(57)【要約】【課題】複数に分割することなく、単一の基体から複数の発熱素子（発熱部分）を形成し、これによって吐出方向を制御可能にする。【解決手段】液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子２２を備える液体吐出ヘッドであって、熱エネルギー発生素子２２は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略つづら折り状をなし、かつ略つづら折り状の折り返し部分に導体（電極）３６が接続されることにより、略つづら折り状の折り返し部分を介して、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分２２ａ、２２ｂに区分したものであり、１つのエネルギー発生素子２２上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える。【選択図】　　　　図６
2004130559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略つづら折り状をなし、
前記略つづら折り状の折り返し部分に、導体が接続されており、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略つづら折り状をなし、かつ前記略つづら折り状の折り返し部分に導体が接続されることにより、前記略つづら折り状の折り返し部分を介して、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分を少なくとも２つに区分したものであり、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略Ｕ状又は略凹状をなす部分を含み、
前記略Ｕ状又は前記略凹状の折り返し部分に、導体が接続されており、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略Ｕ状又は略凹状をなす部分を含み、かつ前記略Ｕ状又は前記略凹状の折り返し部分に導体が接続されることにより、前記略Ｕ状又は前記略凹状の折り返し部分を介して、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分を少なくとも２つに区分したものであり、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、前記基体の一部に形成された少なくとも１つのスリットを介して、少なくとも２つの主たる部分に区分したものであり、
前記２つの主たる部分を結合している部分には、導体が接続され、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項６】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、前記基体の一部に形成された少なくとも１つのスリットを介して、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分を少なくとも２つに区分したものであり、
前記２つの主たる部分を結合している部分には、導体が接続され、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項７】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略つづら折り状をなし、
前記略つづら折り状の折り返し部分には、内側の折り返しラインより外側領域に、導体が接続されており、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略つづら折り状をなし、かつ前記略つづら折り状の折り返し部分には内側の折り返しラインより外側領域に導体が接続されることにより、前記略つづら折り状の折り返し部分を介して、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分を少なくとも２つに区分したものであり、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記エネルギー発生素子上において、前記導体から前記主たる部分を隔てた反対側には、他の導体が接続されており、
前記略つづら折り状の前記折り返しラインから前記導体の縁までの間隔は、前記導体と前記他の導体との間の間隔の０．０８〜０．１０倍に設定されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略Ｕ状又は略凹状をなす部分を含み、
前記略Ｕ状又は前記略凹状の折り返し部分には、内側の折り返しラインより外側領域に、導体が接続されており、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略Ｕ状又は略凹状をなす部分を含み、かつ前記略Ｕ状又は前記略凹状の折り返し部分には内側の折り返しラインより外側領域に導体が接続されることにより、前記略Ｕ状又は前記略凹状の折り返し部分を介して、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分を少なくとも２つに区分したものであり、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項１１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記エネルギー発生素子上において、前記導体から前記主たる部分を隔てた反対側には、他の導体が接続されており、
