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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resistance heating
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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.

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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus of a bubble jet (registered trademark) recording system utilizing a foaming phenomenon, which is used for an ink jet printer.

【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。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。
2. Description of the Related Art In general, an ink jet recording head of a bubble jet recording type is provided with a fine discharge port, a flow path, and a heating element provided in a part of the flow path. With the bubble jet recording method, bubbles are generated by locally raising the temperature of the liquid in the flow path using a heating element, and the liquid is extruded from a fine discharge port using high pressure at the time of foaming, This is a recording method in which droplets are attached to recording paper or the like.

【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。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。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)。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)。
In order to increase the definition of an image recorded by the bubble jet recording method, a technique for ejecting minute droplets at a high density is required. Therefore, it is particularly important to form a fine flow path and a fine heating element. Therefore, there has been proposed a method of manufacturing a head capable of achieving high density by making full use of photolithography technology, taking advantage of the simplicity of the structure of the bubble jet recording system (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-15629). Further, in order to adjust the discharge amount of the droplet, a heating element having a larger heat generation amount at the center portion than at the end portion has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-201254).

【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。
The heating element is usually 0.05 μm thick.
Using a thin tantalum nitride thin film resistor, liquid is bubbled by Joule heat when electricity is supplied to the thin film resistor. Such a resistance heating element is usually made of a metal such as Ta having a thickness of about 0.2 μm via an insulating layer such as SiN having a thickness of about 0.8 μm in order to prevent damage to the surface of the resistance heating element due to cavitation. The anti-cavitation layer is provided.

【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、
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。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。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-20150, a plurality of vertical wirings and a plurality of horizontal wirings are provided on a substrate.
A multi-nozzle inkjet head is disclosed in which a rectifying element through which only a forward current flows and a heating element connected to the rectifying element are provided at the intersection of the two. Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-36679 discloses a thermal head in which a plurality of diodes capable of generating heat by forward energization are arranged in an array on a substrate.

【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。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。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。
In many conventional ink jet recording heads, a heating element, a diode, and a logic circuit portion are simultaneously formed on a silicon substrate by a semiconductor process (method such as ion implantation). Therefore, there is an advantage that a head having a relatively small number of nozzles can be made compact and can be made in a single process. However, for example, a full line multi-head having a length equal to the entire width of the paper requires a length of about 12 inches (about 30 cm). May be invited.

【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、
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。
Therefore, by using a non-linear element which can be formed without relying on a conventional semiconductor process such as an ion implantation method,
If the heating elements for bubble jet recording arranged in a matrix can be selectively driven, there is a possibility that a long inkjet recording head can be provided at 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。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/m2
程度である。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/m2以上の電力密
度を扱う必要がある。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、
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。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。しかしながら、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。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
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。
Conventionally, a non-linear element such as an MIM element has been used for a liquid crystal device or the like. When this MIM element is used in a liquid crystal device, the usual power density is 1 W / m 2
It is about. On the other hand, the heating element of the bubble jet recording head needs to handle a power density of about 0.1 GW / m 2 or more. Therefore, when an MIM element is used as a heating element of a bubble jet recording head,
It is necessary to supply much higher power to the resistance element connected in series to the MIM element than in the case where the liquid crystal device is used. To solve this problem, it is possible to increase the power that can be supplied to the MIM element to some extent by increasing the voltage applied to the MIM element. However, MI
There is a possibility that the temperature of the MIM element rises due to the heat generated by the M element itself, leading to destruction of the element itself. Such heat generation of the MIM element itself did not cause any problem in the conventional configuration in which the MIM element was used as a non-linear element for driving a matrix, such as when used in a liquid crystal device.
When the IM element is used as a non-linear element for driving a matrix of a heating element of a bubble jet recording apparatus, a specific problem is that the MIM element itself may be destroyed by heat generated by 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。
An object of the present invention is to use a non-linear element having MIM-type electrical characteristics to drive a heating element of a bubble jet recording system, and to prevent the non-linear element itself from being destroyed by heat generated by the non-linear element. It is an object of the present invention to provide an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus which can be lengthened 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。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。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is characterized in that a heating element having a resistance heating element for generating thermal energy used for ejecting ink, and a pair of electrodes connected to the resistance heating element. A MIM that is connected in series to the resistance heating element to drive the resistance heating element, and the resistance value when a low voltage is applied is higher than the resistance value when a high voltage is applied, regardless of the polarity. And a non-linear element having a current-voltage characteristic of the type, wherein the area of the non-linear element is larger than the area between the pair of electrodes of the resistance heating element. With this configuration, it is possible to prevent the nonlinear element itself from being destroyed by the heat generated by 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〜108倍であるこ
とが好ましい。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、
ヘッドの小型化の妨げとならない。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。
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. This prevents the nonlinear element itself from being destroyed by the heat generated by the nonlinear element,
It does not hinder downsizing of the head. Furthermore, while a large current necessary for bubbling of the ejection liquid flows, the drive voltage can be suppressed to a level that does not increase the element drive cost.

