JP2002046275A

JP2002046275A - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2002046275A
Application number: JP2000236891A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Sugioka; 秀行杉岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2002-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】非線形素子そのものの発熱による非線形素子
の破壊を防止する。【解決手段】インクジェット記録ヘッドは、走査側電
極Ｙと情報側電極Ｘとが交差して構成されるマトリクス
回路と、マトリクス回路の走査側電極Ｙと情報側電極Ｘ
との交点に配置されている非線形素子１と、液滴９を吐
出する熱エネルギーを発生する抵抗発熱体２とを有して
いる。非線形素子１の一端は情報側電極Ｘに接続され、
非線形素子１の他端は抵抗発熱体２の一端に接続され、
抵抗発熱体２の他端は走査側電極Ｙに接続されている。
このインクジェット記録ヘッドは、非線形素子１を冷却
するための冷却手段３を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発泡現象を利用し
てインク滴を吐出するＢＪ（バブルジェット（登録商
標））方式のインクジェット記録ヘッドおよびインクジ
ェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バブルジェット記録方式に適用される記
録ヘッドは、一般に、微細な吐出口、流路、および該流
路内の一部に設けられる発熱体を備えている。バブルジ
ェット記録方式とは、発熱体を用いて流路内の液体を局
所的に高温にすることにより気泡を発生させ、発泡時の
高い圧力を利用して、液体を微細な吐出口より押し出
し、記録紙等に付着させる記録方式である。

【０００３】この種の記録技術によって記録される画像
の高精彩化を図るためには、微小な液滴を高密度に吐出
させる技術が要求される。そのため、微細な流路と微細
な発熱源とを形成することが基本的に重要となる。それ
ゆえ、バブルジェット記録方式では、構造の単純性を活
かしてフォトリソ工程技術を駆使した高密度ヘッドの作
成方法が、例えば特開平８−１５６２９号公報に提案さ
れている。

【０００４】また、液滴の吐出量を調整するために端部
に比べて中央部の発熱量が大きくなるように構成された
発熱体が、特開昭６２−２０１２５４号公報に提案され
ている。発熱体としては、通常、厚さ０．０５μｍ程度
の窒化タンタル薄膜抵抗体を用い、これに通電した時の
ジュール熱で液体の発泡を行う。このような発熱抵抗体
の上には、通常、キャビテーションによる発熱抵抗体表
面の損傷を防止するために、０．８μｍ程度のＳｉＮ等
の絶縁体を介して厚さ０．２μｍ程度のＴａ等の金属か
らなる耐キャビテーション層（保護膜）が設けられてい
る。

【０００５】また、特開昭６４―２０１５１号公報に
は、基板上の、複数の縦配線と複数の横配線との交点部
分に、順電流通電により発熱する整流素子を設けたこと
を特徴としたマルチノズルインクジェット記録ヘッドが
開示されている。また、特開昭５７―３６６７９号公報
には、基板上に、順方向の通電により発熱可能なダイオ
ードを複数個アレイ状に配列したサーマル型のインクジ
ェット記録ヘッドが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の記録ヘッドの多
くは、発熱素子とダイオードやロジック回路部を半導体
プロセス（イオン注入などの方法）でシリコン基板上に
同時に作り込むことを前提としている。したがって、比
較的ノズル数の少ない記録ヘッドではコンパクトにで
き、単一の工程で製造できるという利点がある。しか
し、例えば紙幅一杯の長さを有するフルマルチヘッドは
約１２インチの長さを有する長尺なものであるため、こ
れを一体的に作ろうとすれば通常のシリコンウェハーを
使うことが難しくなり、製造コストが高くなるおそれが
あった。それゆえ、イオン注入法などの従来の半導体プ
ロセスに頼らないで作成できるＭＩＭ(Metal Insulator
Metal)素子等の非線形素子を用いてバブルジェット用
の発熱素子をマトリクス駆動することができれば、長尺
なインクジェット記録ヘッドを低コストで製造すること
が可能になる。

【０００７】しかしながら、ＢＪ型の記録ヘッドにおい
ては、ヒータ部の抵抗発熱体の電力密度をおよそ０．１
ＧＷ／ｍ²以上とする必要がある。一方、液晶用ＭＩＭ
素子の通常の動作電力密度はおよそ１Ｗ／ｍ²であるた
め、もし液晶用ＭＩＭ素子と同様な動作電力密度で使用
するとすると、ヒータである発熱抵抗体の面積の１億倍
程度のＭＩＭ素子面積が必要になってしまうおそれがあ
った。しかしながら、非線形素子の素子面積が増大する
と多数のノズルをアレイ状に微細加工することが困難と
なるおそれがある。また、非線形素子の素子面積の増加
によって、一定面積の基板から作成できるヘッドの数が
減少し、製造コストの増加を招くおそれがある。

