直な方向から見て、第２のエネルギー発生部２３の外周縁で包囲される第２の領域２６は第１のエネルギー発生部の外周縁で包囲される第１の領域２５を内包し、かつ第２のエネルギー発生部の重心２３ａは第１の領域２５の内部にある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出させるためのエネルギーを発生させる第１及び第２のエネルギー発生部と、前記第１及び第２のエネルギー発生部とそれぞれ電気的に接続され、前記第１及び第２のエネルギー発生部に前記エネルギーを発生させるための電力を供給する第１及び第２の電気配線層と、前記液体を吐出する吐出口を備え前記吐出口が前記第１及び第２のエネルギー発生部に共通に設けられた吐出口形成部材と、前記第１及び第２のエネルギー発生部と前記第１及び第２の電気配線層と前記吐出口形成部材とが表面上に設けられた基板と、を有し、
前記基板の表面と垂直な方向から見て、前記第２のエネルギー発生部の外周縁で包囲される第２の領域は前記第１のエネルギー発生部の外周縁で包囲される第１の領域を内包し、かつ前記第２のエネルギー発生部の重心は前記第１の領域の内部にある、液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項２】
前記基板の表面と垂直な方向から見て、前記第２のエネルギー発生部の重心は前記第１のエネルギー発生部の重心と一致している、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項３】
前記電力によって発熱し、第１及び第２の区間がそれぞれ前記第１及び第２のエネルギー発生部に対応する発熱抵抗体層を有し、前記第１の電気配線層は前記第１の区間の両端にそれぞれ接続された２つの部分を有し、前記第２の電気配線層は前記第２の区間の両端にそれぞれ接続された２つの部分を有する、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項４】
前記第１の電気配線層と前記第２の電気配線層は互いに異なる積層面を延びており、前記第１の区間の前記両端は前記第２の区間の前記両端と異なる積層面にある、請求項３に記載の液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項５】
前記発熱抵抗体層は平坦部と、前記平坦部に接続され前記平坦部よりも前記基板に近い凹部とを有し、前記第２の電気配線層は前記平坦部に接続され、前記第１の電気配線層は前記凹部に接続されている、請求項４に記載の液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項６】
前記第１のエネルギー発生部は、前記発熱抵抗体層の幅方向及び延線方向において前記第２のエネルギー発生部の一部である、請求項３から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項７】
前記第１のエネルギー発生部は、前記発熱抵抗体層の幅方向において前記第２のエネルギー発生部と一致し、前記発熱抵抗体層の延線方向において前記第２のエネルギー発生部の一部である、請求項３から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項８】
前記電力によって発熱し、それぞれが前記第１及び第２のエネルギー発生部を含む第１及び第２の発熱抵抗体層を有し、前記第１の電気配線層は前記第１のエネルギー発生部の両端にそれぞれ接続された２つの部分を有し、前記第２の電気配線層は前記第２のエネルギー発生部の両端にそれぞれ接続された２つの部分を有する、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項９】
前記第２のエネルギー発生部は、前記基板の表面と垂直な方向から見て、前記第１のエネルギー発生部を取り囲み互いに離れた始点と終点を備えた周回経路として形成されている、請求項８に記載の液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項１０】
前記第２のエネルギー発生部は前記第１のエネルギー発生部よりも大きな液滴を吐出するのに用いられる、請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項１１】
前記第２のエネルギー発生部は、前記吐出口から液滴が吐出する際、前記第２のエネルギー発生部で発生した発泡体を前記吐出口の外部に連通させ、前記第１のエネルギー発生部は、前記吐出口から液滴が吐出する際、前記第１のエネルギー発生部で発生した発泡体を前記吐出口の外部に連通させない、請求項１０に記載の液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項１２】
液体を吐出させるためのエネルギーを発生させる第１及び第２のエネルギー発生部と、前記第１及び第２のエネルギー発生部とそれぞれ電気的に接続され、前記第１及び第２のエネルギー発生部に前記エネルギーを発生させるための電力を供給する第１及び第２の電気配線層と、前記液体を吐出する吐出口を備え前記吐出口が前記第１及び第２のエネルギー発生部に共通に設けられた吐出口形成部材と、前記第１及び第２のエネルギー発生部と前記第１及び第２の電気配線層と前記吐出口形成部材とが設けられた基板と、を有し、
