(57)【要約】【課題】薄い絶縁層を用いても十分な絶縁性を得ることが可能な素子基板を提供する。【解決手段】発熱抵抗層１０３は、液体の吐出するために利用される熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子１０７を含み、基体１０１の上に配置される。絶縁層１０５は、発熱抵抗層１０３の上に設けられる。保護層１０６は、導電性を有し、絶縁層１０５の上に設けられる。そして発熱抵抗素子１０７の発熱時における保護層１０６の電位が、発熱抵抗素子１０７の両端の電位の間の値を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子を備えた基体と、
前記発熱抵抗素子を覆う導電性の保護層と、
前記発熱抵抗素子と前記保護層との間に設けられた絶縁層と、
を有し、
前記発熱抵抗素子の一端と他端との間に電圧が印加された状態で、前記保護層の電位が、前記発熱抵抗素子の前記一端の電位より小さく、かつ前記発熱抵抗素子の前記他端の電位より大きくなるように、前記保護層に電位を付与するための電位付与手段を有することを特徴とする素子基板。
【請求項２】
前記保護層の電位は、前記発熱抵抗素子の前記一端の電位と前記他端の電位とを平均した平均値の±１０％の範囲に含まれることを特徴する請求項１に記載の素子基板。
【請求項３】
電流の供給を切り替える駆動回路を有し、
前記電位付与手段は前記駆動回路から供給された電流を用いて前記保護層の電位を生成する生成回路である、請求項１または２に記載の素子基板。
【請求項４】
前記駆動回路は、ＭＯＳトランジスタを有し、
外部から電力が供給される電源配線に、前記ＭＯＳトランジスタ、前記生成回路、接地配線が順に直列に接続され、
前記生成回路が前記保護層に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の素子基板。
【請求項５】
前記ＭＯＳトランジスタは、ドレインが接地されたｎＭＯＳトランジスタ、または、ソースが接地されたｐＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項４に記載の素子基板。
【請求項６】
前記電源配線に、前記ＭＯＳトランジスタ、前記発熱抵抗素子、前記接地配線とは別の接地配線が順に直列に接続され、
前記ＭＯＳトランジスタと前記発熱抵抗素子との間から分岐した配線が、前記生成回路を介して前記保護層に接続されていることを特徴とする請求項４または５に記載の素子基板。
【請求項７】
前記発熱抵抗素子への電流の供給を切り替える、前記ＭＯＳトランジスタとは別のＭＯＳトランジスタを有することを特徴とする請求項４または５に記載の素子基板。
【請求項８】
前記発熱抵抗素子と前記保護層とを接続する配線を前記電位付与手段として備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の素子基板。
【請求項９】
複数の前記発熱抵抗素子を有し、
前記絶縁層および前記保護層は前記複数の発熱抵抗素子に対して共通して設けられている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の素子基板。
【請求項１０】
発熱抵抗層と、
前記発熱抵抗層に接して設けられ、所定の間隔を隔てて設けられる第１および第２の電極配線を備え、前記発熱抵抗素子は、前記発熱抵抗層における前記第１および第２の電極配線の間の領域であり、前記発熱抵抗素子の前記一端は、前記領域の前記第１の電極配線側の端部であり、前記発熱抵抗素子の前記他端は、前記領域の前記第２の電極配線側の端部である、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の素子基板。
【請求項１１】
液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子を備えた基体と、
前記発熱抵抗素子を覆う導電性の保護層と、
前記発熱抵抗素子と前記保護層との間に設けられた絶縁層と、
を有し、
液体を吐出するために前記発熱抵抗素子に電圧が印加された状態で前記保護層の電位を前記発熱抵抗素子における最大電位と最小電位との間の値とするための、前記保護層に接続された配線を有することを特徴とする素子基板。
【請求項１２】
発熱抵抗層と、
前記発熱抵抗層に接して設けられ、所定の間隔を隔てて設けられる第１および第２の電極配線と、を備え、
前記発熱抵抗素子は、前記発熱抵抗層における前記第１および第２の電極配線の間の領域である請求項１１に記載の素子基板。
【請求項１３】
前記保護層の電位は、前記発熱抵抗素子における前記最大電位と前記最小電位とを平均した平均値の±１０％の範囲に含まれることを特徴する請求項１１または１２に記載の素子基板。
【請求項１４】
電流の供給を切り替える駆動回路と、