【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。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。
It is preferable that the length of the non-linear element in the ejection port arrangement direction is shorter than the length in the direction substantially orthogonal to the arrangement direction. Thus, the ejection ports and the non-linear elements can be arranged 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。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、
主に非線形素子の配設位置側に延びていてもよい。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。
The non-linear element is formed on the same substrate as the resistance heating element, has a discharge port formed in a direction substantially perpendicular to the substrate, and has a flow path extending from the resistance heating element formation portion. , May extend mainly on the side opposite to the disposition position of the nonlinear element. Alternatively, the non-linear element is formed on the same substrate as the resistance heating element, has a discharge port formed in a direction substantially parallel to the substrate, and the flow path, from the resistance heating element forming portion,
It may extend mainly to the position where the nonlinear element is provided. In any case, the large-area nonlinear element can be arranged so as not to hinder the liquid ejection.

【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。
Further, if a cooling structure for the nonlinear element is provided, it is possible to more reliably prevent the nonlinear element itself from being destroyed by the heat generated by the nonlinear element.

【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。
It is preferable that the resistance value of the non-linear element in the driving state is substantially equal to the resistance value of 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。
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。
Further, it may have a matrix electrode constituting a matrix circuit for applying a voltage to the heating means.
Then, the nonlinear element may be located at the intersection of the 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 may be of a type which causes film boiling in the ink by thermal energy to discharge the 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。
An ink jet recording apparatus according to any one of the above-mentioned constitutions, wherein the ink jet recording apparatus of the present invention is provided corresponding to the resistance heating element and has an ejection port for ejecting ink so as to face a recording surface of a recording medium. It is characterized by comprising at least a head and a recording medium conveying means.

【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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【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。
(First Embodiment) FIG. 1 is a plan view of an essential part showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing its electric characteristics, FIG. 3 is a sectional view of the essential part, and FIG. FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing the electric circuit.

【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
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、
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。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。
As shown in FIGS. 1 and 3, the ink jet recording head of this embodiment has a lower layer (thin oxide insulating layer) 2.
2, a plurality of stripe-shaped lower electrodes (vertical electrodes) 5 provided with an insulating thin film 24 and a plurality of signal electrodes (information electrodes) 7 are further formed thereon.
A plurality of stripe-shaped upper electrodes (horizontal electrodes) 6 are formed, and a thin-film resistance heating element (heating element) 2 is further formed. The discharge port forming part 52 is disposed on the substrate 23 configured as described above.

【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。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。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。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。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。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。
The substrate 23 has a lower layer 22 formed of a heat conductive material. The plurality of lower electrodes 5 are scanning electrodes constituting a matrix circuit, and are covered with an extremely thin insulating thin film 24. On the other hand, the plurality of upper electrodes 6 are arranged substantially parallel to a direction intersecting with the lower electrode 5, and are connected to one end of the resistance heating element 2. The information electrode 7 is connected to the other end of the resistance heating element 2 and forms a matrix circuit. Here, a plurality of flow paths 31 corresponding to each resistance heating element 2 are connected to the discharge port forming section 52. In addition, each flow path 31 has a plurality of discharge ports 8 that are open to the outside.