前記第１のエネルギー発生部と前記第２のエネルギー発生部は前記基板から互いに異なる距離に位置し、前記基板の表面と垂直な方向から見て、前記第２のエネルギー発生部の外周縁で包囲される第２の領域は前記第１のエネルギー発生部の外周縁で包囲される第１の領域を内包している、液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項１３】
前記基板の表面と垂直な方向から見て、前記第２のエネルギー発生部の重心は前記第１の領域の内部にある、請求項１２に記載の液体吐出ヘッド用素子基板。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用素子基板を備えた液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド用素子基板とそれを用いた液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置等に搭載される液体吐出ヘッド用素子基板は、液体を吐出する複数の吐出口と、吐出口から液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる複数のエネルギー発生素子と、を有している。エネルギー発生素子は発熱抵抗体層と、これに電力を供給するための電気配線層とを備えている。液体とエネルギー発生素子との間の絶縁性を確保するため、発熱抵抗体層と電気配線層は絶縁性材料からなる絶縁層により被覆されている。エネルギー発生素子は供給された電力によって熱エネルギーを発生させ、この熱エネルギーによって液体は急激に加熱される。液体は膜沸騰し、発泡体が生じる。発泡体の形成に伴う圧力によって液体が吐出口から記録媒体に吐出されて、記録が行われる。
【０００３】
従来から階調性に優れた記録のため、吐出口から吐出される液体の液滴サイズを調整する技術が知られている。特許文献１には、エッジシューター方式による液体吐出ヘッド用素子基板が開示されている。複数のエネルギー発生部（発熱体）が一つの流路に並列に配置され、流路の先端に一つの吐出口が設けられている。それぞれのエネルギー発生部は供給された電力によって液体を加熱し、液体を共通の吐出口から吐出する。それぞれのエネルギー発生部に電力を供給するタイミングを制御することで、階調記録が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６２-４８５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された構成は、複数のエネルギー発生部が並列に配置されているため、発泡体の発生位置と吐出口との間の位置関係がエネルギー発生部ごとに異なる。液滴のサイズや吐出のタイミングは発泡体の発生位置と吐出口との位置関係によって影響を受けるため、所望の吐出性能を得ることが困難となる場合がある。
【０００６】
本発明は、複数のエネルギー発生部が一つの吐出口を共有し、各エネルギー発生部が所望の吐出性能を得ることが容易な液体吐出ヘッド用素子基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る液体吐出ヘッド用素子基板は、液体を吐出させるためのエネルギーを発生させる第１及び第２のエネルギー発生部と、第１及び第２のエネルギー発生部とそれぞれ電気的に接続され、第１及び第２のエネルギー発生部にエネルギーを発生させるための電力を供給する第１及び第２の電気配線層と、液体を吐出する吐出口を備え吐出口が第１及び第２のエネルギー発生部に共通に設けられた吐出口形成部材と、第１及び第２のエネルギー発生部と第１及び第２の電気配線層と吐出口形成部材とが表面上に設けられた基板と、を有している。基板の表面と垂直な方向から見て、第２のエネルギー発生部の外周縁で包囲される第２の領域は第１のエネルギー発生部の外周縁で包囲される第１の領域を内包し、かつ第２のエネルギー発生部の重心は第１の領域の内部にある。
【０００８】
第１及び第２の領域は概ね発泡体が形成される領域と対応する。基板の表面と垂直な方向から見て、第２の領域が第１の領域を内包し、第２のエネルギー発生部の重心が第１の領域の内部にあるため、第１のエネルギー発生部によって形成された発泡体の重心と第２のエネルギー発生部によって形成された発泡体の重心が近接する。従って、どちらのエネルギー発生部で発泡体を発生させても発泡体と吐出口の位置関係が大きく変わらないため、吐出性能が安定する。このため、各エネルギー発生部が所望の吐出性能を得ることが容易となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数のエネルギー発生部が一つの吐出口を共有し、各エネルギー発生部が所望の吐出性能を得ることが容易な液体吐出ヘッド用素子基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の液体吐出ヘッド用素子基板の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッド用素子基板を示す図である。
【図３】図２に示す素子基板における発泡と液滴の吐出を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッド用素子基板を示す図である。
【図５】図４に示す素子基板における発泡と液滴の吐出を示す図である。
【図６】図２に示す液体吐出ヘッド用素子基板の製造工程を示す断面図である。
