JP3467030B2 - Ink jet recording head and ink jet recording apparatus - Google Patents

Ink jet recording head and ink jet recording apparatus

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JP3467030B2
JP3467030B2 JP2001236250A JP2001236250A JP3467030B2 JP 3467030 B2 JP3467030 B2 JP 3467030B2 JP 2001236250 A JP2001236250 A JP 2001236250A JP 2001236250 A JP2001236250 A JP 2001236250A JP 3467030 B2 JP3467030 B2 JP 3467030B2
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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 for use in an ink jet printer, in particular, a bubble jet (registered trademark) recording system utilizing a bubbling phenomenon.

【0002】[0002]

【従来の技術】バブルジェット記録方式のインクジェッ
ト記録ヘッドは、一般に、微細な吐出口と流路とこの流
路の一部に設けられている発熱体とを備えている。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 Generally, a bubble jet recording type ink jet recording head is provided with a fine discharge port, a flow path, and a heating element provided in a part of this flow path. The bubble jet recording method uses a heating element to locally raise the temperature of the liquid in the flow channel to generate bubbles, and the high pressure at the time of foaming is used to push the liquid out from a fine ejection port. 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 improve the definition of an image recorded by the bubble jet recording method, a technique for ejecting minute liquid droplets at a high density is required. Therefore, it is particularly important to form a fine flow path and a fine heating element. Therefore, by utilizing the simplicity of the structure of the bubble jet recording system, there has been proposed a method of manufacturing a head capable of achieving high density by making full use of photolithography technology (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 08-15629). Further, in order to adjust the discharge amount of droplets, a heating element has been proposed in which the heat generation amount in the central portion is larger than that in the end portions (Japanese Patent 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 usually has a thickness of 0.05 μm.
A tantalum nitride thin film resistor of about a certain degree is used, and the liquid is foamed by Joule heat when energized. In order to prevent the resistance heating element surface from being damaged by cavitation, such a resistance heating element is usually made of a metal such as Ta having a thickness of about 0.2 μm through an insulating layer such as SiN having a thickness of about 0.8 μm. 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。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 64-20150, a plurality of vertical wirings and a plurality of horizontal wirings are provided on a substrate,
There is disclosed a multi-nozzle inkjet head 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. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 57-36679 discloses a thermal head in which a plurality of diodes capable of generating heat by forward conduction 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 section 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 performed in a single process. However, for example, a full-line multi-head having a full width of paper requires a length of about 12 inches (about 30 cm), and it is difficult to use a normal silicon wafer, and the cost is increased if it is integrally formed. May invite.