【0023】本実施例では、下側電極5と、上側電極6
と、両者の間に介在する絶縁性薄膜24とによって、M
IM型電流電圧特性を示す非線形素子、すなわちMIM
素子1が構成されている。このMIM素子1の面積は抵
抗発熱体2の面積より大きい。
In this embodiment, the lower electrode 5 and the upper electrode 6
And the insulating thin film 24 interposed between them,
Nonlinear element showing IM type current-voltage characteristics, ie, MIM
Element 1 is configured. The 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。MIM素子とは、
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。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。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。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。
As shown in FIG. 2, the MIM type electric characteristics indicate a low resistance value on the high voltage side and a high resistance value on the low voltage side, regardless of the polarity, as shown in FIG. It is a current-voltage characteristic shown. What is an MIM element?
Although a tunnel junction element having a structure of metal / insulator / metal is originally used, a junction element having a structure of conductor electrode / insulator / conductor electrode is usually also called an MIM element. Here, as the conduction mechanism of the insulator, there are hopping-type electric conduction that repeats multiple tunneling in the insulator such as Pool Frenkel type conduction, and relatively simple tunnel conduction such as Fowler-Nordheim conduction. It has been known. In order for such a tunnel-type current to flow and to flow through the junction element, the distance between the electrodes must be extremely small. A so-called varistor in which a sintered body layer obtained by adding a metal oxide such as Bi, Pr and Co to ZnO, or a granular crystal layer of silicon carbide SiC is arranged between electrodes instead of an insulating layer is also described above. Like the MIM element, it can be used as a non-linear element, and MIM-type electrical characteristics can be obtained.

【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 has a matrix circuit composed of a lower electrode 5 and an information electrode 7, an MIM element 1 located at the intersection of the matrix circuit, and a resistance heating element connected in series to the MIM element 1. And the 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
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。抵抗発熱体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
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。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。
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。
With such a configuration, as will be described later, the lower electrode 5 and the information electrode 7 constituting the matrix circuit
When a voltage is applied between these two, the MIM element 1 is turned on, and power is supplied to the resistance heating element 2. Resistance heating element 2
Generates heat when supplied with electric power, the ejection liquid supply port 5
The liquid (ink) for ejection present in the flow path 31 supplied from the nozzle 4 is rapidly heated to generate bubbles, and the bubbling pressure causes the droplets 9 to be ejected from the ejection openings 8, and the ejected droplets 9 to be discharged to the outside. And an image is formed on the recording medium (not shown). Of course, as described above, the heating of the resistance heating element 2 and the liquid ejection are performed only at locations (selection points) where a sufficient voltage is applied to the lower electrode 5 and the information electrode 7.
At locations where a sufficient voltage is not applied to both electrodes 5 and 7 (non-selected points), liquid ejection 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。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。
Since the MIM element 1 is disposed at the intersection of the two electrodes 5 and 7 forming the matrix with the extremely thin lower layer 22 interposed therebetween, the MIM element 1 is at a non-discharge point (non-selection point) due to a bias voltage during matrix driving. Unnecessary heat generation can be suppressed, and the resistance heating element 2 can be driven in a matrix. In addition, a driver (driving means) (not shown) can be easily provided separately from the resistance heating element 2 by matrix driving, so that it is not necessary to use an expensive Si substrate, and mass production can be performed at low cost.

【0028】マトリクス駆動を行うためには、ある等し
い絶対値I0の電流を生じさせるための印加電圧V1と−
2が、0.5<(V1/V2)<2の関係を満足し、か
つ印加電圧+V1/2および−V2/2に対応する電流の
絶対値がI0/10以下であることが好ましい。
In order to perform the matrix driving, the applied voltage V 1 for generating a current having a certain absolute value I 0 and −
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 Preferably, there is.

【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。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。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。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。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。
The limit value of the thickness of the insulating thin film 24 at which a current can flow through the MIM element 1, that is, the limit value of the interval between the electrodes 5 and 6 greatly depends on the type of the insulating material and the electrode material and the conductive structure. However, in order for a significant current to flow as the MIM element 1, the distance between the electrodes 5 and 6 is preferably set to about 100 nm or less. Further, in order to obtain a large current required for matrix drive of the bubble jet recording head at a low voltage, it is preferable that this interval is 40 nm or less. On the other hand, if the interval is extremely narrow, ions on the metal surfaces of the electrodes 5 and 6 may cause electric field emission. In order to obtain a stable tunnel junction, the thickness is preferably 4 nm or more. That is, the interval between the electrodes 5 and 6 is preferably 1 to 100 nm. In particular, in order to obtain a large current required for driving the matrix of the bubble jet recording head at a low voltage, the interval between the electrodes 5 and 6 is preferably The thickness is preferably 4 to 40 nm.