【図７】図４に示す液体吐出ヘッド用素子基板の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッド用素子基板は、記録媒体にインク等の液体を吐出し画像を記録するプリンタなどの液体吐出ヘッドに用いられる。以下に、インクジェットヘッドを例に液体吐出ヘッドのいくつかの実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の様々な実施形態に共通する液体吐出ヘッド用素子基板（以下、素子基板１００という）の斜視図である。素子基板１００は、シリコンからなる基板（以下、シリコン基板１という）と、その表面上に設けられた吐出口形成部材１０と、を有している。吐出口形成部材１０の天板１０ａは、液体を吐出する複数の吐出口１１を備えている。吐出口形成部材１０の内部に、液体を発泡させる発泡室１２が形成されている。発泡室１２の内部のシリコン基板１の上にはエネルギー発生素子１４が形成されている。シリコン基板１には、シリコン基板１を貫通して発泡室１２に連通し、発泡室１２に液体を供給する供給口１３が形成されている。以下、各実施形態についてより詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図２（ａ）は、図１及び図２（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った素子基板１００の断面図を示している。シリコン基板１の上に第１の絶縁層５が形成され、第１の絶縁層５の上に第１の電気配線層３が形成されている。第１の電気配線層３は後述する発熱抵抗体層２によって第１の部分３ａと第２の部分３ｂとに分かれており、第１の電気配線層３の形成時には第１の絶縁層５の中央部が露出する。第１の電気配線層３の上には第２の絶縁層６が形成されている。第２の絶縁層６は同様に発熱抵抗体層２によって第１の部分６ａと第２の部分６ｂとに分かれており、第２の絶縁層６の形成時には第１の絶縁層５の中央部が露出する。
【００１４】
第１の絶縁層５及び第２の絶縁層６の上には、電力が供給されることによって発熱する発熱抵抗体層２が形成されている。発熱抵抗体層２はエネルギー発生素子１４の一部を構成する。発熱抵抗体層２は平坦部２ａと、平坦部２ａに接続され平坦部２ａよりも基板１に近い凹部２ｂとを有し、第１の電気配線層３は発熱抵抗体層２の凹部２ｂに接続されている。第１の電気配線層３と発熱抵抗体層２の凹部２ｂの底部層２ｃは同じ積層面Ｓ１に形成されている。発熱抵抗体層２の上には第２の電気配線層４が形成されている。第２の電気配線層４は発熱抵抗体層２の平坦部２ａの上面に接続されている。従って、第１の電気配線層３と第２の電気配線層４は互いに異なる積層面Ｓ１，Ｓ２を延びている。第２の電気配線層４は第１の部分４ａと第２の部分４ｂとに分かれており、第２の電気配線層４の形成時には発熱抵抗体層２の凹部２ｂと平坦部２ａの一部が露出する。
【００１５】
第２の電気配線層４及び発熱抵抗体層２の上には保護膜７が形成されている。保護膜７の上には発熱抵抗体層２によって液体の発泡が生じる発泡区間よりも広い範囲に渡って耐キャビテーション膜８が形成されている。保護膜７及び耐キャビテーション膜８の上方には吐出口１１を備えた吐出口形成部材１０が形成されている。保護膜７及び耐キャビテーション膜８と吐出口形成部材１０の天板１０ａとの間の空間は、発熱抵抗体層２の発熱によって液体が発泡する発泡室１２となっている。
【００１６】
上述のように、発熱抵抗体層２には第１の電気配線層３と第２の電気配線層４が接続されている。第１の電気配線層３と第２の電気配線層４は互いに独立しており、個別に発熱抵抗体層２に電力を供給することができる。第１の電気配線層３から電力を供給する場合、第１の電気配線層３の２つの部分３ａ，３ｂの端部間で挟まれた発熱抵抗体層２の区間、本実施形態では凹部２ｂの両端間の区間が抵抗体として機能する。本明細書ではこの区間を第１の区間２１と呼ぶ。換言すれば、第１の電気配線層３の２つの部分３ａ，３ｂは発熱抵抗体層２の第１の区間２１の両端２１ａ，２１ｂにそれぞれ接続されている。第２の電気配線層４から電力を供給する場合、第２の電気配線層４の２つの部分４ａ，４ｂの端部間で挟まれた発熱抵抗体層２の区間が抵抗体として機能する。本明細書ではこの区間を第２の区間２２と呼ぶ。換言すれば、第２の電気配線層４の２つの部分４ａ，４ｂは発熱抵抗体層２の第２の区間２２の両端２２ａ，２２ｂにそれぞれ接続されている。発熱抵抗体層２の第１の区間２１の両端２１ａ，２１ｂ（第１の電気配線層３との接続部）は、第２の区間２２の両端２２ａ，２２ｂ（第２の電気配線層４との接続部）と異なる積層面にある。
【００１７】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線から見た素子基板１００の平面図を、図２（ｃ）は素子基板１００の分解斜視図を示している。図２（ｂ），（ｃ）では保護膜７と耐キャビテーション膜８の図示を省略している。エネルギー発生素子１４は第１の区間２１に対応した第１のエネルギー発生部２３と、第２の区間２２に対応した第２のエネルギー発生部２４を有している。第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４はそれぞれ液体を吐出させるためのエネルギーを発生させる。第１及び第２の電気配線層３，４は第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４とそれぞれ電気的に接続され、第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４に液体を吐出させるためのエネルギーを発生させる電力を供給する。このように、本実施形態では第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４は一つの発熱抵抗体層２の発熱区間を異ならせることで実現されている。吐出口１１及び吐出口１１が形成された吐出口形成部材１０は、第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４に共通に設けられている。