前記略Ｕ状又は前記略凹状の前記折り返しラインから前記導体の縁までの間隔は、前記導体と前記他の導体との間の間隔の０．０８〜０．１０倍に設定されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、前記基体の一部に形成された少なくとも１つのスリットを介して、少なくとも２つの主たる部分に区分したものであり、
前記２つの主たる部分を結合している部分において前記スリットより外側領域には、導体が接続され、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１４】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、前記基体の一部に形成された少なくとも１つのスリットを介して、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分を少なくとも２つに区分したものであり、
前記２つの主たる部分を結合している部分において前記スリットより外側領域には、導体が接続され、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１５】
請求項１３又は請求項１４に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記エネルギー発生素子上において、前記導体から前記主たる部分を隔てた反対側には、他の導体が接続されており、
前記スリットの終端から前記導体の縁までの間隔は、前記導体と前記他の導体との間の間隔の０．０８〜０．１０倍に設定されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１６】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出装置であって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略つづら折り状をなし、かつ前記略つづら折り状の折り返し部分に導体が接続されることにより、前記略つづら折り状の折り返し部分を介して、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分を少なくとも２つに区分したものであり、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備え、
前記熱エネルギー発生素子により熱エネルギーを発生させて前記熱エネルギー発生素子上の液体を前記ノズルから吐出させるように制御する主制御手段と、
少なくとも前記２つの主たる部分が発生する熱エネルギー特性を異ならせ、前記熱エネルギー発生素子上の液体に付与される熱エネルギー分布を変化させることにより、前記ノズルから吐出される液体の吐出方向を制御する副制御手段とを備える
ことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１７】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出装置であって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略Ｕ状又は略凹状をなす部分を含み、かつ前記略Ｕ状又は前記略凹状の折り返し部分に導体が接続されることにより、前記略Ｕ状又は前記略凹状の折り返し部分を介して、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分を少なくとも２つに区分したものであり、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備え、
前記熱エネルギー発生素子により熱エネルギーを発生させて前記熱エネルギー発生素子上の液体を前記ノズルから吐出させるように制御する主制御手段と、
少なくとも前記２つの主たる部分が発生する熱エネルギー特性を異ならせ、前記熱エネルギー発生素子上の液体に付与される熱エネルギー分布を変化させることにより、前記ノズルから吐出される液体の吐出方向を制御する副制御手段とを備える
ことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１８】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出装置であって、
前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、前記基体の一部に形成された少なくとも１つのスリットを介して、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分を少なくとも２つに区分したものであり、
前記２つの主たる部分を結合している部分には、導体が接続され、
１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備え、
前記熱エネルギー発生素子により熱エネルギーを発生させて前記熱エネルギー発生素子上の液体を前記ノズルから吐出させるように制御する主制御手段と、
少なくとも前記２つの主たる部分が発生する熱エネルギー特性を異ならせ、前記熱エネルギー発生素子上の液体に付与される熱エネルギー分布を変化させることにより、前記ノズルから吐出される液体の吐出方向を制御する副制御手段とを備える
