JP2002067325A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流集中による非線形素子の破壊を防止す
る。 【解決手段】 非線形素子１は、第１の電圧印加手段６
１により電圧Ｖ₁を印加される第１の電極６と、下部層
２２の上に設けられ、第２の電圧印加手段６２により電
圧Ｖ₂を印加される第２の電極５と、第１の電極６と第
２の電極５とを絶縁する絶縁性薄膜２４とを有する。電
位Ｖ₁を与えられる、第１の電極６の第１の電位付与位
置７０１と、電位Ｖ₂を与えられる、第２の電極５の第
２の電位付与位置７０２とは、非線形素子１の膜厚方向
に関する投影面において互いに離れるように配置されて
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、インクジェットプ
リンタ、特に、発泡現象を利用したバブルジェット（登
録商標）プリンタなどに応用される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】従来、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吐出さ
せ、記録紙等の被記録媒体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
を高精彩化するためには、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、フォトリソグラフィ工程技術を駆使した高密度ヘッ
ドの作成方法が、たとえば、特開平０８-１５６２９号
公報等に開示されている。また、液滴の吐出量を調整す
るために、端部に比べ中央部の発熱量が大きい発熱体が
特開昭６２-２０１２５４号公報等に開示されている。

【０００４】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。このような抵抗発
熱体には、通常、キャビテーションによる抵抗発熱体表
面の損傷を防止するために、０．８μｍ程度のＳｉＮな
どの絶縁体を介して厚さ０．２μｍ程度のＴａなどの金
属からなる耐キャビテ−ション層が配置されている。

【０００５】また、特開昭６４−２０１５１号公報に
は、基板上に、複数の縦配線と複数の交点部分に、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ヘッドが開示されてい
る。

【０００６】また、特開平０５−１８５５９４号公報に
は、ヘッド用基板に電気変換素子とダイオ−ドを設けマ
トリクス駆動する構成や同一基板上に電気熱変換素子と
シフトレジスタ部、ラッチ部、論理回路等のロジック回
路を形成したインクジェットヘッドが開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のインクジェット
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インクジェット記録
ヘッドではコンパクトにでき、単一の工程できるという
利点がある。しかしながら、例えば紙幅いっぱいの長さ
を有するフルマルチヘッドでは、一体的に作ろうとすれ
ば１２インチという長さが必要で、通常のシリコンウェ
ハを使うことが難しく高コストな製法となる恐れがあっ
た。

【０００８】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非線形素子を用いて
マトリクス駆動することができれば、長尺なインクジェ
ットヘッドを低コストで提供できる可能性がある。

【０００９】一方、液晶用ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓ
ｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）素子等が通常扱う電力密度
は１Ｗ/ｍ²程度である。これに対して、インクジェット
記録ヘッドにおいては、ヒ−タ部の抵抗発熱体ではおよ
そ０．１ＧＷ/ｍ²以上の電力密度を扱う必要があり、従
来のＭＩＭ素子をマトリクス駆動用の非線形素子とする
応用製品において経験したことがない電力および電流を
ＭＩＭ素子で扱う必要があった。

【００１０】このため、ＭＩＭ素子の電極内で電流の集
中する領域があると局所的な発熱が発生し、ＭＩＭ素子
が破壊するおそれがあった。特に、上電極と下電極で絶
縁層を介して上下電極をクロスさせる構成のＭＩＭ素子
において電極抵抗が無視できない場合には、ＭＩＭ素子
の角部分において、電流の集中による局所的な異常発熱
による破壊の恐れがあった。

【００１１】そこで本発明は、ＭＩＭ素子をインクジェ
ット記録ヘッドに使用する上で未踏の電力密度を扱うた
めに生じるおそれのある、インクジェット用ＭＩＭ素子
特有の電流集中によるＭＩＭ素子の破壊を来さない、長
尺なインクジェット記録ヘッド、およびインクジェット
記録装置を低コストで提供することを目的とする。