【００１８】
第１のエネルギー発生部２３は第２のエネルギー発生部２４より小さい。すなわち、第１のエネルギー発生部２３は、発熱抵抗体層２の幅方向Ｗ及び幅方向Ｗと直交する延線方向Ｌにおいて第２のエネルギー発生部２４の一部であり、基板１の表面と垂直な方向Ｄから見て第２のエネルギー発生部２４に包含されている。
【００１９】
基板１の表面と垂直な方向Ｄから見たときに、第１のエネルギー発生部２３の重心２３ａと第２のエネルギー発生部２４の重心２４ａは一致している。「基板１と垂直な方向Ｄ」は、基板１の表面、即ち基板１の吐出口形成部材１０と対向する面１ａと垂直な方向を意味する。重心は、基板１の表面１ａと垂直な方向Ｄから見たときの第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４の図心と同義である。換言すれば、重心は第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４を基板１と平行な面に基板１の表面１ａと垂直な方向Ｄに投影して得られる当該面上の図形の図心である。本実施形態では、第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４はともに長方形であるため、重心２３ａ，２４ａはともに長方形の中心と一致する。本実施形態では、第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４の重心２３ａ，２４ａは吐出口１１の中心軸１１ａ上にある。
【００２０】
第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４の重心２３ａ，２４ａは一致していることが好ましいが、完全には一致しなくてもよい。基板１の表面１ａと垂直な方向Ｄから見て、第１のエネルギー発生部２３の外周縁で包囲される領域を第１の領域２５とし、第２のエネルギー発生部２４の外周縁で包囲される領域を第２の領域２６とする。本実施形態では第１及び第２の領域２５，２６はそれぞれ第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４と一致し、第２の領域２６は第１の領域２５を内包している。基板１の表面１ａと垂直な方向Ｄから見て、第２のエネルギー発生部２４の重心２４ａは第１の領域２５の内部にあればよい。
【００２１】
第１及び第２の領域２５，２６はそれぞれ第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４で発生する発泡体の発生領域と概ね対応する（図３参照）。従って、本実施形態では第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４のいずれを発熱させても、発泡体は概ね第１の領域２５の内部を中心として発生する。すなわち、発泡体の発生位置と吐出口１１との位置関係は、第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４のいずれが発熱するかによって大きく変動しない。発泡や吐出のパターンは第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４の発生熱量に依存して変わるだけである。従って、第１と第２のエネルギー発生部２３，２４のいずれを発熱させるかによって、吐出タイミングや吐出方向などが大きく変化することがない。第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４の重心２３ａ，２４ａが一致している場合、この効果は特に顕著である。
【００２２】
図２（ｄ）に示すように、第１のエネルギー発生部２３は、発熱抵抗体層２の幅方向Ｗにおいて第２のエネルギー発生部２４と一致し、発熱抵抗体層２の延線方向Ｌにおいて第２のエネルギー発生部２４の一部であってもよい。
【００２３】
図３は、本実施形態における発泡と液体の吐出を概念的に示している。図３(ａ)は第１の電気配線層３に電力を供給したときの、図３(ｂ)は第２の電気配線層４に電力を供給したときの発泡と液体の吐出を示している。図３(ａ)に示すように、発熱抵抗体層２の凹部２ｂに接続された第１の電気配線層３に電力を供給すると、第１のエネルギー発生部２３が発熱し、第１のエネルギー発生部２３の近傍に第１の発泡体３１を生じさせる。第１の発泡体３１は吐出口１１の近傍の液体に圧力を加え、圧力によって第１の液滴４１を吐出口１１から吐出させる。図３(ｂ)に示すように、発熱抵抗体層２の平坦部２ａに接続された第２の電気配線層４に電力を供給すると、第２のエネルギー発生部２４が発熱し、第２のエネルギー発生部２４の近傍に第２の発泡体３２を生じさせる。第２の発泡体３２は吐出口１１の近傍の液体に圧力を加え、圧力によって第２の液滴４２を吐出口１１から吐出させる。第２のエネルギー発生部２４を発熱させる場合、第２の区間２２に電力を供給すればよく、第１の区間２１に同時に電力を供給する必要はない。従って、第１のエネルギー発生部２３を発熱させる場合、第１の電気配線層３だけに電力を供給し、第２のエネルギー発生部２４を発熱させる場合、第２の電気配線層４だけに電力を供給することが望ましい。