【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 produced 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, non-linear elements such as MIM elements have been used in liquid crystal devices. When this MIM element is used in a liquid crystal device, the normal power density is 1 W / m 2
It is a degree. 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 larger electric power to the resistance element connected in series with the MIM element as compared with the case of being used in the liquid crystal device. For 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
The heat generated by the M element itself may raise the temperature of the MIM element, resulting in destruction of the element itself. Such heat generation of the MIM element itself does not pose any problem in the conventional configuration in which the MIM element is a non-linear element for matrix driving, such as when used in a liquid crystal device.
When the IM element is used as a non-linear element for driving the matrix of the heating element of the bubble jet recording apparatus, a particular problem is that the MIM element itself may be destroyed by the 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。
Therefore, an object of the present invention is to use a non-linear element having MIM type electric characteristics to drive a heating element of a bubble jet recording system, and prevent the non-linear element itself from being destroyed by heat generation of the non-linear element. An object of the present invention is to provide an inkjet recording head and an inkjet recording device that can be elongated at low cost.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、インク
を吐出するための吐出口に連通する流路内に設けられ
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
形素子とを有し、非線形素子の少なくとも一部は流路内
または流路と連通する液室内に配置されており、非線形
素子の面積をSMIM、非線形素子の駆動状態における
抵抗値をRMIMとし、抵抗発熱体を構成する一対の電
極間の面積をSH、抵抗発熱体の抵抗値をRHとしたと
き、3.7RMIM/SMIMがRH/SHよりも小さ
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。
The feature of the present invention is that the ink
And a pair of electrodes connected to the resistance heating element, the resistance heating element being provided in a flow path communicating with a discharge port for discharging the ink and generating thermal energy used for discharging the ink. And a heating means having a and a series connected to the resistance heating element for driving the resistance heating element, the resistance value when a low voltage is applied is higher than the resistance value when a high voltage is applied, regardless of polarity. And a non-linear element having a MIM type current-voltage characteristic exhibiting a high value, and at least a part of the non-linear element is in the flow path.
Alternatively, it is placed in a liquid chamber that communicates with the flow path and
The area of the element is SMIM, and the driving state of the nonlinear element
If the resistance value is RMIM, the area between a pair of electrodes forming the resistance heating element is SH, and the resistance value of the resistance heating element is RH.
3.7RMIM / SSIM is smaller than RH / SH
There is a place. With this configuration, it is possible to prevent the non-linear element itself from being destroyed by the heat generated by the non-linear 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。
Further, it is preferable that the area of the non-linear element is 3.7 to 10 8 times the area between the pair of electrodes of the resistance heating element. This prevents the nonlinear element itself from being destroyed due to the heat generated by the nonlinear element,
Does not hinder the miniaturization of the head. Further, the driving voltage can be kept low to the extent that the element driving cost does not increase while allowing a large current required for bubbling the ejection liquid to flow.

【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。
Further, it is preferable that the length of the non-linear element in the ejection port array direction is shorter than the length in the direction substantially orthogonal to the array direction. Thereby, the ejection port and the non-linear element can be arranged in 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。
その場合、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。
Further , 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 has a flow path from the resistance heating element forming portion. , May extend mainly to the side where the non-linear element is disposed.
In that case, a large area non-linear element can be arranged so as not to interfere with 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, when the cooling structure for the non-linear element is provided, it is possible to more reliably prevent the non-linear element itself from being broken due to heat generation of the non-linear 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。
Further, 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 forming a matrix circuit for applying a voltage to the heating means.
The non-linear 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。
The ink jet recording head of the present invention may be one which ejects the ink by causing film boiling in the ink by thermal energy.

【0018】本発明のインクジェット記録装置は、前記
抵抗発熱体に対応して設けられ、記録媒体の被記録面に
対向してインクを吐出する吐出口を有する、前記したい
ずれかの構成のインクジェット記録ヘッドと、記録媒体
の搬送手段とを少なくとも具備することを特徴とする。
The ink jet recording apparatus of the present invention is provided in correspondence with the resistance heating element and has an ejection port for ejecting ink facing the surface to be recorded of the recording medium. At least a head and a recording medium conveying unit are provided.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態および
参考例について図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention and
A reference example will be described with reference to the drawings.

【0020】(参考例) 図1は参考例を示す要部平面図、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。
Reference Example FIG. 1 is a plan view of a main part showing a reference example , FIG. 2 is a graph showing its electric characteristics, FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part, and FIG. 4 is a circuit diagram showing its electric circuit. It is a figure.

【0021】図1,3に示すように、本参考例のインク
ジェット記録ヘッドは、下部層(薄膜酸化絶縁層)22
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5
2が配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the ink jet recording head of this reference example has a lower layer (thin oxide insulating layer) 22.
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 formed on a substrate 23 having A striped upper electrode (lateral electrode) 6 is formed,
Further, a thin film resistance heating element (heating element) 2 is formed. The discharge port forming portion 5 is formed on the substrate 23 configured as described above.
2 are arranged.

【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 is formed by forming the lower layer 22 on a heat conductive material. The plurality of lower electrodes 5 are scanning electrodes forming 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 in parallel to the direction intersecting 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 to form a matrix circuit. Here, the discharge port forming portion 52 is connected to a plurality of flow paths 31 corresponding to the resistance heating elements 2. In addition, each flow path 31 has a plurality of discharge ports 8 that are open to the outside.

