JP2002113869A - Ink jet recording head and ink jet recorder - Google Patents
Ink jet recording head and ink jet recorderInfo
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Abstract
Description
【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、特に、発泡現象を利用したバブルジェット（登
録商標）プリンタなどに応用されるインクジェット記録
用ヘッドおよびこれを備えた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 printer, and more particularly to an ink jet recording head applied to a bubble jet (registered trademark) printer utilizing a foaming phenomenon and an ink jet recording apparatus provided with the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】バブルジェット記録方式に適用される記
録ヘッドは、一般に微細な吐出口、流路及び該流路の一
部に設けられる発熱体を備えている。バブルジェット記
録方式とは、発熱体を用いて流路内の液体を局所的に高
温にすることにより液体に膜沸騰による気泡を発生さ
せ、発泡時の高い圧力を利用して、液体を微細な吐出口
より押し出し、記録紙等に付着させる記録方式である。2. Description of the Related Art A recording head applied to a bubble jet recording system generally includes a fine discharge port, a flow path, and a heating element provided in a part of the flow path. With bubble jet recording, bubbles are generated by film boiling in the liquid by locally raising the temperature of the liquid in the flow path using a heating element, and the liquid is finely divided using high pressure during foaming. This is a recording method in which the paper is extruded from an ejection port and adheres to recording paper or the like.
【０００３】この種の記録技術によって記録される画像
を高精彩化するためには、微小な液滴を高密度に吐出さ
せる技術が要求される。そのため、微細な流路と微細な
発熱源を形成することが基本的に重要となる。それゆ
え、バブルジェット記録方式では構造の単純性を活かし
て、フォトリソ工程技術を駆使した高密度ヘッドの作成
方法が提案されている（例えば、特開平０８−１５６２
９号公報参照）。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号公報参照）。発
熱体としては、通常、厚さ０．０５μｍ程度の窒化タン
タル薄膜抵抗体を用い、これに通電した時のジュール熱
で液体の発泡を行う。このような発熱抵抗体には、通
常、キャビテーションによる発熱抵抗体表面の損傷を防
止するために、０．８μｍ程度のＳｉＮなどの絶縁体を
介して厚さ０．２μｍ程度のＴａなどの金属からなる耐
キャビテーション層が配置されている。In order to increase the definition of an image recorded by this type of recording technique, a technique for discharging fine droplets at a high density is required. Therefore, it is basically important to form a fine flow path and a fine heat source. Therefore, in the bubble jet recording method, a method of producing a high-density head utilizing the photolithography process technology by utilizing the simplicity of the structure has been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-1562).
No. 9). Further, in order to adjust the discharge amount of the droplet, a heating element having a larger heat generation amount at a center portion than at an end portion has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-201254). As the heating element, a tantalum nitride thin film resistor having a thickness of about 0.05 μm is usually used, and the liquid is foamed by Joule heat when electricity is supplied to the thin film resistor. Such a heating resistor is usually made of a metal such as Ta having a thickness of about 0.2 μm via an insulator such as SiN having a thickness of about 0.8 μm in order to prevent damage to the surface of the heating resistor due to cavitation. The anti-cavitation layer is disposed.
【０００４】また、特開昭６４−２０１５０号公報に
は、基板上に複数の縦配線と横配線を配置し、縦配線と
横配線の交点部分に、順電流通電のみ電流が流れる整流
素子とこれに接続された発熱素子とを設けたことを特徴
としたマルチノズルインクジェットヘッドが開示されて
いる。また、特開昭５７−３６６７９号公報には、基板
上に、順方向の通電により発熱可能なダイオードを複数
個アレイ状に配列したサーマルヘッドが開示されてい
る。Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-20150 discloses a rectifying element in which a plurality of vertical wirings and horizontal wirings are arranged on a substrate, and a rectifying element in which only a forward current flows is provided at the intersection of the vertical wirings and the horizontal wirings. A multi-nozzle ink jet head characterized by providing a heating element connected thereto is disclosed. 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.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来のマルチノズルヘ
ッドでは、縦配線と横配線の各交点部分をそれぞれ接続
する複数の発熱素子を選択的にマトリクス駆動する際、
非選択の発熱素子に駆動電圧より低いノイズ電圧が加わ
って、不要な発熱が生じてしまうことがあった。このよ
うなノイズ電圧が非選択の発熱素子に加わっても発熱を
生じさせない為に本発明者らは、極性に依らず、高電圧
側では低い抵抗値を示し、低電圧側では高い抵抗値を示
す電流電圧特性を発熱素子自体に又は間接的に備えてい
ればよいことを見いだし、既に出願している。このよう
な電流電圧特性を持つ素子としてはＭＩＭ素子やバリス
タがある。In a conventional multi-nozzle head, when a plurality of heating elements connecting respective intersections of vertical wiring and horizontal wiring are selectively driven in a matrix,
In some cases, a noise voltage lower than the drive voltage is applied to unselected heating elements, causing unnecessary heat generation. The present inventors show a low resistance value on the high voltage side and a high resistance value on the low voltage side irrespective of the polarity, because such a noise voltage does not generate heat even when applied to a non-selected heating element. It has been found that it is only necessary to provide the current-voltage characteristics shown in the heating element itself or indirectly, and the applicant has already filed an application. Devices having such current-voltage characteristics include MIM devices and varistors.
【０００６】また従来のヘッドの多くは、発熱素子とダ
イオードやロジック回路部を半導体プロセス（イオン注
入などの方法）でシリコン基板上に同時に作り込むこと
を前提としている。したがって、比較的ノズル数の少な
いヘッドではコンパクトにでき、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
有するフルマルチヘッドでは、一体的に作ろうとすれば
１２インチという長さが必要で、通常のシリコンウェハ
ーを使うことが難しく高コストな製法となる恐れがあっ
た。Many conventional heads are based on the premise that a heating element and a diode or 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, in the case of a full multi-head having a length that is the same as the width of the paper, a length of 12 inches is required to integrally manufacture the head, and it is difficult to use a normal silicon wafer, which may result in a high-cost manufacturing method. .
【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ＭＩＭ素子などの非線
形素子を備えたインクジェット用発熱素子をマトリクス
駆動することができれば、長尺なインクジェットヘッド
を低コストで提供できる可能性がある。Therefore, if an inkjet heating element having a non-linear element such as an MIM element which can be formed without relying on a conventional semiconductor process such as an ion implantation method can be driven in a matrix, a long inkjet head can be manufactured at low cost. May be available.
【０００８】しかしながら、ＭＩＭ素子は、電圧値によ
って電流値が敏感に変化する電流電圧特性における非線
形性を有していることにより、駆動用の電源電圧にわず
かな変動があってもＭＩＭ素子を流れる電流が大きく変
動し、気泡発生部である発熱素子（ヒータ）部分が過剰
に加熱されてヒータ部分が破損する恐れがあったり、逆
に不十分な発熱のために不吐出となる恐れがあるので、
駆動用の電源電圧の調整がシビアなものとなっていた。However, since the MIM element has a non-linearity in the current-voltage characteristic in which the current value changes sensitively with the voltage value, the MIM element flows through the MIM element even if the power supply voltage for driving slightly changes. The current may fluctuate greatly, and the heating element (heater), which is a bubble generating portion, may be excessively heated and the heater may be damaged. On the contrary, insufficient heating may cause non-ejection. ,
Adjustment of the power supply voltage for driving was severe.
【０００９】本発明の目的は、長尺なインクジェットヘ
ッドを低コストで実現できるＭＩＭ素子を用いたもので
あって、上記のような駆動用電源電圧の微小な変動によ
るＭＩＭ素子の電力供給量の大変動を抑制することによ
ってＢＪ用ヒータの過剰加熱や発熱不足を未然に防止す
ることができるインクジェット記録ヘッドおよびこれを
備えた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 an MIM element capable of realizing a long ink jet head at low cost, and to reduce the power supply amount of the MIM element due to a minute change in the driving power supply voltage as described above. An object of the present invention is to provide an ink jet recording head capable of preventing excessive heating and insufficient heat generation of a BJ heater by suppressing large fluctuations, and an ink jet recording apparatus including the same.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、第１の発明のインクジェット記録ヘッドは、インク
を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する発
熱手段と、前記発熱手段を駆動するための、電流電圧特
性が非線形な非線形素子と、前記非線形素子に流れる電
流を調整するための電流調整手段と、を有することを特
徴とする。In order to achieve the above object, an ink jet recording head according to a first aspect of the present invention includes a heat generating means for generating heat energy used for discharging ink, and a driving means for driving the heat generating means. A non-linear element having a non-linear current-voltage characteristic, and current adjusting means for adjusting a current flowing through the non-linear element.
【００１１】この場合、前記電流調整手段は前記非線形
素子に直列接続された電流調整抵抗であることが考えら
れる。この電流調整抵抗は抵抗発熱体、配線抵抗または
調整用抵抗で構成されていることが好ましい。さらに、
前記電流調整抵抗の抵抗値は前記非線形素子の動作状態
における抵抗値の０．１倍から１０倍、より好ましく
は、略１倍または略２倍である。このような記録ヘッド
に使用する前記非線形素子はＭＩＭ型電気特性を示す非
線形素子であることが好ましい。In this case, the current adjusting means may be a current adjusting resistor connected in series to the nonlinear element. It is preferable that the current adjusting resistor is constituted by a resistance heating element, a wiring resistor or an adjusting resistor. further,
The resistance value of the current adjusting resistor is 0.1 to 10 times, more preferably approximately 1 or approximately 2 times the resistance value of the nonlinear element in the operating state. The non-linear element used in such a recording head is preferably a non-linear element exhibiting MIM-type electrical characteristics.
【００１２】上記のようなインクジェット記録ヘッド
は、前記発熱手段を、前記非線形素子が兼ねるものや、
前記発熱手段と、前記非線形素子とは別体であるもので
あってもよい。In the ink jet recording head as described above, the heat generating means may be combined with the non-linear element.
The heating means and the non-linear element may be separate bodies.
【００１３】また、第２の発明のインクジェット記録ヘ
ッドは、インクを吐出するために利用される熱エネルギ
ーを発生する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、前記抵抗発熱体と直列
接続されている非線形素子と、を有し、前記抵抗発熱体
が、前記非線形素子と前記抵抗発熱体とを直列接続した
回路を流れる電流を調整する電流調整抵抗として使用さ
れることを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head comprising: a heating element having a resistance heating element for generating thermal energy used for discharging ink; and a pair of electrodes connected to the resistance heating element. A non-linear element connected in series with the resistance heating element, wherein the resistance heating element is used as a current adjustment resistor for adjusting a current flowing through a circuit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series. It is characterized by being performed.