前記駆動回路から供給された電流を用いて前記保護層の電位を生成する生成回路と、を有し、
前記生成回路と前記保護層とが前記配線を介して接続されている請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の素子基板。
【請求項１５】
液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子と、
前記発熱抵抗素子を覆う導電性の保護層と、
前記発熱抵抗素子と前記保護層との間に設けられた絶縁層と、
を備える液体吐出ヘッドにおける液体の吐出方法であって、
液体を吐出するために前記発熱抵抗素子の一端と他端との間に電圧が印加された状態で、前記保護層の電位が、前記発熱抵抗素子の前記一端の電位より小さく、かつ前記発熱抵抗素子の前記他端の電位より大きくなるように、前記保護層に電位を付与することを特徴とする液体の吐出方法。
【請求項１６】
前記保護層に接続される配線を有し、前記配線を介して前記保護層に電位を付与することを特徴とする請求項１５に記載の液体の吐出方法。
【請求項１７】
発熱抵抗層と、
前記発熱抵抗層に接して設けられ、所定の間隔を隔てて設けられる第１および第２の電極配線と、を備え、
前記発熱抵抗素子は、前記発熱抵抗層における前記第１および第２の電極配線の間の領域であり、
前記発熱抵抗素子の前記一端は前記領域の前記第１の電極配線側の端部であり、前記発熱抵抗素子の前記他端は前記領域の前記第２の電極配線側の端部である、請求項１５または１６に記載の液体の吐出方法。
【請求項１８】
前記保護層に電位を付与する時間は１度の液体の吐出あたり１ｍｓ以下である、請求項１５ないし１７のいずれか１項に記載の液体の吐出方法。
【請求項１９】
前記保護層の電位は、前記発熱抵抗素子の前記一端の電位と前記他端の電位とを平均した平均値の±１０％の範囲に含まれることを特徴する請求項１５ないし１８のいずれか１項に記載の液体の吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱抵抗素子を備える素子基板および液体の吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置のような液体吐出記録装置では、発熱抵抗素子を用いて液体を吐出する素子基板が使用されることがある。この種の素子基板では、発熱抵抗素子は、液体中でのキャビテーションによる衝撃などの物理的作用や、液体自体による化学的作用を受けることがある。このため、素子基板には、これらの作用から発熱抵抗素子を保護する保護層が設けられることが多い。
通常、保護層は発熱抵抗素子の上に設けられるため、保護層には優れた耐熱性が要求される。このため、保護層としては、耐熱性に優れた金属が使用される。
また、発熱抵抗素子を用いて液体を吐出させるためには、発熱抵抗素子に対して数Ｖから数十Ｖ程度の電圧を印加して液体を発砲させる必要がある。上記のような保護層を備えた素子基板の場合、発熱抵抗素子に対して電圧が印加されると、保護層と液体との間に電位差が発生する。この電位差がある程度以上になると、保護層を形成している金属と液体とが反応し、金属の陽極酸化や金属の液体への溶出などが引き起こされる恐れがある。これに対し、特許文献１には、発熱抵抗素子と保護層との間には、絶縁層が設けられている構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０８００７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、液体吐出装置では、印字の精密化や高速化に伴い、各吐出口から１度に吐出される液体の量を少なくしつつ、短い時間で出来るだけ多くの液体を吐出することが望まれている。そのため、液体吐出装置では、吐出口や発熱抵抗素子の増加や高密度化が進んでいる。
しかしながら、発熱抵抗素子で発生する熱は基板にも伝わるため、多数の発熱抵抗素子が高密度に配置されると、基板の温度が上昇しやすくなる。基板の温度がある程度以上になると、液体の発泡が不安定になるなどして液体の吐出に影響を及ぼす恐れがある。この場合、印字を中断して基板の温度が下がるまで待つ必要があり、記録速度が低下する。
したがって、基板の温度上昇を抑制するために、発熱抵抗素子で発生した熱をできるだけ効率的に液体に伝える必要がある。熱を液体に効率良く伝えるためには絶縁層を薄くすればよいが、絶縁層を薄くすると、絶縁性が低下してしまい、十分な絶縁性が得られなくなる恐れがある。
【０００５】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、絶縁性を確保しつつ薄い絶縁層を用いることが可能な素子基板および液体の吐出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】
【０００６】
本発明による素子基板は、