【０００８】一方、ＭＩＭ素子への印加電圧を上げてＭ
ＩＭ素子の動作電力密度を上げていくことは、ある程度
可能である。しかしながら、ＭＩＭ素子そのものの発熱
によってＭＩＭ素子の温度が上昇して、ＭＩＭ素子が破
壊されてしまうおそれがある。このようなＭＩＭ素子そ
のものの発熱は、液晶用ＭＩＭ素子等、従来のＭＩＭ素
子をマトリクス駆動用の非線形素子とする応用製品で
は、動作電力密度が極度に低いため全く問題とならなか
った。それゆえ、従来のＭＩＭ素子をマトリクス駆動用
の非線形素子とする応用製品においては、発熱に対する
対策は全く考慮されることはなく、仮にあったとしても
ＢＪ記録ヘッドにおける発熱対策とは質的に全く異なる
ものである。すなわち、ＭＩＭ素子そのものの発熱によ
るＭＩＭ素子の破壊は、ＭＩＭ素子をＢＪ用ヒータのマ
トリクス駆動用の非線形素子として使用する上での、Ｂ
Ｊ記録ヘッド特有の問題と考えられる。

【０００９】本発明は、ＭＩＭ素子をＢＪ用ヒータのマ
トリクス駆動用の非線形素子として使用する上でのＢＪ
方式のインクジェット記録ヘッド特有の問題であるＭＩ
Ｍ素子そのものの発熱によるＭＩＭ素子の破壊を防止
し、ＭＩＭ素子の素子面積の増加を抑制することによっ
て、長尺なインクジェット記録ヘッドおよびそれを有す
るインクジェット記録装置を低コストで提供することを
目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐
出するために利用される熱エネルギーを発生する発熱手
段と、該発熱手段を駆動するための、ＭＩＭ型電流電圧
特性を有する非線形素子と、該非線形素子を冷却するた
めの冷却手段とを有する。

【００１１】このように構成された本発明のインクジェ
ット記録ヘッドによれば、冷却手段によって非線形素子
が冷却されるので、非線形素子そのものの発熱による非
線形素子の破壊が防止される。そのため、非線形素子の
素子面積を増大させることによってではなく、非線形素
子への印加電圧を高くして非線形素子の動作電力密度を
大きくすることによって発熱手段を駆動することが可能
になるので、非線形素子の素子面積の増大化が抑制さ
れ、長尺なインクジェット記録ヘッドを低コストで提供
することが可能になる。

【００１２】さらに、前記インクを吐出するための吐出
口と、該吐出口に前記インクを供給するために前記吐出
口に連通されたインク流路と、前記インク流路に充填さ
れた前記インクに熱エネルギーを与えるように配置され
た前記発熱手段が上面に設けられた基板とを有し、前記
非線形素子が前記基板の上面に設けられ、前記冷却手段
が前記基板で構成されていてもよい。このように構成さ
れたインクジェット記録ヘッドにおいては、非線形素子
に発生した熱が基板を介して大気中に放熱されること
で、非線形素子が冷却される。

【００１３】あるいは、前記インクを吐出するための吐
出口と、該吐出口に前記インクを供給するために前記吐
出口に連通されたインク流路と、前記インク流路に充填
された前記インクに熱エネルギーを与えるように配置さ
れた前記発熱手段が上面に設けられた基板とを有し、前
記非線形素子が前記インク流路内に露出する位置に配置
され、前記冷却手段が前記インク流路に充填された前記
インクで構成されていてもよい。このように構成された
インクジェット記録ヘッドにおいては、非線形素子に発
生した熱がインク流路に充填されたインク中に放熱され
ることで、非線形素子が冷却される。

【００１４】さらには、前記インクを吐出するための吐
出口と、該吐出口に前記インクを供給するために前記吐
出口に連通されたインク流路と、前記インク流路に充填
された前記インクに熱エネルギーを与えるように配置さ
れた前記発熱手段が上面に設けられた基板とを有し、前
記非線形素子が前記基板の上面に設けられているととも
に、前記非線形素子が前記インク流路内に露出する位置
に配置され、前記冷却手段が前記基板と前記インク流路
に充填された前記インクとで構成されていてもよい。こ
のように構成されたインクジェット記録ヘッドにおいて
は、非線形素子に発生した熱が、基板を介して大気中に
放熱されるとともにインク流路に充填されたインク中に
放熱されることで、非線形素子が冷却される。非線形素
子に発生した熱はこのように非線形素子の両面側に放熱
されるので、非線形素子の冷却効果がより高められる。

【００１５】また、前記インク流路内において前記発熱
手段が前記非線形素子と前記吐出口との間の位置に配置
されている構成としてもよい。

【００１６】あるいは、前記インク流路内において前記
非線形素子が前記発熱手段と前記吐出口との間の位置に
配置されている構成としてもよい。これによれば、非線
形素子によって加熱されたインクは吐出インク滴として
インク流路の外に速やかに放出されるので、加熱された
インクが非線形素子の周囲に滞留することがなく、非線
形素子の冷却効果をより向上させることが可能になる。

【００１７】また、前記インクを吐出するための複数の
吐出口と、該各吐出口に前記インクを供給するために前
記各吐出口にそれぞれ連通された複数のインク流路と、
前記各インク流路に供給される前記インクを貯留する共
通インク室と、前記インク流路に充填された前記インク
に熱エネルギーを与えるように配置された前記発熱手段
が上面に設けられた基板とを有し、前記非線形素子が前
記共通インク室内に露出する位置に配置され、前記冷却
手段が前記共通インク室に充填された前記インクによっ
て構成されていてもよい。