【0023】本参考例では、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 reference example , the lower electrode 5 and the upper electrode 6
And the insulating thin film 24 interposed therebetween, M
Non-linear element showing IM type current-voltage characteristics, that is, MIM
The element 1 is configured. The area of this 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 characteristic means 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. 2, like the current-voltage characteristics of the MIM element and the varistor. It is the current-voltage characteristic shown. What is MIM element?
Originally, it is a tunnel junction element having a structure of metal / insulator / metal, but normally, a junction element having a structure of conductor electrode / insulator / conductor electrode is also called MIM element. Here, as the conduction mechanism of the insulator, hopping type electric conduction in which multiple tunneling is repeated in the insulator such as pool Frenkel type conduction, and relatively simple tunnel conduction such as Fowler-Nordheim type conduction It has been known. In order for such a tunnel type current to flow and a current to flow to the junction element, the distance between the electrodes needs to be extremely small. The so-called varistor in which a sintered body layer obtained by adding a metal oxide such as Bi or Pr and Co to ZnO or a granular crystal layer of silicon carbide SiC is arranged between the electrodes instead of the insulating layer is also described above. Like the MIM element, it can be used as a non-linear element, and MIM type electric characteristics can be obtained.

【0025】本参考例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 reference example is
A matrix circuit composed of the lower electrode 5 and the information electrode 7, and the MIM element 1 located at the intersection of the matrix circuit.
And a resistance heating element 2 connected in series to the MIM element 1.

【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。
Due to such a structure, as will be described later, the lower electrodes 5 and the information electrodes 7 forming the matrix circuit.
When a voltage is applied between and, the MIM element 1 is turned on, and power is supplied to the resistance heating element 2. Resistance heating element 2
When it receives heat and heats up, the ejection liquid supply port 5
The discharge liquid (ink) that is supplied from the nozzle 4 and is present in the flow path 31 is rapidly heated to generate bubbles, and the bubbling pressure causes the droplet 9 to be discharged from the discharge port 8 and the discharged droplet 9 to the outside. An image is formed by adhering to the recording medium (not shown). Of course, as described above, the heat generation of the resistance heating element 2 and the liquid ejection are performed only at the portion (selection point) where a sufficient voltage is applied to the lower electrode 5 and the information electrode 7.
The liquid is not ejected at a portion (non-selection point) where a sufficient voltage is not applied to both electrodes 5, 7.

【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 arranged at the intersection of both electrodes 5 and 7 forming a matrix with the extremely thin lower layer 22 interposed, it is a non-ejection point (non-selection point) due to the bias voltage during matrix driving. The unnecessary heat generation can be suppressed and the resistance heating element 2 can be matrix-driven. Further, since the driver (driving means) (not shown) can be easily provided separately from the resistance heating element 2 by matrix driving, 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 matrix driving, applied voltages V 1 and − for generating currents having an equal absolute value I 0 are used.
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 film thickness of the insulating thin film 24, that is, the limit value of the distance between the electrodes 5 and 6 at which a current can flow in the MIM element 1 greatly depends on the kind of the insulating material and the electrode material and the conduction structure. However, in order for a significant current to flow in the MIM element 1, it is preferable that the distance between the electrodes 5 and 6 be approximately 100 nm or less. Further, in order to obtain a large current required for matrix driving of the bubble jet recording head at a low voltage, it is preferable that this interval be 40 nm or less. On the other hand, if the interval is extremely narrow, the ions on the metal surface of the electrodes 5 and 6 may cause field emission, so it is preferably 1 nm or more. Further, in order to obtain a stable tunnel junction, the thickness is preferably 4 nm or more. That is, the distance between the electrodes 5 and 6 is preferably 1 to 100 nm, and in particular, in order to obtain a large current required for matrix driving of the bubble jet recording head at a low voltage, the distance between the electrodes 5 and 6 is It is preferably 4 to 40 nm.