【００１２】

【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を発生する発熱抵抗体と
該発熱抵抗体に接続される一対の電極とを有する発熱手
段と、前記発熱抵抗体に直列に接続された、第１の電極
と第２の電極とで絶縁性薄膜を挟持する非線形素子と、
を有し、前記第１の電極は前記絶縁性薄膜に当接する第
１の当接領域と電位を付与される第１の電位付与位置と
を含み、前記第２の電極は前記絶縁性薄膜に当接する第
２の当接領域と電位を付与される第２の電位付与位置と
を含み、前記第１の電極のシート抵抗は前記第１の当接
領域の全ての部位で実質的に均一であり、前記第２の電
極のシート抵抗は前記第２の当接領域の全ての部位で実
質的に均一であり、前記第１の当接領域における前記第
１の電極のシート抵抗と前記第２の当接領域における前
記第２の電極のシート抵抗とは実質的に同一であり、前
記第１の当接領域の中で前記第１の電位付与位置に最近
接する第１の最近接部位と前記第２の当接領域の中で前
記第２の電位付与位置に最近接する第２の最近接部位と
は、前記非線形素子の膜厚方向に関する投影面において
離隔していることを特徴とする。

【００１３】上記の通り構成された本発明のインクジェ
ット記録ヘッドは、電流密度が高くなることで発熱量の
多い、第１の電位付与位置に最近接する第１の最近接部
位と、第２の電位付与位置に最近接する第２の最近接部
位とが、非線形素子の膜厚方向に関する投影面において
離隔している。このため、電極間での高い発熱と低い発
熱が相殺され、発熱が均一化される。

【００１４】また、非線形素子は矩形であり、第１の最
近接部位と第２の最近接部位とは、矩形の非線形素子の
向かい合う二辺のそれぞれに対応する部位ものであって
もよいし、非線形素子は帯状であり、第１の最近接部位
と第２の最近接部位とは、帯状の非線形素子の両端部の
それぞれに対応する部位に含まれるものであってもよ
い。

【００１５】また、第１の電極および第２の電極は、と
もに帯状の帯状電極であってもよいし、第１の電極およ
び第２の電極は、ともに矩形の矩形帯状電極であっても
よい。

【００１６】さらに、第１の電極および第２の電極は、
ともに湾曲した湾曲型帯状電極であってもよいし、第１
の電極の第１の当接領域における幅に対する第２の電極
の第２の当接領域における幅の比が５／６から６／５の
範囲内であってもよい。

【００１７】また、第１の電極と第２の電極とは実質的
に同一の材料で構成されており、第１の電極の厚さは第
１の当接領域の全ての部位で実質的に均一であり、第２
の電極の厚さは第２の当接領域の全ての部位で実質的に
均一であり、第１の当接領域における第１の電極の厚さ
と第２の当接領域における第２の電極の厚さとは実質的
に同一であってもよい。

【００１８】本発明のインクジェット記録装置は、被記
録媒体を搬送する搬送手段と、前記被記録媒体の被記録
面に対向してインクを吐出する吐出口が設けられている
インクジェット記録ヘッドとを有するインクジェット記
録装置において、前記インクジェット記録ヘッドが、本
発明のインクジェット記録ヘッドであり、前記非線形素
子および前記抵抗発熱体への電力供給の制御を行う制御
部を有することを特徴とする。

【００１９】上記の通り構成された本発明のインクジェ
ット記録装置は、インクジェット記録ヘッドが本発明の
インクジェット記録ヘッドであるため、電流密度が高く
なることで発熱量の多い、第１の電位付与位置に最近接
する第１の最近接部位と、第２の電位付与位置に最近接
する第２の最近接部位とが、非線形素子の膜厚方向に関
する投影面において離隔している。このため、電極間で
の高い発熱と低い発熱が相殺され、発熱が均一化され
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）次に、本発明
の実施の形態について図面を参照して説明する。

【００２１】図１は、本発明の第１の実施形態によるイ
ンクジェット記録ヘッドの模式的な平面透視図であり、
図２は、図１に示したインクジェット記録ヘッドの非線
形素子部の拡大側断面図であり、図３は、図２に示した
非線形素子部の模式的な平面図である。

【００２２】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、ＭＩＭ素子等の非線形
素子１と、基板２３に対向して取り付けられた不図示の
天板とにより形成された流路３１内に、通電によりジュ
ール熱を発生する抵抗発熱体２とを有し、これらの構成
要素がマトリクス状に配列されている。また、後述する
インクジェット記録装置には、本実施形態のインクジェ
ット記録ヘッドの非線形素子１および抵抗発熱体２に印
可する電圧等を制御する制御部４０が設けられている。

【００２３】非線形素子１は、第１の電圧印加手段６１
により電位Ｖ₁が印加される帯状の第１の電極６と、下
部層２２の上に設けられ、第２の電圧印加手段６２によ
り電位Ｖ₂が印加される帯状の第２の電極５と、第１の
電極６と第２の電極５とを絶縁する帯状の絶縁性薄膜２
４とを有する。抵抗発熱体２は、吐出口３０に対向した
位置に設けらており、第２の電極５と、第３の電圧印加
手段６３により電圧を印加される第３の電極７とに電気
的に接続されている。

