(57)【要約】【課題】発熱素子への電源配線が、配線幅の微細化にともない、配線の加工精度のバラツキが相対的に大きくなってきている。【解決手段】複数の発熱素子１２と、複数の群に分けられた複数の発熱素子の各発熱素子群の一方の端部に共通接続されたブロック配線１−１〜１−ｎと、を有する回路が、基板上に設けられた回路基板において、ブロック配線の少なくとも一部が、回路基板上の端子から一端、２本以上の配線に分離したのち合流して該発熱素子群へ電気的に接続されている。回路基板の発熱素子１２により発生した熱を利用して液体を吐出させて液体吐出装置を構成する。【選択図】図１
2009262486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発熱素子と、複数の群に分けられた前記複数の発熱素子の各発熱素子群の一方の端部に共通接続された配線と、を有する回路が、基板上に設けられた回路基板において、
前記配線の少なくとも一部が、前記基板上の端子から一端、２本以上の配線に分離したのち合流して前記発熱素子群へ電気的に接続されていることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載の回路基板において、複数の前記発熱素子群にそれぞれ接続される複数の前記配線のうち、長さの最も短い配線の配線長をＬとしたとき、他の配線の配線長を（ｎ×Ｌ）（ｎは２以上の自然数）、分離する配線の数をｎ本とすることを特徴とする回路基板。
【請求項３】
前記複数の発熱素子の他方の端部はスイッチ素子に接続されていることを特徴とする回路基板。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の回路基板を備え、該回路基板の発熱素子により発生した熱を利用して液体を吐出させる液体吐出装置において、
前記発熱素子に対応して設けられた、前記液体の吐出口と、前記発熱素子上に前記液体を供給する流路とを備えた溝付き部材と、
前記回路基板に電源電圧を供給するための電源回路と、
を有することを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子が複数設けられた回路基板に関する。特に、電気エネルギーを発熱素子により熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーを利用して液体を吐出する液体吐出装置用の回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、インクジェットヘッドを例にあげて、従来の回路基板を説明する。
【０００３】
インクジェット記録装置では、インクを微小な液滴として吐出口から被記録部材に吐出することにより画像を記録できる。その原理を説明すると、電気エネルギーを発熱素子により熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーでインク中に気泡を発生させる。その気泡の作用により液体吐出ヘッドの先端部にある吐出口から液滴が吐出され、被記録部材に付着して画像が記録される。したがって、このような液体吐出ヘッドは、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱素子が複数設けられた回路基板を有している。
【０００４】
具体的には、絶縁性表面上に抵抗層、電極材料層が形成された後、電極材料層の一部が取り除かれて一対の電極が形成され、その電極の間が発熱部となる。その後、これらをインクから保護するための保護層と、発熱に伴う化学的或いは物理的なダメージから保護層を保護するための耐キャビテーション膜が形成される。
【０００５】
液体吐出装置用の回路基板は、上述したような発熱素子を高密度で複数有し、画像の記録を可能としている。そして、各発熱素子は、発熱素子を流れる電流をオンオフ制御するパワートランジスタ（不図示）とそれぞれ直列に接続されている。また、回路基板の上には吐出口が形成され、液体吐出装置となる。
【０００６】
近年、上述した各発熱素子について、各発熱素子間のピッチを狭め、小液滴で、高密度印刷をすることが求められてきている。このため、発熱素子及びパワートランジスタを含めた駆動回路の微細化と、発熱素子数の増大化が進む傾向にある。
【０００７】
図８〜図１０を用いて従来の回路基板の構成を示す。図８は特許文献１の第１図に記載された回路基板の回路図である。発熱素子Ｒ１〜Ｒ１２８の一方の端部はそれぞれダイオードを介してブロックごとにブロック配線に接続される。そして、ブロック配線はデジット端子（電源端子）ＤＧ０〜ＤＧ１５に接続される。発熱素子Ｒ１〜Ｒ１２８の他方の端部はブロックごとにセグメント端子Ｓｅｇ０〜Ｓｅｇ７に接続される。
【０００８】
ところで、図８に示すようなブロック配線は、電源端子からの距離が各ブロックで異なるために、各ブロック配線距離にあわせて配線幅を調整し、各ブロックの配線抵抗が同一となるようにする（図９）。