【００２４】
第２のエネルギー発生部２４の方が第１のエネルギー発生部２３より広く、大きな熱量を発生するため、第２の発泡体３２は第１の発泡体３１より大きく、第２の液滴４２は第１の液滴４１より大きい。つまり、発熱抵抗体層２の第１の区間２１または第２の区間２２に電力を供給することで、異なる大きさの発泡体と、異なる液滴寸法ないし液滴量が得られる。しかも、第１のエネルギー発生部２３と第２のエネルギー発生部２４の重心２３ａ，２４ａが一致しているため、どちらのエネルギー発生部２３，２４を用いても発泡体の発生位置と吐出口１１の位置関係が同じである。このため吐出口１１に対する発泡体の発生位置が異なることによる吐出性能への影響を抑えることができ、液滴吐出量の可変制御を安定して行うことができる。
【００２５】
また、本実施形態では、第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４が一つの発熱抵抗体層２を共用しているため、コンパクトな素子基板１００が実現できる。しかも、第１のエネルギー発生部２３と第２のエネルギー発生部２４は基板１から互いに異なる距離に位置しているため、第１の電気配線層３と第２の電気配線層４を互いに異なる積層面Ｓ１，Ｓ２に配置することができる。この結果、第１及び第２の電気配線層３，４を立体的に配置でき、一層コンパクトな素子基板１００が実現できる。本実施形態によれば、インク吐出量の可変制御を行うために、異なるサイズのエネルギー発生素子をそれぞれが備えた発泡室を個別に設ける必要がない。
【００２６】
第２のエネルギー発生部２４は、吐出口１１から第２の液滴４２が吐出する際、第２のエネルギー発生部２４で発生させた第２の発泡体３２を吐出口１１の外部に連通させることができる。第１のエネルギー発生部２３は、吐出口１１から第１の液滴４１が吐出する際、第１のエネルギー発生部２３で発生させた第１の発泡体３１を吐出口１１の外部に連通させないようにすることができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図４に第２の実施形態による素子基板１００の概念図を示す。図４（ａ）は図１及び図４（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った素子基板１００の断面図を、図４(ｂ)は素子基板１００の図２（ｂ）と同様の平面図を、図４（ｃ）は素子基板１００の分解斜視図を示している。図４（ｂ），（ｃ）では保護膜７と耐キャビテーション膜８の図示を省略している。第２の実施形態は以下に説明する点を除き第１の実施形態と同様である。
【００２８】
エネルギー発生素子１４は、電力によって発熱する第１及び第２の発熱抵抗体層２７，２８を有している。本実施形態では第１及び第２のエネルギー発生部２３，２４は一つの発熱抵抗体層２ではなく、それぞれ第１及び第２の発熱抵抗体層２７，２８の一部として構成されている。第１の電気配線層３は第１の部分３ａと第２の部分３ｂとに分かれており、第２の電気配線層４は第１の部分４ａと第２の部分４ｂとに分かれている。第１の電気配線層３の２つの部分３ａ，３ｂは第１のエネルギー発生部２３の両端２３ａ，２３ｂにそれぞれ接続され、第２の電気配線層４の２つの部分４ａ，４ｂは第２のエネルギー発生部２４の両端２４ａ，２４ｂにそれぞれ接続されている。
【００２９】
第２のエネルギー発生部２４は、基板１の表面１ａと垂直な方向Ｄから見たときに、第１のエネルギー発生部２３を取り囲み互いに離れた始点２４ａと終点２４ｂを備えた周回経路として形成されている。具体的には、第２のエネルギー発生部２４は中央部が開口２４ｃとなった長方形の平面形状を有し、一辺の一部が欠損している。電流は、欠損部２４ｄを挟んだ一方の端部を始点２４ａとして、他方の端部を終点２４ｂとして、第２のエネルギー発生部２４に沿って流れることができる。第２の電気配線層４の２つの部分４ａ，４ｂは始点２４ａと終点２４ｂに接続されている。第２の電気配線層４の２つの部分４ａ，４ｂは第１の電気配線層３と異なり、第２のエネルギー発生部２４に関し同じ側を互いに間隔４ｃをあけて平行に延びている。本実施形態では、第１のエネルギー発生部２３は基板１の表面１ａと垂直な方向Ｄから見て、第２のエネルギー発生部２４の開口２４ｃ内に位置している。しかし、第１のエネルギー発生部２３は基板１の表面１ａと垂直な方向Ｄから見て、第２のエネルギー発生部２４と重複していてもよい。第２のエネルギー発生部２４の外周縁で包囲される第２の領域２６が、第１のエネルギー発生部２３の外周縁で包囲される第１の領域２５を内包していればよい。
【００３０】
本実施形態でも、第１のエネルギー発生部２３の重心２３ａと第２のエネルギー発生部２４の重心２４ａは基板１の表面１ａと垂直な方向Ｄから見て一致しているが、完全に一致していなくてもよい。第２のエネルギー発生部２４の重心２４ａは、基板１の表面１ａと垂直な方向Ｄから見て、第１の領域２５の内部にあればよい。
【００３１】
