JP2002113868A - Ink jet recording head and ink jet recorder - Google Patents

Ink jet recording head and ink jet recorder

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JP2002113868A
JP2002113868A JP2001236250A JP2001236250A JP2002113868A JP 2002113868 A JP2002113868 A JP 2002113868A JP 2001236250 A JP2001236250 A JP 2001236250A JP 2001236250 A JP2001236250 A JP 2001236250A JP 2002113868 A JP2002113868 A JP 2002113868A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a nonlinear element itself from being broken by heating of the nonlinear element.
SOLUTION: A plurality of striped lower electrodes 5 where an insulating thin film 24 is set, and a plurality of information electrodes 7 are formed on a substrate 23 having a lower layer (thin film oxidation insulating layer) 22, on which a plurality of striped upper electrodes 6 are formed, and moreover a resistance heating unit 2 is formed. The lower electrodes 5 and the information electrodes 7 constitute a matrix circuit, and at the same time the lower electrodes 5, the upper electrodes 6 and the insulating thin film 24 constitute an MIM element 1. The resistance heating unit 2 is connected in series to the MIM element 1. The MIM element 1 is turned on when a voltage is impressed between the lower electrodes 5 and the information electrodes 7, whereby an electricity is supplied to the resistance heating unit 2 to make the unit heat. Liquid drops 9 are accordingly discharged from a discharge opening 8. An area of the MIM element 1 is made larger than an area of the resistance heating unit 2.
COPYRIGHT: (C)2002,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [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に用いられる、特に発泡現象を利用したバブルジェット(登録商標)記録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。 The present invention relates are used in an ink jet printer, particularly an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus of bubble jet recording system utilizing a foaming phenomenon.

【0002】 [0002]

【従来の技術】バブルジェット記録方式のインクジェット記録ヘッドは、一般に、微細な吐出口と流路とこの流路の一部に設けられている発熱体とを備えている。 An ink jet recording head of the Prior Art bubble jet recording method generally comprises a heating element provided in a part of the channel a fine discharge port and the flow path. 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、液滴を記録紙等に付着させる記録方式である。 The bubble jet recording method, bubbles are generated by locally high temperature of the liquid in the channel by using a heating element, by using a high pressure upon foaming, extruded from fine discharge ports of the liquid, a recording method of depositing the droplets onto a recording paper.

【0003】このバブルジェット記録方式で記録される画像を高精細化するためには、微小な液滴を高密度に吐出させる技術が要求される。 In order to high-definition images to be recorded in this bubble jet recording method, technique for ejecting fine droplets at a high density is required. そのため、微細な流路と微細な発熱体を形成することが特に重要である。 Therefore, it is particularly important to form a fine flow path and a fine heating elements. それゆえ、バブルジェット記録方式の構造の単純性を活かして、フォトリソグラフィ技術を駆使して高密度化可能なヘッドの製造方法が提案されている(たとえば、特開平08−15629号公報)。 Therefore, taking advantage of the simplicity of the structure of the bubble jet recording method has been proposed a manufacturing method of high density can be head by making full use of photolithographic techniques (e.g., JP-A-08-15629). 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提案されている(特開昭62−201254号公報)。 Further, in order to adjust the discharge amount of the droplet, the heating element heating value of the central portion is larger than the end portion has been proposed (JP 62-201254 JP).

【0004】発熱体としては、通常、厚さ0.05μm [0004] as a heating element, usually, thickness 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。 Using the extent of tantalum nitride thin-performing foaming liquid by Joule heat when energized thereto. 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などの絶縁層を介して厚さ0.2μm程度のTaなどの金属からなる耐キャビテーション層が設けられている。 Such resistance heating element, usually, in order to prevent damage to the resistive heating element of cavitation, a metal such as thickness 0.2μm about Ta via an insulating layer such as 0.8μm about SiN anti-cavitation layer is provided made.

【0005】また、特開昭64−20150号公報には、基板上に複数の縦配線と複数の横配線が設けられ、 Further, in JP-A-64-20150, a plurality of vertical wirings and a plurality of horizontal lines is provided on the substrate,
両者の交点部分に、順電流のみが流れる整流素子とこれに接続された発熱素子とが設けられているマルチノズルインクジェットヘッドが開示されている。 The intersection portion of both multi-nozzle ink jet head and the heat-generating elements connected thereto and rectifying element only forward current flows is provided is disclosed. また、特開昭57−36679号公報には、基板上に、順方向通電により発熱可能な複数のダイオードがアレイ状に配列されているサーマルヘッドが開示されている。 Further, in JP-A-57-36679, on the substrate, the thermal head forward conduction by heatable plurality of diodes are arranged in an array is disclosed.

【0006】 [0006]

【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が、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まれている。 Many INVENTION Problems to be Solved conventional ink jet recording head, the heat generating element and a diode or a logic circuit portion are fabricated simultaneously on a silicon substrate by a semiconductor process (ion implantation or the like). したがって、比較的ノズル数の少ないヘッドではコンパクト化でき、単一の工程で出来るという利点がある。 Therefore, it compact in a relatively nozzle small number of heads, an advantage that can be in a single step. しかし、例えば紙幅いっぱいの長さを有するフルラインマルチヘッドは12インチ(約30cm)程度の長さが必要で、これを一体形成しようとすると、通常のシリコンウェハーを使うことが難しく高コスト化を招くおそれがある。 However, for example, full-line multi-head having a width full length is required a length of about 12 inches (about 30 cm), when you try to integrally form this, it is difficult high cost to use a conventional silicon wafer which may lead.

【0007】そこで、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、 [0007] Therefore, with a non-linear element can be created without resorting to the conventional semiconductor processes such as ion implantation,
マトリクス状に配列されたバブルジェット記録用の発熱素子を選択的に駆動することができれば、長尺のインクジェット記録ヘッドを低コストで提供できる可能性がある。 The ability to selectively drive the heat generating element for bubble jet recording, which is arranged in a matrix, it may be possible to provide an ink jet recording head long at a low cost.

【0008】従来から、非線形素子であるMIM素子等が液晶装置などに用いられている。 [0008] Conventionally, such MIM element is used in a liquid crystal device is a nonlinear device. このMIM素子が液晶装置に用いられる場合、通常の電力密度は1W/m 2 If the MIM element is used in a liquid crystal device, a normal power density 1W / m 2
程度である。 It is the degree. これに対して、バブルジェット記録ヘッドの発熱体としてはおよそ0.1GW/m 2以上の電力密度を扱う必要がある。 In contrast, as the heating element of a bubble jet recording head is required to handle approximately 0.1GW / m 2 or more power density. したがって、MIM素子をバブルジェット記録ヘッドの発熱体として用いようとすると、 Accordingly, when attempts to use MIM element as a heating element of the bubble-jet recording head,
液晶装置に用いられる場合等と比べてはるかに大きな電力を、MIM素子に直列接続した抵抗素子に供給する必要があった。 Large power far in comparison with the case or the like used for a liquid crystal device, it is necessary to supply to the resistive element connected in series to the MIM element. この問題に対して、MIM素子への印加電圧を上げることにより、MIM素子へ供給可能な電力を上げることはある程度可能である。 For this problem, by increasing the voltage applied to the MIM element, it is possible to some extent to increase the power that can be supplied to the MIM element. しかしながら、MI However, MI
M素子そのものの発熱によってMIM素子の温度が上昇して素子自体の破壊に至るおそれがあった。 Temperature of the MIM element due to heat generation of the M element itself there can lead to destruction of the device itself rises. このようなMIM素子そのものの発熱は、液晶装置に用いられる場合など、MIM素子をマトリクス駆動用の非線形素子とする従来の構成ではまったく問題とならなかったが、M Heating of such MIM element itself, such as when used for a liquid crystal device, but was not a problem at all in the conventional configuration in which the MIM element and the non-linear element for matrix driving, M
IM素子をバブルジェット記録装置の発熱体のマトリクス駆動用の非線形素子として用いる場合には、その特有の問題として、MIM素子の発熱によりMIM素子自体が破壊されるおそれがある。 When using the IM element as a nonlinear element for matrix driving of the heat generating element of the bubble-jet recording apparatus, as its inherent problems, there is a possibility that the MIM element itself is broken by heat generation of the MIM element.