液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子を備えた基体と、
前記発熱抵抗素子を覆う導電性の保護層と、
前記発熱抵抗素子と前記保護層との間に設けられた絶縁層と、
を有し、
前記発熱抵抗素子の一端と他端との間に電圧が印加された状態で、前記保護層の電位が、前記発熱抵抗素子の前記一端の電位より小さく、かつ前記発熱抵抗素子の前記他端の電位より大きくなるように、前記保護層に電位を付与するための電位付与手段を有することを特徴とする。
また、本発明による液体の吐出方法は、
液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子と、
前記発熱抵抗素子を覆う導電性の保護層と、
前記発熱抵抗素子と前記保護層との間に設けられた絶縁層と、
を備える液体吐出ヘッドにおける液体の吐出方法であって、
液体を吐出するために前記発熱抵抗素子の一端と他端との間に電圧が印加された状態で、前記保護層の電位が、前記発熱抵抗素子の前記一端の電位より小さく、かつ前記発熱抵抗素子の前記他端の電位より大きくなるように、前記保護層に電位を付与することを特徴とする。
【０００７】
上記発明によれば、発熱抵抗素子の発熱時における保護層の電位が、発熱抵抗素子の両端の電位の間の値を有するため、発熱抵抗素子と保護層の間にある絶縁層に印加される電圧を小さくすることが可能になる。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明によれば、絶縁性を確保しつつ薄い絶縁層を用いることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態の素子基板を示す図である。
【図２】比較例の素子基板を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の素子基板を説明するための図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の素子基板を説明するための図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の素子基板を説明するための図である。
【図６】本発明の第５の実施形態の液体吐出ヘッドを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の素子基板の一部である、液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する素子である発熱抵抗素子１０７の周辺部を示す図である。具体的には、図１（ａ）は、本実施形態の素子基板の一部を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）で示した素子基板の切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。図６に示すように素子基板１１は矩形形状であり、素子基板１１には液体を吐出する吐出口と、吐出口に対応して発熱抵抗素子１０７が夫々複数設けられている。
図１に示すように本実施形態の素子基板は、インクなどの液体を吐出するための素子基板であり、基体１０１と、蓄熱層１０２と、発熱抵抗層１０３と、電極配線層１０４と、絶縁層１０５と、保護層１０６とを有する。
基体１０１は、Ｓｉで形成される。基体１０１には、熱を蓄えるための蓄熱層１０２が設けられる。蓄熱層１０２は、熱酸化膜、ＳｉＯ膜およびＳｉＮ膜などで形成される。蓄熱層１０２上には発熱抵抗層１０３が設けられる。発熱抵抗層１０３は、ＴａＳｉＮなどで形成される。
発熱抵抗層１０３上には、発熱抵抗層１０３に電圧を印加する電極として機能する電極配線層１０４が設けられる。電極配線層１０４は、Ａｌ、Ａｌ−ＳｉまたはＡｌ−Ｃｕのような金属材料で形成される。電極配線層１０４は、不図示の駆動回路や電源配線と接続され、外部から電力が供給される。
電極配線層１０４の一部が除去されることでギャップが形成され、そのギャップが形成された箇所の発熱抵抗層１０３の領域が、液体を加熱して吐出するために利用される熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子１０７として形成される。つまり電極配線層１０４は所定の間隔を隔てて設けられた第１および第２の電極配線を有しており、発熱抵抗層１０３のうち、対となる電極配線層１０４（第１および第２の電極配線）の間の領域が発熱抵抗素子１０７として機能する部分である。なお、図１に示す構成では、発熱抵抗層１０３上に電極配線層１０４が配置されているが、電極配線層１０４上に発熱抵抗層１０３が配置される構成でもよい。この場合、電極配線層１０４は基体１０１または蓄熱層１０２の上に配置され、電極配線層１０４の一部が除去されることでギャップが形成され、そして、そのギャップが形成された電極配線層１０４の上に発熱抵抗層１０３が形成される。このとき、ギャップ上に形成された発熱抵抗層１０３の領域が発熱抵抗素子となる。