【0030】ただし、図1〜4に示す本実施形態では、
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。本実施形態では、
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
M素子1の破壊を防止することができる。
However, in the present embodiment shown in FIGS.
A resistance heating element 2 is provided separately from the MIM element 1, and the resistance heating element 2 performs liquid heating. In this embodiment,
As shown in FIG. 1, since the area of the MIM element 1 is larger than the area of the resistance heating element 2 connected in series to the MIM element 1, even if the resistance heating element 2 supplies power having a power density that foams within a certain period of time. , Since the temperature rise of the MIM element 1 itself is suppressed,
Destruction of the M element 1 can be prevented.

【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。図4中には、j番目お
よびj+1番目の走査電極(下側電極)Yj、Yj+1と、
i番目及びi+1番目の情報電極Xi、Xi+1がそれぞれ
模式的に示されている。走査電極Yj、Yj+1と情報電極
i、Xi+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
と、抵抗発熱体2が配置されている。また、吐出液滴9
が模式的に示されている。
Next, the matrix circuit of the present invention will be described again with reference to FIG. In FIG. 4, j-th and j + 1-th scan electrodes (lower electrodes) Y j and Y j + 1 are shown.
The i-th and (i + 1) -th information electrodes X i and X i + 1 are schematically shown, respectively. The scanning electrodes Y j , Y j + 1 and the information electrodes X i , X i + 1 constitute a matrix circuit. At the intersection of the matrix circuits, a non-linear MIM element 1
And a resistance heating element 2. In addition, the ejection droplet 9
Is schematically shown.

【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
をオン状態またはオフ状態に制御することができる。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。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。
In FIG. 4, a MIM element 1 is obtained by inputting a selection potential waveform to a scanning electrode and inputting an ejection or non-ejection information potential waveform to an information electrode according to an image signal.
Can be controlled to an on state or an off state. That is, only the MIM element 1 located at the intersection of the scanning electrode to which the selection potential waveform is input and the information electrode to which the ejection information potential waveform is input is turned on, and the resistance heating element 2 connected in series to this is turned on. When power is supplied, thermal energy is generated between the pair of electrodes of the resistance heating element 2 and the droplet 9 is ejected. The other MIM elements 1 are turned off and connected in series even if only one of the input of the selected potential waveform to the scan electrode and the input of the ejection information potential waveform to the information electrode is performed. No power is supplied to the resistive heating element 2 that has been set, and the droplet 9 is not ejected.

【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)
に比べて大きいほど、MIM素子1の発熱によるMIM
素子1自体の破壊の危険は回避される。しかし、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。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
M素子1の大きさは、直列接続された抵抗発熱体2の1
8倍以下とすることが好ましい。
As described above, the area of the MIM element 1 is equal to the area between a pair of electrodes of the resistance heating element connected in series to the MIM element 1 (hereinafter, also simply referred to as “area of the resistance heating element”).
The MIM due to the heat generated by the MIM element 1
The risk of destruction of the element 1 itself is avoided. But MIM
If the area of the element 1 is too large, miniaturization of the head may be difficult. Conventionally, by analogy with the power density during operation when the MIM element is used in a liquid crystal device, MI
The size of the M element 1 is one of the resistance heating elements 2 connected in series.
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。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。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
の抵抗値RMIMと抵抗発熱体の抵抗値RHを実質的に等し
くする必要があり、RMIM=RHであることが好ましい。
また、面積SMIMのMIM素子1と面積SH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、3.7RMIM/SMIM<RH/SHである
ことが好ましい。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
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。こ
のように、上記した2つの条件式より、SMIM>3.7
Hであることが好ましい。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〜108倍の大
きさであることが好ましい。
From the viewpoint of miniaturizing the head, the smaller the area of the MIM element 1, the more preferable. However, in the bubble jet recording head, in particular, by increasing the voltage applied to the MIM element 1 that supplies a large amount of power to the resistance heating element 2, the large amount of liquid necessary for foaming the ejection liquid when the MIM element 1 is in the ON state is set. It is important to pass current. In order to satisfy this requirement and to lower the driving voltage in order to avoid an increase in element driving cost, the MIM element 1 in the driving state is required.
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.
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. Here, the numerical value of 3.7 as the coefficient indicates that the film boiling temperature of the ejection liquid containing water as a main component is about 3 times.
The temperature is calculated assuming that the normal boiling temperature is about 100 ° C. and the room temperature is about 25 ° C. Thus, from the above two conditional expressions, S MIM > 3.7
It is preferable that the S H. 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。
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
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、
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。
In this embodiment, since the length of the MIM element 1 in the arrangement direction of the discharge ports 8 is shorter than the length of the MIM element 1 in the direction substantially perpendicular to the arrangement direction of the discharge ports 8, the discharge The outlet 8 and the MIM element 1 can be arranged at high density.
Further, in the present embodiment, the MIM element 1 is formed on the same substrate 23 as the resistance heating element 2, and the discharge port 5 is formed in a direction substantially perpendicular to the substrate 23.
Extend from the formation portion of the resistance heating element 2 mainly toward the side substantially opposite to the position where the MIM element 1 is provided.
The large-area MIM element 1 can be arranged so as not to hinder the liquid ejection.