【００１８】さらに、前記非線形素子が前記基板の上面
に設けられ、前記冷却手段が前記基板と前記共通インク
室路に充填された前記インクとで構成されていてもよ
い。

【００１９】また、前記発熱手段と前記非線形素子とが
上面に設けられた基板と、前記インクを吐出する吐出口
が形成されており、前記基板の上面との間に前記吐出口
に連通するインク流路を構成するように前記基板に対向
配置された吐出口形成部材とを有し、前記発熱手段が前
記インク流路内に充填された前記インクに熱エネルギー
を与えるように前記基板の上面に配置され、前記非線形
素子が前記吐出口形成部材に接触し、前記冷却手段が前
記基板と前記吐出口形成部材とによって構成されていて
もよい。

【００２０】このように構成されたインクジェット記録
ヘッドにおいては、非線形素子に発生した熱が基板と吐
出口形成部材とを介して大気中に放熱されることで、非
線形素子が冷却される。そのため、インク流路内のイン
クによって非線形素子の一方の面を冷却する構成のもの
とは異なり、インク流路内にインクが存在すると否とに
かかわらず、非線形素子を両面から効果的に冷却するこ
とが可能になる。

【００２１】また、前記基板の下面であって前記非線形
素子が配置されている位置とは反対側の位置に放熱用フ
ィンが設けられている構成とすることにより、非線形素
子で発生した熱は、基板および放熱用フィンを介して大
気中に効果的にされるため、非線形素子の温度上昇をよ
り効果的に防止することが可能になる。

【００２２】さらに、前記放熱用フィンに向けて送風す
る放熱用ファンが備えられている構成とすることによ
り、放熱用フィンを強制的に冷却できるため、非線形素
子の温度上昇を一層効果的に防止することが可能にな
る。

【００２３】また、前記非線形素子が熱拡散率κの材料
からなる保護膜によって覆われており、前記非線形素子
に印加されるパルス電圧の印加時間をΔｔとしたとき
に、前記保護膜がκΔｔの平方根の２倍以下の厚さに形
成されている構成としてもよい。これにより、非線形素
子をキャビテーション等から保護することができ、さら
に、保護層の厚さが熱伝導距離２√（κΔｔ）よりも薄
くなることから、吐出用印加電圧の印加時に非線形素子
で発生する熱を速やかに逃がし、非線形素子の温度が上
昇することを防止することが可能になる。

【００２４】さらに、前記保護膜が前記非線形素子とと
もに前記発熱手段も覆うように構成することにより、抵
抗発熱体をキャビテーション等から保護することが可能
になる。

【００２５】また、前記非線形素子が前記発熱手段を兼
ねる構成としてもよい。

【００２６】あるいは、前記非線形素子と前記発熱手段
とが別体である構成としてもよい。

【００２７】さらには、前記発熱手段が抵抗発熱体を有
し、該抵抗発熱体と前記非線形素子とが直列接続されて
いる構成としてもよい。

【００２８】また、前記発熱手段に電圧を印加するマト
リクス回路を構成するマトリクス電極を有する構成とし
てもよい。

【００２９】さらに、前記非線形素子が前記マトリクス
電極の交点に位置する構成としてもよい。

【００３０】また、前記熱エネルギーにより前記インク
に膜沸騰を生起させて前記インクを吐出する構成として
もよい。

【００３１】また、本発明のインクジェット記録装置
は、記録媒体の被記録面に対してインクを吐出するイン
ク吐出口が設けられている上記本発明のインクジェット
記録ヘッドと、前記記録媒体の搬送手段とを少なくとも
具備する。

【００３２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００３３】（第１の実施形態）図１は、本発明による
インクジェット記録ヘッドの第１の実施形態の特徴を示
す概念図である。

【００３４】図１に示すように、本実施形態のインクジ
ェット記録ヘッドは、マトリクス回路を構成する複数の
情報側電極Ｘと、複数の走査側電極Ｙとを有している。
ここで、Ｘ_i，Ｘ_i+1はそれぞれ第ｉ番目および第ｉ＋１
番目の情報側電極を示し、Ｙ _j，Ｙ_j+1はそれぞれ第ｊ番
目および第ｊ＋１番目の走査側電極を示している。ま
た、このインクジェット記録ヘッドは、情報側電極
Ｘ_i，Ｘ_i+1と、走査側電極Ｙ _j，Ｙ_j+1との交点に配置さ
れたＭＩＭ素子等の非線形素子１と、非線形素子１と走
査側電極Ｙとに接続された抵抗発熱体２と、非線形素子
１を冷却する冷却手段３とを有している。また、図１に
は、各抵抗発熱体２における発泡動作によって吐出され
る吐出液体９が示されている。