発熱抵抗層１０３および電極配線層１０４の上には、絶縁性を有する絶縁層１０５が発熱抵抗層１０３を覆うように設けられる。絶縁層１０５は、例えば、ＳｉＯ膜またはＳｉＮ膜などで形成される。
絶縁層１０５上には、液体のキャビテーションによる衝撃のような物理的作用や、液体自体による化学的作用などの作用から発熱抵抗素子１０７を保護する保護層１０６が絶縁層１０５を覆うように設けられる。保護層１０６は、導電性を備え、Ｔａ、または、ＩｒおよびＲｕなどの白金族のような化学的な作用に対する耐性が強い物質で形成される。
【００１１】
本実施形態では、インクを吐出するために発熱抵抗素子１０７に電圧を印加するタイミングに対応して保護層１０６に電圧が印加される。この電圧により、絶縁層１０５に印加される電圧を軽減することが可能になる。したがって、絶縁性確保しつつ絶縁層１０５を薄くすることが可能になり、発熱抵抗素子１０７で発生した熱を効率的に液体に伝えることが可能になる。
具体的には、保護層１０６に印加する電圧は、保護層１０６に電圧を印加した際に保護層１０６の電位が、インクを吐出するために電圧が印加された発熱抵抗素子１０７の両端の電位の間の値を有するように設定される。つまり保護層１０６の電位が、発熱抵抗素子１０７の一端側の電位より大きく、他端側の電位より小さくなるように保護層１０６に電圧を印加する。発熱抵抗素子１０７の両端の電位は、第１および第２の電極配線の間の領域の第１の電極配線側の端部における電位と、その領域の第２の電極配線層側の端部における電位である。
なお、保護層１０６に上述の値の電位を付与するための電位付与手段の具体的な構成については後述の実施形態で説明するが、本発明は後述の実施形態の構成に限定されるものではない。すなわち、上述のように保護層１０６の電位が発熱抵抗素子１０７の両端の間の電位となるように保護層１０６に電圧を印加すればよい。
また、保護層１０６に電圧を印加する期間は、保護層１０６での陽極酸化の発生を抑制するために、１度の液体の吐出当たり１ｍｓ以下に抑えたほうが好ましい。より好ましくは発熱抵抗素子１０７の発熱時、つまり、発熱抵抗素子１０７に電圧を印加する期間程度とする。
発熱抵抗素子１０７に電圧が印加されることで液体が加熱される時間は、通常、１回あたり１０μｓ以下または数μｓ以下である。一方、保護層１０６に電圧が印加されてから保護層１０６に電気化学反応が発生して保護層１０６の陽極酸化が始まるまでには、数ｍｓほどの時間がかかる。このため、保護層１０６への電圧の印加期間が１ｍｓ以下であれば陽極酸化の発生は抑制できる。より好ましくは、保護層１０６への電圧の印加を、発熱抵抗素子１０７に電圧を印加する期間と同等とすることで、保護層１０６の陽極酸化を抑えつつ絶縁層１０５にかかる電圧を軽減することが可能になる。
【００１２】
なお、基体１０１上には半導体プロセスによって様々な回路を形成することができ、それらの回路を形成する過程で蓄熱層１０２が形成されることもある。また、基体１０１上の回路構成（例えば、配線層の数など）や、発熱抵抗素子１０７の構成や形状などは適宜設定可能である。
【００１３】
（第２の実施形態）
先ず、本実施形態と比較例との差異がより明確となるように、比較例について説明する。図２は、比較例の素子基板を説明するための図である。
図２（ａ）は、比較例としての発熱抵抗素子１０７’を有する回路の回路図である。図２（ａ）に示すように、発熱抵抗素子１０７’の一端は接地され、発熱抵抗素子１０７’の他端はドライバ２０１と接続される。
ドライバ２０１は、発熱抵抗素子１０７’への電流の供給を制御する。具体的には、ドライバ２０１は、駆動しているＯＮ状態の場合、発熱抵抗素子１０７’に電流を供給し、停止しているＯＦＦ状態の場合、発熱抵抗素子１０７’への電流を停止する。
図２（ｂ）は、比較例の素子基板の断面図である。図２（ｂ）に示すように、比較例の素子基板では、基体１０１’上に、蓄熱層１０２’、発熱抵抗層１０３’、電極配線層１０４’、絶縁層１０５’、保護層１０６’の順序で積層されている。保護層１０６’は、一見すると図２（ａ）に示すように接地されていないように見えるが、実際には、保護層１０６’上を満たしている液体を経由して接地されている。
図２（ｃ）は、ドライバ２０１がＯＮ状態とＯＦＦ状態の場合における発熱抵抗層１０３’および保護層１０６’の電位を示す。