【００２４】図２に示すように、非線形素子１は、電位
Ｖ₁を与えられる、第１の電極６の第１の電位付与位置
７０１と、電位Ｖ₂を与えられる、第２の電極５の第２
の電位付与位置７０２とが、非線形素子１の膜厚方向に
関する投影面において互いに離隔して設けられている。

【００２５】なお、図１に示す第２の電極５は、屈曲し
た形状で示されているが、図３に示すように、第１の電
極６と同様に矩形形状であってもよく、また、幅も第１
の電極６と第２の電極５とは同じであってもよい。

【００２６】次に、図４に、本実施形態のインクジェッ
ト記録ヘッドをマトリクス駆動するためのマトリクス回
路を示す。

【００２７】このマトリクス回路は、第１の電極６は行
方向にＹ_j、Ｙ_j+1…と配列され、第３の電極７は列方向
にＸ_j、Ｘ_j+1…と配列されることでマトリクス回路を構
成している。本実施形態のインクジェット記録ヘッドで
は、Ｙ_j、Ｙ_j+1…、Ｘ_i、Ｘ_{i +1}…から成るマトリクス回
路の第１の電極６と第３の電極７との交点で、非線形素
子１と抵抗発熱体２とが第２の電極５により直列に接続
されている。

【００２８】制御部４０は、第３の電極７を介して第２
の電極５の１つに選択電位波形を入力し、第１の電極６
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、吐出口３０からの
吐出インク滴９の吐出および非吐出を制御する。このよ
うにして電力が供給された抵抗発熱体２上の吐出用イン
クが急速に加熱されることで抵抗発熱体２上に膜沸騰現
象に基づく気泡が発生し、抵抗発熱体２表面全域に一斉
にきわめて高い圧力を伴って発生する。この圧力によっ
て、インク供給口５４より供給された吐出インク滴９が
吐出口３０から吐出され、不図示の被記録媒体上に画像
が形成される。

【００２９】次に、第１の電極６と第２の電極５との発
熱に関して、第１の電極および第２の電極で絶縁薄膜層
を挟持する非線形素子を集中定数回路を用いて等価的に
示した図５を用いて説明する。

【００３０】なお、図５において、第１の電極６の内部
抵抗は電極抵抗６５１として、第２の電極５の内部抵抗
は電極抵抗６５２として、絶縁性薄膜２４はＭＩＭ型非
線形素子６５３として等価的に示されている。また、各
電極内の個々の電極抵抗６５１および電極抵抗６５２の
抵抗値は、いずれも同一である。すなわち、第１の電極
６のシート抵抗は、絶縁性薄膜２４に当接する第１の当
接領域９１（図１参照）の全ての部位で実質的に均一で
あり、第２の電極５のシート抵抗は絶縁性薄膜２４に当
接する第２の当接領域９２（図１参照）の全ての部位で
実質的に均一であり、第１の当接領域９１における第１
の電極６のシート抵抗と第２の当接領域９２における第
２の電極５のシート抵抗とは実質的に同一である。

【００３１】第１の電位付与位置７０１に電位Ｖ₁が与
えられ、かつ、第２の電位付与位置７０２に電位Ｖ₂が
与えられて、第１の電位付与位置７０１と第２の電位付
与位置７０２との間に電位差を与えることで、第１の電
極６と第２の電極５とに電流が流れることとなる。この
際、第１の電極６の第１の電位付与位置７０１に近い領
域では電極抵抗６５１が小さいため電流密度が高くな
り、よって、発熱量が多くなり、また、第２の電極５で
も、第２の電位付与位置７０２に近い領域では電極抵抗
６５２が小さいため電流密度が高くなり、よって、発熱
量が多くなると推定できる。一方、第１の電極６の端部
に近い領域では電極抵抗６５１が大きいため電流密度が
低くなり、よって、発熱量が少なくなり、また、第２の
電極５の端部に近い領域では電極抵抗６５２が大きいた
め電流密度が低くなり、よって、発熱量が少なくなると
推定できる。