【００３５】本発明のインクジェット記録ヘッドは、情
報側電極Ｘ_i，Ｘ_i+1と走査側電極Ｙ _j，Ｙ_j+1とからなる
マトリクス回路の交点に配置された各非線形素子１を冷
却するための冷却手段３が備えられているので、非線形
素子１そのものの発熱による非線形素子１の破壊が防止
される。そのため、非線形素子１の素子面積を増大させ
ることによってではなく、非線形素子１への印加電圧を
高くして非線形素子１の動作電力密度を大きくすること
によって抵抗発熱体２をマトリクス駆動することが可能
になり、非線形素子１の素子面積の増大化を抑制できる
効果がある。

【００３６】このインクジェット記録ヘッドにおいて
は、走査側電極Ｙの１つに選択電位波形を入力し、情報
側電極Ｘに画像信号に応じて吐出用または非吐出用情報
電位波形を入力することにより、画像信号に応じて非線
形素子１をオン状態またはオフ状態に制御し該非線形素
子１に直列接続された抵抗発熱体２に電力を供給するか
どうかを制御して、吐出液滴９の吐出および非吐出を制
御することができる。

【００３７】図２はＭＩＭ型の電流電圧特性を示す図で
ある。

【００３８】ＭＩＭ型の電流電圧特性とは、ＭＩＭ素子
やバリスタに代表される電流電圧特性のように、極性に
依らず、高電圧側では低い抵抗値を示し、低圧側では高
い抵抗値を示す電流電圧特性を指す。ここで、マトリク
ス駆動を行うためには、図２に示すように、電流値の絶
対値Ｉ₀を与える印加電圧＋Ｖ₁と−Ｖ₂との絶対値の比
（Ｖ₁／Ｖ₂）が０．５＜Ｖ₁／Ｖ₂＜２を満足し、かつ、
＋Ｖ₁／２、―Ｖ₂／２の電圧を印加した時に流れる電流
の絶対値がＩ₀／１０以下であることが好ましい。

【００３９】ＭＩＭ型の電流電圧特性を示す非線形素子
１（図１参照）をマトリクス回路の交点に配置すること
により、マトリクス駆動時のバイアス電圧による非選択
点での不要な発熱を抑制し、ヒータのマトリクス駆動が
可能となる。また、マトリクス駆動により、ドライバと
ヒータとの分離を容易とし、安価な非Ｓｉ基板での大量
生産も可能となるという効果も得られる。本実施形態の
インクジェット記録ヘッドにおける非線形素子１は、例
えば、マトリクス回路の交点に極めて薄い酸化絶縁膜を
配置した金属／絶縁体／金属なる構成のＭＩＭ素子から
なるものである。

【００４０】ここで、ＭＩＭ素子とは、原義的には金属
／絶縁体／金属なる構造のトンネル接合素子であるが、
通常、導電体電極／絶縁体／導電体電極なる構造の接合
素子もＭＩＭ素子と呼ぶ。ここで、絶縁体の電気伝導機
構としては、プールフレンケル型伝導のような絶縁体の
中で複数のトンネリングを繰り返すホッピング型の電気
伝導や、ファウラーノルドハイム型伝導のような比較的
単純なトンネル伝導などが知られている。こうしたトン
ネル型の電流が流れ、接合素子に電流が流れるために
は、電極間の距離が極めて狭い必要がある。

【００４１】ＭＩＭ素子に電流が流れる絶縁体の限界膜
厚、または、限界電極間隔は絶縁材料や電極材料の種類
や伝導機構に大きく依存するが、ＭＩＭ素子として有為
な電流が流れるためには、例えば、前記の電極間隔を１
００ｎｍ以下とすることが望ましい。また、インクジェ
ット記録ヘッドのマトリクス駆動に必要な大電流を低電
圧で得るためには、好ましくは前記の電極間隔を２０ｎ
ｍ以下とすることが望ましい。

【００４２】また、電極間隔が極端に狭いと電極金属表
面のイオンが電界放射を起こすおそれがあるため、電極
間隔は１ｎｍ以上とすることが望ましい。また、安定な
トンネル接合を得るためには、電極間隔を４ｎｍ以上と
することが望ましい。すなわち、特に、前記の電極間距
離が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、より好ましく
は、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下であるＭＩＭ素子を発熱手
段として用い、液体を加熱して気泡を発生させて液滴を
吐出させることが好ましい。

【００４３】また、ＺｎＯにＢｉ、ＰｒおよびＣｏ等の
金属酸化物を添加した焼結体層や、ＳｉＣ（炭化ケイ
素）の粒状結晶層を上記の絶縁層の代わりに電極間に配
置した、いわゆるバリスタも、ＭＩＭ素子と同様に本発
明の非線形素子として用いることでき、同様な効果を得
ることができる。

【００４４】図３は、本実施形態のインクジェット記録
ヘッドのより具体的な構成を示す、液流路方向に沿う断
面図である。

【００４５】図３に示すように、本実施形態のインクジ
ェット記録ヘッドは、上面に下部層２２が形成された基
板２３と、基板２３の上に設けられ、この基板２３と共
に液流路３１を構成する天板２１とを有している。液流
路３１の一方の端部には、液流路３１中に充填されたイ
ンク等の液体３２を吐出するための吐出口８が構成され
ている。また、液流路３１の他方の端部は、液流路３１
に供給される液体を一時的に貯留する共通液室４（図４
参照）に連通している。