【0030】ただし、図1〜4に示す本参考例では、M
IM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。本参考例では、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、MIM
素子1の破壊を防止することができる。
However, in this reference example shown in FIGS.
A resistance heating element 2 is provided separately from the IM element 1, and the resistance heating element 2 heats the liquid. In this reference example , FIG.
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 as shown in FIG. Since the temperature rise of the element 1 itself is suppressed, the MIM
It is possible to prevent the element 1 from being destroyed.

【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 scanning electrodes (lower electrodes) Y j and Y j + 1 ,
The i-th and i + 1-th information electrodes X i and X i + 1 are schematically shown, respectively. The scanning electrodes Y j and Y j + 1 and the information electrodes X i and X i + 1 form a matrix circuit, and the MIM element 1 which is a non-linear element is provided at the intersection of the matrix circuits.
And the resistance heating element 2 is arranged. In addition, the discharged 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, by inputting a selection potential waveform to the scanning electrode and an ejection or non-ejection information potential waveform to the information electrode according to the image signal, the MIM element 1
Can be controlled to an on state or an off state. That is, only the MIM element 1 located at the intersection of the scan 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. Electric 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 either the selection potential waveform is input to the scan electrode or the ejection information potential waveform is input to the information electrode. No electric power is supplied to the generated resistance heating element 2, 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 the area between the pair of electrodes of the resistance heating element connected in series to the MIM element 1 (hereinafter, also simply referred to as "area of resistance heating element").
Is larger than that of MIM, the MIM due to heat generation of the MIM element 1
The risk of destruction of the element 1 itself is avoided. But MIM
If the area of the element 1 becomes too large, it may be difficult to miniaturize the head. Conventionally, by analogy with the power density during operation when a 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 better. However, in the bubble jet recording head, in particular, the voltage applied to the MIM element 1 that supplies a large amount of electric power to the resistance heating element 2 is increased so that the large amount required for foaming the ejection liquid when the MIM element 1 is in the ON state. It is important to pass an electric current. In order to satisfy this requirement and to lower the drive voltage in order to avoid an increase in device drive cost, the MIM device 1 in the drive state is required.
It is necessary to substantially equalize the resistance value R MIM of R MIM and the resistance value R H of the resistance heating element, and 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, a value of 3.7 as a coefficient means that the film boiling temperature of the discharge liquid containing water as a main component is about 3
The temperature is 00 ° C., and 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 preferably S H. That is, the area of the non-linear element 1 is preferably 3.7 times to 10 8 times larger than the area of the resistance heating element 2.

【0035】本参考例では、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、本参考例では、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 reference example , the ejection port 8 of the MIM element 1
Since the length of the MIM element 1 in the arrangement direction is shorter than the length of the MIM element 1 in a direction substantially perpendicular to the arrangement direction of the ejection openings 8, the ejection openings 8 and the MIM elements 1 can be arranged at high density. In addition, in this reference example , the MIM element 1 is formed on the same substrate 23 as the resistance heating element 2, the discharge port 5 is formed in a direction substantially perpendicular to the substrate 23, and the flow path 31 is formed. Since it extends mainly from the portion where the resistance heating element 2 is formed to the side substantially opposite to the position where the MIM element 1 is disposed, the large area MIM element 1 can be disposed so as not to disturb the liquid ejection. .

【0036】本参考例の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Ta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
2.75μm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。
A method of manufacturing the MIM element 1 of the present reference example will be described. This MIM element 1 includes an insulating thin film (oxide insulating film) 24 obtained by anodizing a striped metal electrode (lower electrode) 5. A stripe-shaped metal electrode (upper electrode) 6 that intersects with the lower electrode 5 is provided on the top. 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. Is. At this time, the RF sputtering process is about 10
-2 Performed in an Ar gas atmosphere of about Torr. The anodic oxidation process is performed in a 0.8% by weight aqueous citric acid solution using the mesh 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, and the substrate 23 has a crystal axis <111> having a thickness of 0.625 mm.
The lower layer 22 on the surface of the lower electrode 5 is a Si thermal oxide film having a thickness of 2.75 μm, and the resistance heating element 2 is
It is a tantalum nitride thin film having a thickness of 0.05 μm.