ことを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばインクジェットプリンタ等の液体吐出装置に用いられ、熱エネルギーにより液体を吐出する液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインクジェットプリンタ等の液体吐出装置において、液体の吐出方式の１つとして、発熱素子を用いて液体を急速に加熱し、このときに発生する気泡の高圧を利用して液体を吐出させるサーマル方式が知られている。
また、その発熱素子の形態としては、１つの液室内に、単体のものを設けたものの他、複数に分離・分割された発熱素子を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１６は、従来の発熱素子の一例を示す平面図である。図中、（Ａ）は、略正方形の平面形状を有する単一の発熱素子１からなるものを示している。（Ｂ）は、略正方形の領域内で２つに分割された形状をなす発熱素子１Ａ及び１Ｂを示している。（Ｃ）は、略正方形の領域内で３つに分割された形状をなす発熱素子１Ｃ、１Ｄ及び１Ｅを示している。
【０００４】
図中（Ａ）では、発熱素子１に電流を流すための電極２（図中、▲１▼及び▲２▼）がそれぞれ発熱素子１の両端部に接続されている。
また、図中（Ｂ）では、発熱素子１Ａ及び１Ｂの一方端（図中、下側）には、それぞれ電極２Ａ（図中、▲１▼及び▲３▼）が接続されている。また、発熱素子１Ａ及び１Ｂの他方端（図中、上側）には、両者を接続する電極２Ｂ（図中、▲２▼）が設けられている。
さらにまた、図中（Ｃ）では、発熱素子１Ｃ及び１Ｅの一方端には、それぞれ電極２Ｃ（図中、▲１▼及び▲４▼）が接続されている。さらに、発熱素子１Ｃと１Ｄとは電極２Ｄ（図中、▲２▼）により接続され、かつ発熱素子１Ｄと１Ｅとは電極２Ｅ（図中、▲３▼）により接続されている。
【０００５】
以上より、図中、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すような、複数の発熱素子１Ａ等を設けた場合には、各発熱素子１Ａ等間は、直列に接続される。そして、例えば図中（Ｂ）の場合には、電極２Ａ間に電流を流すことにより、電極２Ｂを介して２つの発熱素子１Ａ及び１Ｂをともに（同時に）発熱させることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１１８６４１号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来の発熱素子において、単一のもの（図１６（Ａ））では、抵抗値が低くなるという問題がある。例えば、図１６の例で示すように、全体が同じ大きさの略正方形の面積内に、単一、２分割、３分割の発熱素子を形成した場合において、単一のもの（図１６（Ａ））は、抵抗値が２分割のもの（図１６（Ｂ））に比べて１／４以下となり、さらに３分割のもの（図１６（Ｃ））に比べて１／９以下になる。そして、抵抗値が低い分だけ、低電圧大電流の電源が要求されることになり、発熱（電力損失）や電圧降下に対して厳しい要求になるという問題がある。したがって、例えば多数のノズルを並設して使用する装置には不向きであるという問題がある。
【０００８】
また、図１６において、発熱素子１等に電圧を印加したときに、主として液体の吐出に効果的に寄与する部分は、点線で囲まれた領域となる。このため、分割された発熱素子の場合には、例えば図１６（Ｂ）に示すように、発熱素子１Ａと１Ｂとの間（スリット状の部分）は、発熱素子自体が存在しない領域となるため、中央部分の温度低下が生じてしまうという問題がある。
【０００９】
また、複数の発熱素子を並設したものを基板上に形成する場合に、複数の発熱素子の発熱特性を全く同一にすることは、製造上、困難であり、複数の発熱素子を並設したときに、発熱素子間で特性にばらつきが生じてしまうという問題がある。また、分割数を多くするほど、発熱素子自体が存在しない領域が増加するため、発熱素子の単位面積当たりの温度をより高温にすることが要求されるので、発熱素子の寿命、すなわち劣化が加速されてしまうという問題がある。
【００１０】
以上の点を鑑みると、単一の略正方形の発熱素子は、電源に対して厳しい要求がある点以外は、複数に分割した発熱素子よりも優れており、実際に使用した場合にも、経験上、液体の吐出特性のばらつきを少なくすることができることが知られている。
【００１１】
しかし、本件出願人により、１つの液室内に複数の発熱素子を設けて、吐出方向を制御する技術が提案されている（例えば、特願２００２−１１２９４７、特願２００２−１６１９２８）。このような技術を用いるには、略正方形に形成された単一の発熱素子を用いたのでは、原理的に実現することができない。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、複数に分割することなく、単一の基体から複数の発熱素子（発熱部分）を形成し、これによって吐出方向を制御可能にすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１の発明は、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出ヘッドであって、前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略つづら折り状をなし、前記略つづら折り状の折り返し部分に、導体が接続されており、１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記発明においては、熱エネルギー発生素子は、略つづら折り状の折り返し部分に設けられた導体により、複数の発熱部分に区分される。すなわち、折り返し部分を介して両側に存在する基体の一部が、液体を吐出させるために液体に熱エネルギーを付与する実質的な発熱部分となる。これにより、各発熱部分が導体を介して直列に接続されたものと同様なものとなる。