【００４６】基板２３の下部層２２の上には、薄膜の抵
抗発熱体２が設けられている。さらに、基板２３の下部
層２２の上には、液流路３１内の液体３２の流れ方向に
関して抵抗発熱体２よりも上流側に、ＭＩＭ型電流電圧
特性を示すＭＩＭ素子からなる非線形素子１が設けられ
ている。

【００４７】非線形素子（ＭＩＭ素子）１は、ＭＩＭ素
子の下側電極であると共にマトリクス回路を構成する走
査側電極５と、この走査側電極５を被覆する極めて薄い
絶縁性薄膜２４と、走査側電極５を覆うＭＩＭ素子の上
側電極６とで構成されている。また、抵抗発熱体２の一
方の端部には上側電極６が接続され、抵抗発熱体２の他
方の端部には、走査側電極５と共にマトリクス回路を構
成する情報側電極７が接続されている。

【００４８】本実施形態においては、ＭＩＭ素子１は、
例えば金属からなる下側電極５を陽極酸化して得られる
酸化絶縁膜２４の上に、金属からなる上側電極６を交差
して作成する。さらに具体的には、上下側電極５，６と
しては、厚さ約３００ｎｍのＴａ薄膜をＲＦスパッタ法
で作成し、その表面を陽極酸化法で酸化し、厚さ約２０
ｎｍのＴａ₂Ｏ₅薄膜を形成する。この時、ＲＦスパッタ
は約１．３３Ｐａ（１０^-2Ｔｏｒｒ）程度のＡｒガス雰
囲気中で行う。また、陽極酸化は、０．８重量％のクエ
ン酸水溶液中でメッシュ状の白金電極を陰極として行
う。また、例えば、上側電極６および情報側電極７は厚
さ２３ｎｍのタンタル薄膜電極であり、基板２３は結晶
軸＜１１１＞、厚さ０．６２５ｍｍのシリコン基板から
なり、下部層２２は厚さ２．７５μｍのＳｉ熱酸化膜で
あり、抵抗発熱体２は厚さ０．０５μｍの窒化タンタル
薄膜である。

【００４９】図３に示しているように、本実施形態のイ
ンクジェット記録ヘッドは、マトリクス回路を構成する
走査側電極５と情報側電極７との間に吐出用の電圧を印
加することにより走査側電極５、絶縁性薄膜２４、およ
び上側電極６からなるＭＩＭ素子１をオン状態にして薄
膜抵抗発熱体２に電力を供給し、液体３２を急速加熱す
ることによって気泡２５を発生させ、吐出液滴９を吐出
口８から記録媒体（不図示）に吐出させることにより画
像を形成する。

【００５０】上述したように、本実施形態のインクジェ
ット記録ヘッドは、特に、非線形素子１としてＭＩＭ型
電気特性を示すＭＩＭ素子が用いられ、また非線形素子
１を冷却するための冷却手段３が備えられている。本実
施形態における冷却手段３は、非線形素子１に発生した
熱を非線形素子１の基板２３側の面から放熱する手段
と、該熱を基板２３とは反対側の面から放熱する手段と
を兼ね備えた、両面放熱型の冷却手段である。この冷却
手段３によれば、非線形素子１の両面からの放熱によっ
て非線形素子１の冷却を効果的に行うことが可能となる
ため、非線形素子１そのものの発熱による非線形素子１
の破壊を防止し、冷却のための非線形素子１の素子面積
の増加を抑制することができる。

【００５１】具体的には、非線形素子１の下面を下部層
２２とシリコンなどの熱良導体からなる基板２３とで構
成される放熱手段によって冷却することによって、ＭＩ
Ｍ素子で発生する熱を効果的に基板２３の外に放熱でき
るため、非線形素子１そのものの発熱による非線形素子
１の破壊を防止し、冷却のための非線形素子１の素子面
積の増加を抑制することができる。

【００５２】また、非線形素子１を液流路３１内に配置
し、非線形素子１を液体３２によって冷却することによ
って、非線形素子１そのものの発熱による非線形素子１
の破壊を効果的に防止することができる。これにより、
冷却のための非線形素子１の素子面積の増加を抑制する
ことができ、これに伴って発熱抵抗体２の近くに非線形
素子１を配置することが可能となるため、記録ヘッドを
コンパクトに設計することが容易となる利点がある。

【００５３】図４は、図３に示したインクジェット記録
ヘッドの平面断面図である。図４において、図３に示し
た構成と同じ構成には同一の符号を付し、これらについ
ての詳しい説明は省略する。なお、図４において、走査
側電極５はｊ番目の走査側電極Ｙ_j（図１参照）を示
し、また、情報側電極７ａは第ｉ番目の情報側電極Ｘ_i
を、情報側電極７ｂは第ｉ＋１番目の情報側電極Ｘ_i+1
を示しており、電極５と電極７ａ，７ｂとはマトリクス
回路を構成している。また、液流路３１内の液体の流れ
方向に関して上流側の各液流路３１の端部は、各液流路
３１に供給される液体を一時的に貯留する共通液室４に
連通されている。