【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。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Ta25薄膜を形成し
たものである。この時、RFスパッタ工程は約10-2
orr程度のArガス雰囲気中で行う。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。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
μm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。
The method of manufacturing the MIM element 1 according to the present embodiment will be described. The MIM element 1 is formed of an insulating thin film (oxide insulating film) 24 obtained by anodizing a striped metal electrode (lower electrode) 5. In this configuration, a striped metal electrode (upper electrode) 6 intersecting with the lower electrode 5 is provided on the upper side. Specifically, the lower electrode 5 is formed by forming a Ta thin film having a thickness of about 300 nm by an RF sputtering method, and then oxidizing the surface thereof by an anodizing method to form a Ta 2 O 5 thin film having a thickness of about 32 nm. It is. At this time, the RF sputtering process is performed at about 10 −2 T.
This is performed in an Ar gas atmosphere of about orr. The anodic oxidation step is performed in a 0.8% by weight aqueous citric acid solution using a mesh-shaped platinum electrode as a cathode. The upper electrode 6 and the information electrode 7 are tantalum thin film electrodes having a thickness of 23 nm, the substrate 23 is a Si substrate having a crystal axis <111> and a thickness of 0.625 mm, and the lower layer 22 on the surface of the lower electrode 5 is 2.75 thickness
The resistance heating element 2 has a thickness of 0.1 μm.
It is a 05 μm tantalum nitride thin film.

【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625μm2であり、そ
の素子抵抗は53Ωである。また、流路31の幅は30
μmで、流路間の間隔は80μmである。MIM素子1
の大きさは84.5μm×20000μmで面積は16
90000μm2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。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。また、
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。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。この時、MIM素子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
47Wであり、MIM素子1の電力密度は0.5MW/
2、抵抗発熱体2の電力密度は1.355GW/m2
ある。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。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。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。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。
In this embodiment, the resistance heating element 2 has a size of 25 μm × 25 μm, an area of 625 μm 2 , and an element resistance of 53Ω. The width of the channel 31 is 30
μm and the spacing between the channels is 80 μm. MIM element 1
Has a size of 84.5 μm × 20,000 μm and an area of 16
It is 90000 μm 2 , and has a band shape extending long in a direction perpendicular to the direction in which the ejection openings 8 are arranged. The area of the MIM element 1 is 2704 times the area of the resistance heating element 2. Also,
When the voltage applied between both ends of the MIM element 1, that is, between the lower electrode 5 and the upper electrode 6 is 6.7 V, the element resistance of the MIM is 53Ω. Therefore, when a voltage of 13.4 V is applied between the lower electrode 5 and the information electrode 7, a voltage of 6.7 V is applied to each of the MIM element 1 and the resistance heating element 2, and a current of 126 mA flows. At this time, the MIM element 1
And the power consumption converted into heat by the resistance heating element 2 is 0.8
47 W, and the power density of the MIM element 1 is 0.5 MW /
m 2 , and the power density of the resistance heating element 2 is 1.355 GW / m 2 . When power is supplied to the resistance heating element 2 under such conditions, sufficient heat is generated to heat and foam the ejection liquid. Further, since the heat generation per unit area of the MIM element 1 is 1/2704 of the heat generation per unit area of the resistance heating element 2, the temperature rise can be suppressed. In particular, since heat escapes to the Si substrate 23 via the lower layer 22, the temperature rise of the MIM element 1 can be efficiently suppressed. Further, since the resistance values of the MIM element 1 and the resistance heating element 2 are equal, a large power is supplied to the resistance heating element 2 and the operating voltage of the MIM element 1 is high. It is possible to pass a large current required 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。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。
(Second Embodiment) FIG. 5 shows a main part of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same parts as in the first embodiment, and the description will be omitted.