ドライバ２０１がＯＦＦ状態の場合、発熱抵抗層１０３’および保護層１０６’の電位は、発熱抵抗素子１０７’に電流が流れないため、ライン「１０３’／１０６’ＯＦＦ」で示されているように接地電位ＧＮＤとなる。一方、ドライバ２０１がＯＮ状態の場合、発熱抵抗層１０３’の電位は、ライン「１０３’ＯＮ」で示されているように発熱抵抗素子１０７’の正極側から負極側へ向かって低くなる。具体的には、発熱抵抗素子１０７’の正極側における発熱抵抗層１０３’の電極電位Ｖｈは、電源電位の付近まで上昇するが、発熱抵抗素子１０７’の負極側における発熱抵抗層１０３’の電極電位Ｖｇは、ＯＦＦ状態の場合とあまり変化しない。保護層１０６’の電位は、ライン「１０６’ＯＮ」で示されているように、ＯＮ状態でもＯＦＦ状態でも接地電位ＧＮＤとなる。このため、絶縁層１０５’に印加される電圧の最大値は、電極電位Ｖｈ−接地電位ＧＮＤとなる。
【００１４】
図３は、本実施形態の素子基板を説明するための図である。
図３（ａ）は、本実施形態の発熱抵抗素子１０７を有する回路の回路図である。図３（ａ）に示すように、発熱抵抗素子１０７の一端は接地され、発熱抵抗素子１０７の他端はドライバ３０１と接続される。ドライバ３０１は、保護層１０６および発熱抵抗素子１０７に流れる電流の供給を制御する駆動回路である。
図３（ａ）の例では、ドライバ３０１は、ｎＭＯＳトランジスタで構成されている。このｎＭＯＳのドレインは、発熱抵抗素子１０７を介して接地配線に接続され、ソースは、外部から電力が供給される電源配線に接続される。したがって、電源配線に対して、ドライバ３０１を構成するＭＯＳトランジスタ、発熱抵抗素子１０７、接地配線の順に直列に接続されている。また、ドライバ２０１は、駆動しているＯＮ状態（ゲートがハイレベルの状態）の場合、発熱抵抗素子１０７に電流を供給し、停止しているＯＦＦ状態（ゲートがローレベルの状態）の場合、発熱抵抗素子１０７への電流を停止する。
また、図３（ａ）で示す本実施形態では、図２（ａ）で示した比較例とは異なり、発熱抵抗素子１０７とドライバ３０１との間で配線が分岐して分圧抵抗３０２を介して接地されている。分圧抵抗３０２は、保護層１０６の電位を生成する生成回路（電位付与手段）の一例である。分圧抵抗３０２は、分圧抵抗３０２ａおよび３０２ｂが直列に接続された構成を有しており、分圧抵抗３０２ａおよび３０２ｂの間で分岐した接続配線１０８を介して保護層１０６に接続されている。これにより、ドライバ３０１であるＭＯＳトランジスタと発熱抵抗素子１０７との間から分岐した接続配線１０８が分圧抵抗３０２を介して保護層１０６に接続される。
【００１５】
図３（ｂ）および図３（ｃ）は、ドライバ３０１がＯＮ状態とＯＦＦ状態の場合における発熱抵抗層１０３および保護層１０６の電位を示す。
ドライバ３０１がＯＦＦ状態の場合、発熱抵抗層１０３および保護層１０６の電位は、発熱抵抗素子１０７および分圧抵抗３０２に電流が流れないため、ライン「１０３／１０６ＯＦＦ」で示すように接地電位ＧＮＤとなる。
一方、ドライバ３０１がＯＮ状態の場合、発熱抵抗層１０３の電圧は、ライン「１０３ＯＮ」で示されているように、発熱抵抗素子１０７の正極側から負極側へ向かって低くなる。具体的には、発熱抵抗素子１０７の正極側における発熱抵抗層１０３の電極電位Ｖｈは、電源電位の付近まで上昇するが、発熱抵抗素子１０７の負極側における発熱抵抗層１０３の電極電位Ｖｇは、ＯＦＦ状態の場合とあまり変化しない。保護層１０６の電位は、ライン「１０６ＯＮ」に示されているように、分圧抵抗３０２ａの抵抗値と分圧抵抗３０２ｂの抵抗値の比に応じた電位Ｖ１になる。このとき、絶縁層１０５に印加される電圧の最大値は、Ｖｈ−Ｖ１およびＶ１−Ｖｇの大きい方となり、いずれの場合でも、比較例よりも小さくなる。このように発熱抵抗素子１０７に電圧を印加して加熱する際に、発熱抵抗素子１０７の最大電位（Ｖｈ）と最小電位（Ｖｇ）との間の電位となるように絶縁層１０５に電圧を印加する。
絶縁層１０５の絶縁耐圧は膜厚に比例して大きくなるが、本実施形態では、絶縁層１０５に印加される電圧の最大値が比較例と比べて小さいので、絶縁層の膜厚を薄くして絶縁層１０５の絶縁耐圧を小さくしても絶縁性を維持することが可能になる。したがって、絶縁層の膜厚を薄くすることが可能になり、発熱抵抗素子１０７で発生した熱を効率良く液体に伝えることが可能になる。さらに基体１０１に伝わる熱を少なくすることが可能になるため、基体１０１の温度上昇による弊害を軽減することが可能になる。
また、分圧抵抗３０２に電流が多く流れると、電極電圧ｖｈの変動が大きくなってしまう。このため、分圧抵抗３０２は発熱抵抗素子１０７の抵抗値より大きな抵抗値を有することが好ましく、発熱抵抗素子１０７の抵抗値の１００倍以上の抵抗値を有することがより好ましい。また、分圧抵抗３０２ａと分圧抵抗３０２ｂの抵抗値は互いに等しいことが望ましい。
【００１６】
以上説明した素子基板を用いて液体を吐出するためには、通常、発熱抵抗素子１０７を短時間で急激に発熱させ、膜沸騰を用いて液体内に泡を形成している。このため、ドライバ３０１は発熱抵抗素子１０７にパルス電圧が印加されるように駆動する。