【００３２】本実施形態の非線形素子１では、第１の電
極６における発熱量の多い部分と、第２の電極５におけ
る発熱量の多い部分、すなわち、第１の電位付与位置７
０１に近い領域である第１の最近接部７１と、第２の電
位付与位置７０２に近い領域である第２の最近接部７２
とが矩形の非線形素子１の向かい合う二辺のそれぞれに
対応する部位、換言すれば、第１の最近接部７１と第２
の最近接部７２とが各電極の両端部に位置することで非
線形素子１の膜厚方向に関する投影面において離隔して
形成されるため、電極間で高い発熱と低い発熱が相殺さ
れ、発熱が均一化される。

【００３３】また、本実施形態の非線形素子１は、図５
に示すように、第１の電位付与位置７０１から第１の電
極６の端部に向かって、また、第２の電位付与位置７０
２から第２の電極５の端部に向かって、各電極内の電位
がともに略一次元的に降下する構成となっているため、
第１の電極６および第２の電極５間の電位差の変化が抑
制でき、電極方向に沿った方向と垂直な方向の電流成分
による発熱の不均一化が抑制できる。

【００３４】ところで、ＭＩＭ素子とは、原義的には絶
縁体とこれを挟み込むように配置された金属とを有する
トンネル接合素子であるが、通常、絶縁体とこれを挟み
込むように配置された導電体電極とを有する接合素子も
ＭＩＭ素子と呼ばれる。

【００３５】ＭＩＭ素子での、絶縁体中の電気伝導機構
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。

【００３６】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。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、電極間隔を１００ｎ
ｍ以下とすることが望ましい。さらに、バブルジェット
記録ヘッドの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、電極間隔を４０ｎｍ以下とすることが
望ましい。

【００３７】また、電極間隔が極端に狭いと電極の金属
表面のイオンが電界放射を起こす恐れがあるため、電極
間隔を１ｎｍ以上とすることが望ましい。さらに、安定
なトンネル伝導が生じる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。

【００３８】すなわち、特に、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４
０ｎｍ以下であるＭＩＭ素子を非線形素子１として用い
ることが好ましい。

【００３９】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、炭化けい素ＳｉＣな
どからなる粒状結晶層を、上記のＭＩＭ素子における絶
縁体の代わりに電極間に配置した、いわゆるバリスタ
も、極性に依らず、高電圧側では低い抵抗値を示し、低
電圧側では高い抵抗値を示すＭＩＭ型の電流電圧特性を
有する素子であり、ＭＩＭ素子と同様にこのバリスタを
本発明の非線形素子１として用いることができる。

【００４０】このようなＭＩＭ型の電流電圧特性を示す
非線形素子１を発熱手段として用いることによって、ノ
イズ電圧などの発熱素子の駆動電圧より低い電圧が発熱
素子に印加されても、低い電圧が印加された場合の非線
形素子１の抵抗値が大きいことにより、非線形素子１に
はほとんど電流が流れないので、非線形素子１の不要な
発熱を防止することができ、また、所望の非線形素子１
の駆動のために投入した電気エネルギが、他の非線形素
子１の不要な発熱により消費され、駆動する非線形素子
１への投入電気エネルギが小さくなって所望の発泡を発
生させられず、液体吐出量が変化して記録画像の画質を
乱すことを防止できる。

【００４１】ここで、極性が定まらないノイズ電圧によ
って非線形素子１が発熱しないように、非線形素子１の
電流電圧特性は、正電圧側、負電圧側とも、小さい絶対
値の電圧の印加では、充分に小さな電流しか流れない電
流電圧特性であることが望ましい。そこで、特に、非線
形素子１の電流電圧特性は、図６に示すように、所望の
発泡を発生させるために電圧を印加した時に流れる電流
に相当する絶対値Ｉ₀の電流を与える印加電圧＋Ｖ₁と、
−Ｖ₂との絶対値の比（Ｖ₁／Ｖ₂）が０．５〜２の値で
あり、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以下であることが望
ましい。

【００４２】こうしたＭＩＭ型の電流電圧特性を示す非
線形素子１をマトリクス電極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を可能
とできる。また、マトリクス駆動により、ドライバとヒ
ータの分離を容易とし、安価な非Ｓｉ基板での大量生産
も可能とできる効果がある。

【００４３】なお、本実施形態のインクジェット記録ヘ
ッドおよび製造方法を説明するために用いた数値は、一
例であり、これに限定されるものではない。

【００４４】以上説明したように本実施形態のインクジ
ェット記録ヘッドによれば、第１の電極６の高発熱部と
第２の電極５の低発熱部が絶縁性薄膜を介して対峙し、
同様に、第１の電極６の低発熱部と第２の電極５の高発
熱部が絶縁性薄膜を介して対峙する、すなわち、第１の
最近接部７１と第２の最近接部７２とが非線形素子１の
膜厚方向に関する投影面において離隔して形成されるた
め、電極間で高い発熱と低い発熱が相殺され、発熱が均
一化される。よって、電流集中による非線形素子の破壊
を防止することができる。