【特許文献１】特開平２−２１７２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、最小線幅が細くなるに従い、最小線幅を多用しているブロック配線においては、配線抵抗値が加工バラツキにより大きく変動するようになる。一方、最小線幅よりもはるかに大きい線幅しか用いないブロック配線においては、加工バラツキがあっても配線抵抗値の変動が少ない。このため、各ブロック配線間での加工バラツキによって、配線抵抗値が異なり、発熱素子に同一の電圧を印加して加熱させた際の電流値が異なり、発熱温度にバラツキが生じるという問題が発生する（図１０）。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題を鑑み、加工バラツキがあっても、ブロック間での抵抗値のバラツキを抑制できる回路基板を提供することにある。また他の目的は、発熱素子に同一の電圧を印加して加熱させた際に、発熱温度が一定となる品質の高い液体を吐出する液体吐出装置用の回路基板を提供することにある。  
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の回路基板は、複数の発熱素子と、複数の群に分けられた前記複数の発熱素子の各発熱素子群の一方の端部に共通接続された配線と、を有する回路が、基板上に設けられた回路基板において、
前記配線の少なくとも一部が、前記基板上の端子から一端、２本以上の配線に分離したのち合流して前記発熱素子群へ電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
また本発明の液体吐出装置は、上記回路基板を備え、該回路基板の発熱素子により発生した熱を利用して液体を吐出させる液体吐出装置において、
前記発熱素子に対応して設けられた、前記液体の吐出口と、前記発熱素子上に前記液体を供給する流路とを備えた溝付き部材と、
前記回路基板に電源電圧を供給するための電源回路と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低コストで、かつ、発熱素子に同一の電圧を印加して加熱させた際に、発熱温度をほぼ一定とすることができる。本発明の回路基板を液体吐出装置用の回路基板として用いた場合には、品質の高い液体を吐出する液体吐出装置を提供することが可能となる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係わる回路基板のうち、ブロック配線部を抜き出した概略図である。
【００１５】
回路基板は、基板の絶縁性表面上にＴａＳｉＮ，ＴａＮ等の抵抗層、Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等の電極材料層を形成した後、電極材料層の一部を取り除き一対の電極が形成されて作製される。そして、これらの電極の間が発熱部となり、発熱素子となる。絶縁性表面を有する基板は例えば、Ｓｉ基板を熱酸化してＳｉＯ２膜を形成することで構成することができる。発熱素子に接続されるトランジスタ等のスイッチ素子はＳｉ基板に形成される。
【００１６】
電源配線となるブロック配線は1-1〜1-nまでｎ本（ｎは２以上の自然数）設けられている。そして、各ブロック配線にはそれぞれ、発熱素子群を構成する複数の発熱素子１２と複数の発熱素子１２にそれぞれ接続される複数のスイッチ素子１１が接続されている。ここでは、GND側の配線の詳細については省略した。ＧＮＤ配線は共通配線としてもよいが、ブロック配線1-1〜1-nと同様な構成のブロック配線としてもよい。低電位側はＧＮＤでなくても固定電位であればよい。
【００１７】
第１のブロック配線1-1は電源端子から発熱素子端部までの配線１３の長さ（配線長Ｌ）が200μｍあり、配線幅2μｍの配線が１本で接続されている。また、第nのブロック配線1-nは電源端子から発熱素子端部までの距離が（200×ｎ）μｍである。そして、第nのブロック配線1-nは配線長（200×ｎ）μｍ、配線幅２μｍの配線がｎ本並列に接続されている。ここでは図示してないが、第ｋ（＜１ｋ＜ｎ）のブロック配線1-ｋは配線長（200×ｋ）μｍ、配線幅２μｍの配線がｋ本並列に接続されている。
【００１８】
図２は図１の構成を電気回路図として示した。各ブロックに接続させている発熱素子のうち、発熱素子１つの抵抗をr(Ω)とし、ブロック配線のうち第１のブロック配線の配線長（Ｌ）200μｍ、配線幅2μｍの配線抵抗値をR1（Ω）とした。また、各スイッチ素子のon抵抗および、発熱素子端部での配線抵抗は十分小さく無視できるものとした。
【００１９】
電源電圧VH（V）とし、第１のブロック配線のうち、１つの発熱素子を駆動させたときの電流値をI1とすると、
I1=VH/(r+R1)
と記載できる。
【００２０】
また、第nのブロック配線1-nの配線抵抗値Rnは、
【００２１】
（数１）
n
1/Rn=  Σ(1/（ｎ・R1)=1/R1
1
と記載できる。つまり、１本の配線が配線抵抗Ｒ１・ｎであり、これがｎ本並列に接続されて、第ｎのブロック配線１−ｎが構成されており、第１のブロック配線１−１と同じ配線抵抗値Ｒ１となっている。
【００２２】
また、第ｎのブロック配線について同様に１つの発熱素子を駆動させた場合の電流値In（A）は、
In＝VH/(r+Rn)＝VH(r+R1)=I1
となる。
【００２３】