【0009】そこで本発明の目的は、バブルジェット記録方式の発熱体を駆動するためにMIM型電気特性を有する非線形素子を用い、その非線形素子の発熱により非線形素子自体が破壊されることを防止し、低コストで長尺化可能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提供することにある。 [0009] It is an object of the present invention, using a non-linear element having the MIM type electrical characteristics in order to drive the heating elements of the bubble jet recording method, to prevent the nonlinear element itself being damaged by the heat generation of the non-linear element is to provide an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus capable elongated at low cost.

【0010】 [0010]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、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抵抗発熱体と、抵抗発熱体に接続される一対の電極とを有する発熱手段と、抵抗発熱体を駆動するために抵抗発熱体に直列接続され、極性によらず、低い電圧を印加した時の抵抗値が、高い電圧を印加した時の抵抗値に比べて高い値を示すMIM型の電流電圧特性を有する非線形素子とを有し、非線形素子の面積が、抵抗発熱体の、一対の電極間の面積よりも大きいところにある。 Means for Solving the Problems The feature of the present invention includes a heating means having a resistance heating element for generating thermal energy utilized for discharging ink, and a pair of electrodes connected to the resistance heating element It is serially connected to the resistance heating element to drive the resistive heating elements, regardless of the polarity, low resistance upon application of a voltage, MIM showing a higher value than the resistance value upon application of a high voltage and a nonlinear element having a current-voltage characteristic of the type, the area of ​​the non-linear element, the resistance heating element, is at greater than the area between the pair of electrodes. この構成により、非線形素子の発熱により非線形素子自体が破壊してしまうことが防げる。 This configuration is a non-linear element itself prevented be destroyed by the heat generation of the nonlinear element.

【0011】さらに、非線形素子の面積が、抵抗発熱体の、一対の電極間の面積の3.7倍〜10 8倍であることが好ましい。 Furthermore, the area of the non-linear element, the resistance heating element is preferably 3.7 times to 108 times the area between the pair of electrodes. これにより、非線形素子の発熱により非線形素子自体が破壊してしまうことが防げるとともに、 Thus, the non-linear element itself with prevented be destroyed by the heat generation of the non-linear element,
ヘッドの小型化の妨げとならない。 It does not interfere with head miniaturization of. さらに、吐出用液体の発泡に必要な大電流を流しつつ、素子駆動コストの上昇を生じない程度に駆動電圧を低く抑えることができる。 Moreover, while a large current necessary for foaming of the ejection liquid, it is possible to reduce the driving voltage to the extent that does not cause increase of the element driving costs.

【0012】また、非線形素子の、吐出口配列方向の長さが、該配列方向と実質的に直交する方向の長さよりも短いことが好ましい。 Further, the non-linear element, the length of the nozzle array direction is preferably shorter than the length in the direction 該配 column substantially perpendicular. これにより、吐出口と非線形素子を高密度に並べることができる。 Thus, it is possible to arrange the discharge ports and a nonlinear device at a high density.

【0013】また、非線形素子が抵抗発熱体と同一の基板上に形成されており、基板と実質的に垂直な方向に形成された吐出口を有し、流路が、抵抗発熱体形成部分から、主に非線形素子の配設位置と反対側に延びていてもよい。 Further, the non-linear element is formed in the resistive heating element and the same substrate, it has a discharge port formed in the substrate substantially perpendicular, the flow path from the resistance heating element forming portion it may extend to the side opposite to the installation position of the main nonlinear element. または、非線形素子が抵抗発熱体と同一の基板上に形成されており、基板と実質的に平行な方向に形成された吐出口を有し、流路が、抵抗発熱体形成部分から、 Or a non-linear element is formed in the resistive heating element and the same substrate, has a substrate and substantially discharge port formed in a direction parallel to the flow path, the resistance heating element forming portion,
主に非線形素子の配設位置側に延びていてもよい。 It may extend at the arrangement position side of the main non-linear element. いずれの場合も、大面積の非線形素子を液体吐出の邪魔にならないように配置できる。 In either case, the non-linear element having a large area can be arranged so as not to interfere with the liquid discharge.

【0014】さらに、非線形素子に対する冷却構造を有すると、非線形素子の発熱により非線形素子自体が破壊してしまうことがより確実に防げる。 Furthermore, when a cooling structure for a non-linear element, that destroy nonlinear element itself by the heat generation of the non-linear element prevented more reliably.

【0015】また、駆動状態における非線形素子の抵抗値が、抵抗発熱体の抵抗値と実質的に等しいことが好ましい。 Further, the resistance value of the non-linear element in the driving state, it is preferably equal to the resistance value substantially the resistance heating element.

【0016】また、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していてもよい。 Further, it may have a matrix electrode constituting a matrix circuit for applying a voltage to the heating means.
そして、非線形素子が、マトリクス電極の交点に位置していてもよい。 Then, the nonlinear element may be located at the intersection of matrix electrodes.

【0017】また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、熱エネルギーによりインクに膜沸騰を生起させてインクを吐出するものであってもよい。 Further, the ink jet recording head of the present invention, ink is rise to film boiling by thermal energy may be configured to eject ink.

【0018】本発明のインクジェット記録装置は、前記抵抗発熱体に対応して設けられ、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を有する、前記したいずれかの構成のインクジェット記録ヘッドと、記録媒体の搬送手段とを少なくとも具備することを特徴とする。 The ink jet recording apparatus of the present invention, the provided corresponding to the resistance heating element, having a discharge port for discharging the ink to face the recording surface of the recording medium, ink jet recording of any one of the configurations described above and the head, characterized in that at least and a conveying means for the recording medium.

【0019】 [0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, will be explained with reference to the drawings, embodiments of the present invention.

【0020】(第1の実施形態)図1は本発明の第1の実施形態を示す要部平面図、図2はその電気特性を示すグラフ、図3はその要部断面図、図4はその電気回路を模式的に示す回路図である。 [0020] (First Embodiment) FIG. 1 is a fragmentary plan view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing the electrical properties, Figure 3 is its cross sectional view, FIG. 4 the electric circuit is a circuit diagram schematically illustrating.

【0021】図1,3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、下部層(薄膜酸化絶縁層)2 As shown in FIGS. 1 and 3, the ink jet recording head of this embodiment, the lower layer (thin oxide insulating layer) 2
2を有する基板23上に、絶縁性薄膜24が設けられた複数のストライプ状の下側電極(縦電極)5と、複数の信号電極(情報電極)7が形成され、さらにその上に、 On a substrate 23 having a 2, a lower electrode (vertical electrodes) 5 of a plurality of stripes insulating thin film 24 is provided, a plurality of signal electrodes (data electrodes) 7 are formed, further thereon,
複数のストライプ状の上側電極(横電極)6が形成され、さらに薄膜抵抗発熱体(発熱素子)2が形成されている。 A plurality of stripe-shaped upper electrodes (horizontal electrode) 6 is formed, which is further thin-film resistive heating element (heating element) is 2 formation. このように構成された基板23に、吐出口形成部52が配置されている。 The substrate 23 having such a configuration, the discharge port forming portion 52 is disposed.