パルス電圧の幅は、１０μｓ以下であることが好ましく、３μｓ以下であることがより好ましい。また、パルス電圧の高さは１０Ｖ〜５０Ｖであることが好ましく、２０Ｖ〜３５Ｖであることがより好ましい。このとき、ドライバ３０１がＯＮ状態の場合における保護層１０６の電位、つまり発熱抵抗素子１０７の発熱時における保護層１０６の電位は、発熱抵抗素子の両端の電位ＶｈおよびＶｇの間の値を有することが好ましい。さらに言えば、発熱抵抗素子１０７の発熱時における保護層１０６の電位は、電極電圧ＶｈおよびＶｇの平均値を中心とし、その平均値（平均電位）の±１０％の範囲内の値を有することがより好ましい。絶縁層１０５の膜厚は、薄すぎると、絶縁層１０５にピンホールが形成されるなどの不具合が発生する恐れがある。このため、絶縁層１０５の膜厚は、５ｎｍ〜５００ｎｍ程度であることが好ましく、１０ｎｍ〜３００ｎｍであることがより好ましく、１０ｎｍ〜２００ｎｍであることがさらに好ましい。
図３（ｄ）は、発熱抵抗素子１０７にパルス電圧が印加された場合における、発熱抵抗素子１０７の電極電位Ｖｈの時間変化ｆVhと保護層１０６の電位Ｖ１の時間変化ｆV1を示す。
発熱抵抗素子１０７の電極電位Ｖｈと保護層１０６の電位Ｖ１の電位差が絶縁層１０５に印加される電圧となるため、この電位差が常に絶縁層１０５の絶縁耐圧以下になるように構成される必要がある。
電極電圧Ｖｈの立ち上がり開始時刻から電圧Ｖ１の立ち上がり開始時刻までの時間ｔ１は、０以上が好ましい。また、電圧Ｖ１が最大電圧に到達した時刻から電極電圧Ｖｈが最大電圧に到達した時刻までの時間ｔ２は、０以上が好ましい。つまり、電極電圧Ｖｈの立ち上がり開始時刻は、電圧Ｖ１の立ち上がり開始時刻と同じ、または、その開始時刻よりも早いことが好ましい。また、電圧Ｖ１が最大電圧に到達した時刻は、電極電圧Ｖｈが最大電圧に到達した時刻と同じ、またはその時刻よりも早いことが好ましい。
【００１７】
以上説明した本実施形態では、ドライバ２０１は、ｎＭＯＳトランジスタで構成され、ドレインが発熱抵抗素子１０７を介して接地された構成を有している。本構成は好ましい構成ではあるが、本発明は本構成に限るものではない。例えば、ドライバ２０１は、ｐＭＯＳトランジスタからなり、そのソースが接地されている構成でもよい。
【００１８】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態の素子基板を説明するための図である。
図４（ａ）は、本実施形態の発熱抵抗素子１０７を有する回路の回路図である。図４（ａ）に示すように、本実施形態の素子基板は、駆動回路として、ドライバ３０１とは別の保護層用ドライバ４０１をさらに有する。本実施形態では、ドライバ３０１は、発熱抵抗素子１０７への電流の供給を制御し、保護層用ドライバ４０１は、保護層１０６への電流の供給を制御する。
図４（ａ）の例では、保護層用ドライバ４０１の一端は、ドライバ３０１を経由せずに電源配線に接続され、他端は、分圧抵抗３０２を介して接地される。保護層用ドライバ４０１はドライバ３０１とは独立しているため、保護層用ドライバ４０１の状態は発熱抵抗素子１０７の電圧に影響を及ぼさない。このため、保護層用ドライバ４０１は、分圧抵抗３０２の電位を自由に設定することができる。また、保護層用ドライバ４０１を駆動するタイミングを調整することで、絶縁層１０５に印加される電圧を制御することができる。
なお、本実施形態では、保護層用ドライバ４０１は、ｎＭＯＳトランジスタで構成される。このｎＭＯＳトランジスタのドレインは、分圧抵抗３０２を介して接地配線と接続され、そのソースは、電源配線と接続される。したがって、電源配線に対して、保護層用ドライバ４０１を構成するＭＯＳトランジスタ、分圧抵抗３０２、接地配線の順に直列に接続されている。なお、保護層用ドライバ４０１は、ｐＭＯＳトランジスタからなり、そのソースが接地されている構成でもよい。また、保護層用ドライバ４０１は、駆動しているＯＮ状態（ゲートがハイレベルの状態）の場合、保護層１０６に電流を供給し、停止しているＯＦＦ状態（ゲートがローレベルの状態）の場合、保護層１０６への電流を停止する。
【００１９】
図４（ｂ）は、本実施形態の発熱抵抗素子１０７の平面図である。図４（ｂ）に示すように複数の発熱抵抗素子１０７の絶縁層１０５および保護層１０６が共通化され、保護層１０６はスルーホール４０２を用いて１つの保護層用ドライバ４０１と接続されている。これにより、複数の発熱抵抗素子１０７の保護層１０６の電圧を同時に変化させることができる。これにより、分圧抵抗３０２の数を少なくすることが可能になり、素子基板全体で消費する電流を大きく削減することが可能になる。さらに、分圧抵抗３０２を形成する面積を削減することが可能になるため、素子基板を小さくすることが可能になる。