このため、どのブロックにおいても一つの発熱素子を駆動させた場合に流れる電流は同じになる。
【００２４】
次に、図１のブロック配線において、配線加工のバラツキが起き、設計上の最小線幅2μｍが2.5μｍとなった例について述べる。
【００２５】
このとき、第１のブロック配線の配線長200μｍ、配線幅2.5μｍの配線抵抗値R1’（Ω）は、
R1’＝2/2.5 R1=0.8R1
となる。第１のブロック配線と接続される、１つの発熱素子を駆動させたときの電流値I1’（A）は、
I1’=VH/(r+R1’)= VH/(r+0.8R1)
となる。
【００２６】
また、第ｎのブロック配線の配線抵抗値Ｒｎ’は、第１のブロック配線１−１と同じ配線抵抗値Ｒ１’となる。第nのブロック配線と接続される、１つの発熱素子を駆動させたときの電流値In’（A）は、
In’=VH/(r+Rn’)= VH/(r+R1’)=VH/(r+0.8R1)=I1’
となる。配線幅が変動しても、このため、どのブロックにおいても一つの発熱素子を駆動させた場合に流れる電流は同じになる。
【００２７】
本実施形態では、最小線幅を2μｍ、ブロック配線の長さを200μｍの倍数としたが、最小線幅、ブロック配線の長さを規定するものでないことは言うまでもない。
【００２８】
第ｎのブロック配線の配線長を（200×ｎ）μｍ、配線本数（ｎ／２）本、配線幅2μｍの配線が並列に発熱素子端部まで接続されている例について説明する。第１のブロック配線は同様に、配線長200μｍ、配線幅2μｍの配線抵抗をR1（Ω）とした。
【００２９】
第ｎのブロック配線の配線抵抗値ＲｎがＲ１となるためには第ｎのブロック配線の１本の配線抵抗値をＲとすると、
【００３０】
（数２）
n/2
1/Rn=  Σ(1/（ｎ・R1)=1/2R1
1
となり、配線抵抗値ＲｎはＲ１の倍となることが分かる。しかし、第ｎのブロック配線の配線が１本な場合には配線抵抗値はｎ・Ｒ１となるので、ｎ＞３であれば、並列接続する配線本数を減らしてもブロック配線の配線抵抗値を小さくできることが分かる。
【００３１】
図３、図４は本実施形態の回路基板の構成例を示す図である。図３及び図４において、２０は表面にＳｉＯ２が形成されたＳｉ基板、２１はＧＮＤ端子となる共通配線用端子、２２はスイッチとなるトランジスタを含む駆動部である。この駆動部はＳｉ基板に形成される。駆動部により必要な発熱素子に電流が流れるようになっている。また、２３は電源端子となるブロック配線用端子、２４，２５はブロック配線（ここでは、両端のブロック配線のみを図示している）、２６は発熱素子である。ブロック配線端子にはブロック配線が共通接続されている。また、各ブロック配線は発熱素子群の一方の端部に共通接続されている。図３及び図４に示すように、基板上のブロック配線用端子２３から一端、２本以上の配線に分離したのち合流して発熱素子群へ電気的に接続している。図３に示すように、ブロック配線の一部が並列配線（分離したのちに合流する配線形態）となっていても、図４に示すようにＬ字部まで並列配線となっていてもよい。また、ここではＧＮＤ配線は共通配線となっているが、ブロック配線２４、２５と同様な構成のブロック配線としてもよい。
【００３２】
また、図１にてブロック配線は概略図であり、あくまでも配線の引き回しを規定するものではない。
【００３３】
また、すべてのブロックについて最小線幅にあわせて、配線本数にて抵抗の合わせ込みをする必要なく、ブロック間での発熱素子の駆動電流のバラツキの範囲内であれば、ブロック配線の分割本数、接続のさせ方について変化させることが可能である。
【００３４】
次に、本実施形態の回路基板を用いた液体吐出装置の構成について説明する。
【００３５】
本発明の実施形態による液体吐出ヘッドは、まず上述した本実施形態による半導体基板の絶縁層上に発熱抵抗層を有する発熱抵抗体を形成する。そして、吐出口やそれに連通する液路を形成するために、成形樹脂やフィルムなどからなる天板などの吐出口形成部材を発熱抵抗体と組合わせれば作製できる。そして、インクを収納する収納容器を接続して、プリンター本体に搭載し、本体の電源回路から電源電圧を、画像処理回路から画像データをヘッドに供給すれば、インクジェットプリンタとして動作することになる。
【００３６】
図５は、本発明の液体吐出装置の一実施形態を説明するための図であり、液体吐出ヘッドの一部分を示している。
【００３７】
本実施形態で示した回路基板となる素子基体１５２上には、電流が流れる電気信号を受けることで熱を発生し、その熱によって発生する気泡によって吐出口１５３からインクを吐出するための電気熱変換素子１４１が複数列状に配されている。この電気熱変換素子のそれぞれには、各電気熱変換素子を駆動するための電気信号を供給する配線電極１５４が設けられており、配線電極の一端側は前述した後述するスイッチ素子４１に電気的に接続されている。
【００３８】
電気熱変換体１４１に対向する位置に設けられた吐出口１５３へインクを供給するための流路１５５がそれぞれの吐出口１５３に対応して設けられている。これらの吐出口１５３および流路１５５を構成する壁が溝付き部材１５６に設けられており、これらの溝付き部材１５６を前述の素子基体１５２に接続することで流路１５５と複数の流路にインクを供給するための共通液室１５７が設けられている。