【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。流路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。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。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。
In this embodiment, the MIM element 1 is formed on the same substrate 23 as the resistance heating element 2, and the discharge port 18 is formed in a direction substantially parallel to the substrate 23. Channel 19
Extends from the formation portion of the resistance heating element 2 mainly to the position where the MIM element 1 is provided. Therefore, the MIM element 1 having a large area does not hinder the liquid ejection. Further, since a part of the MIM element 1 is in thermal contact with the ejection liquid, heat generated in the MIM element 1 can be released to the ejection liquid, and the temperature rise of the MIM element can be effectively prevented. .

【0040】(第3の実施形態)図6は、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が示され
ている。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。
(Third Embodiment) FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.
2 shows a main part of the inkjet recording head of the embodiment. The same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【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。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
2/sのSiO2薄膜が積層されており、このSiO2
薄膜は、MIM素子11および抵抗発熱体2の保護膜5
05である。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。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。
In the present embodiment, the MIM element 11 which is entirely in contact with the discharge liquid via the thin film layer is provided. A thickness of 0.6 μm and a thermal diffusivity κ = 0.47 m are formed on the MIM element 11 and the resistance heating element 2 by sputtering deposition.
m 2 / and SiO 2 thin film is laminated in s, the SiO 2
The thin film is a protective film 5 for the MIM element 11 and the resistance heating element 2.
05. By being protected by the protective film 505, the MIM element 11 can be disposed inside the liquid chamber 4 and the flow path 31 or adjacent thereto. Thus, the area of the MIM element 11 can be increased without increasing the size of the inkjet recording head.

【0042】例えば、下電極5と上電極6との間に2μ
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。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。
For example, 2 μm between the lower electrode 5 and the upper electrode 6
When the droplet 9 is ejected by applying a pulse voltage of s, the heat conduction distance of the protective film 505, that is, twice the square root of κΔt is 1.94 μm. Since the thickness of the protective film 505 is smaller than the heat conduction distance, the heat generated by the MIM element 11 when the discharge voltage is applied is quickly released to the discharge liquid, and the temperature rise of the MIM element 11 can be suppressed. The MIM element 11 can be protected.

【0043】本実施形態も、第1の実施形態と同様に、
MIM素子11の製造方法について説明すると、このM
IM素子11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。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Ta25薄膜を形成したものである。この
時、RFスパッタ工程は約10-2Torr程度のArガ
ス雰囲気中で行う。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。また、上電極6および情報電極7は厚さ23n
mのタンタル薄膜電極であり、基板23は結晶軸<11
1>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2.75μm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。
In this embodiment, as in the first embodiment,
A method of manufacturing the MIM element 11 will be described.
The IM element 11 has a striped metal electrode (lower electrode) 5
Insulating thin film (oxide insulating film) 24 obtained by anodizing aluminum
And a stripe-shaped metal electrode (upper electrode) 6 intersecting with the lower electrode 5. Specifically, the lower electrode 5 is formed by forming a Ta thin film having a thickness of about 300 nm by an RF sputtering method, and then oxidizing the surface thereof by an anodizing method to form a Ta 2 O 5 thin film having a thickness of about 32 nm. It is. At this time, the RF sputtering process is performed in an Ar gas atmosphere of about 10 −2 Torr. The anodic oxidation step is performed in a 0.8% by weight aqueous citric acid solution using a mesh-shaped platinum electrode as a cathode. The upper electrode 6 and the information electrode 7 have a thickness of 23 n.
m, and the substrate 23 has a crystal axis <11
1> a Si substrate having a thickness of 0.625 mm and a lower electrode 5
Is a Si thermal oxide film having a thickness of 2.75 μm, and the resistance heating element 2 is a tantalum nitride thin film having a thickness of 0.05 μm.