【００１４】この場合、前記抵抗発熱体の抵抗値は前記
非線形素子の動作状態における抵抗値の０．１倍から１
０倍、より好ましくは、略１倍または略２倍である。特
に前記非線形素子はＭＩＭ型電気特性を示す非線形素子
である場合、前記非線形素子と前記抵抗発熱体とを直列
接続した二端子回路ユニットがマトリクス回路の交点に
配置され、前記二端子回路ユニットの配線抵抗は略ゼロ
であり、前記抵抗発熱体の抵抗値は前記非線形素子の抵
抗値の略１倍であり、前記マトリクス回路に対して１/
２バイアス方式のマトリクス駆動が行われるインクジェ
ット記録ヘッド、あるいは、前記非線形素子と前記抵抗
発熱体とを直列接続した二端子回路ユニットがマトリク
ス回路の交点に配置され、前記二端子回路ユニットの配
線抵抗は略ゼロであり、前記抵抗発熱体の抵抗値は前記
非線形素子の抵抗値の略２倍であり、前記マトリクス回
路に対して１/３バイアス方式のマトリクス駆動が行わ
れるインクジェット記録ヘッドが好ましい。In this case, the resistance value of the resistance heating element is 0.1 to 1 times the resistance value of the nonlinear element in the operating state.
It is 0 times, more preferably about 1 time or about 2 times. Particularly, when the non-linear element is a non-linear element exhibiting MIM-type electrical characteristics, a two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at an intersection of a matrix circuit, and wiring of the two-terminal circuit unit is provided. The resistance is substantially zero, and the resistance value of the resistance heating element is approximately one time the resistance value of the non-linear element, and is 1 /
An ink jet recording head in which two-bias type matrix driving is performed, or a two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at the intersection of the matrix circuit, and the wiring resistance of the two-terminal circuit unit is Preferably, the resistance value of the resistance heating element is substantially zero, the resistance value of the resistance heating element is approximately twice as large as the resistance value of the non-linear element, and the matrix circuit is driven by a 1/3 bias type matrix drive.
【００１５】また、第３の発明のインクジェット記録ヘ
ッドは、インクを吐出するために利用される熱エネルギ
ーを発生する発熱手段と、前記発熱手段を駆動するため
の非線形素子と、前記非線形素子に通電するための配線
と、を有し、前記配線の抵抗が、前記非線形素子と前記
配線とを含む回路を流れる電流を調整する電流調整抵抗
として使用されることを特徴とするものである。Further, according to a third aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head, comprising: a heat generating means for generating thermal energy used for discharging ink; a non-linear element for driving the heat generating means; Wherein the resistance of the wiring is used as a current adjusting resistor for adjusting a current flowing through a circuit including the nonlinear element and the wiring.
【００１６】この場合、前記配線の抵抗値は前記非線形
素子の動作状態における抵抗値の０．１倍から１０倍、
より好ましくは、略１倍または略２倍であり、そして前
記非線形素子はＭＩＭ型電気特性を示す非線形素子であ
ることが好ましい。In this case, the resistance value of the wiring is 0.1 to 10 times the resistance value of the nonlinear element in the operating state,
More preferably, the ratio is approximately 1 or 2 times, and the non-linear element is preferably a non-linear element exhibiting MIM-type electric characteristics.
【００１７】さらに、上記の発明の記録ヘッドにおい
て、前記発熱手段に電圧を印加するマトリクス回路を構
成するマトリクス電極を有することが好ましく、この場
合、前記非線形素子が、前記マトリクス電極の交点に位
置することがよい。Further, in the recording head according to the invention, it is preferable that the recording head further includes a matrix electrode constituting a matrix circuit for applying a voltage to the heating means. In this case, the nonlinear element is located at an intersection of the matrix electrodes. Good.
【００１８】また、第４の発明のインクジェット記録ヘ
ッドは、インクを吐出するために利用される熱エネルギ
ーを発生する発熱手段と、前記発熱手段を駆動するため
の、電流電圧特性が非線形な非線形素子と、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
トリクス電極と、を有するインクジェット記録ヘッドで
あって、前記非線形素子が前記マトリクス回路の交点に
配置されており、該交点における電流電圧特性が、前記
発熱手段の駆動電圧において４０〜２５０Ωの微分抵抗
を有することを特徴とするものである。この場合、前記
発熱手段は抵抗発熱体であり、前記非線形素子と前記抵
抗発熱体とを直列接続した二端子回路ユニットがマトリ
クス回路の交点に配置されている。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head comprising: a heat generating means for generating thermal energy used for discharging ink; and a non-linear element having a non-linear current-voltage characteristic for driving the heat generating means. And a matrix electrode constituting a matrix circuit for applying a voltage to the heating means, wherein the non-linear element is disposed at an intersection of the matrix circuit, and a current voltage at the intersection is provided. The characteristic is that it has a differential resistance of 40 to 250Ω at the drive voltage of the heating means. In this case, the heating means is a resistance heating element, and a two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at the intersection of the matrix circuit.
【００１９】また、第５の発明のインクジェット記録ヘ
ッドは、インクを吐出するために利用される熱エネルギ
ーを発生する発熱手段と、前記発熱手段を駆動するため
の、電流電圧特性が非線形な非線形素子と、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
トリクス電極と、を有するインクジェット記録ヘッドで
あって、前記非線形素子が前記マトリクス回路の交点に
配置されており、該交点における電流電圧特性が、動作
電圧の略１／２倍の電圧から該交点に有意な電流が流れ
始め、前記動作電圧で該交点に所望の電流が流れるもの
であることを特徴とするものである。この場合、前記発
熱手段は抵抗発熱体であり、前記非線形素子と前記抵抗
発熱体とを直列接続した二端子回路ユニットがマトリク
ス回路の交点に配置されている。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head comprising: a heat generating means for generating thermal energy used for discharging ink; and a non-linear element having a non-linear current-voltage characteristic for driving the heat generating means. And a matrix electrode constituting a matrix circuit for applying a voltage to the heating means, wherein the non-linear element is disposed at an intersection of the matrix circuit, and a current voltage at the intersection is provided. The characteristic is that a significant current starts flowing at the intersection from a voltage approximately half the operating voltage, and a desired current flows at the intersection at the operating voltage. In this case, the heating means is a resistance heating element, and a two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at the intersection of the matrix circuit.
【００２０】また、第６の発明のインクジェット記録ヘ
ッドは、インクを吐出するために利用される熱エネルギ
ーを発生する発熱手段と、前記発熱手段を駆動するため
の、電流電圧特性が非線形な非線形素子と、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
トリクス電極と、を有するインクジェット記録ヘッドで
あって、前記非線形素子が前記マトリクス回路の交点に
配置されており、該交点における電流電圧特性が、動作
電圧の略１／３倍の電圧から該交点に有意な電流が流れ
始め、前記動作電圧で該交点に所望の電流が流れるもの
であることを特徴とするものである。この場合、前記発
熱手段は抵抗発熱体であり、前記非線形素子と前記抵抗
発熱体とを直列接続した二端子回路ユニットがマトリク
ス回路の交点に配置されている。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head comprising: a heat generating means for generating thermal energy used for ejecting ink; and a non-linear element having a non-linear current-voltage characteristic for driving the heat generating means. And a matrix electrode constituting a matrix circuit for applying a voltage to the heating means, wherein the non-linear element is disposed at an intersection of the matrix circuit, and a current voltage at the intersection is provided. The characteristic is that a significant current starts flowing at the intersection from a voltage approximately 1/3 times the operating voltage, and a desired current flows at the intersection at the operating voltage. In this case, the heating means is a resistance heating element, and a two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at the intersection of the matrix circuit.
【００２１】さらに、上記第１から第６の記録ヘッド
は、いずれも、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ものが好ましい。Further, it is preferable that all of the first to sixth recording heads eject ink by causing film boiling of the ink by the thermal energy.
【００２２】また、本発明のインクジェット記録装置
は、前記発熱手段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、上記
第１から第６のいずれかの発明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 according to any one of the first to sixth aspects, wherein the ink jet recording apparatus according to the present invention is provided corresponding to the heat generating means and has a discharge port for discharging ink so as to face a recording surface of a recording medium. It is characterized by comprising at least the ink jet recording head according to the invention and a recording medium conveying means.
【００２３】また、本発明のインクジェット記録装置
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、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、前記抵抗発熱体と直列接
続された、ＭＩＭ型電気特性を示す非線形素子とを有
し、前記抵抗発熱体が、前記非線形素子と前記抵抗発熱
体とを直列接続した回路を流れる電流を調整する電流調
整抵抗として使用されるインクジェット記録ヘッドと、
記録媒体の搬送手段と、を具備し、前記抵抗発熱体の抵
抗値は、前記非線形素子の動作状態における抵抗値の
０．１倍から１０倍、より好ましくは、略１倍または略
２倍であることを特徴とする。Further, the ink jet recording apparatus of the present invention comprises: a heating element having a resistance heating element for generating thermal energy used for discharging ink; and a pair of electrodes connected to the resistance heating element. A current that adjusts a current flowing through a circuit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series, the non-linear element having MIM-type electrical characteristics connected in series with the resistance heating element; An inkjet recording head used as an adjustment resistor;
Means for transporting a recording medium, wherein the resistance value of the resistance heating element is 0.1 to 10 times, more preferably about 1 time or about 2 times the resistance value of the nonlinear element in the operating state. There is a feature.