【００１４】
また、本発明の他の１つである請求項１６の発明は、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる熱エネルギー発生素子を備える液体吐出装置であって、前記熱エネルギー発生素子は、分割されていない一つの基体からなるとともに、平面形状が略つづら折り状をなし、かつ前記略つづら折り状の折り返し部分に導体が接続されることにより、前記略つづら折り状の折り返し部分を介して、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分を少なくとも２つに区分したものであり、１つの前記エネルギー発生素子上に、液体を吐出させるための１つのノズルを備え、前記熱エネルギー発生素子により熱エネルギーを発生させて前記熱エネルギー発生素子上の液体を前記ノズルから吐出させるように制御する主制御手段と、少なくとも前記２つの主たる部分が発生する熱エネルギー特性を異ならせ、前記熱エネルギー発生素子上の液体に付与される熱エネルギー分布を変化させることにより、前記ノズルから吐出される液体の吐出方向を制御する副制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
上記発明においては、熱エネルギー発生素子は、略つづら折り状の折り返し部分に設けられた導体により、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる少なくとも２つの主たる部分に区分される。すなわち、折り返し部分を介して両側に存在する主たる部分が、液体を吐出させるために液体に熱エネルギーを付与する実質的な発熱部分となる。これにより、各主たる部分が導体を介して直列に接続されたものと同様なものとなる。
【００１６】
さらに、主制御手段による液体の吐出に加えて、副制御手段により主たる部分が発生する熱エネルギー特性が異なるように制御される。これにより、発熱素子上の熱エネルギー分布が変化し、ノズルから吐出される液体の吐出方向が制御される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
先ず、液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）２１の構造、及び製造方法について説明する。図１は、ヘッド２１の層構成を示す断面図であり、図２〜図５は、ヘッド２１の製造過程を順次説明する層構成断面図である。
【００１８】
先ず、図２（Ａ）において、ウエハによるＰ型のシリコン基板２６上にシリコン窒化膜（Ｓｉ３　Ｎ４　）が積層される。続いて、リソグラフィー工程、リアクティブエッチング工程によりシリコン基板２６が処理され、トランジスタを形成する領域以外の領域に存在する上記シリコン窒化膜が除去される。これにより、シリコン基板２６上のトランジスタを形成する領域のみにシリコン窒化膜が形成される。
【００１９】
続いて、熱酸化工程によりシリコン窒化膜が除去された領域に熱シリコン酸化膜が形成され、この熱シリコン酸化膜によりトランジスタを分離するための素子分離領域２７が形成される。続いて、トランジスタ形成領域にタングステンシリサイド／ポリシリコン／熱酸化膜構造のゲートが形成される。さらに、ソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程、酸化工程によりシリコン基板２６が処理され、ＭＯＳ型のトランジスタ２８及び２９が形成される。
【００２０】
ここで、トランジスタ２８は、発熱素子（熱エネルギー発生素子）２２の駆動に供するドライバートランジスタである。また、トランジスタ２９は、トランジスタ２８を制御する集積回路を構成するトランジスタである。なお、本実施形態においては、ゲート／ドレイン間に低濃度の拡散層が形成され、この部分で加速される電子の電解を緩和することで耐圧を確保してトランジスタ２８が形成されるようになされている。
【００２１】
以上のように、シリコン基板２６上に、トランジスタ２８及び２９が形成されると、次に、ＣＶＤ法によりシリコンが添加されたシリコン酸化膜であるＰＳＧ膜、ボロン及びリンが添加されたシリコン酸化膜であるＢＰＳＧ膜３０が順次形成され、これによって１層目の層間絶縁膜が形成される。
【００２２】
続いて、フォトリソグラフィー工程の後、Ｃ４　Ｆ８　／ＣＯ／Ｏ２　／Ａｒ系ガスを用いたリアクティブエッチング法によりシリコン半導体拡散層（ソース・ドレイン）上にコンタクトホール３１が形成される。
【００２３】
さらに、スパッタリング法により、チタン、窒化チタンバリアメタル、チタン、シリコン又は銅を添加したアルミニウムが順次積層される。次に、反射防止膜である窒化チタンが積層され、これらにより配線パターン材料が成膜される。さらに、フォトリソグラフィー工程、ドライエッチング工程により、成膜された配線パターン材料が選択的に除去され、１層目の配線パターン３２が形成される。このようにして形成された１層目の配線パターン３２により、駆動回路を構成するトランジスタ２９を接続してロジック集積回路が形成される。
【００２４】
