(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板に設けられた複数の素子基板と、を有し、
各素子基板は、第１の液体を吐出する第１の吐出口と連通し、前記第１の液体が流通する第１の液体経路と、前記第１の液体と異なる第２の液体を吐出する第２の吐出口と連通し、前記第２の液体が流通し、前記第１の液体経路と接着層を介して隣接する第２の液体経路と、前記第１の液体に吐出のためのエネルギーを付与する第１の発熱抵抗素子と、前記第２の液体に吐出のためのエネルギーを付与する第２の発熱抵抗素子と、前記第１の液体経路の壁面の少なくとも一部を構成する第１の導電層と、前記第２の液体経路の壁面の少なくとも一部を構成し、前記第１の導電層から電気的に独立した第２の導電層と、前記第１の導電層に電気的に接続された第１のパッドと、前記第２の導電層に電気的に接続された第２のパッドと、を有し、
前記基板は全ての前記素子基板の前記第１の液体経路と連通する第１の共通流路と、全ての前記素子基板の前記第２の液体経路と連通する第２の共通流路と、を有し、
いずれか一つの前記素子基板の前記第１の導電層が前記第１のパッドと電気的に接続され、いずれか一つの前記素子基板の前記第２の導電層が前記第２のパッドと電気的に接続されている、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１の導電層は前記第１の発熱抵抗素子を覆う層であり、前記第２の導電層は前記第２の発熱抵抗素子を覆う層である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１の導電層を前記第１のパッドに電気的に接続する導電性の第１の接続層と、前記第２の導電層を前記第２のパッドに電気的に接続する導電性の第２の接続層と、を有している、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
第１の液体を吐出する第１の吐出口と連通する第１の液体経路に前記第１の液体を充填する工程と、
第２の液体を吐出する第２の吐出口と連通し、接着層を介して前記第１の液体経路と隣接する第２の液体経路に前記第２の液体を充填する工程と、
前記第１の液体経路の壁面の少なくとも一部を構成する第１の導電層に電気的に接続された第１のパッドと、前記第２の液体経路の壁面の少なくとも一部を構成する第２の導電層であって、前記第１の導電層から電気的に独立した第２の導電層に電気的に接続された第２のパッドとの間の電気特性を測定する工程と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記液体吐出ヘッドは基板と、前記基板に設けられた複数の素子基板と、を有し、
各素子基板は前記第１の液体経路と、前記第２の液体経路と、前記第１の導電層と、前記第２の導電層と、を備え、
前記基板は全ての前記素子基板の前記第１の液体経路と連通する第１の共通流路と、全ての前記素子基板の前記第２の液体経路と連通する第２の共通流路と、を有し、
いずれか一つの前記素子基板の前記第１の導電層が前記第１のパッドと電気的に接続され、いずれか一つの前記素子基板の前記第２の導電層が前記第２のパッドと電気的に接続されている、請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の液体を吐出する液体吐出ヘッドと、そのような液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置などの液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッドとして、複数種類の液体が吐出できるものが知られている。特許文献１、２にはブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４色のインクを吐出させる液体吐出ヘッドが記載されている。液体吐出ヘッドはそれぞれに吐出口を備えた複数の液体経路を有している。異なる種類の液体が供給される液体経路は互いに分離して設けられ、従って、各吐出口からは所定の種類の液体だけが吐出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５３２７０５号明細書