図５は、本実施形態における発泡と液体の吐出を概念的に示している。図５(ａ)は第１の電気配線層３に電力を供給したときの、図５(ｂ)は第２の電気配線層４に電力を供給したときの発泡と液体の吐出を示している。図５(ａ)に示すように、第１の発熱抵抗体層２７に接続された第１の電気配線層３に電力を供給すると、第１のエネルギー発生部２３が発熱し、第１のエネルギー発生部２３の近傍に第１の発泡体３１を生じさせる。第１の発泡体３１は吐出口１１の近傍の液体に圧力を加え、圧力によって第１の液滴４１を吐出口１１から吐出させる。図５(ｂ)に示すように第２の発熱抵抗体層２８に接続された第２の電気配線層４に電力を供給すると、第２のエネルギー発生部２４が発熱し、第２のエネルギー発生部２４の近傍に第２の発泡体３２を生じさせる。第２の発泡体３２は吐出口１１の近傍の液体に圧力を加え、圧力によって第２の液滴４２を吐出口１１から吐出させる。
【００３２】
第２のエネルギー発生部２４の方が第１のエネルギー発生部２３より広く、大きな熱量を発生するため、第２の発泡体３２は第１の発泡体３１より大きく、第２の液滴４２は第１の液滴４１より大きい。従って、本実施形態でも、第１の発熱抵抗体層２７または第２の発熱抵抗体層２８に電力を供給することで、異なる大きさの発泡体と、異なる液滴寸法ないし液滴量が得られる。さらに、第１の発熱抵抗体層２７と第２の発熱抵抗体層２８に同時に電力を供給すると、それぞれで発生する熱量の合計が液滴に加えられる。このため、第１の発泡体３１と第２の発泡体３２とを合わせたより大きな発泡体と、第１の液滴４１と第２の液滴４２を合わせたより大きな液滴が得られる。本実施形態では第１及び第２の発熱抵抗体層２７，２８への通電パターンの選択で、３種類の液滴の大きさを得ることができる。これによって、より細かな階調制御が可能となるとともに、吐出口１１から液滴が吐出する際、発泡体を吐出口１１の外部に連通させることが一層容易となる。
【００３３】
本実施形態においても、第１のエネルギー発生部２３と第２のエネルギー発生部２４の重心２３ａ，２４ａが一致しているため、どちらのエネルギー発生部２３，２４を用いても発泡体の発生位置と吐出口１１の位置関係が同じである。このため吐出口１１に対する発泡体の発生位置が異なることによる吐出性能への影響を抑えることができる。また、第１及び第２の電気配線層３，４も異なる積層面に配置することができるため、コンパクトな素子基板１００が実現できる。
【００３４】
（第１の実施例）
本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド用素子基板の詳細を実施例によって詳細に説明する。図６は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド用素子基板の製造工程を示す断面図である。
【００３５】
まず、図６（ａ）に示すように、シリコン基板１上に第１の絶縁層５を形成する。具体的には、膜厚約８００ｎｍの第１の絶縁層５をＣＶＤ法で形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストを選択的に形成し、エッチングマスクを作成する。次に、ＣＦ４を用いたリアクティブイオンエッチング法によって第１の絶縁層５をエッチングする。続いて、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。第１の絶縁層５は、例えばＳｉＯを用いて形成することができるが、絶縁性を有する材料であれば限定されない。第１の絶縁層５は例えばＳｉＮを用いて形成してもよい。
【００３６】
続いて、図６（ｂ）に示すように、第１の絶縁層５上に第１の電気配線層３を形成する。具体的には、膜厚約５００ｎｍの第１の電気配線層３をスパッタリング法で形成する。その後、酢酸とリン酸の混合液を用いたＡｌウェットエッチングによって第１の電気配線層３を選択的に除去する。続いて、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。第１の電気配線層３はＡｌを用いて形成することができるが、電気抵抗率が９×１０-８Ωｍ以下の材料であれば限定されない。第１の電気配線層３は例えば金、銀、銅等を用いて形成してもよい。
【００３７】
続いて、図６（ｃ）に示すように、第１の電気配線層３上に第２の絶縁層６を形成し、選択的に除去する。具体的には、膜厚約８００ｎｍの第２の絶縁層６をＣＶＤ法で形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストを選択的に形成し、エッチングマスクを作成する。次に、ＣＦ４を用いたリアクティブイオンエッチング法によって第２の絶縁層６をエッチングする。続いて、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。第２の絶縁層６はＳｉＯを用いて形成することができるが、絶縁性を有する材料であれば限定されない。第２の絶縁層６は例えばＳｉＮ等を用いて形成してもよい。
【００３８】
続いて、図６（ｄ）に示すように、第１の電気配線層３を選択的に除去し、第１の絶縁層５の一部を露出させる。具体的には、酢酸とリン酸の混合液を用いたＡｌウェットエッチングによって第１の電気配線層３を選択的に除去する。続いて、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。
【００３９】