続いて、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ２　Ｈ５　）４　）を原料ガスとしたＣＶＤ法によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜３３が積層される。次に、ＳＯＧを含む塗布型シリコン酸化膜の塗布とエッチバックとにより、層間絶縁膜３３が平坦化され、これらの工程が２回繰り返されて１層目の配線パターン３２と、２層目の配線パターンとの層間絶縁膜３３が形成される。
【００２５】
続いて図２（Ｂ）に示すように、層間絶縁膜３３上に、スパッタリング法によりタンタル膜が形成される。さらに続いてフォトリソグラフィー工程、ＢＣｌ３／Ｃｌ２　ガスを用いたドライエッチング工程により、余剰なタンタル膜が除去され、発熱素子２２が形成される。
【００２６】
続いて、図３（Ｃ）に示すように、ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜が積層されることにより、発熱素子２２の保護層２３が形成される。続いて図３（Ｄ）に示すように、フォトリソグラフィー工程、ＣＨＦ３　／ＣＦ４　／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により、所定箇所のシリコン窒化膜が除去され、発熱素子２２の配線パターン（電極）に接続する領域が露出される。さらには層間絶縁膜３３に開口を形成してビアホール３４が形成される。
【００２７】
さらに図４（Ｅ）に示すように、スパッタリング法により、チタン、シリコン又は銅等を添加したアルミニウムが積層される。続いて窒化チタンが積層され、反射防止膜が形成される。これにより、ヘッド２１には配線パターン材料３５が成膜される。
【００２８】
続いて、図４（Ｆ）に示すように、フォトリソグラフィー工程、ドライエッチング工程により成膜した配線パターン材料３５が選択的に除去され、２層目の配線パターンである電極３６が作成される。この２層目の配線パターンである電極３６により、電源用の配線パターン、アース用の配線パターンが形成され、また、トランジスタ２８を発熱素子２２に接続する配線パターンが形成される。なお、発熱素子２２の上層に残されたシリコン窒化膜からなる保護層２３は、電極３６の形成の際のエッチング工程において、発熱素子２２を保護するものとして機能する。
【００２９】
続いて、図５（Ｇ）に示すように、ＣＶＤ法によりインク保護層として機能するシリコン窒化膜からなる保護層２４が積層される。さらに熱処理炉において、窒素ガス雰囲気中又は水素を添加した窒素ガス雰囲気中で熱処理が施される。これにより、トランジスタ２８及び２９の動作が安定化され、さらに１層目の配線パターン３２と、２層目の配線パターンである電極３６との接続が安定化されてコンタクト抵抗が低減される。
【００３０】
続いて、図１に示すように、発熱素子２２上に、スパッタリング法によりタンタルが積層されることにより耐キャビテーション層２５が形成される。続いて、ドライフィルム４１、オリフィスプレート４２が順次積層される。ここで、ドライフィルム４１は、例えば有機系樹脂により構成され、圧着により配置された後、インク液室４５及びインク流路（図示せず）に対応する部位が除去され、その後硬化されたものである。これに対し、オリフィスプレート４２は、発熱素子２２の上に微小なインク吐出口であるノズル４４を形成して所定形状に加工された板状部材であり、接着によりドライフィルム４１上に保持されたものである。これにより、ヘッド２１には、ノズル４４、インク液室４５、さらにインク液室４５にインクを導くインク流路等が形成される。
【００３１】
これらにより、ヘッド２１は、発熱素子２２の部位では、インク液室４５側より、タンタルによる耐キャビテーション層２５、シリコン窒化膜による保護層２３及び２４、タンタルによる発熱素子２２、酸化シリコン膜（層間絶縁膜３３、ＢＰＳＧ膜３０、及び素子分離領域２７）による層構造がシリコン基板２６上に形成される。
以上のようにして、１つのインク液室４５内には１つの発熱素子２２が設けられるとともに、この発熱素子２２上に１つのノズル４４が配置される。
【００３２】
次に、発熱素子２２の形状について、より詳細に説明する。図６は、発熱素子２２を示す平面図である。なお、図６中、Ｘ−Ｘ断面は、図１の断面図に相当する。
図６に示すように、発熱素子２２は、分割されていない１つの基体からなり、平面形状が略つづら折り状をなしたものである。略つづら折り状の具体的形状としては、例えば略凹形、略Ｕ形、略Ｎ形、又は略Ｗ形等（これらの形状を、例えば１８０度回転させて逆さまにしたもの等、所定角度回転させた形状を含む）が挙げられるが、図６では、略逆凹形をなしている。また、図６の例では、発熱素子２２の基体において、下側の中央部から上方向に向かってスリット２２ｃを形成することにより、略逆凹形としたものである。
【００３３】
また、電極（導体）３６は、図６では、略逆凹形に形成された部分の２つの下端部（２箇所）と、略つづら折り状の折り返し部分（図６中、スリット２２ｃの上端から間隔Ｄ１を隔てた位置）に設けられている。これらの電極３６は、発熱素子２２上に接触するように設けられている。
【００３４】
発熱素子２２の基体は、分割されていない基体から形成されているが、上記のように電極３６を配置することにより、図１６（Ｂ）で示した、２分割の発熱素子１Ａ及び１Ｂに類似するものとなる。すなわち、図６中、２点鎖線で囲む部分（２箇所）が、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる主たる部分（以下、「主発熱部」という。）２２ａ及び２２ｂとなり、折り返し部分に設けられた電極３６を介して、この主発熱部２２ａと２２ｂとの２つに区分されている。
【００３５】