【００５４】本実施形態のインクジェット記録ヘッド
は、特に、非線形素子１と吐出口８との間の液流路３１
内に抵抗発熱体２が配置されているため、液流路３１内
の液体の流れ方向に関して抵抗発熱体２よりも共通液室
側のイナータンスを十分に大きくして気泡２５（図３参
照）が吐出口側に成長するように設計されたノズル（液
流路３１）内では、成長する気泡２５が非線形素子１に
達しにくく、気泡２５が非線形素子１に接触することに
よって非線形素子１の放熱性能が低下してしまうことを
防ぐことができる。

【００５５】（第２の実施形態）図５は、本発明のイン
クジェット記録ヘッドの第２の実施形態を示す、液流路
方向に沿う断面図である。

【００５６】本実施形態のインクジェット記録ヘッド
は、上面に下部層２２が形成された基板２３と、基板２
３上に設けられた吐出口形成部材５２と、シリコン等の
熱良伝導体からなる放熱部材５９とを有している。吐出
口形成部材５２は、液滴９を吐出する吐出口５３が形成
されており、基板２３と共に液流路３１を構成する。基
板２３には、不図示のインクタンクから液流路３１に液
体を供給するための液体供給孔５４が形成されている。

【００５７】基板２３の下部層２２の上には、薄膜の抵
抗発熱体２が設けられている。さらに、基板２３の下部
層２２の上には、ＭＩＭ型電流電圧特性を示すＭＩＭ素
子からなる非線形素子１が設けられている。非線形素子
（ＭＩＭ素子）１は、ＭＩＭ素子の下側電極であると共
にマトリクス回路を構成する走査側電極５と、この走査
側電極５を被覆する極めて薄い絶縁性薄膜２４と、走査
側電極５を覆うＭＩＭ素子の上側電極６とで構成されて
いる。

【００５８】また、抵抗発熱体２の一方の端部には上側
電極６が接続され、抵抗発熱体２の他方の端部にはマト
リクス回路を構成する情報側電極７が接続されている。
なお、上側電極６と放熱部材５９との間には薄膜絶縁体
５１が設けられている。

【００５９】本実施形態の構成では、非線形素子１の下
側に配置された下部層２２および基板２３と、非線形素
子１の上側に配置された薄膜絶縁体５１および放熱部材
５９とが、両面放熱型の冷却手段として作用する。その
ため、液流路３１内の液体によって非線形素子１の一方
の面を冷却する第１の実施形態とは異なり、液流路３１
内に液体が存在すると否とにかかわらず、非線形素子１
を両面から効果的に冷却することができる。

【００６０】（第３の実施形態）図６は、本発明のイン
クジェット記録ヘッドの第３の実施形態を示す平面断面
図である。

【００６１】本実施形態のインクジェット記録ヘッドで
は、液流路３１内において、非線形素子１が吐出口８と
発熱抵抗体２との間に配置されている。なお、本実施形
態のインクジェット記録ヘッドのその他の構成は、図４
等に示した第１の実施形態と同様であるので、詳しい説
明は省略する。

【００６２】このように液流路３１内において非線形素
子１を吐出口８と発熱抵抗体２との間に配置する構成と
することにより、非線形素子１によって加熱された液体
は吐出液滴９として液流路３１の外に速やかに放出され
るので、加熱された液体が非線形素子１の周囲に滞留す
ることがなく、非線形素子１の冷却効果をより向上させ
ることができる。

【００６３】（第４の実施形態）図７は、本発明のイン
クジェット記録ヘッドの第４の実施形態を示す平面断面
図である。

【００６４】本実施形態のインクジェット記録ヘッドで
は、走査側電極５が共通液室４内に配設されているとと
もに上側電極６が共通液室４内まで延びており、非線形
素子１が共通液室４内に配置された構成となっている。
なお、本実施形態のインクジェット記録ヘッドのその他
の構成は、図４等に示した第１の実施形態と同様である
ので、詳しい説明は省略する。

【００６５】このように非線形素子１を液流路３１より
も広い共通液室４内に配置することにより、非線形素子
１が液流路３１内に配置されている構成に比べて、非線
形素子１の形状および面積を比較的自由に設計すること
が可能になる。

【００６６】（第５の実施形態）図８は、本発明のイン
クジェット記録ヘッドの第５の実施形態を示す、液流路
方向に沿う断面図である。

【００６７】本実施形態のインクジェット記録ヘッド
は、基板２３の図示下面側であって、非線形素子１が設
けられている位置とは反対側の位置に、放熱用フィン６
１が備えられている。さらに、放熱用フィン６１に対向
する位置には、放熱用フィン６１に向けて風６３を送風
する放熱用ファン６２が備えられている。放熱フィン６
１は、アルミニウムで構成され、表面積が大きくなるよ
うにくし状構造に構成されている。また、放熱用ファン
６２は、プロペラと、これを回転させるモータ（不図
示）とからなる。

【００６８】なお、本実施形態のインクジェット記録ヘ
ッドのその他の構成は、図３等に示した第１の実施形態
のインクジェット記録ヘッドと同様であるので、詳しい
説明は省略する。