【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1600μm2であり、
その素子抵抗は53Ωである。また、流路31の幅は6
0μmで、流路間の間隔は80μmである。MIM素子
11の大きさは42.25μm×40000μmで面積
は1690000μm2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。MIM素子11の
面積は、抵抗発熱体2の面積の1056倍である。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。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。この時、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/m2、抵抗発熱体2の電力密度は0.52
9GW/m2である。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。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。
In this embodiment, the resistance heating element 2 has a size of 40 μm × 40 μm and an area of 1600 μm 2 ,
The element resistance is 53Ω. The width of the flow channel 31 is 6
At 0 μm, the spacing between the channels is 80 μm. The MIM element 11 has a size of 42.25 μm × 40000 μm and an area of 1690000 μm 2 , and has a band shape extending long in a direction perpendicular to the arrangement direction of the ejection openings 8. The area of the MIM element 11 is 1056 times the area of the resistance heating element 2. When the voltage applied between both ends of the MIM element 11, that is, between the lower electrode 5 and the upper electrode 6 is 6.7 V, the element resistance of the MIM is 53Ω. Therefore, when a voltage of 13.4 V is applied between the lower electrode 5 and the information electrode 7, a voltage of 6.7 V is applied to each of the MIM element 11 and the resistance heating element 2, and a current of 126 mA flows. At this time, MIM
The power consumption converted into heat by the element 11 and the resistance heating element 2 is 0.847 W, the power density of the MIM element 11 is 0.5 MW / m 2 , and the power density of the resistance heating element 2 is 0.52
9 GW / m 2 . When power is supplied to the resistance heating element 2 under such conditions, sufficient heat is generated to heat and foam the ejection liquid. Further, since the heat generation amount per unit area of the MIM element 11 is 1/1056 of the heat generation amount per unit area of the resistance heating element 2, the temperature rise can be suppressed.

【0045】また、3.7RMIM/SMIM<RH/SH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 3.7 R MIM / S MIM <R H / S H is satisfied, bubbles mainly composed of water, which are not taken into consideration when designing the MIM element 11, are generated and discharge occurs. There is no risk of becoming 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。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
倍以下となっている。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。
In the present embodiment, the MIM element 11 is arranged adjacent to the ejection liquid, and this functions as a heat radiation structure, that is, a cooling structure. Specifically, the MIM element 11 has a protective film 505 having a thermal diffusivity κ in contact with its electrode, and when a pulse voltage for a period Δt is applied to the MIM element 11, the thickness of the protective film 505 becomes κΔt Square root of 2
It is less than double. Thereby, destruction of the MIM element 11 itself due to heat generation of the MIM element 11 can be prevented.

【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 a schematic view of an example of an ink jet recording apparatus equipped with the ink jet recording head shown in each of 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
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、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
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。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。
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。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。
This ink jet recording apparatus has a paper feed roller 405 whose drive is controlled by a drive circuit 403.
And transports the paper 406 as a recording medium. In addition, the inkjet recording head 407 controlled by the control unit 404 is provided such that each ejection port faces the paper 406 to be conveyed.
By controlling the nonlinear element 1 to be in an on state or an off state in accordance with a signal from 04, the ejection and non-ejection of the ejection droplet 9 from the ejection port 8 are controlled. In this way, the ink on the resistance heating element 2 to which the power is supplied is rapidly heated, so that air bubbles based on the film boiling phenomenon are generated all over the surface of the resistance heating element 2 with an extremely high pressure. .
Due to this pressure, the ejection droplet 9 is ejected from the ejection port 8 as described above, and an image is formed on the recording medium. In addition, ink is supplied from the ink tank 402 to the inkjet recording head 407 with the ejection of the ejection droplets 9.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明によると、非線形素子の面積が、
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。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.
7倍〜108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。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。
According to the present invention, the area of the nonlinear element is
Since the area of the resistance heating element connected in series with the resistance heating element is larger than the area between the pair of electrodes, it is possible to prevent the nonlinear element itself from being destroyed by the heat generated by the nonlinear element. In particular, the area of the nonlinear element is equal to the area between the pair of electrodes of the resistance heating element.
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. Furthermore, while a large current necessary for bubbling of the ejection liquid flows, the drive voltage can be suppressed to a level that does not increase the element drive cost.