【００２４】この場合、前記非線形素子と前記抵抗発熱
体とを直列接続した二端子回路ユニットがマトリクス回
路の交点に配置され、前記二端子回路ユニットの配線抵
抗は略ゼロであり、前記抵抗発熱体の抵抗値は前記非線
形素子の抵抗値の略１倍であり、前記マトリクス回路に
対して１/２バイアス方式のマトリクス駆動が行われる
インクジェット記録装置、あるいは、前記非線形素子と
前記抵抗発熱体とを直列接続した二端子回路ユニットが
マトリクス回路の交点に配置され、前記二端子回路ユニ
ットの配線抵抗は略ゼロであり、前記抵抗発熱体の抵抗
値は前記非線形素子の抵抗値の略２倍であり、前記マト
リクス回路に対して１/３バイアス方式のマトリクス駆
動が行われるインクジェット記録装置が好ましい。In this case, a two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at the intersection of the matrix circuit, and the wiring resistance of the two-terminal circuit unit is substantially zero. Is approximately one time the resistance value of the nonlinear element, and an inkjet recording apparatus in which the matrix circuit is driven in a matrix of a 1/2 bias method, or the nonlinear element and the resistance heating element A two-terminal circuit unit connected in series is arranged at the intersection of the matrix circuit, the wiring resistance of the two-terminal circuit unit is substantially zero, and the resistance value of the resistance heating element is approximately twice the resistance value of the nonlinear element. An ink jet recording apparatus in which a 1/3 bias type matrix drive is performed on the matrix circuit is preferable.
【００２５】上記のとおりの構成では、インクジェット
吐出のための加熱駆動回路に非線形素子（特にＭＩＭ型
電気特性を有する非線形素子）と該非線形素子に流れる
電流を調整する電流調整手段（具体的には非線形素子に
直列接続された電流調整抵抗、特に抵抗発熱体または配
線抵抗など）を設けることにより回路を流れる電流の変
動を抑制して、吐出用駆動電源の電圧の微小な変動によ
る、ＭＩＭ素子の電力供給量の大変動を抑制している。
よって、インクジェット用ヒータの過剰加熱や発熱不足
のおそれを未然に防止することが可能となる。しかも、
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インクジェット用ヒータ
を良好にマトリクス駆動することができるため、低コス
トの長尺なインクジェットヘッドが提供可能となる。In the above-described configuration, the heating element for ejecting ink-jet has a non-linear element (particularly, a non-linear element having MIM-type electrical characteristics) and current adjusting means for adjusting the current flowing through the non-linear element (specifically, the non-linear element). By providing a current adjusting resistor connected to the non-linear element in series, in particular, a resistance heating element or a wiring resistance), the fluctuation of the current flowing through the circuit is suppressed, and the minute fluctuation of the voltage of the discharge driving power supply causes Large fluctuations in power supply are suppressed.
Therefore, it is possible to prevent the possibility of excessive heating or insufficient heat generation of the inkjet heater. Moreover,
Since a non-linear element that can be formed without relying on a conventional semiconductor process such as an ion implantation method can be used to drive the ink-jet heater in a good matrix, a low-cost and long ink-jet head can be provided.
【００２６】[0026]
【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.
【００２７】図１は本発明によるインクジェット記録ヘ
ッドの特徴を表す概念図である。この図においてインク
ジェット記録ヘッドは、ＭＩＭ型電流電圧特性を示す非
線形素子であるところのＭＩＭ（Metal Insulator Meta
l）素子１と、吐出用液体を加熱し吐出液滴を吐出させ
る抵抗発熱体２と、ＭＩＭ素子１と該ＭＩＭ素子１に流
れる電流を調整する電流調整手段であるところの電流調
整回路１０１とを備えている。なお、図１中の符号９は
吐出液滴の発生を概念的に示したものである。FIG. 1 is a conceptual diagram showing the features of an ink jet recording head according to the present invention. In this figure, an ink jet recording head is a non-linear element exhibiting MIM type current-voltage characteristics, which is a MIM (Metal Insulator Meta).
l) An element 1, a resistance heating element 2 for heating the ejection liquid and ejecting ejection droplets, an MIM element 1 and a current adjustment circuit 101 serving as current adjustment means for adjusting a current flowing through the MIM element 1. It has. Note that reference numeral 9 in FIG. 1 conceptually indicates the generation of a discharged droplet.
【００２８】本形態では、ＭＩＭ素子１と該ＭＩＭ素子
１に流れる電流を調整する電流調整回路１０１を設ける
ことにより、吐出用液体の加熱のための駆動回路を流れ
る電流の変動を抑制して電源電圧の微小な変動によるＭ
ＩＭ素子１の電力供給量の大変動を抑制できるため、イ
ンクジェット用ヒータであるところの抵抗発熱体２の過
剰加熱や発熱不足を防止できる効果がある。In the present embodiment, by providing the MIM element 1 and the current adjusting circuit 101 for adjusting the current flowing through the MIM element 1, fluctuations in the current flowing through the drive circuit for heating the ejection liquid are suppressed, and the power supply is controlled. M due to minute fluctuation of voltage
Since large fluctuations in the power supply amount of the IM element 1 can be suppressed, there is an effect that excessive heating or insufficient heating of the resistance heating element 2 which is an ink jet heater can be prevented.
【００２９】図２は図１の形態のさらに具体的な特徴を
示す図であり、上記の電流調整手段１０１が具体的に
は、ＭＩＭ素子１に直列接続された抵抗発熱体２を含む
電流調整抵抗である。電流調整抵抗は比較的容易に形成
できるためヘッド作製コスト上有利である。特に電流調
整抵抗（Ｒs）３は、ＭＩＭ素子（ＲMIM）１に直列接続
された抵抗発熱体（ＲH）２または配線抵抗（ＲW）９１
または電源の内部抵抗（ＲIn）９２または調整用抵抗
（ＲAd）９３で構成されている。抵抗発熱体２及び配線
抵抗９１及び電源内部抵抗９２は、抵抗発熱体２に発生
する熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジ
ェット用の記録ヘッドには必要不可欠な要素であるた
め、これらを用いて必要な電流調整ができるとコスト面
で有利となる。なお、図２では便宜上これらの抵抗２，
９１，９２，９３を全て備えたものを示した。また図２
中の符号１０は電圧Ｖ0の電源、Ｉ0は回路を流れる電流
値を示している。ただし、電源の内部抵抗については、
ＭＩＭ素子の動作状態における抵抗や他の抵抗と比べて
非常に小さいものなので、事実上無視できる。FIG. 2 is a diagram showing more specific features of the embodiment shown in FIG. 1. The above-mentioned current adjusting means 101 specifically includes a current adjusting device including a resistance heating element 2 connected in series to an MIM element 1. Resistance. Since the current adjustment resistor can be formed relatively easily, it is advantageous in terms of head manufacturing cost. In particular, the current adjustment resistor (R s ) 3 is a resistance heating element (R H ) 2 or a wiring resistance (R W ) 91 connected in series to the MIM element (R MIM ) 1.
Alternatively, it is composed of a power supply internal resistance (R In ) 92 or an adjustment resistance (R Ad ) 93. The resistance heating element 2, the wiring resistance 91, and the power supply internal resistance 92 are indispensable elements for an ink jet recording head that ejects ink by using thermal energy generated in the resistance heating element 2. If necessary current adjustment can be performed, it is advantageous in terms of cost. In FIG. 2, these resistors 2 and 2 are used for convenience.
Those having all of 91, 92 and 93 are shown. FIG. 2
Reference numeral 10 in the figure indicates a power supply of voltage V 0 , and I 0 indicates a current value flowing through the circuit. However, regarding the internal resistance of the power supply,
Since the resistance in the operating state of the MIM element and other resistances are very small, they can be practically ignored.
【００３０】図３は、図２に示した回路を流れる電流値
Ｉ0と電源１０の電圧値Ｖ0の関係を示す図であり、点線
７２はＭＩＭ素子１に適当な抵抗が接続されていない場
合の電流電圧特性を示し、実線７１はＭＩＭ素子１に適
当な電流調整抵抗が直列接続された場合の電流電圧特性
を定性的に示している。ＭＩＭ素子１に適当な抵抗が接
続されていない場合を示す点線７２の特性は動作電圧７
３（図中一点鎖線）付近で電源電圧の変動に対して著し
く回路電流が変化し、発熱抵抗体２の過剰過熱や発熱不
足の原因となりやすい。一方、ＭＩＭ素子１に適当な電
流調整抵抗が直列接続された場合を示す実線７１の特性
は動作電圧７３（図中一点鎖線）付近で電源電圧の変動
に対して緩やかに回路電流が変化し、発熱抵抗体２の過
剰過熱や発熱不足を防止できる効果がある。また、イン
クジェット記録ヘッドにおいては、吐出用電圧を印加し
たときの過剰な加熱や発熱不足が問題であるため、電流
調整抵抗３の値ＲSは、吐出用電圧を印加したときのオ
ン動作状態における抵抗値を基準に設定する必要があ
る。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the current value I 0 flowing through the circuit shown in FIG. 2 and the voltage value V 0 of the power supply 10, and a dotted line 72 indicates that an appropriate resistor is not connected to the MIM element 1. The solid line 71 qualitatively shows the current-voltage characteristics when an appropriate current adjustment resistor is connected in series to the MIM element 1. The characteristic of the dotted line 72 indicating that an appropriate resistor is not connected to the MIM element 1 is represented by the operating voltage 7
3 (indicated by a one-dot chain line in the figure), the circuit current changes remarkably in response to the fluctuation of the power supply voltage, which is likely to cause excessive heating or insufficient heating of the heating resistor 2. On the other hand, the characteristic of the solid line 71 showing the case where an appropriate current adjusting resistor is connected in series to the MIM element 1 is that the circuit current changes gently with respect to the fluctuation of the power supply voltage near the operating voltage 73 (dotted line in the figure). There is an effect that excessive overheating and insufficient heating of the heating resistor 2 can be prevented. Further, in the ink jet recording head, since the excessive heating and insufficient heat generation when the discharge voltage is applied is a problem, the value R S of the current adjustment resistor 3 is set to the value in the ON operation state when the discharge voltage is applied. It is necessary to set based on the resistance value.
【００３１】また、電流調整抵抗３の値は低抵抗過ぎる
と非線形性が支配的になりすぎて回路電流を制限する機
能が失われ過剰な発熱や発熱不足を招く恐れがある。そ
れゆえ、電流調整抵抗３の抵抗値の下限はＭＩＭ素子１
の動作状態における抵抗値の０．１倍程度とすることが
望ましい。If the value of the current adjusting resistor 3 is too low, the nonlinearity becomes too dominant, and the function of limiting the circuit current is lost, which may lead to excessive heat generation or insufficient heat generation. Therefore, the lower limit of the resistance value of the current adjusting resistor 3 is the MIM element 1
It is desirable that the resistance value be about 0.1 times the resistance value in the operation state.