【００４５】また、従来の半導体プロセスに頼らないで
作成できる、ＭＩＭ素子等の非線形素子１をマトリクス
駆動する構成であるため、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。 （第２の実施形態）次に、本発明の第２の実施形態によ
るインクジェット記録ヘッドに設けられた非線形素子の
模式的な平面図を図７に示す。

【００４６】本実施形態のインクジェット記録ヘッド
は、非線形素子１０１の、第１の電圧印加手段１６１に
接続された第１の電極１０６の幅Ｗ₁が、第２の電圧印
加手段１６２に接続された第２の電極１０５の幅Ｗ₂に
比べて狭い以外は、第１の実施形態と基本的に同様の構
成であるため、詳細の説明は省略する。

【００４７】非線形素子１０１の第１の最近接部１７１
から第２の最近接部１７２までの電極平面内の電流成分
が電極の幅方向に対して一様であるためには、上下電極
の幅が略等しいことが好ましい。しかしながら、作成時
のずれを考慮すると、電極面内の第１の電極１０６の幅
Ｗ₁と第２の電極１０５の幅Ｗ₂との比が０．８３から
１．２（５／６から６／５）の範囲内で電極幅に差を持
たせた方が特性ばらつきの少ない非線形素子が作成でき
る場合がある。このため、図７に示すように、第１の電
極１０６の幅Ｗ₁が第２の電極１０５の幅Ｗ₂に比べて狭
いものであってもよく、例えば、第１の電極１０６の幅
Ｗ₁を８４．５μｍとし、第２の電極１０５の幅Ｗ₂を幅
は９０μｍとするものであってもよい。

【００４８】以上、本実施形態のインクジェット記録ヘ
ッドによれば、第１の実施形態と同様に、第１の電極１
０６の高発熱部と第２の電極１０５の低発熱部が絶縁性
薄膜を介して対峙し、同様に、第１の電極１０６の低発
熱部と第２の電極１０５の高発熱部が絶縁性薄膜を介し
て対峙する、すなわち、第１の最近接部１７１と第２の
最近接部１７２とが非線形素子１０１の膜厚方向に関す
る投影面において離隔して形成されるため、電極間で高
い発熱と低い発熱が相殺され、発熱が均一化される。よ
って、電流集中による非線形素子の破壊を防止すること
ができる。

【００４９】また、第１の実施形態と同様に、従来の半
導体プロセスに頼らないで作成できる、ＭＩＭ素子等の
非線形素子１０１をマトリクス駆動する構成であるた
め、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。 （第３の実施形態）次に、本発明の第３の実施形態によ
るインクジェット記録ヘッドに設けられた非線形素子の
模式的な平面図を図８に示す。

【００５０】本実施形態のインクジェット記録ヘッド
は、非線形素子２０１が、第１の電極２０６、第２の電
極２０５、および第１の電極２０６と第２の電極２０５
との間に形成されている不図示の絶縁性薄膜のそれぞれ
の形状が湾曲した帯形状である以外は、第１の実施形態
と基本的に同様の構成であるため、詳細の説明は省略す
る。本実施形態では、第１の電極２０６、第２の電極２
０５、および絶縁性薄膜はそれぞれ帯状でＵ字型である
がこれに限定されるものではない。

【００５１】以上、本実施形態のインクジェット記録ヘ
ッドによれば、第１および第２の実施形態と同様に、第
１の電極２０６の高発熱部と第２の電極２０５の低発熱
部が絶縁性薄膜を介して対峙し、同様に、第１の電極２
０６の低発熱部と第２の電極２０５の高発熱部が絶縁性
薄膜を介して対峙する、すなわち、第１の最近接部２７
１と第２の最近接部２７２とが非線形素子２０１の膜厚
方向に関する投影面において離隔して形成されるため、
電極間で高い発熱と低い発熱が相殺され、発熱が均一化
される。よって、電流集中による非線形素子の破壊を防
止することができる。