続いて、図６（ｅ）に示すように、第１の絶縁層５及び第２の絶縁層６の上に、平坦部２ａと凹部２ｂを含む発熱抵抗体層２を形成する。具体的には、膜厚約４０ｎｍの発熱抵抗体層２をスパッタリング法で形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストを選択的に形成し、エッチングマスクを作成する。次に、ＣＦ４を用いたリアクティブイオンエッチング法によって発熱抵抗体層２をエッチングする。続いて、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。発熱抵抗体層２は、例えばＴａＳｉＮを用いて形成することができる。
【００４０】
続いて、図６（ｆ）に示すように、発熱抵抗体層２の上に、第２の電気配線層４を形成する。具体的には、膜厚約５００ｎｍの第２の電気配線層４をスパッタリング法で形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストを選択的に形成し、エッチングマスクを作成する。次に、ＢＣＩ３とＣＩ２ガスを混合したリアクティブイオンエッチング法によって第２の電気配線層４をエッチングする。続いて、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。第２の電気配線層４はＡｌを用いて形成することができるが、電気抵抗率が９×１０−８Ωｍ以下の材料であれば限定されない。第２の電気配線層４は例えば金、銀、銅等を用いて形成してもよい。
【００４１】
続いて、図６（ｇ）に示すように、発熱抵抗体層２及び第２の電気配線層４の上に保護膜７を形成する。具体的には、保護膜７をＣＶＤ法で形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストを選択的に形成し、エッチングマスクを作成する。次に、ＣＦ４を用いたリアクティブイオンエッチング法によって保護膜７をエッチングする。続いて、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。保護膜７はＳｉＮを用いて形成することができるが、第２の電気配線層４及び発熱抵抗体層２をインクによる浸食から保護できる材料であれば限定されない。保護膜７は例えばＳｉＯ等を用いて形成してもよい。
【００４２】
続いて、図６（ｈ）に示すように、保護膜７の上に耐キャビテーション膜８を形成する。具体的には、耐キャビテーション膜８をスパッタリング法により形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストを選択的に形成し、エッチングマスクを作成する。次に、ＣＦ４を用いたリアクティブイオンエッチング法によって耐キャビテーション膜８をエッチングする。続いて、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。耐キャビテーション膜８は例えばＴａを用いて形成することができる。
【００４３】
続いて、図６（ｉ）に示すように、耐キャビテーション膜８が形成されたシリコン基板１上に、型材９を形成する。具体的には、溶解可能なポジ型感光性樹脂材料をスピンコート法により塗布し、選択的に露光、現像をすることで、膜厚約１５μｍの型材９を形成する。溶解可能なポジ型感光性樹脂材料は、例えば、ＯＤＵＲ（東京応化工業製）を用いることができる。
【００４４】
続いて、図６（ｊ）に示すように、型材９及び保護膜７の上に吐出口１１を備えた吐出口形成部材１０を形成する。具体的には、ネガ型の感光性樹脂材料をスピンコート法により塗布し、感光性樹脂材料を選択的に露光、現像をして、オーブン炉にて１４０℃／６０ｍｉｎにて硬化させる。これによって、膜厚約２５μｍの吐出口形成部材１０が形成される。ネガ型の感光性樹脂材料は、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂としては、例えばＥＨＰＥ−３１５０（ダイセル化学製）が挙げられる。
【００４５】
続いて、図６（ｋ）に示すように、型材９を除去して発泡室１２を形成し、吐出口形成部材１０を完成する。具体的には、４０℃に温度が維持された乳酸メチルに型材９を浸漬し、型材９に２００ＫＨｚ／２００Ｗの超音波を印加する。これによって、型材９を供給口１３（図１参照）及び吐出口１１から溶出させ、除去する。以上の工程により、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド用素子基板１００が完成する。
【００４６】
（第２の実施例）
本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド用素子基板の詳細を実施例によって詳細に説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド用素子基板の製造工程を示す断面図である。
【００４７】
まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板１上に第１の絶縁層５を形成する。膜厚約８００ｎｍの第１の絶縁層５をＣＶＤ法で形成する。第１の絶縁層５はＳｉＯを用いて形成することができるが、絶縁性を有する材料であれば限定されない。第１の絶縁層５は例えばＳｉＮを用いて形成してもよい。
【００４８】
続いて、図７（ｂ）に示すように、第１の絶縁層５上に第１の発熱抵抗体層２７を形成する。具体的には、膜厚約４０ｎｍの第１の発熱抵抗体層２７をスパッタリング法で形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストを選択的に形成し、エッチングマスクを作成する。次に、ＢＣＩ３とＣＩ２ガスを混合したリアクティブイオンエッチング法によって第１の発熱抵抗体層２７を所定の形状にエッチングする。続いて、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。第１の発熱抵抗体層２７は、例えばＴａＳｉＮを用いて形成することができる。