【００３２】一方、電流調整抵抗３の値が高抵抗過ぎる
と線形性が支配的になり過ぎてＭＩＭ素子の利点が失わ
れ、マトリクス駆動での正常な吐出動作が困難となる恐
れがある。それゆえ、電流調整抵抗３の抵抗値の上限は
ＭＩＭ素子１の動作状態における抵抗値の１０倍程度と
することが望ましい。On the other hand, if the value of the current adjusting resistor 3 is too high, the linearity becomes too dominant, and the advantage of the MIM element is lost, and normal ejection operation by matrix driving may be difficult. Therefore, it is desirable that the upper limit of the resistance value of the current adjustment resistor 3 be about 10 times the resistance value of the MIM element 1 in the operating state.
【００３３】また、上の議論から線形性と非線形性を半
々に持つことが好ましく、このために、特に、電流調整
抵抗３の抵抗値がＭＩＭ素子１の動作状態における抵抗
値に等しくすることが好ましい。From the above discussion, it is preferable that the linearity and the non-linearity are evenly divided. For this reason, in particular, it is necessary that the resistance value of the current adjustment resistor 3 is equal to the resistance value in the operating state of the MIM element 1. preferable.
【００３４】特に、ＭＩＭ素子１と抵抗発熱体２の直列
接続による二端子回路ユニット１２をマトリクス回路の
交点に配置して１/２バイアス方式のマトリクス駆動を
行う場合、配線抵抗を極力ゼロとした上で、抵抗発熱体
の抵抗値をＭＩＭ素子の抵抗値の略１倍とすることが好
ましい。この場合、前記二端子回路ユニット１２の電流
電圧特性の概略は図８に示すように、二端子回路ユニッ
ト１２をＯＮ状態とする選択電圧Ｖ0に対してＩ0なるオ
ン電流が流れ、±Ｖ0/２の非選択電圧に対して電流が流
れない特性となる。すなわち、前記二端子回路ユニット
１２における電流電圧特性は、動作電圧の略１／２倍の
電圧から該二端子回路ユニット１２に有意な電流が流れ
始め、動作電圧で該二端子回路ユニット１２に所望の電
流が流れるものである。１/２バイアス方式のマトリク
ス駆動では、二端子回路ユニットの電流電圧特性が図８
に示す特性を示す時、ＭＩＭ素子による電力損失が最も
少ない理想状態となる。In particular, when the two-terminal circuit unit 12 in which the MIM element 1 and the resistance heating element 2 are connected in series is arranged at the intersection of the matrix circuit and the matrix drive of the 1/2 bias system is performed, the wiring resistance is made as small as possible. Above, it is preferable that the resistance value of the resistance heating element be approximately one time the resistance value of the MIM element. In this case, summary of the current-voltage characteristics of the two-terminal circuit unit 12, as shown in FIG. 8, I 0 becomes ON current flows through the two-terminal circuit unit 12 to the selected voltage V 0 to be ON state, ± V No current flows for a non-selection voltage of 0/2. That is, the current-voltage characteristics of the two-terminal circuit unit 12 are such that a significant current starts flowing through the two-terminal circuit unit 12 from a voltage approximately half the operating voltage, Current flows. In the matrix drive of the 1/2 bias system, the current-voltage characteristics of the two-terminal circuit unit are as shown in FIG.
In the case where the characteristics shown in FIG.
【００３５】また、同様に、ＭＩＭ素子と抵抗発熱体の
直列接続による二端子回路ユニット１２をマトリクス回
路の交点に配置して１/３バイアス方式のマトリクス駆
動を行う場合、配線抵抗を極力ゼロとした上で、抵抗発
熱体の抵抗値をＭＩＭ素子の抵抗値の略２倍とすること
が好ましい。この場合、前記二端子回路ユニット１２の
電流電圧特性の概略は図９に示すように、二端子回路ユ
ニット１２をＯＮ状態とする選択電圧Ｖ0に対してＩ0な
るオン電流が流れ、±Ｖ0/３の非選択電圧に対して電流
が流れない特性となる。すなわち、前記二端子回路ユニ
ット１２における電流電圧特性は、動作電圧の略１／３
倍の電圧から該二端子回路ユニット１２に有意な電流が
流れ始め、動作電圧で該二端子回路ユニット１２に所望
の電流が流れるものである。１/３バイアス方式のマト
リクス駆動では、二端子回路ユニットの電流電圧特性が
図９に示す特性を示す時、ＭＩＭ素子による電力損失が
最も少ない理想状態となる。Similarly, when the two-terminal circuit unit 12 in which the MIM element and the resistance heating element are connected in series is arranged at the intersection of the matrix circuit and the matrix drive of the 1/3 bias system is performed, the wiring resistance is reduced to zero as much as possible. Then, it is preferable that the resistance value of the resistance heating element be approximately twice the resistance value of the MIM element. In this case, summary of the current-voltage characteristics of the two-terminal circuit unit 12, as shown in FIG. 9, I 0 becomes ON current flows through the two-terminal circuit unit 12 to the selected voltage V 0 to be ON state, ± V No current flows for a non-selection voltage of 0/3. That is, the current-voltage characteristic of the two-terminal circuit unit 12 is approximately 1/3 of the operating voltage.
A significant current starts to flow to the two-terminal circuit unit 12 from the doubled voltage, and a desired current flows to the two-terminal circuit unit 12 at the operating voltage. In the matrix drive of the 1/3 bias system, when the current-voltage characteristics of the two-terminal circuit unit show the characteristics shown in FIG. 9, the ideal state is obtained in which the power loss due to the MIM element is the smallest.
【００３６】また、別の観点から電流電圧特性を見る
と、図３に示すように、動作状態おける二端子回路ユニ
ットの微分抵抗を４０〜２５０Ωにすればよい。これに
より、電流調整抵抗３の値を適正にすることができる。Looking at the current-voltage characteristics from another viewpoint, as shown in FIG. 3, the differential resistance of the two-terminal circuit unit in the operating state may be set to 40 to 250Ω. Thus, the value of the current adjustment resistor 3 can be made appropriate.
【００３７】この実施形態では、これらの必要要件を考
慮して、特に、電流調整抵抗３の抵抗値がＭＩＭ素子１
の動作状態における抵抗値の０．１倍から１０倍、より
好ましくは、略１倍または略２倍とした。電流調整抵抗
３の抵抗値をこのようにする事により、オン動作電圧付
近の回路電流値の非線形性を抑制し、インクジェット用
ヒータである抵抗発熱体２の過剰加熱や発熱不足を防止
できる。In this embodiment, in consideration of these necessary requirements, in particular, the resistance value of the current adjusting resistor 3 is changed to the MIM element 1.
The resistance was 0.1 to 10 times, more preferably approximately 1 or approximately 2 times the resistance value in the operating state of FIG. By setting the resistance value of the current adjustment resistor 3 in this manner, the non-linearity of the circuit current value near the ON operation voltage can be suppressed, and the resistance heating element 2 serving as an inkjet heater can be prevented from being overheated or insufficiently heated.
【００３８】[0038]
【実施例】次に、具体的な構造や数値を挙げて本発明の
実施例を説明する。また以下の説明では、図１及び図２
に示した構成要素と同一要素には同一符号を用いること
とする。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to specific structures and numerical values. In the following description, FIGS.
The same reference numerals are used for the same elements as those shown in FIG.
【００３９】（実施例１）図４は本発明の実施例１によ
るインクジェット記録ヘッドの構成を示す概略断面図で
ある。この図を参照すると、本例のヘッドは、表面に下
部層（絶縁層）２２が設けられた基板２３を備えてい
る。下部層（絶縁層）２２上には、マトリクス回路を構
成する走査側電極であると同時にＭＩＭ素子１を構成す
るための下側電極５が、極めて薄い絶縁性薄膜２４で被
覆されている。さらに絶縁性薄膜２４上に、ＭＩＭ素子
１を構成するために上側電極６が被覆されている。この
上側電極６は、下側電極５とは離れて下部層（絶縁層）
２２上に形成された薄膜抵抗発熱体２の一端に接続され
ている。薄膜抵抗発熱体２の他端にはマトリクス回路を
構成する情報側電極７が接続されている。(Embodiment 1) FIG. 4 is a schematic sectional view showing the structure of an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to this figure, the head of this example includes a substrate 23 having a lower layer (insulating layer) 22 provided on the surface. On the lower layer (insulating layer) 22, the lower electrode 5 for constituting the MIM element 1 as well as the scanning electrode constituting the matrix circuit is covered with an extremely thin insulating thin film 24. Further, the upper electrode 6 is coated on the insulating thin film 24 to constitute the MIM element 1. The upper electrode 6 is separated from the lower electrode 5 by a lower layer (insulating layer).
It is connected to one end of the thin film resistance heating element 2 formed on 22. The other end of the thin-film resistance heating element 2 is connected to an information-side electrode 7 constituting a matrix circuit.
【００４０】また基板２３上には、１つ又は複数の薄膜
抵抗発熱体２を含む流路３１を形成する複数列の溝と流
路３１毎に形成された記録液滴の吐出口５３とを有する
吐出口形成部材５２が接合されている。さらに、基板２
３には、複数の流路３１に液体を同時供給するための吐
出用液体供給孔５４が形成されている。On the substrate 23, a plurality of rows of grooves forming a flow path 31 including one or a plurality of thin-film resistance heating elements 2 and ejection openings 53 for recording droplets formed for each flow path 31 are formed. The discharge port forming member 52 is joined. Further, the substrate 2
3, a discharge liquid supply hole 54 for supplying liquid to the plurality of flow paths 31 at the same time is formed.
【００４１】なお本例では、吐出口形成部材５２におい
て吐出口５３を発熱体形成面に直交する方向に配置する
いわゆるサイドシュータータイプのヘッド構造とした
が、発熱体形成面に平行な方向に配置したいわゆるエッ
ジシュータータイプにも本発明は適用可能である。In this embodiment, the so-called side shooter type head structure in which the discharge ports 53 of the discharge port forming member 52 are arranged in a direction perpendicular to the heating element forming surface, but are arranged in a direction parallel to the heating element forming surface. The present invention is also applicable to the so-called edge shooter type.
【００４２】本例の構成は、図４に示したように、マト
リクス回路と、該マトリクス回路の交点に配置したＭＩ
Ｍ素子１と該ＭＩＭ素子１に直列接続した抵抗発熱体２
を有しており、特に抵抗発熱体２を前述した電流調整抵
抗として使用し、抵抗発熱体２の抵抗値をＭＩＭ素子１
の動作状態における抵抗値の０．１倍から１０倍、より
好ましくは、略１倍または略２倍とすることにより、回
路を流れる電流の変動を抑制できる。電源電圧の微小な
変動によるＭＩＭ素子の電力供給量の大変動を抑制でき
るため、インクジェット用ヒータである抵抗発熱体２の
過剰加熱や発熱不足を防止できる効果がある。As shown in FIG. 4, the configuration of this embodiment is such that a matrix circuit and an MI arranged at the intersection of the matrix circuit are used.