【0022】基板23は、熱良導体材料に下部層22が形成されたものである。 The substrate 23 is the lower layer 22 is formed on the thermally conductive material. 複数の下側電極5は、マトリクス回路を構成する走査電極であり、極めて薄い絶縁性薄膜24で被覆されている。 A plurality of lower electrodes 5 is a scanning electrode constituting a matrix circuit, it is covered by a very thin insulating film 24. これに対し、複数の上側電極6は、下側電極5と交差する方向に実質的に平行に配列され、抵抗発熱体2の一端に接続されている。 In contrast, the plurality of upper electrodes 6 are arranged substantially parallel to a direction intersecting the lower electrode 5, is connected to one end of the resistance heating element 2. また、情報電極7は、抵抗発熱体2の他の一端に接続され、マトリクス回路を構成するものである。 Further, data electrodes 7 is connected to the other end of the resistance heating element 2, and constitutes a matrix circuit. ここで、吐出口形成部52は、各抵抗発熱体2に対応する複数の流路31が接続されている。 Here, the discharge port forming portion 52 has a plurality of flow channels 31 corresponding to each resistive heating element 2 is connected. また、各流路31は外部に向けて開口している複数の吐出口8を有している。 Further, each passage 31 has a plurality of ejection ports 8 is open toward the outside.

【0023】本実施例では、下側電極5と、上側電極6 [0023] In this embodiment, the lower electrode 5, upper electrode 6
と、両者の間に介在する絶縁性薄膜24とによって、M When, by an insulating film 24 interposed therebetween, M
IM型電流電圧特性を示す非線形素子、すなわちMIM Non-linear element indicating an IM-type current-voltage characteristic, i.e. MIM
素子1が構成されている。 Element 1 is constructed. このMIM素子1の面積は抵抗発熱体2の面積より大きい。 Area of ​​the MIM element 1 is larger than the area of ​​the resistance heating element 2.

【0024】MIM型電気特性とは、MIM素子やバリスタの電流電圧特性のように、図2に示す通り、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である。 [0024] The MIM type electrical characteristics, as the current-voltage characteristic of the MIM element and a varistor, as shown in FIG. 2, regardless of the polarity, shows a low resistance value in the high voltage side, the high resistance value is low-pressure side a current-voltage characteristic shown. MIM素子とは、 The MIM element,
原義的には金属/絶縁体/金属という構造のトンネル接合素子であるが、通常は、導電体電極/絶縁体/導電体電極という構造の接合素子もMIM素子と呼ぶ。 While the original meaning manner is a tunnel junction element having a structure of metal / insulator / metal, usually junction device structure that conductor electrode / insulator / conductor electrode also called MIM element. ここで、絶縁体の伝導機構としては、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。 Here, the conduction mechanism of the insulator, Poole electrical conduction or hopping repeating a plurality of tunneling in the insulator such as Kell type conduction, Fowler-Nordheim relatively simple tunnel conduction such as conducting such as It has been known. 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。 Current of such tunnel-type flows, since the current flows in the junction element, the distance between the electrodes is extremely narrow needed. なお、ZnOにBiや、PrおよびCoなどの金属酸化物を添加した焼結体層や、炭化けい素SiCの粒状結晶層を、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、前記したMIM素子と同様に非線形素子として用いることができ、MIM型電気特性を得ることができる。 Incidentally, Bi and the ZnO, and the sintered body layer obtained by adding metal oxides such as Pr and Co, a granular crystal layer of silicon carbide SiC, also called varistor disposed between the electrodes, instead of the insulating layer, and the can be used in the same manner as MIM element as a nonlinear element, it is possible to obtain a MIM type electrical characteristics.

【0025】本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、下側電極5および情報電極7からなるマトリクス回路と、このマトリクス回路の交点に位置するMIM素子1と、MIM素子1に直列に接続された抵抗発熱体2とを有している。 The ink jet recording head of this embodiment, a matrix circuit consisting of the lower electrode 5 and the data electrodes 7, an MIM element 1 located at the intersection of the matrix circuit, resistance heating which are connected in series to the MIM element 1 and a body 2.

【0026】このような構成であるため、後述するように、マトリクス回路を構成する下側電極5と情報電極7 [0026] Since such a configuration, as described later, the lower electrode 5 constituting the matrix circuit and the data electrodes 7
との間に電圧を印加すると、MIM素子1がオン状態となり、抵抗発熱体2に電力が供給される。 When a voltage is applied between the, MIM element 1 is turned on, electric power is supplied to the resistance heating element 2. 抵抗発熱体2 The resistance heating element 2
が電力の供給を受けて発熱すると、吐出用液体供給口5 When but generates heat by being supplied with electric power, the discharge liquid supply port 5
4から供給されて流路31内に存在する吐出用液体(インク)が急速加熱されて気泡が発生し、この発泡圧によって液滴9が吐出口8より吐出し、吐出した液滴9が外部の記録媒体(図示せず)に付着して画像が形成される。 4 discharging liquid present in the supplied flow channel 31 from (ink) is rapidly heated bubbles are generated by a droplet 9 is ejected from the discharge port 8 by the foaming pressure, the discharged liquid droplet 9 is external an image is formed by adhering to the recording medium (not shown). もちろん、下側電極5および情報電極7に十分な電圧が印加された個所(選択点)においてのみ、前記したとおり抵抗発熱体2の発熱および液体吐出が行われる。 Of course, only in the places where a sufficient voltage is applied to the lower electrode 5 and the data electrodes 7 (selected point), fever and a liquid discharge of the resistance heating element 2 as described above is performed.
両電極5,7に十分な電圧が印加されていない個所(非選択点)では、液体吐出は行われない。 In places where a sufficient voltage to the electrodes 5 and 7 is not applied (non-selected points), the liquid discharge is not performed.

【0027】MIM素子1が、マトリクスをなす両電極5,7の交点に、極めて薄い下部層22を介して配置されているので、マトリクス駆動時のバイアス電圧による非吐出点(非選択点)での不要な発熱を抑制し、抵抗発熱体2をマトリクス駆動できる。 The MIM element 1, at the intersection of the electrodes 5 and 7 forming the matrix, since it is arranged through the very thin bottom layer 22, a non-ejection point by the bias voltage at the time of matrix drive (non-selected points) suppresses unnecessary heating of the resistance heating element 2 can be matrix-driven. また、マトリクス駆動により、図示しないドライバ(駆動手段)を抵抗発熱体2から分離して設けることが容易にできるため、高価なSi基板を用いる必要がなく、安価に大量生産することができる。 Further, the matrix drive, since can be easily provided to separate driver (not shown) (driving means) from the resistance heating element 2, it is not necessary to use an expensive Si substrate, it can be mass-produced inexpensively.

【0028】マトリクス駆動を行うためには、ある等しい絶対値I 0の電流を生じさせるための印加電圧V 1と− [0028] In order to perform matrix driving, the applied voltages V 1 for generating a current of a same absolute value I 0 -
2が、0.5<(V 1 /V 2 )<2の関係を満足し、かつ印加電圧+V 1 /2および−V 2 /2に対応する電流の絶対値がI 0 /10以下であることが好ましい。 V 2 is, 0.5 <(V 1 / V 2) < satisfies the two relationships, and the absolute value of the applied voltage + V 1/2 and -V 2/2 corresponding to the current in the I 0/10 or less there it is preferable.