【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。
If the length of the non-linear element in the direction of arrangement of the discharge ports is shorter than the length in a direction substantially orthogonal to the arrangement direction, the discharge ports and the non-linear elements can be arranged 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。
Further, when a cooling structure for the nonlinear element is provided, it is possible to more reliably prevent the nonlinear element itself from being destroyed by the heat generated by the nonlinear element.

【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。
As a result, it is possible to provide an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus which can be lengthened at 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。
FIG. 1 is a plan view of a main part of an inkjet recording head according to a 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 diagram of MIM type electric 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。
FIG. 3 is a sectional view of a main part of the inkjet recording head according to 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。
FIG. 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。
FIG. 5 is a plan view of a main part of an inkjet recording head according to a 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。
FIG. 6 is a main part plan view of an ink jet recording head according to a 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。
FIG. 7 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus of the present invention equipped with the ink jet recording head of the present invention.

【符号の説明】[Explanation 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 MIM element (nonlinear element) 2 Thin film resistance heating element (heating element) 5 Lower electrode (vertical electrode) 6 Upper electrode (horizontal electrode) 7 Signal electrode (information electrode) 8 Discharge port 9 Droplet 11 MIM element (nonlinear element) ) 18 discharge port 19 flow path 22 lower layer (thin oxide insulating film) 23 substrate 24 insulating thin film 31 flow path 52 discharge port forming section 54 discharge liquid supply port 402 ink tank 403 drive circuit 404 control section 405 paper feed roller 406 Paper 407 Inkjet recording head 505 Protective film

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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、
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
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。
1. A heating means having a resistance heating element for generating thermal energy used for discharging ink, a pair of electrodes connected to the resistance heating element, and driving the resistance heating element. Connected in series with the resistance heating element,
MIM showing that the resistance value when a low voltage is applied is higher than the resistance value when a high voltage is applied irrespective of the polarity
And a non-linear element having a current-voltage characteristic of a type, wherein an area of the non-linear element is larger than an area between the pair of electrodes of the resistance heating element. head.
【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〜108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.
【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。
3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a resistance value of the non-linear element in a driving state is substantially equal to a resistance value of the resistance heating element.
【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。
4. The ink jet recording according to claim 1, wherein a length of the non-linear element in a discharge port arrangement direction is shorter than a length in a direction substantially orthogonal to the arrangement direction. head.
【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、
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。
5. The non-linear element is formed on the same substrate as the resistance heating element, and in a direction substantially perpendicular to the substrate, a flow path formed in the flow path corresponding to the resistance heating element. An ejection port for ejecting ink is formed, and the flow path includes:
The ink jet recording head according to claim 1, wherein the ink jet recording head extends from a position where the resistance heating element is formed, mainly to a side opposite to a position where the nonlinear element is provided.
【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、
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〜
4のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。
6. The non-linear element is formed on the same substrate as the resistance heating element, and is provided in a direction substantially parallel to the substrate in a flow path formed corresponding to the resistance heating element. An ejection port for ejecting ink is formed, and the flow path includes:
The position extending from the position where the resistance heating element is formed to a position where the nonlinear element is disposed.
5. The ink jet recording head according to any one of 4.
【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. The ink jet recording head according to claim 1, having a cooling structure for said nonlinear element.
【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. The ink jet recording head according to claim 1, further comprising a matrix electrode forming a matrix circuit for applying a voltage to said heat generating means.
【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。
9. The ink jet recording head according to claim 8, wherein said non-linear element is arranged at an intersection of said matrix electrodes.
【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. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the ink is ejected by causing film boiling of the ink by the thermal energy.
【請求項11】 前記抵抗発熱体に対応して設けられ、
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、
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。
11. A device provided corresponding to the resistance heating element,
An ink jet recording head according to any one of claims 1 to 10, having an ejection port for ejecting ink on a recording surface of the recording medium, and a transport unit that transports the recording medium,
An ink jet recording apparatus comprising at least:
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