【００４９】
続いて、図７（ｃ）に示すように、第１の発熱抵抗体層２７の上に第１の電気配線層３を形成し、選択的に除去する。具体的には、第１の電気配線層３をスパッタリング法で形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストを選択的に形成し、エッチングマスクを作成する。次に、酢酸とリン酸の混合液を用いたＡｌウェットエッチングによって第１の電気配線層３を選択的に除去する。その後Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。第１の電気配線層３はＡｌを用いて形成することができるが、電気抵抗率が９×１０−８Ωｍ以下の材料であれば限定されない。第１の電気配線層３は例えば金、銀、銅等を用いて形成してもよい。
【００５０】
続いて、図７（ｄ）に示すように、第１の電気配線層３及び第１の発熱抵抗体層２７の上に第２の絶縁層６を形成する。具体的には、膜厚約８００ｎｍの第２の絶縁層６をＣＶＤ法で形成する。第２の絶縁層６はＳｉＯを用いて形成することができるが、絶縁性を有する材料であれば限定されない。第２の絶縁層６は例えばＳｉＮ等を用いて形成してもよい。
【００５１】
続いて、図７（ｅ）に示すように、第２の絶縁層６の上に第２の発熱抵抗体層２８を形成し、選択的に除去する。具体的には、膜厚約４０ｎｍの第２の発熱抵抗体層２８をスパッタリング法で形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストを選択的に形成し、エッチングマスクを作成する。次に、ＢＣＩ３とＣＩ２ガスを混合したリアクティブイオンエッチング法によって第２の発熱抵抗体層２８をエッチングする。その後、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。第２の発熱抵抗体層２８は第１の発熱抵抗体層２７と同じ材料で形成することができる。
【００５２】
続いて、図７（ｆ）に示すように、第２の発熱抵抗体層２８の上に第２の電気配線層４を形成する。具体的には、膜厚約５００ｎｍの第２の電気配線層４をスパッタリング法で形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストを選択的に形成し、エッチングマスクを作成する。次に、酢酸とリン酸の混合液を用いたＡｌウェットエッチングによって第２の電気配線層４を選択的に除去する。その後、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。第２の電気配線層４はＡｌを用いて形成することができるが、電気抵抗率が９×１０−８Ωｍ以下の材料であれば限定されない。第２の電気配線層４は例えば金、銀、銅等を用いて形成してもよい。
【００５３】
続いて、図７（ｇ）に示すように、第２の発熱抵抗体層２８及び第２の電気配線層４の上に保護膜７を形成する。具体的には、膜厚約３００ｎｍの保護膜７をＣＶＤ法で形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストをエッチングマスクとなるように選択的に形成する。次に、ＣＦ４を用いたリアクティブイオンエッチング法によって保護膜７をエッチングする。続いて、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。保護膜７はＳｉＮを用いて形成することができるが、第２の電気配線層４及び第２の発熱抵抗体層２８をインクによる浸食から保護できる材料であれば限定されない。保護膜７は例えばＳｉＯ、ＳｉＣ等を用いて形成してもよい。
【００５４】
続いて、図７（ｈ）に示すように、保護膜７の上に耐キャビテーション膜８を形成する。具体的には、耐キャビテーション膜８をスパッタリング法により形成する。その後、フォトリソグラフィ法によってレジストを選択的に形成し、エッチングマスクを作成する。次に、ＣＦ４を用いたリアクティブイオンエッチング法によって耐キャビテーション膜８をエッチングする。続いて、Ｏ２によるプラズマアッシング及びウェット剥離処理によって、レジスト及びエッチング残渣物を除去する。耐キャビテーション膜８は、例えばＴａを用いて形成することができる。
【００５５】
続いて、図７（ｉ），（ｊ），（ｋ）に示す工程を、実施例１の図６（ｉ），（ｊ），（ｋ）で説明したのと同様の工程で実行する。以上の工程により、第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド用素子基板１００が完成する。
【符号の説明】
【００５６】
１  基板
３，４  第１及び第２の電気配線層
２３，２４  第１の及び第２エネルギー発生部
２５、２６  第１及び第２の領域
１００  液体吐出ヘッド用素子基板
【図２】
2015199312.tif 000003
【図３】
2015199312.tif 000004
【図４】
2015199312.tif 000005
【図５】
2015199312.tif 000006
【図６】
2015199312.tif 000007
【図７】
2015199312.tif 000008
【図１】
2015199312.tif 000009