【0029】MIM素子1に電流が流れ得る、絶縁性薄膜24の膜厚の限界値、すなわち電極5,6間の間隔の限界値は、絶縁材料や電極材料の種類や伝導構造に大きく依存するが、MIM素子1として有為な電流が流れるためには、電極5,6間の間隔をおおよそ100nm以下にすることが好ましい。 [0029] may current flows in the MIM element 1, the limit value of the thickness of the insulating thin film 24, i.e. the limit value of the spacing between the electrodes 5 and 6, largely depends on the type and conductivity structure of the insulating material and electrode material but, in order promising current flows as MIM element 1, it is preferable that the spacing between the electrodes 5 and 6 to approximately 100nm or less. さらに、バブル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、この間隔を40nm以下とすることが好ましい。 Furthermore, a large current necessary for matrix driving of the bubble-jet recording head to obtain a low voltage, it is preferable to this interval and 40nm or less. 一方、間隔が極端に狭いと電極5,6の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、1nm以上とすることが好ましい。 Meanwhile, since there is a risk of ion field emission interval is extremely narrow and the metal surface of the electrodes 5 and 6, it is preferable to 1nm or more. また、安定したトンネル接合を得るためには4nm以上とすることが好ましい。 In order to obtain a stable tunnel junction is preferably at least 4 nm. すなわち、電極5,6間の間隔は1〜100nmであることが好ましく、特に、バブル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、電極5,6間の間隔は4〜40nmとすることが好ましい。 That is, it is preferable that the spacing between the electrodes 5 and 6 is 1 to 100 nm, in particular, a large current necessary for matrix driving of the bubble-jet recording head to obtain a low voltage, the spacing between the electrodes 5 and 6 it is preferable that the 4~40nm.

【0030】ただし、図1〜4に示す本実施形態では、 [0030] However, in the present embodiment shown in FIGS. 1-4,
MIM素子1とは別に抵抗発熱体2を設け、この抵抗発熱体2により液体加熱を行っている。 Separately provided a resistance heating element 2 and the MIM element 1, it is carried out a liquid heated by the resistance heating element 2. 本実施形態では、 In this embodiment,
図1に示すように、MIM素子1の面積が、これに直列接続された抵抗発熱体2の面積より大きいため、抵抗発熱体2がある時間内に発泡する電力密度の電力を供給しても、MIM素子1自体の昇温は抑制されるため、MI As shown in FIG. 1, the area of ​​the MIM element 1 is larger than the area of ​​the resistance heating element 2 to which was connected in series, also supplies power of the power density foam to the resistance heating body 2 is within a certain time since raising the temperature of the MIM element 1 itself is suppressed, MI
M素子1の破壊を防止することができる。 It is possible to prevent destruction of the M element 1.

【0031】次に、図4を参照して、本発明のマトリクス回路について改めて説明する。 Next, with reference to FIG. 4, anew described matrix circuit of the present invention. 図4中には、j番目およびj+1番目の走査電極(下側電極)Y j 、Y j+1と、 In the figure 4, j-th and (j + 1) th scan electrode (lower electrode) Y j, and Y j + 1,
i番目及びi+1番目の情報電極X i 、X i+1がそれぞれ模式的に示されている。 i-th and (i + 1) -th data electrodes X i, X i + 1 are respectively schematically illustrated. 走査電極Y j 、Y j+1と情報電極X i 、X i+1がマトリクス回路を構成しており、このマトリクス回路の交点に、非線形素子であるMIM素子1 Scan electrodes Y j, Y j + 1 and the data electrodes X i, X i + 1 is constitutes a matrix circuit, the intersection of the matrix circuit, MIM element 1 is a non-linear element
と、抵抗発熱体2が配置されている。 When the resistance heating element 2 is arranged. また、吐出液滴9 The discharge liquid droplet 9
が模式的に示されている。 There is shown schematically.

【0032】図4において、走査電極に選択電位波形を入力し、情報電極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、MIM素子1 [0032] In FIG. 4, enter the selection potential waveform to the scan electrodes, by inputting the discharge or non-discharge information potential waveforms in accordance with image signals to data electrodes, MIM element 1
をオン状態またはオフ状態に制御することができる。 It can be controlled to the on state or the off state. すなわち、選択電位波形が入力された走査電極と、吐出用情報電位波形が入力された情報電極との交点に位置するMIM素子1のみがオン状態となり、これに直列接続された抵抗発熱体2に電力が供給されて、抵抗発熱体2の一対の電極間に熱エネルギーが発生して、液滴9が吐出される。 That is, a scanning electrode is selected potential waveform is input, only MIM element 1 is ejection data potential waveform at the intersection between the data electrodes inputted is turned on, this series connected resistor heating element 2 receiving power, thermal energy is generated between the pair of electrodes of the resistance heating element 2, the droplet 9 is ejected. これ以外のMIM素子1は、たとえ走査電極への選択電位波形の入力または情報電極への吐出用情報電位波形の入力のいずれか一方のみが行われていても、オフ状態となり、これに直列接続された抵抗発熱体2には電力が供給されず、液滴9が吐出されない。 MIM element 1 other than this, even though only one of the input of the ejection information potential waveform to the input or information electrodes of the selection potential waveform to the scan electrodes is performed, turned off, which in series connection the resistance heating element 2 which is not supplied with power, the droplet 9 is not discharged.

【0033】前記の通り、MIM素子1の面積が、このMIM素子1に直列接続された抵抗発熱体の一対の電極間の面積(以下、単に「抵抗発熱体の面積」とも言う) [0033] The street, the area of ​​the MIM element 1, the area between the pair of electrodes of the series-connected resistance heating element in the MIM element 1 (hereinafter, simply referred to as "the area of ​​the resistive heating element")
に比べて大きいほど、MIM素子1の発熱によるMIM Larger than the, MIM due to heat generation of the MIM element 1
素子1自体の破壊の危険は回避される。 The risk of the element 1 itself destroyed are avoided. しかし、MIM However, MIM
素子1の面積が大きくなりすぎると、ヘッドの微細化が困難となるおそれがある。 The area of ​​the element 1 is too large, the miniaturization of the head may become difficult. 従来、MIM素子を液晶装置に用いた場合の動作時の電力密度から類推すると、MI Conventionally, when estimating an MIM element from the power density during operation when used in a liquid crystal device, MI
M素子1の大きさは、直列接続された抵抗発熱体2の1 The size of the M element 1, 1 series connected resistive heating element 2
8倍以下とすることが好ましい。 0 is preferably set to 8 times or less.