【特許文献２】特開２０１０−１２６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液体吐出ヘッドの製造工程において、製造不良などの理由によって、異なる種類の液体が供給される液体経路が適切に分離されずに液体が混合する可能性がある。液体がインクである場合には、混色が発生する。このため、従来、製造工程の最終工程で実際に液体を吐出させ、評価用パターンを描画して評価を行うことがある。評価用パターンを評価することで液体の混合ないし混色を検出することができる。しかし、評価用パターンによる検査を行っても、必ずしも液体の混合ないし混色を検出できるとは限らず、液体の混合ないし混色を見落とすおそれがあった。 
【０００５】
別の検査方法として、液体経路を密閉した後、液体経路を個別に減圧または加圧し、液体経路内の圧力変化を測定する方法が考えられる。しかし、液体吐出ヘッドには一般に多数の吐出口が形成されており、液体経路を密閉するために全ての吐出口を閉鎖することは困難な場合がある。従って、これらの検査方法は信頼性の点で改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、異なる液体の混合をより高い信頼性で検出することのできる液体吐出ヘッドと、その製造方法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】
本発明の液体吐出ヘッドは、基板と、基板に設けられた複数の素子基板と、を有している。各素子基板は、第１の液体を吐出する第１の吐出口と連通し、第１の液体が流通する第１の液体経路と、第１の液体と異なる第２の液体を吐出する第２の吐出口と連通し、第２の液体が流通し、第１の液体経路と接着層を介して隣接する第２の液体経路と、第１の液体に吐出のためのエネルギーを付与する第１の発熱抵抗素子と、第２の液体に吐出のためのエネルギーを付与する第２の発熱抵抗素子と、第１の液体経路の壁面の少なくとも一部を構成する第１の導電層と、第２の液体経路の壁面の少なくとも一部を構成し、第１の導電層から電気的に独立した第２の導電層と、第１の導電層に電気的に接続された第１のパッドと、第２の導電層に電気的に接続された第２のパッドと、を有している。基板は全ての素子基板の第１の液体経路と連通する第１の共通流路と、全ての素子基板の第２の液体経路と連通する第２の共通流路と、を有し、いずれか一つの素子基板の第１の導電層が第１のパッドと電気的に接続され、いずれか一つの素子基板の第２の導電層が第２のパッドと電気的に接続されている。
【０００８】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、第１の液体を吐出する第１の吐出口と連通する第１の液体経路に第１の液体を充填する工程と、第２の液体を吐出する第２の吐出口と連通し、接着層を介して第１の液体経路と隣接する第２の液体経路に第２の液体を充填する工程と、第１の液体経路の壁面の少なくとも一部を構成する第１の導電層に電気的に接続された第１のパッドと、第２の液体経路の壁面の少なくとも一部を構成する第２の導電層であって、第１の導電層から電気的に独立した第２の導電層に電気的に接続された第２のパッドとの間の電気特性を測定する工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異なる液体の混合をより高い信頼性で検出することのできる液体吐出ヘッドと、その製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１の液体吐出ヘッドの素子基板の構成を示す、一部破断斜視図である