【００５２】また、第１および第２の実施形態と同様
に、従来の半導体プロセスに頼らないで作成できる、Ｍ
ＩＭ素子等の非線形素子２０１をマトリクス駆動する構
成であるため、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。 （第４の実施形態）次に、本発明の第４の実施形態によ
るインクジェット記録ヘッドに設けられた非線形素子の
模式的な側断面図を図９に示す。

【００５３】本実施形態のインクジェット記録ヘッド
は、非線形素子３０１が、第１の電極３０６上にＳｉＮ
絶縁膜３８１とＴａ薄膜３８２より構成される保護層を
有する以外は、第１の実施形態と基本的に同様の構成で
あるため、詳細の説明は省略する。なお、ＳｉＮ絶縁膜
３８１の膜厚は１．０μｍであってもよく、また、Ｔａ
薄膜３８２の膜厚は０．２３μｍであってもよい。

【００５４】以上、本実施形態のインクジェット記録ヘ
ッドによれば、第１ないし第３の実施形態と同様に、第
１の電極３０６の高発熱部と第３の電極２０５の低発熱
部が絶縁性薄膜を介して対峙し、同様に、第１の電極３
０６の低発熱部と第２の電極３０５の高発熱部が絶縁性
薄膜を介して対峙する、すなわち、第１の最近接部３７
１と第２の最近接部３７２とが非線形素子３０１の膜厚
方向に関する投影面において離隔して形成されるため、
電極間で高い発熱と低い発熱が相殺され、発熱が均一化
される。よって、電流集中による非線形素子の破壊を防
止することができる。

【００５５】また、第１ないし第３の実施形態と同様
に、従来の半導体プロセスに頼らないで作成できる、Ｍ
ＩＭ素子等の非線形素子３０１をマトリクス駆動する構
成であるため、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。

【００５６】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
の一例を、図１０に模式的に示す。

【００５７】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で被記
録媒体である紙４０６を搬送する構成となっている。ま
た、上述した各実施形態で示した、制御部４０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４０６に対向するように設け
られており、制御部４０からの信号に応じて各吐出口か
らインクを吐出し、紙４０６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。

【００５８】なお、本発明は、第１ないし第４の実施形
態を例として説明してきたが、これらになんら限定され
るものではない。また、以下に第１の実施形態の実施例
を示すが、本発明はこれらによって何ら限定されるもの
でもない。

【００５９】

【実施例】次に、本発明の実施例として、上述の第１の
実施形態で示したインクジェット記録ヘッドの製作およ
び特性に関して説明する。なお、以下の説明に用いる記
号は、第１の実施形態で用いた記号と同じ記号を用いる
ものとする。

【００６０】非線形素子１は、幅８４．５μｍの帯状金
属からなる第２の電極５を陽極酸化して得られる酸化絶
縁膜である絶縁性薄膜２４の上に、同じく幅８４．５μ
ｍの帯状金属である第１の電極６を、第１の最近接部７
１と第２の最近接部７２とが重なるように略平行に積層
し作成する。さらに具体的には、第２の電極５として、
Ｔａ薄膜をＲＦスパッタ法で成膜し、その表面を陽極酸
化法で酸化し、厚さ約３２ｎｍのＴａ₂Ｏ₅薄膜を形成し
た後、同じくＴａ薄膜をＲＦスパッタ法で成膜し第２の
電極５とする。この時、ＲＦスパッタは約１．３３Ｐａ
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白金電極を陰
極として行う。また、基板２３は結晶軸＜１１１＞、厚
さ０．６２５ｍｍのＳｉ基板であり、下層部２２は厚さ
２．７５μｍのＳｉ熱酸化膜である。

【００６１】また、Ｔａ薄膜である第１の電極６と第２
の電極５との厚さは、それぞれ２３ｎｍである。すなわ
ち、第１の電極６と第２の電極５との材料および膜厚が
略等しい。よって、第１の電極６と第２の電極５とのシ
ート抵抗は略等しくなり、第１の電極６の発熱分布と第
２の電極５の発熱分布とは、第１の最近接部７１と第２
の最近接部７２との中線に対して略対称となり、上述し
たように、第１の電極６の高発熱部と第２の電極５の低
発熱部が絶縁層を介して対峙し、同様に、第１の電極６
の低発熱部と第２の電極５の高発熱部が絶縁層を介して
対峙するため、発熱分布を効果的に均一化できることと
なる。ここで、Ｔａの電気抵抗率は１３．５μΩ・ｃｍ
(文献：伝熱工学資料、改定第４版、日本機会学会発
行、丸善)であり、厚さ２３ｎｍのＴａのシート抵抗は
５．４Ωである。