【0034】また、ヘッドを微細化するという観点からは、MIM素子1の面積は小さいほど好ましい。 Further, from the viewpoint of the head is miniaturized, the area of ​​the MIM element 1 is preferably as small. しかし、バブルジェット記録ヘッドでは、特に、抵抗発熱体2に大電力を供給するMIM素子1への印加電圧を高くして、MIM素子1がオン状態のときに吐出用液体の発泡に必要な大電流を流すことが重要である。 However, bubble jet recording head, in particular, the resistance heating element 2 by increasing the voltage applied to the MIM element 1 supplies high power, large required for foaming of the ejection liquid when the MIM element 1 is turned on it is important that the flow of current. この要件を満たし、かつ、素子駆動コストの上昇を避けるために駆動電圧を低くするには、駆動状態におけるMIM素子1 Meet this requirement, and to lower the driving voltage in order to avoid an increase of the element driving costs, MIM element 1 in the driving state
の抵抗値R MIMと抵抗発熱体の抵抗値R Hを実質的に等しくする必要があり、R MIM =R Hであることが好ましい。 There the resistance value R H of the resistance value R MIM and the resistance heating element needs to be substantially equal, it is preferable that R MIM = R H.
また、面積S MIMのMIM素子1と面積S Hの抵抗発熱体2とを、水を主成分とする吐出用液体中に並置することを考えると、直列接続されたMIM素子1により沸騰を生じさせることなく、抵抗発熱体2により膜沸騰を生じさせるためには、3.7R MIM /S MIM <R H /S Hであることが好ましい。 Further, a resistance heating element 2 in the area S MIM of the MIM element 1 and the area S H, considering that juxtaposition in ejection liquid containing water as a main component, resulting boiling by MIM element 1 connected in series without, to produce film boiling by the resistance heating element 2 is preferably 3.7R MIM / S MIM <R H / S H. ここで、係数としての3.7という数値は、水を主成分とする吐出用液体の膜沸騰温度が約3 Here, the numerical value of 3.7 as a coefficient, film boiling temperature of the discharging liquid containing water as a main component is about 3
00℃であり、通常の沸騰温度が100℃程度で、室温が約25℃であると想定して算出されたものである。 00 is ° C., at normal boiling temperature of about 100 ° C., in which is calculated on the assumption that the room temperature is about 25 ° C.. このように、上記した2つの条件式より、S MIM >3.7 Thus, from the two conditional expressions described above, S MIM> 3.7
Hであることが好ましい。 It is preferable that the S H. すなわち、非線形素子1の面積が抵抗発熱体2の面積より3.7倍〜10 8倍の大きさであることが好ましい。 That is, it is preferable area of the non-linear element 1 is 3.7 times to 108 times larger than the area of the resistance heating element 2.

【0035】本実施形態では、MIM素子1の、吐出口8の配列方向の長さが、MIM素子1の、吐出口8の配列方向と実質的に垂直な方向の長さよりも短いので、吐出口8とMIM素子1を高密度に並べることができる。 [0035] In this embodiment, the MIM element 1, the length of the array direction of the discharge port 8, the MIM element 1 is shorter than the length of the array direction substantially perpendicular to the direction of the discharge port 8, ejection it can be arranged an outlet 8 and MIM element 1 at high density.
また、本実施形態では、MIM素子1が抵抗発熱体2と同一の基板23上に作成され、基板23と実質的に垂直な方向に吐出口5が形成されており、また、流路31 Further, in the present embodiment, MIM element 1 is created on the resistance heating element 2 and the same substrate 23, and the discharge port 5 is formed on the substrate 23 substantially perpendicular direction, the flow channel 31
が、抵抗発熱体2の形成部分から、主にMIM素子1の配設位置と実質的に反対側に向かって延びているので、 But the forming portion of the resistive heating element 2, so extend mainly towards the arrangement position substantially opposite to the MIM element 1,
大面積のMIM素子1を液体吐出の邪魔にならないように配置できる。 The MIM element 1 having a large area can be arranged so as not to interfere with the liquid discharge.

【0036】本実施形態のMIM素子1の製造方法について説明すると、このMIM素子1は、ストライプ状の金属電極(下電極)5を陽極酸化して得られる絶縁性薄膜(酸化絶縁膜)24の上に、下電極5と交差するストライプ状の金属電極(上電極)6が配設された構成である。 [0036] When a method for manufacturing the MIM element 1 of this embodiment, the MIM element 1 includes an insulating thin film obtained five striped metal electrode (lower electrode) is anodized (oxide insulating film) 24 of above, a configuration in which stripe-shaped metal electrodes (upper electrode) 6 intersecting the lower electrode 5 is arranged. 具体的には、下電極5は、RFスパッタ法で厚さ約300nmのTa薄膜を形成した後、その表面を陽極酸化法で酸化して厚さ約32nmのTa 25薄膜を形成したものである。 Those Specifically, the lower electrode 5, which after forming a Ta thin film with a thickness of about 300nm by an RF sputtering method, and the surface thereof to form a Ta 2 O 5 thin film of approximately 32nm thickness is oxidized by anodic oxidation of it is. この時、RFスパッタ工程は約10 -2 In this, RF sputtering process about 10 -2 T
orr程度のArガス雰囲気中で行う。 It carried out in an Ar gas atmosphere at about orr. また、陽極酸化工程は、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。 Also, the anodic oxidation process is performed a mesh platinum electrode as the cathode in a 0.8 wt% aqueous solution of citric acid. また、上電極6および情報電極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>の厚さ0.625mmのSi基板であり、下電極5の表面の下部層22は厚さ2.75 The upper electrode 6 and the data electrodes 7 are tantalum film electrode having a thickness of 23 nm, the substrate 23 is a Si substrate having a thickness of 0.625mm of the crystal axis <111>, the lower layer 22 of the surface of the lower electrode 5 thickness 2.75
μmのSi熱酸化膜であり、抵抗発熱体2は、厚さ0. A Si thermally-oxidized film of [mu] m, the resistance heating element 2 has a thickness 0.
05μmの窒化タンタル薄膜である。 A tantalum nitride thin film of 05μm.

【0037】本実施形態では、抵抗発熱体2は、大きさが25μm×25μmで面積が625μm 2であり、その素子抵抗は53Ωである。 [0037] In this embodiment, the resistance heating element 2 is area of a 625 .mu.m 2 in the 25 [mu] m × 25 [mu] m size, the element resistance is 53Ω. また、流路31の幅は30 In addition, the width of the channel 31 is 30
μmで、流路間の間隔は80μmである。 In [mu] m, the spacing between the flow path is 80 [mu] m. MIM素子1 MIM element 1
の大きさは84.5μm×20000μmで面積は16 The size of the area at 84.5μm × 20000μm 16
90000μm 2であり、吐出口8の配列方向と垂直な方向に長く延びる帯状である。 A 90000μm 2, a long extending strip in an arrangement direction perpendicular to the direction of the discharge port 8. また、MIM素子1の面積は、抵抗発熱体2の面積の2704倍である。 The area of ​​the MIM element 1 is a 2704 times the area of ​​the resistance heating element 2. また、 Also,
MIM素子1の両端、すなわち下電極5と上電極6との間に印加される電圧が6.7Vの場合、MIMの素子抵抗は53Ωである。 If both ends of the MIM element 1, i.e. the voltage applied between the lower electrode 5 and the upper electrode 6 of 6.7 V, the element resistance of the MIM is 53Omu. よって、下電極5と情報電極7との間に13.4Vの電圧を印加すると、MIM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。 Therefore, when a voltage of 13.4V between the lower electrode 5 and the data electrodes 7, a voltage of 6.7V to each MIM element 1 and the resistance heating element 2 is applied, a current of 126mA flows. この時、MIM素子1 At this time, MIM element 1
および抵抗発熱体2で熱に変換される消費電力は0.8 And power consumption is converted into heat in the resistance heating element 2 is 0.8
47Wであり、MIM素子1の電力密度は0.5MW/ Is 47W, the power density of the MIM element 1 is 0.5 MW /
2 、抵抗発熱体2の電力密度は1.355GW/m 2である。 m 2, the power density of the resistance heating element 2 is 1.355GW / m 2. このような条件で抵抗発熱体2に電力が供給されると、吐出用液体を加熱し発泡させる十分な発熱が生じる。 When such power to the resistance heating element 2 in the condition is supplied, sufficient heat generation to discharging liquid by heating to foam occurs. また、MIM素子1の単位面積あたりの発熱量は抵抗発熱体2の単位面積あたりの発熱量の1/2704であるため、温度上昇を抑えることができる。 Further, since the amount of heat generated per unit area of ​​the MIM element 1 is 1/2704 of the amount of heat generated per unit area of ​​the resistance heating element 2, it is possible to suppress the temperature rise. また、特に、下部層22を介してSi基板23に熱が逃げるため、MIM素子1の温度上昇を効率よく抑制できる。 In particular, because the heat escapes in the Si substrate 23 through the lower layer 22 can be efficiently suppress an increase in the temperature of the MIM element 1. さらに、MIM素子1と抵抗発熱体2の抵抗値が等しいため、抵抗発熱体2に大電力を供給するとともにMIM素子1の動作電圧が高く、MIM素子1がオン状態のときに吐出用液体の発泡に必要な大電流を流すことが可能である。 Furthermore, since the resistance of the MIM element 1 and the resistance heating element 2 is equal to the resistance heating element 2 to supply the high-power high operating voltage of the MIM element 1, the ejection liquid when the MIM element 1 is turned on it is possible to flow a large current necessary for foaming.