【0037】本参考例では、抵抗発熱体2は、大きさが
25μm×25μmで面積が625μmであり、その
素子抵抗は53Ωである。また、流路31の幅は30μ
m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169
0000μm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、M
IM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0.847
Wであり、MIM素子1の電力密度は0.5MW/
、抵抗発熱体2の電力密度は1.355GW/m
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 reference example , the resistance heating element 2 has a size of 25 μm × 25 μm and an area of 625 μm 2 , and the element resistance thereof is 53Ω. In addition, the width of the flow path 31 is 30 μ
m, the spacing between the channels is 80 μm. The MIM element 1 has a size of 84.5 μm × 20000 μm and an area of 169.
It is 0000 μm 2 and has a strip shape that extends long in the direction perpendicular to the arrangement direction of the ejection ports 8. The area of the MIM element 1 is 2704 times the area of the resistance heating element 2. Also, M
When the voltage applied between both ends of the IM 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,
A current of 126 mA flows. At this time, the power consumption converted into heat by the MIM element 1 and the resistance heating element 2 is 0.847.
W, and the power density of the MIM element 1 is 0.5 MW /
m 2 , the power density of the resistance heating element 2 is 1.355 GW / m 2
Is. When power is supplied to the resistance heating element 2 under such conditions, sufficient heat is generated to heat and foam the discharge liquid. The heat generation amount per unit area of the MIM element 1 is 1/2704 of the heat generation amount per unit area of the resistance heating element 2.
Therefore, the temperature rise can be suppressed. In addition, in particular, heat escapes to the Si substrate 23 via the lower layer 22, so that the temperature rise of the MIM element 1 can be efficiently suppressed. Furthermore, since the resistance values of the MIM element 1 and the resistance heating element 2 are equal, a large amount of 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 the large current required for foaming.

【0038】(第の実施形態) 図5には、本発明の第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。参考例と同様な部分に
は、同一の符号を付与し説明を省略する。
[0038] (First Embodiment) FIG. 5, the main part of an ink jet recording head of the first embodiment of the present invention is shown. The same parts as those in the reference example are designated by the same reference numerals and the description thereof 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 ejection port 18 is formed in a direction substantially parallel to the substrate 23. Channel 19
Extends mainly from the portion where the resistance heating element 2 is formed to the side where the MIM element 1 is disposed. Therefore, the MIM element 1 having a large area does not interfere with the liquid ejection. Further, since a part of the MIM element 1 is in thermal contact with the ejection liquid, the 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】(第の実施形態) 図6は、本発明の第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。参考例および第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。
[0040] (Second Embodiment) FIG. 6 is a main part of an ink jet recording head of the second embodiment of the present invention is shown. The same parts as those in the reference example and the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be 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 this embodiment, the MIM element 11 is provided which is in contact with the ejection liquid through the thin film layer. A thickness of 0.6 μm and a thermal diffusivity κ = 0.47 m on the MIM element 11 and the resistance heating element 2 by sputtering vapor deposition.
m 2 / and SiO 2 thin film is laminated in s, the SiO 2
The thin film is the protective film 5 for the MIM element 11 and the resistance heating element 2.
05. By being protected by this protective film 505, the MIM element 11 can be arranged inside the liquid chamber 4 and the flow path 31 or adjacent to them. Thereby, 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 μ is provided between the lower electrode 5 and the upper electrode 6.
When the droplet 9 is ejected by applying the pulsed voltage of s, the thermal 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 discharging voltage is applied is quickly released to the discharging liquid, and the temperature rise of the MIM element 11 can be suppressed at the same time. The MIM element 11 can be protected.