また、主発熱部２２ａ及び２２ｂは、図６に示すように並設されていることが望ましい。これにより、主発熱部２２ａ及び２２ｂは、図１６（Ｂ）に示す２分割の発熱素子１Ａ及び１Ｂと同様に配置される。
さらにまた、折り返し部分に設けられた電極３６は、発熱素子２２の折り返し部分の内側の折り返しライン（図６の例では、スリット２２ｃの上端）Ｌより外側の領域に設けらている。すなわち、図６に示すように、折り返しラインＬと、電極３６の縁３６ａとの間の間隔Ｄ１が、少なくとも０（ｍｍ）を超えていることを意味する。
【００３６】
ここで、上記間隙Ｄ１を、少なくとも０（ｍｍ）を超えるようにする理由について説明する。
ヘッド２１の製造過程において、従来の方法として、発熱素子２２上に、発熱素子２２の領域を含めてアルミニウムを直接積層した後、発熱素子２２の領域のアルミニウムを、薬液を用いて溶かす方法が知られている。このような場合、純粋の（ピュアな）アルミニウムを用いると、強度上、断線が生じやすくなる。そこで、珪素や銅を添加して、アルミニウムと珪素や銅の結合体としたアルミニウム合金を用いることで、アルミニウムの強度を高め、断線を生じにくくしている。
【００３７】
しかし、このようなアルミニウム合金を使用すると、薬液で溶かす際に、発熱素子２２上に、添加物である珪素や銅がダストとなり残存してしまうという欠点が生じる。
そこで、上述したように、アルミニウムをドライエッチングで除去するようにしている。ドライエッチングを用いることで、珪素や銅がアルミニウムの塩化物となって飛ばされるので、珪素や銅が残存しなくなるからである。
【００３８】
しかし、ドライエッチングを用いると、タンタルからなる発熱素子２２が多少削れてしまうので、発熱素子２２上にはシリコン窒化膜からなる保護層２３を設けている。また、ビアホール３４を開口する際に、下地に発熱素子２２が存在しない部分では、下地の酸化シリコン膜（層間絶縁膜３３等）が削られてしまい、不必要な段差となる。この段差に保護層２３を設けても、その段差部が埋まらず、絶縁不良を起こすおそれがある。
【００３９】
そこで、配線パターンであるアルミニウムからなる電極３６を発熱素子２２上に設ける場合には、発熱素子２２の領域のうち、折り返し部分の内側の折り返しラインＬから外側領域に（内側に入らないように）電極３６を設けている。
【００４０】
また、このようにして、少なくとも０（ｍｍ）を超える間隔Ｄ１を設けることで、発熱素子２２に電流を流したときに、電極３６を介して主発熱部２２ａと２２ｂとの間に電流が流れることに加え、この間隔Ｄ１の部分に電流が流れるようになり、さらに間隔Ｄ１を大きくとるにつれて、電流がこの部分に集中して流れるようになり、発熱素子２２の領域上における発熱状況が変化する。したがって、間隔Ｄ１の長さを最適な値にとることで、発熱素子２２の領域上における発熱分布を最適化することが可能となる。
【００４１】
なお、発熱素子２２が複数に分割されることなく、間隔Ｄ１を介して主発熱部２２ａと２２ｂとの間がいわゆる陸続き構造となっていることから、電流を流した際に、フラッシュのばらつきの減少を期待することができる。さらに、サテライトの減少も期待することができる。
【００４２】
次に、間隔Ｄ１をどの程度の値に設定するのが最適であるかについて説明する。
図７は、発熱素子２２の形状を、抵抗回路網に置き換えたときの例を示す図であり、図中（ａ）は、全体構造を示し、（ｂ）は、解析のための等価回路を示す。図中、（ａ）は、全体領域を略正方形に形成するとともに、正方格子の単位抵抗体で連結し、中央部のスリット２２ｃに相当する箇所を除いたものである。
【００４３】
本例では、間隔Ｄ１が２．５μｍ、間隔Ｄ２（折り返し部分に設けられた電極３６と、主発熱部２２ａ又は２２ｂを介して反対側にある電極３６との間の距離、すなわち、実質的には、主発熱部２２ａ及び２２ｂの図６中、上下方向の長さ）が２１μｍ、発熱素子２２全体の横幅が２０μｍ、間隔Ｄ３（スリット２２ｃの幅）が２μｍに相当している。
【００４４】
このような抵抗回路網において、電極Ａ−Ｂ間に２Ｖの電圧をかけたと考えると、間隔Ｄ１の中央部分は、ちょうど電位が釣り合ってゼロとなる点であるので、回路的には、（ｂ）に示すように、ゼロ点同士を全てつないでグラウンド電位と考え、電極Ａ又は電極Ｂに電圧Ｖをかけたものと等価となる。
【００４５】
この解析で得られた電流分布から各々の抵抗体で発生する電力を計算して、その比率の分布（電力消費分布、すなわち発熱量の分布）を、図８及び図９に示す。図８は、間隔Ｄ１が２．５μｍの例であり、図９は、間隔Ｄ１が１．５μｍの例を示している。なお、これらの図８及び図９は、発熱素子２２上の発熱分布を示すものであって、実際の温度分布ではない。
【００４６】
また、図１０は、図６中、間隔Ｄ１及びＤ２の寸法を種々変化させたときの印加電力（Ｗ）と、インクの吐出速度（ｍ／ｓ）との関係を示す実験結果である。
本実験は、
（１）Ｄ１＝０．８（μｍ）、Ｄ２＝２２．５（μｍ）
（２）Ｄ１＝２．０（μｍ）、Ｄ２＝２２．５（μｍ）
（３）Ｄ１＝４．０（μｍ）、Ｄ２＝２２．５（μｍ）
（４）Ｄ１＝６．０（μｍ）、Ｄ２＝２２．５（μｍ）
（５）Ｄ１＝２．０（μｍ）、Ｄ２＝２３．０（μｍ）
（６）Ｄ１＝４．０（μｍ）、Ｄ２＝２４．０（μｍ）
の６つのタイプで行った。なお、以上の（１）〜（６）において、間隔Ｄ３は、全て０．８（μｍ）である。
【００４７】
この実験結果より、間隔Ｄ１が０．８μｍのものに対して、間隔Ｄ１が２．０μｍのものは、インクの吐出速度が１５〜２０％程度向上することがわかる。一方、間隔Ｄ１が４．０μｍ以上のものでは、急激に吐出速度が低下することがわかる。