【0038】(第2の実施形態)図5には、本発明の第2の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部が示されている。 [0038] (Second Embodiment) FIG. 5, the main part of an ink jet recording head of the second embodiment of the present invention is shown. 第1の実施形態と同様な部分には、同一の符号を付与し説明を省略する。 The same parts as in the first embodiment and will not be granted describe the same reference numerals.

【0039】本実施形態では、MIM素子1が抵抗発熱体2と同一の基板23上に形成され、基板23と実質的に平行な方向に吐出口18が形成されている。 [0039] In this embodiment, MIM element 1 is formed on the resistance heating element 2 and the same substrate 23, discharge ports 18 are formed on the substrate 23 in a direction substantially parallel. 流路19 The flow path 19
は、抵抗発熱体2の形成部分から、主にMIM素子1の配設位置側に延びている。 From forming part of the resistance heating element 2, which extend substantially at the arrangement position side of the MIM element 1. そのため、広い面積を有するMIM素子1が、液体吐出の邪魔になることはない。 Therefore, MIM element 1 having a large area, does not get in the way of the liquid discharge. また、MIM素子1の一部分が吐出用液体に熱的に接触しているため、MIM素子1で発生する熱を吐出用液体にも逃がすことができ、MIM素子の温度上昇を効果的に防止できる。 Moreover, since a portion of the MIM element 1 is in thermal contact with the ejection liquid, can also be released to the ejection liquid heat generated in the MIM element 1, it can be effectively prevented an increase in the temperature of the MIM element .

【0040】(第3の実施形態)図6は、本発明の第3 [0040] (Third Embodiment) FIG. 6, the third invention
の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部が示されている。 Main part of an ink jet recording head of the embodiment is shown. 第1,2の実施形態と同様な部分には、同一の符号を付与し説明を省略する。 The same parts as the first and second embodiment and will not be granted describe the same reference numerals.

【0041】本実施形態では、全体が薄膜層を介して吐出用液体に接しているMIM素子11が設けられている。 [0041] In this embodiment, the MIM element 11 is provided entirely in contact with the ejection liquid through the thin film layer. MIM素子11および抵抗発熱体2上に、スパッタ蒸着により、厚さ0.6μm、熱拡散率κ=0.47m On the MIM element 11 and the resistance heating element 2, by sputter deposition, thickness of 0.6 .mu.m, thermal diffusivity kappa = 0.47 m
2 /sのSiO 2薄膜が積層されており、このSiO 2 m 2 / and SiO 2 thin film is laminated in s, the SiO 2
薄膜は、MIM素子11および抵抗発熱体2の保護膜5 Thin, protective film 5 of the MIM element 11 and the resistance heating element 2
05である。 It is 05. この保護膜505によって保護されることにより、MIM素子11は、液室4および流路31の内部に、またはそれらに隣接して配置され得る。 By being protected by the protective film 505, MIM element 11, the interior of the liquid chamber 4 and the channel 31, or may be placed adjacent thereto. それによって、インクジェット記録ヘッドを大型化させることなく、MIM素子11の面積を大きくすることができる。 Thereby, without increasing the size of the ink jet recording head, it is possible to increase the area of ​​the MIM element 11.

【0042】例えば、下電極5と上電極6との間に2μ [0042] For example, 2.mu. between the lower electrode 5 and the upper electrode 6
sのパルス状電圧を印加することにより液滴9を吐出させるとき、保護膜505に関する熱伝導距離、すなわち、κΔtの平方根の2倍が1.94μmである。 When ejecting droplets 9 by applying a pulse voltage of s, the thermal conductivity distance on the protection film 505, i.e., twice the square root of κΔt is 1.94. 保護膜505の厚さが熱伝導距離よりも薄いため、吐出用電圧が印加された時にMIM素子11により発生する熱をすみやかに吐出用液体に逃がし、MIM素子11の温度上昇を抑制できると同時にMIM素子11を保護することができる。 Since the thickness of the protective layer 505 is thinner than the thermal conductivity distance, rapidly released to the ejection liquid heat generated by the MIM element 11 when the discharge voltage is applied, if possible to suppress the temperature rise of the MIM element 11 at the same time it can be protected MIM element 11.

【0043】本実施形態も、第1の実施形態と同様に、 The present embodiment also, as in the first embodiment,
MIM素子11の製造方法について説明すると、このM When a method for manufacturing the MIM element 11, the M
IM素子11は、ストライプ状の金属電極(下電極)5 IM element 11, stripe-shaped metal electrodes (lower electrode) 5
を陽極酸化して得られる絶縁性薄膜(酸化絶縁膜)24 An insulating thin film obtained by anodizing (oxide insulating film) 24
の上に、下電極5と交差するストライプ状の金属電極(上電極)6が配設された構成である。 Over, a structure in which stripe-shaped metal electrodes (upper electrode) 6 intersecting the lower electrode 5 is arranged. 具体的には、下電極5は、RFスパッタ法で厚さ約300nmのTa薄膜を形成した後、その表面を陽極酸化法で酸化して厚さ約32nmのTa 25薄膜を形成したものである。 Those Specifically, the lower electrode 5, which after forming a Ta thin film with a thickness of about 300nm by an RF sputtering method, and the surface thereof to form a Ta 2 O 5 thin film of approximately 32nm thickness is oxidized by anodic oxidation of it is. この時、RFスパッタ工程は約10 -2 Torr程度のArガス雰囲気中で行う。 At this time, RF sputtering process is carried out in an Ar gas atmosphere of about 10 -2 Torr. また、陽極酸化工程は、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。 Also, the anodic oxidation process is performed a mesh platinum electrode as the cathode in a 0.8 wt% aqueous solution of citric acid. また、上電極6および情報電極7は厚さ23n The upper electrode 6 and the data electrodes 7 are thick 23n
mのタンタル薄膜電極であり、基板23は結晶軸<11 A tantalum thin film electrode of m, the substrate 23 is a crystal axis <11
1>の厚さ0.625mmのSi基板であり、下電極5 1> is Si substrate having a thickness of 0.625mm, the lower electrode 5
の表面の下部層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。 Lower layer 22 of the surface of a Si thermally-oxidized film having a thickness of 2.75, the resistance heating element 2 is a tantalum nitride film with a thickness of 0.05 .mu.m.