M element 1 and resistance heating element 2 connected in series to MIM element 1
In particular, the resistance heating element 2 is used as the above-described current adjusting resistor, and the resistance value of the resistance heating element 2 is set to the MIM element 1.
By setting the resistance in the operating state of 0.1 to 10 times, more preferably about 1 time or about 2 times, the fluctuation of the current flowing through the circuit can be suppressed. Since large fluctuations in the power supply amount of the MIM element due to minute fluctuations in the power supply voltage can be suppressed, there is an effect that excessive heating or insufficient heat generation of the resistance heating element 2 serving as an inkjet heater can be prevented.
【００４３】また、図４において、マトリクス回路を構
成する走査側電極５と情報側電極７間に液滴吐出用の電
圧を印加することにより、ＭＩＭ素子１をオン状態とし
て薄膜抵抗発熱体２に電力を供給し吐出用液体を急速加
熱する。このことによって、気泡１２１を発生させて吐
出液滴９を記録媒体に吐出させることにより、画像が形
成される。In FIG. 4, a voltage for discharging droplets is applied between the scanning side electrode 5 and the information side electrode 7 constituting the matrix circuit, so that the MIM element 1 is turned on and the thin film resistance heating element 2 is turned on. Power is supplied to rapidly heat the ejection liquid. Thus, an image is formed by generating the bubble 121 and discharging the discharge droplet 9 onto the recording medium.
【００４４】図５はＭＩＭ型電気特性を示す図である。
ＭＩＭ型の電気特性とは、ＭＩＭ素子やバリスタに代表
される電流電圧特性のように、極性に依らず、高電圧側
では低い抵抗値を示し、低圧側では高い抵抗値を示す電
流電圧特性を指す。本発明に適用される非線形素子は特
に、ＭＩＭ型電気特性を示す非線形素子である。FIG. 5 is a diagram showing MIM type electric characteristics.
The electrical characteristics of the MIM type are, as in the current-voltage characteristics represented by MIM elements and varistors, current-voltage characteristics that show a low resistance value on the high voltage side and a high resistance value on the low voltage side, regardless of the polarity. Point. The non-linear element applied to the present invention is a non-linear element exhibiting MIM-type electric characteristics.
【００４５】ここで、マトリクス駆動を行うために図５
に示すように、電流値の絶対値Ｉ0を与える印加電圧が
＋Ｖ1、−Ｖ2 が、０．５＜（Ｖ1／Ｖ2）＜２ を満足
し、＋Ｖ1／２、−Ｖ2／２での電流値の絶対値が Ｉ0／
１０以下であることが好ましい。こうしたＭＩＭ型の電
流電圧特性を示す非線形素子をマトリクス電極の交点に
配置することにより、マトリクス駆動時のバイアス電圧
による、非選択点での不要な発熱を抑制し、インクジェ
ット用ヒータのマトリクス駆動を良好に実施できる。ま
た、マトリクス駆動を採用することにより、ドライバと
ヒータの分離を容易とし、安価な非Ｓｉ基板での大量生
産も可能にする効果がある。Here, in order to perform matrix driving, FIG.
As shown in, the absolute value I 0 applied voltage is + V 1 to provide a current value, -V 2 is satisfied 0.5 <(V 1 / V 2 ) <2, + V 1/2, -V 2 The absolute value of the current value at I / 2 is I 0 /
It is preferably 10 or less. By arranging such non-linear elements exhibiting the MIM type current-voltage characteristics at the intersections of the matrix electrodes, unnecessary heat generation at non-selected points due to the bias voltage during matrix driving is suppressed, and the matrix driving of the inkjet heater is improved. Can be implemented. In addition, adoption of the matrix drive has an effect of facilitating the separation of the driver and the heater and enabling mass production on an inexpensive non-Si substrate.
【００４６】また本例は、マトリクス配線電極の交点
に、両電極間を接続する極めて薄い酸化絶縁膜を配置し
た金属/絶縁体/金属なる構成のＭＩＭ素子を非線形素子
として用いるインクジェット記録ヘッドである。This embodiment is an ink jet recording head using a metal / insulator / metal MIM element having a very thin oxide insulating film connecting the two electrodes at the intersection of the matrix wiring electrodes as a non-linear element. .
【００４７】ここで、ＭＩＭ素子とは、原義的には金属
/絶縁体/金属なる構造のトンネル接合素子であるが通
常、導電体電極/絶縁体/導電体電極なる構造の接合素子
もＭＩＭ素子と呼ぶ。ここで、絶縁体の伝導機構として
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。Here, the MIM element is essentially a metal
Although it is a tunnel junction element having a structure of / insulator / metal, a junction element having a structure of conductor electrode / insulator / conductor electrode is also called an MIM element. Here, as a conduction mechanism of the insulator, a hopping-type electric conduction that repeats a plurality of tunneling in an insulator such as a pool Frenkel type conduction,
Relatively simple tunnel conduction such as Fowler-Nordheim conduction is 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.
【００４８】ＭＩＭ素子に電流が流れる絶縁体の限界膜
厚、または、限界電極間隔は絶縁材料や電極材料の種類
や伝導機構に大きく依存するが、ＭＩＭ素子として有為
な電流が流れるためには、例えば、前記電極間隔を１０
０ｎｍ以下とすることが望ましい。また、電極間隔が極
端に狭いと電極金属表面のイオンが電界放射を起こす恐
れがあるため、１ｎｍ以上とすることが望ましい。ま
た、安定なトンネル接合を得るために４ｎｍ以上とする
ことが望ましい。また、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、
好ましくは、４０ｎｍ以下とすることが望ましい。した
がって、前記電極間距離が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下で
あり、より好ましくは、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下である
ＭＩＭ素子を発熱手段として用いれば、ＭＩＭ素子によ
り液体を加熱して気泡を発生させ、液滴を吐出させるこ
とも可能である（詳しくは実施例２に示す。）。The critical film thickness of the insulator or the critical electrode interval through which a current flows through the MIM element greatly depends on the type of the insulating material and the electrode material and the conduction mechanism. For example, if the electrode interval is 10
It is desirable that the thickness be 0 nm or less. Further, if the electrode interval is extremely narrow, ions on the electrode metal surface may cause electric field emission. Further, in order to obtain a stable tunnel junction, the thickness is desirably 4 nm or more. Also, in order to obtain a large current required for matrix drive of the bubble jet recording head at a low voltage,
Preferably, the thickness is set to 40 nm or less. Therefore, if an MIM element having a distance between the electrodes of 1 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 4 nm or more and 40 nm or less, is used as a heating means, the liquid is heated by the MIM element to generate bubbles and discharge the droplets. It is also possible to make it (see Example 2 for details).
【００４９】また、ＺｎＯにＢｉ、ＰｒおよびＣｏ等の
金属酸化物を添加した焼結体層や、炭化けい素ＳｉＣの
粒状結晶層を、上記の絶縁体層の代わりに電極間に配置
したいわゆるバリスタも、ＭＩＭ素子と同様に本発明の
非線形素子として用いることでき、同様な効果を得るこ
とができる。A so-called sintered body layer in which metal oxides such as Bi, Pr and Co are added to ZnO, or a granular crystal layer of silicon carbide SiC is disposed between electrodes instead of the above-mentioned insulator layer. A varistor can also be used as the non-linear element of the present invention similarly to the MIM element, and the same effect can be obtained.
【００５０】また、図６は本実施例のヘッドを構成する
ためのマトリクス回路の特徴を示す概念図である。同図
において配線Ｙj，Ｙj+1はそれぞれｊ番目及びｊ＋１番
目の走査側電極であり、配線Ｘi，Ｘi+1はそれぞれｉ番
目及びｉ＋１番目の情報側電極である。すなわち、配線
Ｙj，Ｙj+1，Ｘi，Ｘi+1 はマトリクス回路を構成す
る。また、符号１はこのようなマトリクス回路の交点に
配置したＭＩＭ素子、符号２は抵抗発熱体、符号９は吐
出液体を示す。FIG. 6 is a conceptual diagram showing the characteristics of a matrix circuit for constituting the head of this embodiment. In the figure, wirings Y j and Y j + 1 are the j-th and j + 1-th scanning electrodes, respectively, and wirings X i and X i + 1 are the i-th and i + 1-th information electrodes, respectively. That is, the wirings Y j , Y j + 1 , X i , and X i + 1 constitute a matrix circuit. Reference numeral 1 denotes an MIM element arranged at the intersection of such a matrix circuit, reference numeral 2 denotes a resistance heating element, and reference numeral 9 denotes a discharge liquid.
【００５１】図６に示したように、本実施例では、配線
電極Ｙj，Ｙj+1，…、配線電極ＸI，Ｘi+1，…から成る
マトリクス回路と、該マトリクス回路の交点に配置した
非線形素子であるところのＭＩＭ素子１と該ＭＩＭ素子
１に直列接続した抵抗発熱体２を有する。As shown in FIG. 6, in this embodiment, a matrix circuit composed of wiring electrodes Y j , Y j + 1 ,..., Wiring electrodes X I , X i + 1 ,. And a resistance heating element 2 connected in series to the MIM element 1 which is a non-linear element arranged in the above.
【００５２】同図において、走査側電極Ｙj，Ｙj+1，…
の１つに選択電位波形を入力し、情報側電極Ｘi，Ｘ
i+1，… に画像信号に応じて吐出用または非吐出用情報
電位波形を入力することにより、画像信号に応じてＭＩ
Ｍ素子１をオン状態またはオフ状態にし、ＭＩＭ素子１
とこのＭＩＭ素子１に直列接続された抵抗発熱体２の各
々に電力を供給するかどうかを制御して、吐出液滴９の
吐出及び非吐出を切り換えることができる。In the figure, the scanning side electrodes Y j , Y j + 1 ,.
Of the information-side electrodes X i , X
By inputting an ejection or non-ejection information potential waveform to i + 1 ,... according to the image signal,
The M element 1 is turned on or off, and the MIM element 1
By controlling whether or not to supply power to each of the resistance heating elements 2 connected in series with the MIM element 1, the ejection and non-ejection of the ejection droplet 9 can be switched.