【0043】本実施形態も、参考例と同様に、MIM素
子11の製造方法について説明すると、このMIM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Ta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2.75μm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 well, a method of manufacturing the MIM element 11 will be described in the same manner as in the reference example . The MIM element 11 is an insulating thin film obtained by anodizing the striped metal electrode (lower electrode) 5. On the (oxide insulating film) 24,
Striped metal electrode (upper electrode) intersecting lower electrode 5
6 is provided. Specifically, the lower electrode 5 is
After forming a Ta thin film with a thickness of about 300 nm by the RF sputtering method, the surface is oxidized by an anodic oxidation method and the thickness is about 32 nm.
Of the Ta 2 O 5 thin film. At this time, RF
The sputtering process is performed in an Ar gas atmosphere of about 10 −2 Torr. The anodic oxidation process is performed in a 0.8% by weight aqueous citric acid solution using the mesh 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, and the substrate 23 has a crystal axis <111>.
Is a 0.625 mm thick Si substrate, the lower layer 22 on the surface of the lower electrode 5 is a 2.75 μm thick Si thermal oxide film, and the resistance heating element 2 is a 0.05 μm thick tantalum nitride thin film. Is.

【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 path 31 is 6
At 0 μm, the spacing between the channels is 80 μm. The size of the MIM element 11 is 42.25 μm × 40000 μm, the area is 1690000 μm 2 , and it is a strip shape extending long in the direction perpendicular to the arrangement direction of the ejection ports 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.
It is 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 discharge 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, it is possible to suppress the temperature rise.

【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 3.7R MIM / S MIM <R H / S H is satisfied, not considered in the design of the MIM element 11, the water was to foam occurs mainly discharge There is no risk of instability.

【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 this embodiment, the MIM element 11 is arranged adjacent to the ejection liquid, and this acts as a heat dissipation 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 the pulse voltage of the period Δt is applied to the MIM element 11, the thickness of the protective film 505 is κΔt. Square root of 2
It is less than double. As a result, it is possible to prevent the MIM element 11 itself from being damaged by the heat generated by the MIM element 11.

【0047】次に、上述した各実施形態で示したインク
ジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置
の一例の模式図を図7に示す。
Next, FIG. 7 shows 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-mentioned 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.
Is configured to convey the paper 406 which is a recording medium. Further, the inkjet recording head 407 controlled by the control unit 404 is provided so that each ejection port thereof faces the conveyed paper 406.
By controlling the non-linear element 1 to the ON state or the OFF state according to the signal from 04, the ejection and non-ejection of the ejection droplet 9 from the ejection port 8 is controlled. By rapidly heating the ink on the resistance heating element 2 to which electric power is supplied in this way, bubbles based on the film boiling phenomenon are generated all over the surface of the resistance heating element 2 with 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. Further, as the ejection droplet 9 is ejected, ink is supplied from the ink tank 402 to the inkjet recording head 407.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明によると、非線形素子の面積が、
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 resistance heating element connected in series with this is larger than the area between the pair of electrodes, it is possible to prevent the non-linear element itself from being destroyed by the heat generated by the non-linear element. Particularly, the area of the non-linear element is equal to the area of the resistance heating element between the pair of electrodes.
When it is 7 times to 10 8 times, it is possible to prevent the non-linear element itself from being destroyed by heat generation of the non-linear element, and it does not hinder the miniaturization of the head. Further, the driving voltage can be kept low to the extent that the element driving cost does not increase while allowing a large current required for bubbling the ejection liquid to flow.

【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 ejection port array direction is shorter than the length in the direction substantially orthogonal to the array direction, the ejection port and the non-linear element can be arranged in 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 the cooling structure for the non-linear element is provided, it is possible to more reliably prevent the non-linear element itself from being broken due to heat generation of the non-linear 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 elongated at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の参考例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 reference example 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 electrical characteristics.

【図3】参考例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 cross-sectional view of a main part of an inkjet recording head of a reference example .

【図4】参考例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 an inkjet recording head of a reference example .