【0044】本実施形態では、抵抗発熱体2は、大きさが40μm×40μmで面積が1600μm 2であり、 [0044] In this embodiment, the resistance heating element 2, the area in the 40 [mu] m × 40 [mu] m size is 1600 .mu.m 2,
その素子抵抗は53Ωである。 The element resistance is 53Ω. また、流路31の幅は6 In addition, the width of the channel 31 is 6
0μmで、流路間の間隔は80μmである。 In 0 .mu.m, the spacing between the flow path is 80 [mu] m. MIM素子11の大きさは42.25μm×40000μmで面積は1690000μm 2であり、吐出口8の配列方向と垂直な方向に長く延びる帯状である。 Area in magnitude 42.25μm × 40000μm of the MIM element 11 is 1690000μm 2, a long extending strip in an arrangement direction perpendicular to the direction of the discharge port 8. MIM素子11の面積は、抵抗発熱体2の面積の1056倍である。 Area of ​​the MIM element 11 is 1056 times the area of ​​the resistance heating element 2. また、MIM素子11の両端、すなわち下電極5と上電極6との間に印加される電圧が6.7Vの場合、MIMの素子抵抗は53Ωである。 Also, if both ends of the MIM element 11, i.e., the voltage applied between the lower electrode 5 and the upper electrode 6 of 6.7 V, the element resistance of the MIM is 53Omu. よって、下電極5と情報電極7との間に13.4Vの電圧を印加すると、MIM素子11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。 Therefore, when a voltage of 13.4V between the lower electrode 5 and the data electrodes 7, a voltage of 6.7V to each MIM element 11 and the resistance heating element 2 is applied, a current of 126mA flows. この時、MIM At this time, MIM
素子11および抵抗発熱体2で熱に変換される消費電力は0.847Wであり、MIM素子11の電力密度は0.5MW/m 2 、抵抗発熱体2の電力密度は0.52 Power which is converted into heat in the element 11 and the resistance heating element 2 is 0.847W, the power density of the MIM element 11 is 0.5 MW / m 2, the power density of the resistance heating element 2 is 0.52
9GW/m 2である。 It is a 9GW / m 2. このような条件で抵抗発熱体2に電力が供給されると、吐出用液体を加熱し発泡させる十分な発熱が生じる。 When such power to the resistance heating element 2 in the condition is supplied, sufficient heat generation to discharging liquid by heating to foam occurs. また、MIM素子11の単位面積あたりの発熱量は抵抗発熱体2の単位面積あたりの発熱量の1/1056であるため、温度上昇を抑えることができる。 Further, since the amount of heat generated per unit area of ​​the MIM element 11 is 1/1056 of the amount of heat generated per unit area of ​​the resistance heating element 2, it is possible to suppress the temperature rise.

【0045】また、3.7R MIM /S MIM <R H /S Hの条件が満たされているため、MIM素子11の設計時に考慮していない、水を主成分とする泡が発生し吐出が不安定になるおそれがない。 Further, since the condition of 3.7R MIM / S MIM <R H / S H is satisfied, not considered in the design of the MIM element 11, the water was to foam occurs mainly discharge there is no possibility to become unstable.

【0046】本実施形態では、MIM素子11が吐出用液体に隣接して配置されており、これが放熱構造、すなわち冷却構造として作用する。 [0046] In this embodiment, MIM elements 11 are disposed adjacent to the discharge liquid, which acts as a heat radiation structure, that is, the cooling structure. 具体的には、MIM素子11が、その電極に接する熱拡散率κの保護膜505を有し、MIM素子11に期間Δtのパルス電圧が印加されるときに、保護膜505の厚さがκΔtの平方根の2 Specifically, the MIM element 11, a protective film 505 of the thermal diffusivity κ in contact with the electrode, when a pulse voltage of period Δt is applied to the MIM element 11, the thickness of the protective film 505 is κΔt 2 of the square root
倍以下となっている。 And it has a double below. これにより、MIM素子11の発熱によるMIM素子11自体の破壊を防止できる。 This prevents MIM element 11 breaking itself due to heat generation of the MIM element 11.

【0047】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7に示す。 Next, FIG. 7 shows an example schematic view of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet recording head shown in the above embodiments.

【0048】このインクジェット記録装置は、駆動回路403によりその駆動を制御される紙送りローラ405 The paper feed roller 405 The ink jet recording apparatus, which is controlled its drive by the drive circuit 403
で被記録媒体である紙406を搬送する構成となっている。 In has a configuration for conveying the paper 406 as a recording medium. 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406に対向するように設けられており、制御部4 The ink jet recording head 407 is controlled by the control unit 404, each discharge port is provided so as to face the paper 406 conveyed, the control unit 4
04からの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することにより、吐出口8からの吐出液滴9の吐出および非吐出を制御する。 By controlling the non-linear element 1 is turned on or off in response to a signal from the 04, controls the discharge and non-discharge of the discharge liquid droplet 9 from the discharge port 8. このようにして電力が供給された抵抗発熱体2上のインクが急速に加熱されることで、抵抗発熱体2表面全域に一斉に膜沸騰現象に基づく気泡が、きわめて高い圧力を伴って発生する。 By the ink of the thus on the resistive heating element 2 to which power is supplied is rapidly heated, it bubbles based on simultaneously film boiling phenomenon in the resistance heating element 2 the entire surface is generated with an extremely high pressure .
この圧力によって、上述したように吐出液滴9が吐出口8から吐出され、被記録媒体上に画像が形成される。 This pressure, the discharged liquid droplet 9 as described above is discharged from the discharge port 8, an image is formed on the recording medium. また、吐出液滴9の吐出に伴い、インクタンク402からインクジェット記録ヘッド407へインクが供給される。 Along with the discharge of the discharge liquid droplet 9, the ink is supplied from the ink tank 402 to the ink jet recording head 407.

【0049】 [0049]

【発明の効果】本発明によると、非線形素子の面積が、 According to the present invention, the area of ​​the non-linear element,
これと直列接続された抵抗発熱体の、一対の電極間の面積よりも大きいため、非線形素子の発熱により非線形素子自体が破壊してしまうことが防げる。 Of this series connected resistor heating body, larger than the area between the pair of electrodes, is non-linear element itself prevented be destroyed by the heat generation of the nonlinear element. 特に、非線形素子の面積が、抵抗発熱体の、一対の電極間の面積の3. In particular, the area of ​​the non-linear element, the resistance heating element, the area between the pair of electrodes 3.
7倍〜10 8倍であると、非線形素子の発熱により非線形素子自体が破壊してしまうことが防げるとともに、ヘッドの小型化の妨げとならない。 If it is 7 times to 108 times, it is non-linear element itself with prevented be destroyed by the heat generation of the nonlinear element, does not interfere with the miniaturization of the head. さらに、吐出用液体の発泡に必要な大電流を流しつつ、素子駆動コストの上昇を生じない程度に駆動電圧を低く抑えることができる。 Moreover, while a large current necessary for foaming of the ejection liquid, it is possible to reduce the driving voltage to the extent that does not cause increase of the element driving costs.

【0050】また、非線形素子の、吐出口配列方向の長さが、該配列方向と実質的に直交する方向の長さよりも短いと、吐出口と非線形素子を高密度に並べることができる。 [0050] In addition, the non-linear element, the length of the nozzle array direction is shorter than the length in the direction 該配 column substantially perpendicular, can be arranged a discharge port and a non-linear element with high density.