【図３】図１の液体吐出ヘッドの模式的部分断面図である。
【図４】図３のＡ部を示す液体吐出ヘッドの模式的部分断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線からみた、支持基板の模式的平面図である。
【図６】第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は電気熱変換素子を備え、複数種類のインクを吐出する液体吐出ヘッドに関する。しかし本発明はこれに限定されず、例えば圧電素子を用いた液体吐出ヘッドや、インク以外の液体を吐出する液体吐出ヘッドにも適用することができる。
【００１２】
図１は本実施形態の液体吐出ヘッドの分解斜視図である。液体吐出ヘッド１は、素子基板１１と、電気配線部材１２と、素子基板１１及び電気配線部材１２を支持する支持部材１３と、を有している。電気配線部材１２は液体吐出ヘッド１の外部と電気接続される複数の外部接続パッド１４を備えている。支持部材１３は図示しない複数色のインクタンクを保持する。本実施形態の液体吐出ヘッド１はシアン、マゼンタ、イエローの３色のインクタンクを保持するが、インクタンクの個数及びインクの色はこれに限定されない。
【００１３】
図２は素子基板１１の斜視図、図３は液体吐出ヘッド１の模式的断面図である。素子基板１１はシリコン（Ｓｉ）からなる支持基板１５と、支持基板１５の上に設けられた吐出口形成部材１６と、を有している。吐出口形成部材１６は樹脂材料からなり、フォトリソグラフィ技術により形成される。支持基板１５は互いに並列して長手方向に延びる３つの液体供給路を有している。各液体供給路は、シアン、マゼンタ、イエローの３色のインクのそれぞれに対応している。以下の説明で、これらの３色のインクを第１の液体、第２の液体、第３の液体という場合がある。また、第１の液体、第２の液体、第３の液体が流通する液体供給路をそれぞれ第１の液体供給路１７ａ、第２の液体供給路１７ｂ、第３の液体供給路１７ｃという場合がある。
【００１４】
吐出口形成部材１６にはインクが吐出する複数の吐出口が形成されている。以下の説明で、第１の液体を吐出する吐出口を第１の吐出口１８ａ、第２の液体を吐出する吐出口を第２の吐出口１８ｂ、第３の液体を吐出する吐出口を第３の吐出口１８ｃという場合がある。第１〜第３の吐出口１８ａ〜１８ｃはそれぞれ第１〜第３の液体供給路１７ａ〜１７ｃと連通している。各液体供給路１７と平行に直線上に配列された一列の吐出口は一つの吐出口列１９を形成している。本実施形態では、各液体供給路１７ａ〜１７ｃの両側に当該液体供給路１７ａ〜１７ｃと連通した一対の吐出口列１９が設けられている。
【００１５】
支持基板１５には、各吐出口に対向して発熱抵抗素子（電磁熱変換素子）が設けられている。以下の説明で、第１〜第３の液体に対応した発熱抵抗素子をそれぞれ第１〜第３の発熱抵抗素子２０ａ〜２０ｃという場合がある。第１〜第３の発熱抵抗素子２０ａ〜２０ｃはそれぞれ第１〜第３の液体に吐出のためのエネルギーを付与する。支持基板１５の長手方向ｘの両側には電極パッド２１が設けられている。電極パッド２１は、電気配線部材１２の内部を通る図示しない電気配線によって外部接続パッド１４と電気的に接続されている。電極パッド２１の一部は発熱抵抗素子の駆動電圧などを規定するために発熱抵抗素子と接続されている。電極パッド２１の他の一部（第１〜第３のパッド２１ａ〜２１ｃ（図５参照））は、後述する第１〜第３の耐キャビテーション層３４ａ〜３４ｃと接続されている。
【００１６】
吐出口形成部材１６には各吐出口に対応した圧力室が設けられている。吐出口形成部材１６は支持基板１５とともに圧力室を画定する。以下の説明で、第１の液体が流通する圧力室を第１の圧力室２２ａ、第２の液体が流通する圧力室を第２の圧力室２２ｂ、第３の液体が流通する圧力室を第３の圧力室２２ｃという場合がある。吐出口形成部材１６の記録媒体と対向する面には、第１〜第３の圧力室２２ａ〜２２ｃとそれぞれ連通する第１〜第３の吐出口１８ａ〜１８ｃが開口している。