【００５３】本例においては、ＭＩＭ素子１は、金属電
極５を陽極酸化して得られる酸化絶縁膜２４の上に、金
属電極６を交差して作成する。さらに具体的には、図４
に示した上下電極５と６としては、例えば厚さ約３００
ｎｍのＴａ薄膜をＲＦスパッタ法で作成し、その表面を
陽極酸化法で酸化し、厚さ約３２ｎｍのＴａ2Ｏ5薄膜を
形成する。この時、ＲＦスパッタは約１０-2Ｔｏｒｒ程
度のＡrガス雰囲気中で行う。また、陽極酸化は０．８
重量％のクエン酸水溶液中でメッシュ状白金電極を陰極
として行う。また、図４に示した上側電極６と情報側電
極７は例えば厚さ２３ｎｍのタンタル薄膜電極であり、
基板２３は結晶軸＜１１１＞、厚さ０．６２５ｍｍのＳ
ｉ基板であり、絶縁性薄膜２４は厚さ２．７５μｍのＳ
ｉ熱酸化膜であり、薄膜抵抗発熱体２は厚さ０．０５μ
ｍの窒化タンタル薄膜である。In this example, the MIM element 1 is formed on the oxide insulating film 24 obtained by anodizing the metal electrode 5 so as to cross the metal electrode 6. More specifically, FIG.
The upper and lower electrodes 5 and 6 shown in FIG.
A Ta thin film having a thickness of 32 nm is formed by an RF sputtering method, and the surface thereof is oxidized by an anodizing method to form a Ta 2 O 5 thin film having a thickness of about 32 nm. At this time, the RF sputtering is performed in an Ar gas atmosphere of about 10 −2 Torr. The anodic oxidation is 0.8
A mesh-shaped platinum electrode is used as a cathode in an aqueous solution of citric acid of weight%. The upper electrode 6 and the information electrode 7 shown in FIG. 4 are, for example, tantalum thin film electrodes having a thickness of 23 nm.
The substrate 23 has a crystal axis <111> and a thickness of 0.625 mm.
i-substrate, and the insulating thin film 24 is made of 2.75 μm thick S
i is a thermal oxide film, and the thin-film resistance heating element 2 has a thickness of 0.05 μm.
m is a thin film of tantalum nitride.
【００５４】また、抵抗発熱体２の大きさは例えば２５
μｍ×２５μｍで、この面積は６２５μｍ2、抵抗値は
５３Ωである。また、ＭＩＭ素子１の大きさは８４．５
μｍ×２００００μｍで、この面積は１６９００００μ
ｍ2である。このとき、ＭＩＭ素子１の面積は、抵抗発
熱体２の面積の２７０４倍であり、ＭＩＭ素子の両端の
電極５と６の間に印加される電圧６．７Ｖに対する素子
抵抗は５３Ωである。ここで、電極５と７の間に１３．
４Ｖの電圧を印加すると、ＭＩＭ素子１及び抵抗発熱体
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及び発熱抵抗体
２で熱に変換される消費電力は０．８４７Ｗであり、Ｍ
ＩＭ素子１の電力密度は０．５ＭＷ／ｍ3、抵抗発熱体
部２の電力密度は１．３５５ＧＷ／ｍ2となり、抵抗発
熱体部２では吐出用液体を加熱し、発泡させることがで
きる。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２７０４分の
１であるため、温度上昇を抑えることができる。The size of the resistance heating element 2 is, for example, 25
μm × 25 μm, the area is 625 μm 2 , and the resistance value is 53Ω. The size of the MIM element 1 is 84.5.
μm × 20,000 μm, this area is 1690000 μm
m 2 . At this time, the area of the MIM element 1 is 2704 times the area of the resistance heating element 2, and the element resistance with respect to the voltage of 6.7 V applied between the electrodes 5 and 6 at both ends of the MIM element is 53Ω. Here, 13. between electrodes 5 and 7.
When a voltage of 4 V is applied, a voltage of 6.7 V is applied to each of the MIM element 1 and the resistance heating element 2, and 126 mA
Current flows. At this time, the power consumption converted into heat by the MIM element 1 and the heating resistor 2 is 0.847 W, and M
The power density of the IM element 1 is 0.5 MW / m 3 , the power density of the resistance heating element 2 is 1.355 GW / m 2 , and the discharge liquid can be heated and foamed in the resistance heating element 2. 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.
【００５５】本実施例において、ＭＩＭ素子１と発熱抵
抗体２を直列接続した回路の動作点における抵抗値は５
３＋５３＝１０６Ωである。ここで、駆動電圧の上昇が
あっても、上記の直列回路の抵抗値は発熱抵抗体２の抵
抗値のために抵抗が制限され、せいぜい、５３〜１０６
Ωの範囲の変動に抑制でき、過剰な発熱を抑制できる効
果がある。また、動作点付近の抵抗値の変化が穏やかな
ため、微小な駆動電圧の下降に対しても発熱量の不足に
よる不吐出を抑制できる効果がある。In this embodiment, the resistance value at the operating point of the circuit in which the MIM element 1 and the heating resistor 2 are connected in series is 5
3 + 53 = 106Ω. Here, even if the driving voltage rises, the resistance of the series circuit is limited by the resistance of the heating resistor 2, and at most 53 to 106
There is an effect that the variation in the range of Ω can be suppressed, and excessive heat generation can be suppressed. Further, since the change in the resistance value near the operating point is gentle, there is an effect that non-ejection due to a shortage of the heat generation amount can be suppressed even for a minute drop in the drive voltage.
【００５６】なお、本実施例では、配線抵抗はＭＩＭ素
子の抵抗値に比べて十分小さく無視できるとした。In this embodiment, it is assumed that the wiring resistance is sufficiently smaller than the resistance value of the MIM element and can be ignored.
【００５７】（実施例２）図７は本発明の実施例２によ
るインクジェット記録ヘッドの構成を示す概略断面図で
ある。以下この図を参照し、実施例１と異なる点を主に
説明する。この図に示すヘッドによると、基板２３表面
の下部層（絶縁層）２２上には、マトリクス回路を構成
する走査側電極であると同時にＭＩＭ素子１を構成する
ための下側電極５が、極めて薄い絶縁性薄膜２４で被覆
されている。さらに絶縁性薄膜２４上に、マトリクス回
路を構成する情報側電極であると同時にＭＩＭ素子１を
構成するための上側電極６’が被覆されている。(Embodiment 2) FIG. 7 is a schematic sectional view showing the structure of an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention. Hereinafter, with reference to this figure, points different from the first embodiment will be mainly described. According to the head shown in this figure, on the lower layer (insulating layer) 22 on the surface of the substrate 23, the lower electrode 5 for forming the MIM element 1 at the same time as the scanning electrode forming the matrix circuit is extremely formed. It is covered with a thin insulating thin film 24. Further, the insulating thin film 24 is covered with an upper electrode 6 'for constituting the MIM element 1 as well as an information-side electrode constituting a matrix circuit.
【００５８】また基板２３上には、発泡に寄与する１つ
又は複数のＭＩＭ素子１を含む流路３１を形成する複数
列の溝と流路３１毎に形成された記録液滴の吐出口５３
とを有する吐出口形成部材５２が接合されている。さら
に、基板２３には、複数の流路３１に液体を同時供給す
るための吐出用液体供給孔５４が形成されている。On the substrate 23, a plurality of rows of grooves forming the flow path 31 including one or a plurality of MIM elements 1 contributing to foaming, and ejection openings 53 for recording droplets formed for each flow path 31.
And a discharge port forming member 52 having the following. Further, a discharge liquid supply hole 54 for simultaneously supplying liquid to the plurality of flow paths 31 is formed in the substrate 23.
【００５９】なお本例においても、サイドシュータータ
イプのヘッド構造としたが、吐出口５３を発熱体形成面
に平行な方向に配置したいわゆるエッジシュータータイ
プにも本発明は適用可能である。Although the head structure of the side shooter type is also used in this embodiment, the present invention can be applied to a so-called edge shooter type in which the discharge ports 53 are arranged in a direction parallel to the heating element forming surface.
【００６０】特に本例の構成は、マトリクス回路と、該
マトリクス回路の交点に配置した発泡に寄与するＭＩＭ
素子１を有しており、このＭＩＭ素子１に接続された配
線抵抗の抵抗値がＭＩＭ素子１の動作状態における抵抗
値の０．０１倍から１００倍、より好ましくは、０．１
倍から１０倍、さらに好ましくは、略１倍とした。この
ことにより、回路を流れる電流の変動を抑制し、電源電
圧の微小な変動によるＭＩＭ素子の電力供給量の大変動
を抑制した。また、この実施例では配線抵抗の抵抗値が
調整され、これが調整用抵抗の役割を兼ねているため、
コストの上昇を抑制できる効果がある。In particular, the configuration of this embodiment is based on a matrix circuit and an MIM that is arranged at the intersection of the matrix circuit and contributes to foaming.
Element 1, and the resistance value of the wiring resistance connected to the MIM element 1 is 0.01 to 100 times, more preferably 0.1 to 100 times the resistance value of the MIM element 1 in the operating state.
The ratio was set to 1 to 10 times, more preferably approximately 1 time. As a result, fluctuations in the current flowing through the circuit are suppressed, and large fluctuations in the power supply amount of the MIM element due to minute fluctuations in the power supply voltage are suppressed. Further, in this embodiment, the resistance value of the wiring resistance is adjusted, and this also serves as a resistance for adjustment.
This has the effect of suppressing an increase in cost.
【００６１】本実施例において、ＭＩＭ素子１は実施例
１と同様に作製する。In this embodiment, the MIM element 1 is manufactured in the same manner as in the first embodiment.
【００６２】また、ＭＩＭ素子１の大きさは６５．０８
μｍ×６５．０８μｍで正方形であり、その面積は４２
３５μｍ2である。このとき、ＭＩＭ素子の両端の電極
５と６の間に印加される電圧３３．５Ｖに対する素子抵
抗は２６５Ωである。また、配線抵抗の抵抗値が５３Ω
である。ここで、電源電圧を４０．２Ｖとすると、ＭＩ
Ｍ素子１に３３．５Ｖの電圧が印加され、１２６ｍＡの
電流が流れる。この時、ＭＩＭ素子１で熱に変換される
消費電力は４．２３５Ｗであり、ＭＩＭ素子１の電力密
度は１ＧＷ／ｍ2となり、吐出用液体を加熱し発泡させ
ることができる。The size of the MIM element 1 is 65.08.