【００６９】本実施形態の構成によれば、非線形素子
（ＭＩＭ素子）１で発生した熱は、基板２３および基板
２３に密着した放熱用フィン６１を介して大気中に効果
的に放出されるため、非線形素子１の温度上昇を防止す
ることができる。さらに、放熱用ファン６２によって放
熱用フィン６１に風６３を送ることにより、放熱用フィ
ン６１を強制的に冷却できるため、非線形素子１の温度
上昇を一層効果的に防止することができる。

【００７０】（第６の実施形態）図９は、本発明のイン
クジェット記録ヘッドの第６の実施形態を示す、液流路
方向に沿う断面図である。

【００７１】本実施形態のインクジェット記録ヘッド
は、基板２３上の下部層２２の上に、保護膜７１がさら
に形成されている。保護膜７１は非線形素子１、抵抗発
熱体２、および情報側電極７を覆っており、非線形素子
１および抵抗発熱体２をキャビテーション等から保護す
る。この保護膜７１は、厚さが０．６μｍ、熱拡散率κ
が０．４７ｍｍ²／ｓのＳｉＯ₂スパッター蒸着膜からな
る。

【００７２】なお、本実施形態のインクジェット記録ヘ
ッドのその他の構成は、図３等に示した第１の実施形態
のインクジェット記録ヘッドと同様であるので、詳しい
説明は省略する。

【００７３】本実施形態のインクジェット記録ヘッドで
は、両電極５，６間に例えば１μｓのパルス状電圧を印
加することにより、液滴９を吐出させる。このとき、保
護層７１に関する熱伝導距離、すなわちκΔｔの平方根
の２倍は１．３７μｍである。つまり、本実施形態の特
徴は、非線形素子１が非線形素子１の素子電極に接する
熱拡散率κの保護膜７１を有すること、非線形素子１に
時間Δｔのパルス電圧が印加されること、および保護層
７１の厚さが熱伝導距離（κΔｔ）の平方根の２倍以下
であることにある。

【００７４】このような保護膜７１を設けることによ
り、ＭＩＭ素子１および抵抗発熱体２をキャビテーショ
ン等から保護することができる。さらに、保護層７１の
厚さを熱伝導距離２√（κΔｔ）よりも薄くすることに
より、吐出用印加電圧の印加時にＭＩＭ素子１で発生す
る熱を液流路３１内の液体３２に速やかに逃がしてＭＩ
Ｍ素子１の温度上昇を防止することができる。

【００７５】（その他の実施形態）次に、上述した各実
施形態で示したインクジェット記録ヘッドを搭載したイ
ンクジェット記録装置の一例の模式図を図１０に示す。

【００７６】このインクジェット記録装置は、駆動回路
４０３により駆動制御される紙送りローラ４０５で記録
媒体である紙４０６を搬送する構成となっている。ま
た、制御部４０４により制御されるインクジェット記録
ヘッド４０７は、その各吐出口が、搬送されてくる紙４
０６に対向するように設けられており、制御部４０４か
らの信号に応じて各吐出口からインクを吐出し、紙４０
６の被記録面上に画像を形成する。インクジェット記録
ヘッド４０７へのインクはインクタンク４０２から供給
される。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、インク
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
熱手段と、発熱手段を駆動するための、ＭＩＭ型電流電
圧特性を有する非線形素子と、非線形素子を冷却するた
めの冷却手段とを有しているので、冷却手段によって非
線形素子が冷却されることにより、非線形素子そのもの
の発熱による非線形素子の破壊が防止されるため、非線
形素子の素子面積の増大化が抑制され、長尺なインクジ
ェット記録ヘッドを低コストで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェット記録ヘッドの第１
の実施形態の特徴を示す概念図である。