【００１７】
支持部材１３にはインクタンクに接続された液体流路が形成され、各液体流路は支持基板１５の液体供給路１７と接続されている。支持基板１５は接着層２７で支持部材１３に固定されている。以下の説明で、第１の液体が流通する液体流路を第１の液体流路２３ａ、第２の液体が流通する液体流路を第２の液体流路２３ｂ、第３の液体が流通する液体流路を第３の液体流路２３ｃ、という場合がある。第１の圧力室２２ａと、第１の液体供給路１７ａと、第１の液体流路２３ａを第１の液体経路２４ａという。同様に、第２の圧力室２２ｂと、第２の液体供給路１７ｂと、第２の液体流路２３ｂを第２の液体経路２４ｂという。同様に、第３の圧力室２２ｃと、第３の液体供給路１７ｃと、第３の液体流路２３ｃを第３の液体経路２４ｃという。第１の液体経路２４ａは第１の吐出口１８ａと連通し、第２の液体経路２４ｂは第２の吐出口１８ｂと連通し、第３の液体経路２４ｃは第３の吐出口１８ｃと連通している。第１〜第３の液体経路２４ａ〜２４ｃは互いに対して分離しており、第１〜第３の液体経路２４ａ〜２４ｃ間でのインクの混合が防止される。インクタンクのそれぞれのインク（第１〜第３の液体）は液体流路２３ａ〜２３ｃと液体供給路１７ａ〜１７ｃを通って圧力室２２ａ〜２２ｃに供給される。各インクは圧力室２２ａ〜２２ｃで発熱抵抗素子２０ａ〜２０ｃの発熱作用で発生した気泡により吐出口から吐出される。これによって、記録媒体に所定のパターンの印刷が行われる。インクは高温に晒されるが、高温により変性しない性質を有している。
【００１８】
図４は図３のＡ部を示す液体吐出ヘッドの模式的部分断面図である。本図は発熱抵抗素子２０ａを備えた圧力室２２ａの周辺だけを示しているが、他の圧力室も同様である。発熱抵抗素子２０ａは、支持基板１５上に層間膜３１を介して設けられている。支持基板１５上には発熱抵抗素子２０ａを電極パッド２１に接続する配線３２が設けられている。発熱抵抗素子２０ａと配線３２の全面はＳｉＯ２からなる保護膜３３で覆われている。発熱抵抗素子２０ａは保護膜３３を介して、導電性の耐キャビテーション層３４ａで覆われている。耐キャビテーション層３４ａはＴａから形成されている。耐キャビテーション層３４ａは、加熱によって生成されたインクの気泡が消泡する際に生じる水撃作用から発熱抵抗素子を保護する。耐キャビテーション層３４ａは圧力室２２ａの壁面２５の一部を構成し、インクに直接接触する。以下の説明では第２〜第３の発熱抵抗素子２０ｂ〜２０ｃを覆う耐キャビテーション層をそれぞれ第２〜第３の耐キャビテーション層３４ｂ〜３４ｃという場合がある。
【００１９】
図５は、液体流路と耐キャビテーション層を示す素子基板の平面図である。耐キャビテーション層３４ａ〜３４ｃは、液体供給路１７ａ〜１７ｃの両側の発熱抵抗素子２０ａ〜２０ｃに沿って延びる閉じた帯状の経路をなし、発熱抵抗素子２０ａ〜２０ｃを覆っている。耐キャビテーション層３４ａ〜３４ｃは各色インクに対応した発熱抵抗素子毎に設けられている。第１〜第３の耐キャビテーション層３４ａ〜３４ｃは互いに独立しており、特に電気的に互いに独立して設けられている。耐キャビテーション層３４ａ〜３４ｃの上方には吐出口形成部材１６が形成されている。
【００２０】
第１の耐キャビテーション層３４ａは、導電性の第１の接続層２６ａによって第１のパッド２１ａに電気的に接続されている。第２の耐キャビテーション層３４ｂは、導電性の第２の接続層２６ｂによって第２のパッド２１ｂに電気的に接続されている。第３の耐キャビテーション層３４ｃは、導電性の第３の接続層２６ｃによって第３のパッド２１ｃに電気的に接続されている。第１〜第３の接続層２６ａ〜２６ｃと第１〜第３の耐キャビテーション層３４ａ〜３４ｃは同じ材料かつ同じ膜厚で形成されている。これによって、第１〜第３の接続層２６ａ〜２６ｃと第１〜第３の耐キャビテーション層３４ａ〜３４ｃを同一の工程で同時に作成することができる。
【００２１】