【００６２】また、第１の電極６と第２の電極５とのシ
ート抵抗を均一にするために、それらの膜厚は完全に均
一であることが好ましい。しかし、第１の電極６と第２
の電極５との周縁部においてわずかなテーパが形成され
る場合がある。このようなわずかなテーパの形成される
要因は、以下に述べる通りである。

【００６３】まず、エッチング液を用いたウェットエッ
チングでパターニングした場合、通常、エッチングは、
レジストの無い露出面を上方から下方に向かって等方的
に進行する。このため、上側が多く削られ、下側が少な
く削られることから、被パターニング材の周縁部にわず
かなテーパが形成される。また、荷電粒子を加速して表
面に照射するようなドライエッチングでパターニングし
た場合、エッチングは下方向のみに進行するが、それで
も、荷電粒子の横方向への運動が発生するために、被パ
ターニング材の周縁部にわずかなテーパが形成される。

【００６４】しかし、わずかなテーパであればシート抵
抗への影響はほとんどないため、本実施例では、第１の
電極６と第２の電極５との周縁部にこのような意図しな
いわずかなテーパが形成された場合のものについても
「実質的に均一」として包含するものとする。

【００６５】また、抵抗発熱体２の大きさは２５μｍ×
２５μｍで、抵抗発熱体２の面積は６２５μｍ²であ
り、抵抗発熱体２の素子抵抗は５３Ωとなる。また、非
線形素子１の大きさは８４．５μｍ×２００００μｍ
で、非線形素子１の面積は１６９００００μｍ²であ
る。このとき、非線形素子１の面積は、抵抗発熱体２の
面積の２７０４倍であり、非線形素子１の第１の電極６
と第２の電極５との間に印加される電圧６．７Ｖに対す
る素子抵抗は５３Ωである。ここで、第２の電極５と第
３の電極７間に１３．４Ｖの電圧を印加すると、非線形
素子１および抵抗発熱体２のそれぞれに６．７Ｖの電圧
が印加され、１２６ｍＡの電流が流れる。この時、非線
形素子１および発熱抵抗体２で熱に変換される消費電力
は０．８４７Ｗであり、非線形素子１の電力密度は０．
５ＭＷ/ｍ²、抵抗発熱体部２の電力密度は１．３５５Ｇ
Ｗ/ｍ²となり、抵抗発熱体部１では吐出用液体を加熱
し、発泡させることができた。また、非線形素子１の単
位面積あたりの発熱量は抵抗発熱体部２の単位面積あた
りの発熱量の２７０４分の１であるため、非線形素子１
の温度上昇を抑えることができた。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１の最近接部位と、第２の最近接部位とが、非線形素子
の膜厚方向に関する投影面において離隔しているため、
電位付与位置から電極の端部に向かって、各電極内の電
位がともに略一次元的に降下し、よって、非線形素子の
電極間の電位差の変化が抑制でき、電極方向に沿った方
向と垂直な方向の電流成分による発熱の不均一化が抑制
できる。また、電流密度が高くなることで発熱量の多
い、第１の最近接部位および第２の最近接部位が互いに
離隔していることで電極間での高い発熱と低い発熱が相
殺され、非線形素子の発熱が均一化される。

【００６７】また、従来の半導体プロセスに頼らないで
作成できる、ＭＩＭ素子等の非線形素子をマトリクス駆
動する構成であるため、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】本発明の第１の実施形態によるインクジェット
記録ヘッドの模式的な平面透視図である。