このとき、１つの保護層用ドライバ４０１に接続されている保護層１０６に対応する複数の発熱抵抗素子１０７が常に同時に動作するとは限らない。発熱抵抗素子１０７のドライバ２０１がＯＮ状態の場合、発熱抵抗素子１０７の発熱抵抗層１０３の電位は、図４（ｄ）のライン「１０３ＯＮ」で表される。一方、発熱抵抗素子１０７のドライバ２０１がＯＦＦ状態の場合、発熱抵抗素子１０７の発熱抵抗層１０３の電位は、ライン「１０３／１０６ＯＦＦ」で表される。上記の複数の発熱抵抗素子１０７の中に、この２つの状態に対応する発熱抵抗素子１０７が混在していても、保護層１０６の電位が電極電圧ＶｈとＶｇの間にあれば、絶縁層１０５にかかる電圧は比較例よりも大きく低減することができる。
【００２０】
図４（ｅ）は、図３（ｄ）と同様に、発熱抵抗素子１０７にパルス電圧が印加された場合における、発熱抵抗素子１０７の電極電位Ｖｈと保護層１０６の電位Ｖ１の時間的な変化を示す。上述の実施形態と同様に、電極電圧Ｖｈの立ち上がり開始時刻から電圧Ｖ１の立ち上がり開始時刻までの時間ｔ１は、０以上が好ましい。また、電圧Ｖ１が最大電圧に到達した時刻から電極電圧Ｖｈが最大電圧に到達した時刻までの時間ｔ２は、０以上が好ましい。
また、本実施形態では、保護層１０６の電位Ｖ１は発熱抵抗素子１０７の電極電位Ｖｈとは独立して制御されるため、保護層１０６に印加するパルス電圧のパルス幅ｔ３を長くすることが可能である。しかしながら、このパルス幅ｔ３が長いほど、保護層１０６に電圧を印加する印加時間が長くなることを意味するため、保護層１０６の陽極酸化が進行する恐れがある。このため、パルス幅ｔ３は、１００μｓ以下が好ましく、２〜５μｓがさらに好ましい。
また本実施形態においては、保護層１０６に印加される電圧とその電圧の印加方法を変更すれば、保護層１０６上のコゲを意図的に溶出させたりすることも可能になる。この場合、保護層１０６に対して、上記のパルス電圧を印加する電極とは別に、負の電位を印加するための電極を設けることで、保護層１０６に電流を流れやすくすることが好ましい。
【００２１】
（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態の素子基板を説明するための図である。
図５（ａ）は、本実施形態の発熱抵抗素子１０７を有する回路の回路図である。図５（ａ）に示すように、本実施形態では、発熱抵抗素子１０７から分岐した接続配線１０９が保護層１０６に接続され、保護層１０６に印加する電圧が発熱抵抗素子１０７から直接取り出されている。このとき、接続配線１０９が保護層１０６の電位を生成する生成回路（電位付与手段）として機能する。
図５（ｂ）は、本実施形態の発熱抵抗素子１０７の平面図である。図５（ｂ）に示されたように、発熱抵抗素子１０７間の発熱抵抗層１０３を用いて接続配線１０８を形成し、さらに絶縁層１０５にスルーホール５０１を設けて接続配線１０９を保護層１０６と接続する。この場合、発熱抵抗層１０３および保護層１０６の電位は、図５（ｃ）に示すように第２の実施形態と同様となる。
本実施形態では、保護層１０６に印加する電位を生成するために分圧抵抗３０２を設ける必要がない。このため、薄い絶縁層を用いても十分な絶縁性を得ることを、簡単な回路で実現することができるため、液体を吐出する吐出口を多数かつ高密度に配置する素子基板に好適である。なお、素子基板に形成される回路の抵抗値を調整しなくても、接続配線１０９として利用する発熱抵抗層１０３を選択することで、保護層１０６の電位を調整することができる。
【００２２】
（第５の実施形態）
本実施形態では、第１〜第４の実施形態で説明した素子基板を備えた液体吐出ヘッドの一例について説明する。
図６は、本実施形態の液体吐出ヘッド１を示す斜視図である。具体的には、図６（ａ）は、液体吐出ヘッドの分解斜視図であり、図１（ａ）に示す液体吐出ヘッドの各部品を組み立てた斜視図である。図１に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッド１は、素子基板１１と、電気配線基板１２と、筐体１３とを有する。
素子基板１１は、第１〜第４の実施形態で説明した素子基板のいずれかである。電気配線基板１２は、素子基板１１と電気的に接続される複数のリード端子１４と、液体吐出ヘッドが搭載される記録装置の電極端子と接続される複数の端子（図示せず）を有する。リード端子１４は、ドライバ３０１や保護層用ドライバ４０１を駆動するための駆動信号や駆動電力を素子基板１１に伝送する。
筐体１３には、素子基板１１を支持する支持部１５が設けられている。支持部１５は、凹部で形成され、その底部に素子基板１１が固定される。また、支持部１５である凹部の開口端を囲むように接合面１６が備わっており、接合面１６に電気配線基板１２が接合される。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明これらに限定されない。
［実施例１］
図３で示した第２の実施形態の素子基板を以下のように作成した。