液体吐出ヘッド１において異なるインクが混合しているかどうかの検査は以下のように行う。まず、第１の液体経路２４ａに第１の液体を、第２の液体経路２４ｂに第２の液体を、第３の液体経路２４ｃに第３の液体を、それぞれ充填する工程を行う。これによって、第１の耐キャビテーション層３４ａは第１の液体と、第２の耐キャビテーション層３４ｂは第２の液体と、第３のキャビテーション層は第３の液体と、それぞれ接する。
【００２２】
ここで、第１の液体経路２４ａと第２の液体経路２４ｂが連通しているとする。連通部は限定されないが、支持基板１５と支持部材１３の接合部（接着層２７）が連通部の一つとして考えられる。すなわち接合部で十分に接合されていない場合、第１の液体と第２の液体が接合部を介して混合する可能性がある（破線２８）。インクの絶縁性は比較的低いため（インク自体が導電性を有しているため）、インクと連通部を介して第１の耐キャビテーション層３４ａと第２の耐キャビテーション層３４ｂが電気的に導通する。この結果、第１のパッド２１ａと第２のパッド２１ｂが電気的に導通する。
【００２３】
この状態で第１のパッド２１ａと第２のパッド２１ｂの間の電気特性を測定する工程を行う。実際には第１のパッド２１ａに接続された外部接続パッド１４と第２のパッド２１ｂに接続された外部接続パッド１４との間の電気特性の測定を行うことが好ましい。インクの連通が生じている場合、第１の電極パッド２１と第２の電極パッド２１の間の電気特性に変化が現れる。例えば、第１の電極パッド２１と第２の電極パッド２１の間に一定の電圧を印加すると、第１の電極パッド２１と第２の電極パッド２１の間に電流が流れるため、連通のない場合と比べて電流値が増加し、電気抵抗が低下する。第１の電極パッド２１と第２の電極パッド２１の間に一定の電流を印加すると、連通のない場合と比べて第１の電極パッド２１と第２の電極パッド２１の間の電圧が低下し、電気抵抗が低下する。第１の電極パッド２１と第２の電極パッド２１が導通している場合、電荷が蓄積されないため、第１の電極パッド２１と第２の電極パッド２１の間のキャパシタンス値が減少する。別法として、電流、電圧、電気抵抗、キャパシタンスの時間変化（時間微分波形）または累積値（時間積分波形）を計測してもよい。
【００２４】
実際の検査においては、第１〜第３のパッド２１ａ〜２１ｃのうち２つのパッドを順次選択して、上述の電気特性を測定することが好ましい。すなわち、第１のパッド２１ａと第２のパッド２１ｂの間の電気特性、第２のパッド２１ｂと第３のパッド２１ｃの間の電気特性、第３のパッド２１ｃと第１のパッド２１ａの間の電気特性を順次測定する。
【００２５】
このように、本実施形態によれば第１の耐キャビテーション層３４ａに電気的に接続された第１の電極パッド２１ａと、第２の耐キャビテーション層３４ｂに電気的に接続された第２の電極パッド２１ｂとの間の電気特性が測定される。従来のように、インクを吐出させて評価用パターンを描画したり、液体経路を加圧または減圧したりする必要がないため、信頼性が高く効率的な混色の検査が可能である。このような工程を経て、液体吐出ヘッドを製造する。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について説明する。説明を省略した部分については第１の実施形態と同様である。図６（ａ）は本実施形態の液体吐出ヘッドの一部の斜視図を示している。複数の素子基板１１１ａ〜１１１ｆが、支持基板１１５の長手方向ｘに沿って設けられている。本実施形態では６つの素子基板が設けられているが、素子基板の数は限定されない。電気配線部材１１２は支持基板１１５の長辺１１５ａに沿って折り曲げられている。電気配線部材１１２は液体吐出ヘッドの外部と電気接続される複数の外部接続パッド１１４を備えている。本実施形態は、第１の実施形態と比べて、吐出口列と平行なｘ方向の寸法が長くなっており、長尺化されたフルラインタイプの液体吐出ヘッドに好適に用いることができる。
【００２７】