【図5】本発明の第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 the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第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 plan view of a main part of an inkjet recording head according to a second 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 an inkjet recording apparatus of the present invention equipped with the inkjet 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 1 MIM element (non-linear 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 outlets 9 droplets 11 MIM element (non-linear element) 18 outlets 19 channels 22 Lower layer (thin oxide insulation film) 23 board 24 Insulating thin film 31 channel 52 Discharge port forming part 54 Discharge liquid supply port 402 ink tank 403 drive circuit 404 control unit 405 Paper feed roller 406 paper 407 inkjet recording head 505 protective film

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−164632(JP,A) 特開 平6−301060(JP,A) 特開 平9−80486(JP,A) 特開 平2−141246(JP,A) 特開 昭57−182452(JP,A) 特開 昭59−207262(JP,A) 特開 平13−71500(JP,A) 特開 平13−71499(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/05 Continuation of front page (56) Reference JP-A-7-164632 (JP, A) JP-A-6-301060 (JP, A) JP-A-9-80486 (JP, A) JP-A-2-141246 (JP , A) JP 57-182452 (JP, A) JP 59-207262 (JP, A) JP 13-71500 (JP, A) JP 13-71499 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/05

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 インクを吐出するための吐出口に連通す
る流路内に設けられ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M
IM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、 該非線形素子の少なくとも一部は前記流路内または前記
流路と連通する液室内に配置されており、前記非線形素
子の面積をSMIM、前記非線形素子の駆動状態におけ
る抵抗値をRMIMとし、前記抵抗発熱体を構成する
記一対の電極間の面積をSH、前記抵抗発熱体の抵抗値
をRHとしたとき、3.7RMIM/SMIMがRH/
SHよりも小さいことを特徴とするインクジェット記録
ヘッド。
1. A communication with an ejection port for ejecting ink
A resistance heating element that is provided in the flow path and that generates thermal energy used to eject ink, and a pair of electrodes that are connected to the resistance heating element; and the resistance heating element. It is connected in series to the resistance heating element for driving, and the resistance value when a low voltage is applied, regardless of the polarity,
M showing a higher value than the resistance value when a high voltage is applied
An inkjet recording head having a non-linear element having IM type current-voltage characteristics, wherein at least a part of the non-linear element is in the flow path or
The non-linear element is placed in the liquid chamber that communicates with the flow path.
Keep the area of the child in the SIMM and the driving state of the nonlinear element.
That the resistance value and RMIM, the area between the front <br/> Symbol pair of electrodes of the resistance heating element SH, the resistance of the resistance heating element
Is RH / 3.7RMIM / SMIM is RH /
An inkjet recording head characterized by being smaller than SH .
【請求項2】 前記非線形素子の面積が、前記抵抗発熱
体の、前記一対の電極間の面積の3.7倍〜10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 the resistance value of the non-linear element in the driven state is substantially equal to the 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 the length of the non-linear element in the ejection port array direction is shorter than the length in the direction substantially orthogonal to the array direction. head.
【請求項5】 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。
5. The non-linear element is formed on the same substrate as the resistance heating element, and in a flow path formed corresponding to the resistance heating element in a direction substantially parallel to the substrate. A discharge port for discharging ink is formed, and the flow path is
The extension from the position where the resistance heating element is formed mainly to the position where the non-linear element is provided.
4. The inkjet recording head according to any one of 4 above.
【請求項6】 前記抵抗発熱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し、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
いる請求項項1〜のいずれか1項に記載のインクジェ
ット記録ヘッド。
6. have a matrix electrode constituting a matrix circuit for applying a voltage to the resistance heating element, wherein
A non-linear element is placed at the intersection of the matrix electrodes.
An ink jet recording head according to any one of claims Koko 1-5 which are.
【請求項7】 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〜のいずれ
か1項に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. to rise to film boiling in ink by the thermal energy for ejecting ink, an ink jet recording head according to any one of claims 1-6.
【請求項8】 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〜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。
8. provided corresponding to the resistance heating element having a discharge port for discharging ink onto a recording surface of the recording medium, and an ink jet recording head according to any one of claims 1-7 An inkjet recording apparatus comprising at least a transporting unit that transports a recording medium.
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