μm × 65.08 μm, which is square and has an area of 42 μm × 65.08 μm.
35 μm 2 . At this time, the element resistance with respect to a voltage of 33.5 V applied between the electrodes 5 and 6 at both ends of the MIM element is 265Ω. The wiring resistance is 53Ω.
It is. Here, assuming that the power supply voltage is 40.2 V, MI
A voltage of 33.5 V is applied to M element 1, and a current of 126 mA flows. At this time, the power consumption converted into heat in the MIM element 1 is 4.235 W, the power density of the MIM element 1 is 1 GW / m 2 , and the ejection liquid can be heated and foamed.
【００６３】また本実施例において、回路の動作点にお
ける抵抗は２６５＋５３＝３１８Ωである。ここで、電
源電圧の上昇があっても、上記の回路の抵抗値は配線抵
抗の抵抗値のために抵抗が制限され、せいぜい、５３〜
３１８Ωの範囲の変動に抑制でき、過剰な発熱を抑制で
きる効果がある。また、動作点付近の抵抗値の変化が穏
やかなため、微小な駆動電圧の下降に対しても発熱量の
不足による不吐出を抑制できる効果がある。In the present embodiment, the resistance at the operating point of the circuit is 265 + 53 = 318Ω. Here, even if the power supply voltage rises, the resistance of the above circuit is limited by the resistance of the wiring resistance, and at most 53 to
It is possible to suppress the fluctuation in the range of 318Ω and to suppress the excessive heat generation. Further, since the change in the resistance value near the operating point is gentle, there is an effect that non-ejection due to a shortage of the heat generation amount can be suppressed even for a minute drop in the drive voltage.
【００６４】（実施例３）次に、上述した各実施例で示
したインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェッ
ト記録装置の一例の模式図を図１０に示す。(Embodiment 3) Next, FIG. 10 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.
【００６５】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４０により制御されるインクジェット
記録ヘッド４０７は、その各吐出口が、搬送されてくる
紙４０６に対向するように設けられており、制御部４０
４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、発熱手段（非線形素子１または抵抗発熱体
２）の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. The inkjet recording head 407 controlled by the control unit 40 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 the signal from the controller 4, 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 bubbles based on the film boiling phenomenon are generated all over the entire surface of the heating means (the nonlinear element 1 or the resistance heating element 2). Occurs with very high pressures. With this pressure,
As described above, the ejection droplet 9 is ejected from the ejection port 8, 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.
【００６６】[0066]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液体加熱時の発泡エネルギーを利用してインク滴を吐出
するインクジェット記録ヘッドにおいて、液体加熱用の
駆動回路に非線形素子（例えばＭＩＭ素子）と該非線形
素子に流れる電流を制御する電流制御手段を設けること
により前記駆動回路を流れる電流の変動を抑制して、電
源電圧の微小な変動による、ＭＩＭ素子の電力供給量の
大変動を抑制できる効果がある。さらに、吐出駆動用の
電源電圧の変動に対する急激な回路の電流変化を抑制で
きることにより、インクジェット用ヒータとしての発熱
手段の過剰加熱や発熱不足の恐れのない良好な吐出駆動
が可能になる。As described above, according to the present invention,
In an ink jet recording head that ejects ink droplets by using bubbling energy during liquid heating, a driving circuit for liquid heating is provided with a non-linear element (for example, an MIM element) and current control means for controlling a current flowing through the non-linear element. Thus, there is an effect that the fluctuation of the current flowing through the drive circuit can be suppressed and the large fluctuation of the power supply amount of the MIM element due to the minute fluctuation of the power supply voltage can be suppressed. Further, since a sudden change in the current of the circuit with respect to a change in the power supply voltage for the ejection drive can be suppressed, it is possible to perform a good ejection drive without fear of excessive heating or insufficient heating of the heating means as the ink jet heater.
【００６７】また、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イン
クジェット用ヒータを良好にマトリクス駆動することが
できるため、長尺なインクジェットヘッドを低コストで
提供できる効果がある。Further, since the ink-jet heater can be favorably driven in a matrix using a non-linear element which can be formed without relying on a conventional semiconductor process such as an ion implantation method, a long ink-jet head can be provided at low cost. effective.
【図１】本発明によるインクジェット記録ヘッドの特徴
を表す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating features of an ink jet recording head according to the present invention.
【図２】図１の形態のさらに具体的な特徴を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing more specific features of the embodiment of FIG. 1;
【図３】図２に示した回路を流れる電流値Ｉ0と電源の
電圧値Ｖ0の関係を示すとともに、電流調整抵抗効果を
説明するための図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a current value I 0 flowing through the circuit illustrated in FIG. 2 and a voltage value V 0 of a power supply, and illustrating a current adjustment resistance effect.
【図４】本発明の実施例１によるインクジェット記録ヘ
ッドの概略断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view of an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention.
【図５】本発明におけるＭＩＭ型電気特性を説明するた
めの図である。FIG. 5 is a diagram for explaining MIM type electrical characteristics in the present invention.
【図６】本発明の実施例１のマトリクス回路を説明する
ための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a matrix circuit according to the first embodiment of the present invention.
【図７】本発明の実施例２によるインクジェット記録ヘ
ッドの概略断面図である。FIG. 7 is a schematic sectional view of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention.
【図８】本発明の実施例２における二端子回路ユニット
の電流電圧特性の理想状態を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining an ideal state of current-voltage characteristics of the two-terminal circuit unit according to the second embodiment of the present invention.
【図９】本発明の実施例２における二端子回路ユニット
の電流電圧特性の別の理想状態を説明するための図であ
る。FIG. 9 is a diagram for explaining another ideal state of the current-voltage characteristics of the two-terminal circuit unit according to the second embodiment of the present invention.
【図１０】本発明のインクジェット記録ヘッドを搭載し
たインクジェット記録装置の一例を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of an inkjet recording apparatus equipped with the inkjet recording head of the present invention.
１ ＭＩＭ素子（ＭＩＭ型電気特性を有する非線形素
子） ２ 抵抗発熱体 ３ 電流調整抵抗 ５ 下側電極かつ走査側電極 ６ 上側電極 ６’ 上側電極かつ情報側電極 ７ 情報側電極 ９ 吐出液滴 １０ 電源 ２２ 絶縁層 ２３ 基板 ２４ 絶縁性薄膜 ５２ 吐出口形成部材 ５３ 吐出口 ５４ 吐出液体供給孔 ９１ 配線抵抗 ９２ 電源内部抵抗 ９３ 調整用抵抗 １０１ 電流制限手段 １２１、１２２ 気泡 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REFERENCE SIGNS LIST 1 MIM element (non-linear element having MIM-type electric characteristics) 2 Resistance heating element 3 Current adjustment resistor 5 Lower electrode and scanning electrode 6 Upper electrode 6 ′ Upper electrode and information electrode 7 Information electrode 9 Discharge droplet 10 Power supply Reference Signs List 22 Insulating layer 23 Substrate 24 Insulating thin film 52 Discharge port forming member 53 Discharge port 54 Discharge liquid supply hole 91 Wiring resistance 92 Power supply internal resistance 93 Adjusting resistance 101 Current limiting means 121, 122 Bubbles 402 Ink tank 403 Drive circuit 404 Control unit 405 Paper feed roller 406 Paper 407 Ink jet recording head
Claims (34)
ネルギーを発生する発熱手段と、 前記発熱手段を駆動するための、電流電圧特性が非線形
な非線形素子と、 前記非線形素子に流れる電流を調整するための電流調整
手段と、を有するインクジェット記録ヘッド。A heat generating means for generating heat energy used for discharging ink; a non-linear element having a non-linear current-voltage characteristic for driving the heat generating means; and adjusting a current flowing through the non-linear element. An ink jet recording head comprising:
列接続された電流調整抵抗である請求項１に記載のイン
クジェット記録ヘッド。2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein said current adjusting means is a current adjusting resistor connected in series to said nonlinear element.
抵抗または調整用抵抗で構成されている、請求項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 2, wherein the current adjustment resistor is constituted by a resistance heating element, a wiring resistance, or an adjustment resistor.
素子の動作状態における抵抗値の０．１倍から１０倍、
より好ましくは、略１倍または略２倍である、請求項２
または３に記載のインクジェット記録ヘッド。4. The resistance value of the current adjusting resistor is 0.1 to 10 times the resistance value of the nonlinear element in an operating state,
More preferably, it is approximately one time or approximately two times.
Or the inkjet recording head according to 3.
す非線形素子である、請求項１から４のいずれか１項に
記載のインクジェット記録ヘッド。5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein said non-linear element is a non-linear element exhibiting MIM-type electrical characteristics.
いる、請求項１から５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 ink jet recording head according to claim 1, wherein said non-linear element also functions as said heat generating means.
である、請求項１から４のいずれか１項に記載のインク
ジェット記録ヘッド。7. The ink jet recording head according to claim 1, wherein said heat generating means and said nonlinear element are separate bodies.
ス回路を構成するマトリクス電極を有する、請求項１か
ら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.
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 the non-linear element is arranged at an intersection of the matrix electrodes.
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、 前記抵抗発熱体と直列接続されている非線形素子と、を
有し、 前記抵抗発熱体が、前記非線形素子と前記抵抗発熱体と
を直列接続した回路を流れる電流を調整する電流調整抵
抗として使用されることを特徴とするインクジェット記
録ヘッド。10. A heating means having a resistance heating element for generating thermal energy used for ejecting ink, and a pair of electrodes connected to the resistance heating element, and connected in series with the resistance heating element. Wherein the resistance heating element is used as a current adjustment resistor for adjusting a current flowing through a circuit in which the nonlinear element and the resistance heating element are connected in series. .
形素子の動作状態における抵抗値の０．１倍から１０
倍、より好ましくは、略１倍または略２倍である、請求
項１０に記載のインクジェット記録ヘッド。11. The resistance value of the resistance heating element is 0.1 to 10 times the resistance value of the nonlinear element in an operating state.
The inkjet recording head according to claim 10, wherein the number is twice, more preferably about one or two times.
示す非線形素子である、請求項１０または１１に記載の
インクジェット記録ヘッド。12. The ink jet recording head according to claim 10, wherein the non-linear element is a non-linear element exhibiting MIM-type electrical characteristics.