【図２】図１に示したインクジェット記録ヘッドの非線
形素子部の拡大側断面図である。

【図３】図２に示した非線形素子部の模式的な平面図で
ある。

【図４】本発明の第１の実施形態によるインクジェット
記録ヘッドの非線形素子をマトリクス駆動するためのマ
トリクス回路である。

【図５】第１の帯状電極および第２の帯状電極で絶縁層
を挟持する非線形素子を、集中定数回路を用いて等価的
に示した図である。

【図６】非線形素子の電流電圧特性を示した図である。

【図７】本発明の第２の実施形態によるインクジェット
記録ヘッドに設けられた非線形素子の模式的な平面図で
ある。

【図８】本発明の第３の実施形態によるインクジェット
記録ヘッドに設けられた非線形素子の模式的な平面図で
ある。

【図９】本発明の第４の実施形態によるインクジェット
記録ヘッドの非線形素子の模式的な側断面図である。

【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、１０１、２０１、３０１ 非線形素子 ２ 抵抗発熱体 ５、１０５、２０５、３０５ 第２の電極 ６、１０６、２０６、３０６ 第１の電極 ７ 第３の電極 ９ 吐出インク滴 ２２ 下部層 ２３ 基板 ２４ 絶縁性薄膜 ３０ 吐出口 ３１ 流路 ４０ 制御部 ５４ インク供給口 ６１、１６１ 第１の電圧印加手段 ６２、１６２ 第２の電圧印加手段 ７１、１７１、２７１、３７１ 第１の最近接部 ７２、１７２、２７２、３７２ 第２の最近接部 ７５ 流路壁 ９１ 第１の当接領域 ９２ 第２の当接領域 ３８１ ＳｉＮ絶縁膜 ３８２ Ｔａ薄膜 ４０２ インクタンク ４０３ 駆動回路 ４０５ 紙送りローラ ４０６ 紙 ４０７ インクジェット記録ヘッド ６５１、６５２ 電極抵抗 ６５３ ＭＩＭ型非線形素子 ７０１ 第１の電位付与位置 ７０２ 第２の電位付与位置

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するために利用される熱エ
   ネルギを発生する発熱抵抗体と該発熱抵抗体に接続され
   る一対の電極とを有する発熱手段と、 前記発熱抵抗体に直列に接続された、第１の電極と第２
   の電極とで絶縁性薄膜を挟持する非線形素子と、を有
   し、 前記第１の電極は前記絶縁性薄膜に当接する第１の当接
   領域と電位を付与される第１の電位付与位置とを含み、
   前記第２の電極は前記絶縁性薄膜に当接する第２の当接
   領域と電位を付与される第２の電位付与位置とを含み、 前記第１の電極のシート抵抗は前記第１の当接領域の全
   ての部位で実質的に均一であり、前記第２の電極のシー
   ト抵抗は前記第２の当接領域の全ての部位で実質的に均
   一であり、前記第１の当接領域における前記第１の電極
   のシート抵抗と前記第２の当接領域における前記第２の
   電極のシート抵抗とは実質的に同一であり、 前記第１の当接領域の中で前記第１の電位付与位置に最
   近接する第１の最近接部位と前記第２の当接領域の中で
   前記第２の電位付与位置に最近接する第２の最近接部位
   とは、前記非線形素子の膜厚方向に関する投影面におい
   て離隔していることを特徴とするインクジェット記録ヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 前記非線形素子は矩形であり、前記第１
   の最近接部位と前記第２の最近接部位とは、前記矩形の
   非線形素子の向かい合う二辺のそれぞれに対応する部位
   である請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記非線形素子は帯状であり、前記第１
   の最近接部位と前記第２の最近接部位とは、前記帯状の
   非線形素子の両端部のそれぞれに対応する部位に含まれ
   る請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記第１の電極および前記第２の電極
   は、ともに帯状の帯状電極である請求項１から３のいず
   れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記第１の電極および前記第２の電極
   は、ともに矩形の矩形帯状電極である請求項４に記載の
   インクジェット記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記第１の電極および前記第２の電極
   は、ともに湾曲した湾曲型帯状電極である請求項４に記
   載のインクジェット記録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記第１の電極の前記第１の当接領域に
   おける幅に対する前記第２の電極の前記第２の当接領域
   における幅の比が５／６から６／５の範囲内である請求
   項１から６のいずれか１項に記載インクジェット記録ヘ
   ッド。
8. 【請求項８】 前記第１の電極と前記第２の電極とは実
   質的に同一の材料で構成されており、前記第１の電極の
   厚さは前記第１の当接領域の全ての部位で実質的に均一
   であり、前記第２の電極の厚さは前記第２の当接領域の
   全ての部位で実質的に均一であり、前記第１の当接領域
   における前記第１の電極の厚さと前記第２の当接領域に
   おける前記第２の電極の厚さとは実質的に同一である請
   求項１から７のいずれか１項に記載のインクジェット記
   録ヘッド。
9. 【請求項９】 被記録媒体を搬送する搬送手段と、前記
   被記録媒体の被記録面に対向してインクを吐出する吐出
   口が設けられているインクジェット記録ヘッドとを有す
   るインクジェット記録装置において、 前記インクジェット記録ヘッドが、請求項１から８のい
   ずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドであり、 前記非線形素子および前記抵抗発熱体への電力供給の制
   御を行う制御部を有することを特徴とするインクジェッ
   ト記録装置。