【0051】さらに、非線形素子に対する冷却構造を有すると、非線形素子の発熱により非線形素子自体が破壊してしまうことがより確実に防げる。 [0051] Further, when a cooling structure for a non-linear element, that destroy nonlinear element itself by the heat generation of the non-linear element prevented more reliably.

【0052】これらの結果、低コストで長尺化が可能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提供することができる。 [0052] As a result, it is possible to provide an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus capable of lengthening at a low cost.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の第1の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部平面図である。 1 is a fragmentary plan view of the ink jet recording head of the first embodiment of the present invention.

【図2】MIM型電気特性の説明図である。 FIG. 2 is an explanatory view of the MIM type electrical characteristics.

【図3】第1の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部断面図である。 Figure 3 is a fragmentary cross-sectional view of the ink jet recording head of the first embodiment.

【図4】第1の実施形態のインクジェット記録ヘッドを模式的に示す電気回路図である。 4 is an electric circuit diagram schematically showing the ink jet recording head of the first embodiment.

【図5】本発明の第2の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部平面図である。 5 is a fragmentary plan view of the ink jet recording head of the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部平面図である。 6 is a fragmentary plan view of the ink jet recording head of the third embodiment of the present invention.

【図7】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。 7 equipped with an ink jet recording head of the present invention, it is a schematic diagram showing an example of an ink-jet recording apparatus of the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 MIM素子(非線形素子) 2 薄膜抵抗発熱体(発熱素子) 5 下側電極(縦電極) 6 上側電極(横電極) 7 信号電極(情報電極) 8 吐出口 9 液滴 11 MIM素子(非線形素子) 18 吐出口 19 流路 22 下部層(薄膜酸化絶縁膜) 23 基板 24 絶縁性薄膜 31 流路 52 吐出口形成部 54 吐出用液体供給口 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 505 保護膜 1 MIM element (nonlinear element) 2 thin film resistive heating element (heating element) 5 lower electrode (vertical electrodes) 6 upper electrode (horizontal electrode) 7 signal electrodes (data electrodes) 8 discharge port 9 droplet 11 MIM element (nonlinear element ) 18 discharge port 19 passage 22 lower layer (thin oxide insulating film) 23 substrate 24 insulating film 31 channels 52 discharge port forming portion 54 ejection liquid supply port 402 ink tank 403 drive circuit 404 the control unit 405 paper feed roller 406 paper 407 ink jet recording head 505 protective film

Claims (11)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  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ーを発生する抵抗発熱体と、該抵抗発熱体に接続される一対の電極と、を有する発熱手段と、前記抵抗発熱体を駆動するために前記抵抗発熱体に直列接続され、 And 1. A resistance heating element for generating thermal energy utilized for discharging ink, and heat generating means having a pair of electrodes connected to the resistance heating body, and drives the resistance heating element connected in series with the resistive heating element in order,
    極性に依らず、低い電圧を印加した時の抵抗値が、高い電圧を印加した時の抵抗値に比べて高い値を示すMIM Regardless of the polarity, low resistance upon application of a voltage, MIM showing a higher value than the resistance value upon application of a high voltage
    型の電流電圧特性を有する非線形素子と、を有するインクジェット記録ヘッドであって、 該非線形素子の面積が、前記抵抗発熱体の、前記一対の電極間の面積よりも大きいことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 An inkjet printhead having a nonlinear element, a having a current-voltage characteristic of the type, an ink jet recording area of ​​the non-linear element, the resistance heating element being larger than the area between the pair of electrodes head.
  2. 【請求項2】 前記非線形素子の面積が、前記抵抗発熱体の、前記一対の電極間の面積の3.7倍〜10 8倍である、請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。 Area wherein said non-linear element, the resistance heating element, which is 3.7 times to 108 times the area between the pair of electrodes, an ink jet recording head according to claim 1.
  3. 【請求項3】 駆動状態における前記非線形素子の抵抗値が、前記抵抗発熱体の抵抗値と実質的に等しい、請求項1または2に記載のインクジェット記録ヘッド。 Wherein the resistance value of the non-linear element in the driving state, substantially equal to the resistance value of the resistance heating element, an ink jet recording head according to claim 1 or 2.
  4. 【請求項4】 前記非線形素子の、吐出口配列方向の長さは、該配列方向と実質的に直交する方向の長さよりも短い、請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。 Wherein said non-linear element, the length of the nozzle array direction, 該配 column direction substantially perpendicular to the direction shorter than the length, the ink-jet recording according to any one of claims 1 to 3 head.
  5. 【請求項5】 前記非線形素子は前記抵抗発熱体と同一の基板上に形成されており、該基板と実質的に垂直な方向には前記抵抗発熱体に対応して形成された流路内のインクを吐出する吐出口が形成されており、前記流路は、 Wherein said non-linear element is formed on the resistive heating element and the same substrate, the substrate and substantially in the vertical direction of the resistance heating element flow channel formed in correspondence to the the ink discharge port for discharging are formed, said flow path,
    前記抵抗発熱体が形成された位置から、主に前記非線形素子が配設されている位置と反対側に延びている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。 Wherein the resistance heating element is formed position, it extends on the opposite side of the position where mainly the non-linear element is disposed, the ink jet recording head according to any one of claims 1 to 4.
  6. 【請求項6】 前記非線形素子が前記抵抗発熱体と同一の基板上に形成されており、該基板と実質的に平行な方向には前記抵抗発熱体に対応して形成された流路内のインクを吐出する吐出口が形成されており、前記流路は、 Wherein said has a nonlinear element is formed on the resistive heating element and the same substrate, the substrate substantially in a direction parallel to the flow path formed in correspondence with the resistance heating element the ink discharge port for discharging are formed, said flow path,
    前記抵抗発熱体が形成された位置から、主に前記非線形素子の配設されている位置側に延びている、請求項1〜 Wherein the resistance heating element is formed position extends in a position side being arranged mainly the non-linear element, according to claim 1
    4のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。 4 ink jet recording head according to any one of.
  7. 【請求項7】 前記非線形素子に対する冷却構造を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。 7. having the cooling structure for the non-linear element, an ink jet recording head according to any one of claims 1-6.
  8. 【請求項8】 前記発熱手段に電圧を印加するための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1〜7のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。 8. having matrix electrodes constituting the matrix circuit for applying a voltage to the heating means, an ink jet recording head according to any one of claims 1 to 7.
  9. 【請求項9】 前記非線形素子は、前記マトリクス電極の交点に配置されている、請求項8に記載のインクジェット記録ヘッド。 Wherein said non-linear element, the is disposed at the intersection of matrix electrodes, the ink jet recording head according to claim 8.
  10. 【請求項10】 前記熱エネルギーによりインクに膜沸騰を生起させてインクを吐出する、請求項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。 10. A ink to rise to film boiling by the thermal energy for ejecting ink, an ink jet recording head according to any one of claims 1-9.
  11. 【請求項11】 前記抵抗発熱体に対応して設けられ、 11. provided corresponding to the resistance heating element,
    被記録媒体の被記録面にインクを吐出する吐出口を有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドと、被記録媒体を搬送する搬送手段と、 Having a discharge port for discharging ink onto a recording surface of the recording medium, and an ink jet recording head according to any one of claims 1 to 10, and conveying means for conveying a recording medium,
    を少なくとも具備することを特徴とするインクジェット記録装置。 An ink jet recording apparatus characterized by at least comprising a.
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