記発熱手段に電圧を印加するマトリクス回路を構成する
マトリクス電極を有する、請求項１０から１３のいずれ
か１項に記載のインクジェット記録ヘッド。13. The ink jet recording head according to claim 10, wherein said ink jet recording head has a matrix electrode forming a matrix circuit for applying a voltage to said heat generating means.
の交点に配置されている、請求項１３に記載のインクジ
ェット記録ヘッド。14. The ink jet recording head according to claim 13, wherein said non-linear element is arranged at an intersection of said matrix electrodes.
直列接続した二端子回路ユニットがマトリクス回路の交
点に配置されたものであって、前記二端子回路ユニット
の配線抵抗が略ゼロであり、前記抵抗発熱体の抵抗値は
前記非線形素子の動作状態における抵抗値の略１倍であ
り、前記マトリクス回路に対して１/２バイアス方式の
マトリクス駆動が行われる、請求項１３または１４に記
載のインクジェット記録ヘッド。15. A two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series, arranged at an intersection of a matrix circuit, wherein a wiring resistance of the two-terminal circuit unit is substantially zero, The resistance value of the resistance heating element is approximately one time the resistance value of the non-linear element in an operating state, and the matrix circuit is driven by a half-bias matrix. Ink jet recording head.
直列接続した二端子回路ユニットがマトリクス回路の交
点に配置されており、 前記二端子回路ユニットの配線抵抗は略ゼロであり、前
記抵抗発熱体の抵抗値は前記非線形素子の抵抗値の略２
倍であり、前記マトリクス回路に対して１/３バイアス
方式のマトリクス駆動が行われる、請求項１３または１
４に記載のインクジェット記録ヘッド。16. A two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at an intersection of a matrix circuit. The resistance of the body is approximately 2 of the resistance of the nonlinear element.
14. The method according to claim 13, wherein a matrix drive of a 1/3 bias system is performed on the matrix circuit.
5. The inkjet recording head according to 4.
エネルギーを発生する発熱手段と、 前記発熱手段を駆動するための非線形素子と、 前記非線形素子に通電するための配線と、を有し、 前記配線の抵抗が、前記非線形素子と前記配線とを含む
回路を流れる電流を調整する電流調整抵抗として使用さ
れることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。17. A heat generating means for generating thermal energy used for discharging ink, a non-linear element for driving the heat generating means, and a wiring for energizing the non-linear element, An ink jet recording head, wherein the resistance of the wiring is used as a current adjusting resistance for adjusting a current flowing through a circuit including the nonlinear element and the wiring.
の動作状態における抵抗値の０．１倍から１０倍、より
好ましくは、略１倍または略２倍である、請求項１７に
記載のインクジェット記録ヘッド。18. The wiring according to claim 17, wherein the resistance of the wiring is 0.1 to 10 times, more preferably about 1 or about 2 times the resistance of the nonlinear element in an operating state. Ink jet recording head.
示す非線形素子である、請求項１７または１８に記載の
インクジェット記録ヘッド。19. The ink jet recording head according to claim 17, wherein said non-linear element is a non-linear element exhibiting MIM-type electric characteristics.
ている、請求項１７から１９のいずれか１項に記載のイ
ンクジェット記録ヘッド。20. The ink jet recording head according to claim 17, wherein said non-linear element also functions as said heat generating means.
体である、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の
インクジェット記録ヘッド。21. The ink jet recording head according to claim 17, wherein said heat generating means and said nonlinear element are separate bodies.
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から２１のいずれか１項に記載のインクジェット記録
ヘッド。22. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a matrix electrode forming a matrix circuit for applying a voltage to said heat generating means.
22. The ink jet recording head according to any one of 7 to 21.
の交点に配置されている、請求項２２に記載のインクジ
ェット記録ヘッド。23. The ink jet recording head according to claim 22, wherein said non-linear element is arranged at an intersection of said matrix electrodes.
エネルギーを発生する発熱手段と、前記発熱手段を駆動
するための、電流電圧特性が非線形な非線形素子と、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と、を有し、 前記非線形素子は前記マトリクス回路の交点に配置され
ており、 該交点における電流電圧特性は、駆動電圧における微分
抵抗が４０〜２５０Ωである、インクジェット記録ヘッ
ド。24. A heating means for generating thermal energy used for discharging ink, a non-linear element having a non-linear current-voltage characteristic for driving said heating means, and applying a voltage to said heating means. A non-linear element is arranged at an intersection of the matrix circuit, and a current-voltage characteristic at the intersection has a differential resistance at a driving voltage of 40 to 250Ω. Ink jet recording head.
記非線形素子と前記抵抗発熱体とを直列接続した二端子
回路ユニットがマトリクス回路の交点に配置されてい
る、請求項２４に記載のインクジェット記録ヘッド。25. The ink-jet printer according to claim 24, wherein the heating means is a resistance heating element, and a two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at an intersection of a matrix circuit. Recording head.
エネルギーを発生する発熱手段と、前記発熱手段を駆動
するための、電流電圧特性が非線形な非線形素子と、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と、を有し、 前記非線形素子は、前記マトリクス回路の交点に配置さ
れており、 該交点における電流電圧特性は、動作電圧の略１／２倍
の電圧から該交点に有意な電流が流れ始め、前記動作電
圧で該交点に所望の電流が流れるものである、インクジ
ェット記録ヘッド。26. A heating means for generating thermal energy used for discharging ink, a non-linear element having a non-linear current-voltage characteristic for driving the heating means, and applying a voltage to the heating means. A non-linear element is arranged at an intersection of the matrix circuit, and a current-voltage characteristic at the intersection is approximately half the operating voltage. An ink jet recording head, in which a significant current starts flowing at the intersection and a desired current flows at the intersection at the operating voltage.
記非線形素子と前記抵抗発熱体とを直列接続した二端子
回路ユニットがマトリクス回路の交点に配置されてい
る、請求項２６に記載のインクジェット記録ヘッド。27. The ink-jet printer according to claim 26, wherein the heating means is a resistance heating element, and a two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at an intersection of a matrix circuit. Recording head.
エネルギーを発生する発熱手段と、前記発熱手段を駆動
するための、電流電圧特性が非線形な非線形素子と、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と、を有し、 前記非線形素子は前記マトリクス回路の交点に配置され
ており、 該交点における電流電圧特性は、動作電圧の略１／３倍
の電圧から該交点に有意な電流が流れ始め、前記動作電
圧で前記交点に所望の電流が流れるものである、インク
ジェット記録ヘッド。28. A heating means for generating thermal energy used for discharging ink, a non-linear element having a non-linear current-voltage characteristic for driving said heating means, and applying a voltage to said heating means. A non-linear element is disposed at an intersection of the matrix circuit, and a current-voltage characteristic at the intersection is from a voltage approximately 1/3 times the operating voltage. An ink jet recording head, in which a significant current starts flowing at the intersection and a desired current flows at the intersection at the operating voltage.
記非線形素子と前記抵抗発熱体とを直列接続した二端子
回路ユニットがマトリクス回路の交点に配置されてい
る、請求項２８に記載のインクジェット記録ヘッド。29. The ink jet printer according to claim 28, wherein the heating means is a resistance heating element, and a two-terminal circuit unit in which the nonlinear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at an intersection of a matrix circuit. Recording head.
生起させてインクを吐出する、請求項１から２９のいず
れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。30. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the ink is ejected by causing film boiling in the ink by thermal energy.
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、請求項１から３０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。31. An ink jet recording apparatus according to claim 1, further comprising an ejection port provided to correspond to said heat generating means and ejecting ink to face a recording surface of a recording medium. An ink jet recording apparatus comprising at least a head and a conveying unit for conveying a recording medium.
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
熱体と直列接続された、ＭＩＭ型電気特性を示す非線形
素子とを有し、前記抵抗発熱体が、前記非線形素子と前
記抵抗発熱体とを直列接続した回路を流れる電流を調整
する電流調整抵抗として使用されるインクジェット記録
ヘッドと、 記録媒体の搬送手段と、を具備し、 前記抵抗発熱体の抵抗値は、前記非線形素子の動作状態
における抵抗値の０．１倍から１０倍、より好ましく
は、略１倍または略２倍である、インクジェット記録装
置。32. 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 connected in series with the resistance heating element. An ink jet recording apparatus having a non-linear element exhibiting MIM-type electrical characteristics, wherein the resistance heating element is used as a current adjustment resistance for adjusting a current flowing through a circuit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series. A head, and a recording medium conveying means, wherein the resistance value of the resistance heating element is 0.1 to 10 times, more preferably about 1 time or about 10 times the resistance value of the nonlinear element in an operating state. An inkjet recording device that is twice as large.
記非線形素子と前記抵抗発熱体とを直列接続した二端子
回路ユニットがマトリクス回路の交点に配置されてお
り、 前記二端子回路ユニットの配線抵抗は略ゼロであり、前
記抵抗発熱体の抵抗値は前記非線形素子の抵抗値の略１
倍であり、 前記マトリクス回路に対して１/２バイアス方式のマト
リクス駆動が行われる、請求項３２に記載のインクジェ
ット記録装置。33. The inkjet recording head, wherein a two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at an intersection of a matrix circuit, and the wiring resistance of the two-terminal circuit unit is substantially zero. Where the resistance value of the resistance heating element is approximately one of the resistance value of the nonlinear element.
33. The ink jet recording apparatus according to claim 32, wherein the matrix circuit is driven in a matrix of a 1/2 bias system.
記非線形素子と前記抵抗発熱体とを直列接続した二端子
回路ユニットがマトリクス回路の交点に配置されてお
り、 前記二端子回路ユニットの配線抵抗は略ゼロであり、前
記抵抗発熱体の抵抗値は前記非線形素子の抵抗値の略２
倍であり、前記マトリクス回路に対して１/３バイアス
方式のマトリクス駆動が行われる、請求項３２に記載の
インクジェット記録装置。34. The inkjet recording head, wherein a two-terminal circuit unit in which the non-linear element and the resistance heating element are connected in series is arranged at an intersection of a matrix circuit, and a wiring resistance of the two-terminal circuit unit is substantially zero. And the resistance value of the resistance heating element is approximately two times the resistance value of the nonlinear element.
33. The ink jet recording apparatus according to claim 32, wherein the matrix driving is performed by a 1/3 bias method with respect to the matrix circuit.
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