【００４８】
続いて、間隔Ｄ１の長さの最適化を図るために、間隔Ｄ１の長さを種々変化させた発熱素子２２でのインクの吐出速度と発熱素子２２への印加電力との相関関係を求めるとともに、発熱素子２２上での発熱スポット形状を観察することにより、最適な間隔Ｄ１を規定することとする。
【００４９】
図１１は、間隔Ｄ１を、０．８μｍから３．０μｍまで変化させたときの、発熱素子２２の発熱状態（発熱素子２２を空焼きしたもの）を光学顕微鏡にて撮影した結果を示す図である。なお、図１１の発熱素子２２において、間隔Ｄ２は２０μｍである。
【００５０】
図１１において、間隔Ｄ１が０．８〜１．２μｍでは、発熱スポット形状に大きな変化は見らないが、間隔Ｄ１が１．６μｍ以上になると、間隔Ｄ１の部分に向かって発熱スポットが広がり始める。さらに、間隔Ｄ１が２．２μｍ以上になると、間隔Ｄ１の部分への電流パスが支配的になるため、発熱スポット形状が略ハ字形から略逆Ｕ字状へと変化し、実質的な発熱スポット面積、すなわち主発熱部２２ａ及び２２ｂの面積が減少し始める。さらに、間隔Ｄ１が２．６μｍ以上になると、間隔Ｄ１の部分での電流集中も観察される。
【００５１】
図１２は、間隔Ｄ１が０．８〜２．６μｍでの発熱素子２２における印加電力と、インクの吐出速度との関係を示す図である。図１２は、図１０に類似するものであるが、図１２では、間隔Ｄ１が０．８〜２．６μｍの範囲に絞ったものである。
【００５２】
図１２において、間隔Ｄ１が０．８〜１．４μｍの範囲では、吐出特性に大差は見られないが、間隔Ｄ１が１．６〜２．０μｍの範囲では、吐出立ち上がりが低電力側にシフトし、吐出立ち上がりの効率が向上している。これは、間隔Ｄ１の部分に向かって広がった発熱スポットが寄与している。これに対し、間隔Ｄ１が２．２μｍ以上になると、吐出立ち上がりが、間隔Ｄ１が０．８〜１．４μｍの範囲のものと同等に戻る。さらに、間隔Ｄ１が２．４μｍ、２．６μｍと長くなるに従い、吐出速度が低下していく。これは、図１１で示した発熱スポット形状に見られるように、間隔Ｄ１の部分をパスする電流が支配的になるため、実質的な発熱スポット面積が減少し、インクに伝達される熱エネルギー効率が低下するためである。
【００５３】
また、図１３は、間隔Ｄ１の長さと、吐出開始電力との関係を示す図である。図１３からわかるように、間隔Ｄ１が２．０μｍを超えると、大きな吐出開始電力が必要になる。また、間隔Ｄ１が約１．８μｍ付近で、吐出開始電力が最小となる。
【００５４】
以上より、発熱素子２２において、間隔Ｄ２が２０μｍである場合には、間隔Ｄ１は、１．６〜２．０μｍの範囲が最適であるといえる。いいかえれば、間隔Ｄ１は、間隔Ｄ２の０．０８〜０．１倍が最適な範囲であるといえる。
【００５５】
次に、本実施形態におけるインクの吐出制御について説明する。
本実施形態では、ヘッド２１は、主制御手段と副制御手段とによりインクの吐出が制御される。
ここで、主制御手段は、発熱素子２２により熱エネルギーを発生させて発熱素子２２上のインクをノズル４４から吐出させるように制御するものである。
また、副制御手段は、２つの主発熱部２２ａ及び２２ｂが発生する熱エネルギー特性を異ならせ、発熱素子２２上のインクに付与される熱エネルギー分布を変化させることにより、ノズル４４から吐出されるインクの吐出方向を制御するものである。
【００５６】
すなわち、従来は、主制御手段のみにより、単に、インクの吐出制御を、オン／オフ操作により行うだけであったが、本発明では、さらに副制御手段を設けて、インクの吐出方向を制御するようにしたものである。
【００５７】
図１４は、主制御手段及び副制御手段を構成したものを示す概念図である。この例では、２ビットの制御信号を用いて、主制御部２２ａと２２ｂとに流れる電流値差を、４種類に設定できるようにしたことで、インクの吐出方向を４段階に設定できるようにしたものである。
【００５８】
図１４において、本実施形態では、主発熱部２２ａの抵抗値は、主発熱部２２ｂの抵抗値より小さく設定されている。また、主発熱部２２ａと２２ｂとの中間点である、折り返し部分に設けられた電極３６から電流が流出可能に構成されている。さらにまた、３つの各抵抗Ｒｄは、インクの吐出方向を偏向するための抵抗である。さらに、Ｑ１、Ｑ２及びＱ３は、それぞれ主発熱部２２ａ及び２２ｂのスイッチとして機能するトランジスタである。
【００５９】
また、Ｃは、２値の制御入力信号（電流を流すときのみ「１」）の入力部である。さらにまた、Ｌ１及びＬ２は、それぞれ２値入力のＡＮＤゲートであり、Ｂ１及びＢ２は、それぞれＬ１及びＬ２の各ＡＮＤゲートの２値信号（「０」又は「１」）の入力部である。なお、ＡＮＤゲートＬ１及びＬ２は、電源ＶＨから電源が供給される。
【００６０】
この場合において、Ｃ＝１とともに、（Ｂ１、Ｂ２）＝（０、０）を入力したときには、トランジスタＱ１のみが作動し、トランジスタＱ２及びＱ３は作動しない状態（３つの抵抗Ｒｄに電流が流れない状態）となる。この場合に主発熱部２２ａ及び２２ｂに電流が流れたときは、主発熱部２２ａと２２ｂとにそれぞれ流れる電流値は同一である。よって、主発熱部２２ａの抵抗値は主発熱部２２ｂの抵抗値より小さいので、主発熱部２２ａの方が主発熱部２２ｂより少ない発熱量となる。この状態では、インクが左側に偏向吐出され、最も左側にインクが着弾するように設定されている。
【００６１】