図６（ｂ）は本実施形態の液体吐出ヘッドの平面図を示している。各素子基板１１１ａ〜１１１ｆはシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のインクを吐出できる点を除き、第１の実施形態で説明した素子基板１１と同様の構成を有している。従って、各素子基板１１１ａ〜１１１ｆは、第１〜第４の吐出口と、第１〜第４の発熱抵抗素子と、第１〜第４の液体供給路と、第１〜第４の圧力室と、第１〜第４の導電層（第１〜第４の耐キャビテーション層）と、第１〜第４のパッドと、を有する。なお、図６（ｂ）には第１の耐キャビテーション層１３４ａのみを示している。
【００２８】
支持基板１１５は第１〜第４の共通流路１２９ａ〜１２９ｄを有している。第１の共通流路１２９ａは全ての素子基板１１１ａ〜１１１ｆの第１の液体供給路と連通する。第２の共通流路１２９ｂは全ての素子基板１１１ａ〜１１１ｆの第２の液体供給路と連通する。第３の共通流路１２９ｃは全ての素子基板１１１ａ〜１１１ｆの液体供給路と連通する。第４の共通流路１２９ｄは全ての素子基板１１１ａ〜１１１ｆの第４の液体供給路と連通する。第１の液体はインクタンクから、支持部材の第１の液体流路を通って、支持基板１１５の第１の共通流路１２９ａに流入する。第１の共通流路１２９ａを流れる第１の液体の一部は、第１の共通流路１２９ａの液体が流れる方向Ｐに沿った最も上流側の素子基板１１１ａの第１の液体供給路に流入し、他の一部はその下流側に位置する次の素子基板１１１ｂの第１の液体供給路に流入する。このようにして第１の共通流路１２９ａを流れる第１の液体は複数の素子基板１１１ａ〜１１１ｆの第１の液体供給路に順次流入する。第２〜第４の共通流路１２９ｂ〜１２９ｄを流れる液体についても同様である。本実施形態では、全ての素子基板１１１ａ〜１１１ｆの第１の圧力室及び第１の液体供給路と、支持基板１１５の第１の共通流路１２９ａと、支持部材の第１の液体流路が第１の液体経路を構成する。第２〜４の液体経路についても同様である。
【００２９】
本実施形態では、第１の共通流路１２９ａの液体が流れる方向Ｐに沿った最も下流側の素子基板１１１ｆの第１の耐キャビテーション層１３４ａが第１のパッド１２１ａと電気的に接続されている。同様に、第２〜第４の共通流路の液体が流れる方向Ｐに沿った最も下流側の素子基板１１１ｆの第２〜第４の耐キャビテーション層が、それぞれ第２〜第４のパッド１２１ｂ〜１２１ｄと電気的に接続されている。第１〜第４のパッド１２１ａ〜１２１ｄと接続される第１〜第４の耐キャビテーション層はいずれか一つの素子基板の第１〜第４の耐キャビテーション層であればよく、最下流の素子基板１１１ｆの第１〜第４の耐キャビテーション層に限定されない。
本実施形態の液体吐出ヘッド１においても、第１の実施形態と同様にインク混色の検査を行うことができる。全ての素子基板１１１ａ〜１１１ｆの液体供給路と圧力室が共通流路によって連通するため、どの素子基板１１１ａ〜１１１ｆで液体間の連通が生じた場合であっても、それを検知することができる。このような工程を経て、液体吐出ヘッドを製造する。
【００３０】
以上説明した各実施形態では導電層は耐キャビテーション層であるが、導電層はこれに限定されない。第１〜第４の導電層は、第１〜第４の液体経路の壁面の少なくとも一部を構成している限り、耐キャビテーション層とは別の層であってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  液体吐出ヘッド
１８ａ〜１８ｃ  第１〜第３の吐出口
２０ａ〜２０ｃ  発熱抵抗素子
２１ａ〜２１ｃ  第１〜第３のパッド
２４ａ〜２４ｃ  第１〜第３の液体経路
３４ａ〜３４ｃ  第１〜第３の導電層（第１〜第３の耐キャビテーション層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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