先ず、基体１０１にドライバ３０１および分圧抵抗３０２を予め形成した。分圧抵抗３０２としては拡散抵抗を用いた。この基体１０１に対して、熱酸化法、スパッタ法およびＣＶＤ法などを用いて、ＳｉＯからなる蓄熱層１０２を形成した。その後、フォトリソグラフィ法によるドライエッチングを用いて、基体１０１に形成した回路と発熱抵抗層１０３および電極配線層１０４とを接続するスルーホールを形成した。なお、蓄熱層１０２はドライバ２０１の製造プロセス中に形成することも可能である。
続いて、反応性スパッタ法を用いて、蓄熱層１０２上にＴａＳｉＮ等の発熱抵抗層１０３を約５０ｎｍの厚さに形成し、さらにスパッタ法を用いて、電極配線層１０４となるＡｌ層を約１５０ｎｍの厚さに形成した。その後、フォトリソグラフィ法によるドライエッチング（リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ））を用いて、発熱抵抗層１０３および電極配線層１０４に対して同時にパターニングを行った。
そして、発熱抵抗素子１０７を形成するために、フォトリソグラフィ法によるウエットエッチングを用いて電極配線層１０４を部分的に除去し、その除去した部分の発熱抵抗層１０３を露出させる。このとき、電極配線層１０４の端部における絶縁層１０５のカバレッジ性を良好なものとするため、電極配線層１０４の端部が適切なテーパ形状となる公知のウエットエッチングを用いることが好ましい。
次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、絶縁層１０５としてＳｉＮ膜を約１５０ｎｍの厚みに形成した。その後、フォトリソグラフィ法によるドライエッチングを用いて、保護層１０６と電極配線層１０４とを電気的に接触させるためのスルーホールを形成した。これにより絶縁層１０５が部分的に除去され、その除去された部分の電極配線層１０４が露出された。
その後、スパッタ法を用いて、絶縁層１０５の上に保護層１０６としてＴａ層を約２００ｎｍ形成した。そして、フォトリソグラフィ法によるドライエッチングを用いて保護層１０６を部分的に除去し、図１（ａ）に示したような保護層１０６のパターンを形成した。
次に、フォトリソグラフィ法によるドライエッチングを用いて保護層１０６を部分的に除去し、その除去した部分の電極配線層１０４を露出させ、外部と接続するための接続電極を形成した。
【００２４】
本実施例では、発熱抵抗素子１０７の抵抗値が５００Ωとなるように、発熱抵抗層１０３のシート抵抗と発熱抵抗素子１０７の形状を決定した。これに対して、分圧抵抗３０２ａおよび３０２ｂの抵抗値は２５ｋΩとした。これにより分圧抵抗３０２に流れ込む電流は、発熱抵抗素子１０７に流れ込む電流の１％となり、発熱抵抗素子１０７に流れ込む電流の変動を十分に抑えることができた。
このように形成した素子基板を用いて、発熱抵抗素子１０７に高さ２４Ｖ、パルス幅１．０μｍのパルス電圧を印加した。
比較例の絶縁層の膜厚は約３００ｎｍであったが、上記のような発熱抵抗素子１０７に印加することで、絶縁層１０５に印加される電圧が比較例の約半分となるため、絶縁層１０５の膜厚の半分である１５０ｎｍとしても、十分な絶縁性が得られた。
【００２５】
［実施例２］
本実施例では、図４で示した第３の実施形態の素子基板を作成した。
基本的には、実施例１で説明した製造方法と同様の方法で作成した。発熱抵抗素子１０７および分圧抵抗３０２の抵抗値も、実施例１と同様である。
本実施形態の場合、電源電圧を３２Ｖとすると、一つの分圧抵抗３０２を流れる電流は０．６４ｍＡとなる。本実施例では、発熱抵抗素子１０７を８個ずつ１２８のグループに分けて。グループごとに保護層用ドライバ４０１を配置した。この場合、８個の発熱抵抗素子が１つの保護層用ドライバ４０１で駆動することとなり、実施例１と比べて最大消費電流が４．４８ｍＡ減少した。
【００２６】
［実施例３］
本実施例では、図５で示した第４の実施形態の素子基板を作成した。
基本的には、実施例１で説明した製造方法と同様の方法で作成した。本実施例では、実施例１および２のような新たな素子がないため、基体１０１のサイズを従来技術から変更することなく素子基板を形成することができた。
【００２７】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
例えば、第３の実施形態以外の実施形態においても、複数の発熱抵抗素子１０７の絶縁層１０５および保護層１０６は、それぞれ共通して設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１      液体吐出ヘッド
１０１  基体
１０３  発熱抵抗層
１０６  保護層
１０７  発熱抵抗素子
１０８、１０９  接続配線
３０１  ドライバ
４０１  保護層用ドライバ
【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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