また、Ｃ＝１とともに、（Ｂ１、Ｂ２）＝（１、０）を入力したときには、トランジスタＱ３に直列接続されている２つの抵抗Ｒｄにも電流が流れる（トランジスタＱ２に接続された抵抗Ｒｄには電流は流れない）。この結果、主発熱部２２ｂに流れる電流値は、（Ｂ１、Ｂ２）＝（０、０）のときよりも小さくなる。ただし、この場合でも、主発熱部２２ａの方が主発熱部２２ｂより少ない発熱量となるように設定されている。この状態では、インクは、左側に偏向吐出されるが、上記の場合よりも右側にインク液滴が着弾する。
【００６２】
次に、Ｃ＝１とともに、（Ｂ１、Ｂ２）＝（０、１）を入力したときには、トランジスタＱ２に接続されている抵抗Ｒｄ側に電流が流れる（トランジスタＱ３に直列接続された２つの抵抗Ｒｄには電流は流れない）。この結果、主発熱部２２ｂに流れる電流値は、（Ｂ１、Ｂ２）＝（１、０）を入力したときよりもさらに小さくなる。そして、この場合には、主発熱部２２ａと主発熱部２２ｂとの発熱量が同一となるように設定されている。この状態では、インクは、偏向なく吐出される。
【００６３】
さらに、Ｃ＝１とともに、（Ｂ１、Ｂ２）＝（１、１）を入力したときには、トランジスタＱ２及びＱ３に接続されている３つの抵抗Ｒｄに電流が流れる。この結果、主発熱部２２ｂに流れる電流値は、（Ｂ１、Ｂ２）＝（０、１）を入力したときよりもさらに小さくなる。そして、この場合には、主発熱部２２ａの方が主発熱部２２ｂより多い発熱量となるように設定されている。この状態では、インクは、右側に偏向吐出される。
【００６４】
以上のように、入力値（Ｂ１、Ｂ２）が、（０、０）、（１、０）、（０、１）、及び（１、１）と変化するごとに、インクの着弾位置が移動するように、主発熱部２２ａ、２２ｂ、及びＲｄの各抵抗値を設定すれば良い。
【００６５】
これにより、ノズル４４からインクが偏向なく（印画紙等の着弾対象物の面に対して垂直に）吐出されたときのインクの着弾位置に加え、その左側の所定位置に２箇所、及び右側の所定位置に１箇所、の合計４箇所にインクの着弾位置を変化させることができる。そして、Ｂ１及びＢ２の入力値に応じて、これらの４つの位置のうち、任意の位置にインクを着弾させることができる。
【００６６】
これにより、ヘッド２１の製造誤差等により、インクを所望の位置に着弾させることができないときは、副制御手段により、インクの着弾位置を補正することにより、インクを所望の位置に着弾させることができるようになる。また、各ノズル４４から吐出されるインクの吐出方向を偏向させることで、印画品位を向上させることができる。
【００６７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。
例えば、平面形状が略つづら折り状をなす発熱素子２２の主発熱部は、必ずしも２つに限られることなく、３つ以上であっても良い。このように形成する場合には、各折り返し部分に、間隔Ｄ１に相当する部分を残して電極を設ければ良い。図１５は、１つの基体からなるとともに、主発熱部が２２ａ〜２２ｃの３つからなる発熱素子２２’を示す実施形態である。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、１つの基体から熱エネルギー発生素子を形成しつつ、複数の発熱部分に区分することができるので、各発熱部分が導体を介して直列に接続されたものと同様なものにすることができる。また、熱エネルギー発生素子上の導体の位置を規定することで、各発熱部分が発生する熱エネルギー量を最適なものに設定することができる。
さらに、主制御手段による液体の吐出に加えて、副制御手段により主たる部分が発生する熱エネルギー特性が異なるように制御することで、ノズルから吐出される液体の吐出方向を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘッドの層構成を示す断面図である。
【図２】ヘッドの製造過程を説明する層構成断面図である。
【図３】ヘッドの製造過程を説明する層構成断面図であり、図２の過程に続くものである。
【図４】ヘッドの製造過程を説明する層構成断面図であり、図３の過程に続くものである。
【図５】ヘッドの製造過程を説明する層構成断面図であり、図４の過程に続くものである。
【図６】発熱素子を示す平面図である。
【図７】発熱素子の形状を、抵抗回路網に置き換えたときの例を示す図であり、（ａ）は、全体構造を示し、（ｂ）は、解析のための等価回路を示す。
【図８】発熱量の分布を示す図であって、間隔Ｄ１が２．５μｍの例である。
【図９】発熱量の分布を示す図であって、間隔Ｄ１が１．５μｍの例である。
【図１０】図６中、間隔Ｄ１及びＤ２の寸法を種々変化させたときの印加電力（Ｗ）と、インクの吐出速度（ｍ／ｓ）との関係を示す実験結果である。
【図１１】間隔Ｄ１を、０．８μｍから３．０μｍまで変化させたときの、発熱素子の発熱状態を光学顕微鏡にて撮影した結果を示す図である。
【図１２】間隔Ｄ１が０．８〜２．６μｍでの発熱素子における印加電力と、インクの吐出速度との関係を示す図である。
【図１３】間隔Ｄ１の長さと、吐出開始電力との関係を示す図である。
【図１４】主制御手段及び副制御手段を構成したものを示す概念図である。
【図１５】発熱素子の他の実施形態を示す平面図である。
【図１６】従来の発熱素子の一例を示す平面図であり、（Ａ）は、単一の発熱素子からなるもの、（Ｂ）は、２分割された発熱素子を示し、（Ｃ）は、３分割された発熱素子を示す。
【符号の説明】
２１　ヘッド（液体吐出ヘッド）
２２　発熱素子（熱エネルギー発生素子）
２２ａ、２２ｂ　主発熱部
３６　電極（導体）
【図１】
2004130559.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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