【図２】ＭＩＭ型電流電圧特性を示す図である。

【図３】本実施形態のインクジェット記録ヘッドのより
具体的な構成を示す、液流路方向に沿う断面図である。

【図４】図３に示したインクジェット記録ヘッドの平面
断面図である。

【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の実
施形態を示す、液流路方向に沿う断面図である。

【図６】本発明のインクジェット記録ヘッドの第３の実
施形態を示す平面断面図である。

【図７】本発明のインクジェット記録ヘッドの第４の実
施形態を示す平面断面図である。

【図８】本発明のインクジェット記録ヘッドの第５の実
施形態を示す、液流路方向に沿う断面図である。

【図９】本発明のインクジェット記録ヘッドの第６の実
施形態を示す、液流路方向に沿う断面図である。

【図１０】本発明のインクジェット記録ヘッドを搭載し
た、本発明のインクジェット記録装置の一例を示す模式
図である。

【符号の説明】

１非線形素子（ＭＩＭ素子）２発熱抵抗体３冷却手段４共通液室５走査側電極（下側電極）６上側電極７，７ａ，７ｂ情報側電極８，５３吐出口９吐出液滴２１天板２２下部層２３基板２４絶縁性薄膜２５気泡３１液流路３２液体５１薄膜絶縁体５２吐出口形成部材５４液体供給孔５９放熱部材６１放熱用フィン６２放熱用ファン６３風７１保護膜４０２インクタンク４０３駆動回路４０４制御部４０５紙送りローラ４０６紙４０７インクジェット記録ヘッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク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手段と、該発熱手段を駆動するための、ＭＩＭ型電流電圧特性を
有する非線形素子と、該非線形素子を冷却するための冷却手段と、を有するインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】前記インクを吐出するための吐出口と、
該吐出口に前記インクを供給するために前記吐出口に連
通されたインク流路と、前記インク流路に充填された前
記インクに熱エネルギーを与えるように配置された前記
発熱手段が上面に設けられた基板とを有し、前記非線形素子が前記基板の上面に設けられ、前記冷却
手段が前記基板で構成されている、請求項１に記載のイ
ンクジェット記録ヘッド。
【請求項３】前記インクを吐出するための吐出口と、
該吐出口に前記インクを供給するために前記吐出口に連
通されたインク流路と、前記インク流路に充填された前
記インクに熱エネルギーを与えるように配置された前記
発熱手段が上面に設けられた基板とを有し、前記非線形素子が前記インク流路内に露出する位置に配
置され、前記冷却手段が前記インク流路に充填された前
記インクで構成されている、請求項１に記載のインクジ
ェット記録ヘッド。
【請求項４】前記インクを吐出するための吐出口と、
該吐出口に前記インクを供給するために前記吐出口に連
通されたインク流路と、前記インク流路に充填された前
記インクに熱エネルギーを与えるように配置された前記
発熱手段が上面に設けられた基板とを有し、前記非線形素子が前記基板の上面に設けられているとと
もに、前記非線形素子が前記インク流路内に露出する位
置に配置され、前記冷却手段が前記基板と前記インク流
路に充填された前記インクとで構成されている、請求項
１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】前記インク流路内において前記発熱手段
が前記非線形素子と前記吐出口との間の位置に配置され
ている、請求項２から４のいずれか１項に記載のインク
ジェット記録ヘッド。
【請求項６】前記インク流路内において前記非線形素
子が前記発熱手段と前記吐出口との間の位置に配置され
ている、請求項２から４のいずれか１項に記載のインク
ジェット記録ヘッド。
【請求項７】前記インクを吐出するための複数の吐出
口と、該各吐出口に前記インクを供給するために前記各
吐出口にそれぞれ連通された複数のインク流路と、前記
各インク流路に供給される前記インクを貯留する共通イ
ンク室と、前記インク流路に充填された前記インクに熱
エネルギーを与えるように配置された前記発熱手段が上
面に設けられた基板とを有し、前記非線形素子が前記共通インク室内に露出する位置に
配置され、前記冷却手段が前記共通インク室に充填され
た前記インクによって構成されている、請求項１に記載
のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】前記非線形素子が前記基板の上面に設け
られ、前記冷却手段が前記基板と前記共通インク室路に
充填された前記インクとで構成されている、請求項７に
記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】前記発熱手段と前記非線形素子とが上面
に設けられた基板と、前記インクを吐出する吐出口が形成されており、前記基
板の上面との間に前記吐出口に連通するインク流路を構
成するように前記基板に対向配置された吐出口形成部材
とを有し、前記発熱手段が前記インク流路内に充填された前記イン
クに熱エネルギーを与えるように前記基板の上面に配置
され、前記非線形素子が前記吐出口形成部材に接触し、前記冷
却手段が前記基板と前記吐出口形成部材とによって構成
されている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項１０】前記基板の下面であって前記非線形素
子が配置されている位置とは反対側の位置に放熱用フィ
ンが設けられている、請求項２から９のいずれか１項に
記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１１】前記放熱用フィンに向けて送風する放
熱用ファンが備えられている、請求項１０に記載のイン
クジェット記録ヘッド。
【請求項１２】前記非線形素子が熱拡散率κの材料か
らなる保護膜によって覆われており、前記非線形素子に
印加されるパルス電圧の印加時間をΔｔとしたときに、
前記保護膜がκΔｔの平方根の２倍以下の厚さに形成さ
れている、請求項１から１１のいずれか１項に記載のイ
ンクジェット記録ヘッド。
【請求項１３】前記保護膜が前記非線形素子とともに
前記発熱手段も覆うように構成されている、請求項１２
に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１４】前記非線形素子が前記発熱手段を兼ね
る、請求項１から１３のいずれか１項に記載のインクジ
ェット記録ヘッド。
【請求項１５】前記非線形素子と前記発熱手段とが別
体である、請求項１から１３のいずれか１項に記載のイ
ンクジェット記録ヘッド。
【請求項１６】前記発熱手段が抵抗発熱体を有し、該
抵抗発熱体と前記非線形素子とが直列接続されている、
請求項１５に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１７】前記発熱手段に電圧を印加するマトリ
クス回路を構成するマトリクス電極を有する、請求項１
から１６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘ
ッド。
【請求項１８】前記非線形素子が前記マトリクス電極
の交点に位置する、請求項１７に記載のインクジェット
記録ヘッド。
【請求項１９】前記熱エネルギーにより前記インクに
膜沸騰を生起させて前記インクを吐出する、請求項１か
ら１８のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項２０】記録媒体の被記録面に対してインクを
吐出するインク吐出口が設けられている請求項１から１
９のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド
と、前記記録媒体の搬送手段とを少なくとも具備するイ
ンクジェット記録装置。