【００３９】
図６は本実施形態の素子基体１５２を組み込んだ液体吐出ヘッドの構造を示すもので、枠体１５８に素子基体１５２が組み込まれている。この素子基体上には前述のような吐出口１５３や流路１５５を構成する部材１５６が取り付けられている。そして、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１５９が設けられており、フレキシブルプリント配線基板１６０を介して素子基体１５２に、装置本体の制御器から各種駆動信号となる電気信号が供給される。
【００４０】
図７は本発明の液体吐出ヘッドが適用される液体吐出装置の一実施形態を説明するためのものであり、インクジェット記録装置ＩＪＲＡの概観を示している。
【００４１】
駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１、５００９を介して回転するリードスクリュー５００５のら線溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣは、ピン（不図示）を有し、矢印ａ、ｂ方向に往復移動される。
【００４２】
５００２は紙押え板であり、キャリッジ移動方向にわたって紙を記録媒体搬送手段であるプラテン５０００に対して押圧する。５００７、５００８はフォトカプラでキャリッジのレバー５００６のこの域での存在を確認してモータ５０１３の回転方向切換等を行うためのホームポジション検知手段である。５０１６は記録ヘッドの前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引手段でキャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。５０１７はクリーニングブレードで、５０１９はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板５０１８にこれらは支持されている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用できることはいうまでもない。又、５０１２は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達手段で移動制御される。
【００４３】
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側領域にきたときにリードスクリュー５００５の作用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイミングで所望の作動を行うようにすれば、本例には何れも適用できる。上述における各構成は単独でも複合的に見ても優れた構成であり、本発明にとって好ましい構成例を示している。
【００４４】
尚、本装置は、電源電圧や画像信号や駆動制御信号などを素子基体１５２に供給するための電気回路からなる制御器駆動信号供給手段（不図示）を有している。
【００４５】
又、本発明は、上述した各種実施形態に限定されるものではなく、上述した課題を解決できるものであれば、本発明の各構成要件を代替物や均等物に置換できることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は液体吐出装置用の回路基板に用いられる。より具体的にはインクジットプリンタ用の回路基板に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例のブロック配線構造の概略を示す図である。
【図２】図４の電気的な結線について示す図である。
【図３】本実施形態の回路基板の構成例を示す図である。
【図４】本実施形態の回路基板の他の構成例を示す図である。
【図５】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態を説明するための概念図である。
【図６】本発明の回路基板を組み込んだ液体吐出ヘッドの構造を示す概念図である。
【図７】本発明の液体吐出ヘッドが適用される液体吐出装置の一実施形態を示す概念図である。
【図８】従来の発熱素子のブロック内の配列を示す図である。
【図９】従来の発熱素子を含む回路のブロック配線を示す図である。
【図１０】従来の発熱素子を含む回路のブロック配線の加工バラツキを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
1-1〜1-n  ブロック配線
１２  発熱素子
１３  配線
【図１】
2009262486.tif 000003
【図２】
2009262486.tif 000004
【図３】
2009262486.tif 000005
【図４】
2009262486.tif 000006
【図５】
2009262486.tif 000007
【図６】
2009262486.tif 000008
【図７】
2009262486.tif 000009
【図８】
2009262486.tif 000010
【図９】
2009262486.tif 000011
【図１０】
2009262486.tif 000012