JP3535850B2 - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタ、特に、発泡現象を利用したバブルジェット（登
録商標）プリンタなどに応用されるインクジェット記録
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、インクを吐出するための熱エネルギーを発
生する発熱手段として用いられ、該発熱手段自身を駆動
するための、電流電圧特性が非線形な非線形素子と、該
非線形素子に直列接続され、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抵抗と、を有するインクジ
ェット記録ヘッドであって、前記非線形素子は、一対の
電極と両電極間を接続する絶縁体とを含み、該一対の電
極の間隔が４nm以上４０nm以下であるＭＩＭ素子であ
り、前記電流調整抵抗の抵抗値は、前記ＭＩＭ素子の動
作状態における抵抗値の０．１倍から１０倍であること
を特徴とする。

【００１１】前記非線形素子に通電するための配線の抵
抗が前記電流調整抵抗として使用されることが好まし
い。

【００１２】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ことが好
ましい。

【００１３】さらに、上記のインクジェット記録ヘッド
は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。

【００１４】また本発明は、前記発熱手段に対応して設
けられ、被記録媒体の被記録面に対向してインクを吐出
する吐出口を有する上記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
ることが好ましい。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【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。

【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。

【００２７】図１は本発明に関連する参考形態のインク
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 Metal）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Ｍ
ＩＭ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。

【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。

【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（Ｒ_s）３は、ＭＩＭ素子（Ｒ_MIM）１に直列接続
された抵抗発熱体（Ｒ_H）２または配線抵抗（Ｒ_W）９１
または電源の内部抵抗（Ｒ_In）９２または調整用抵抗
（Ｒ_Ad）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。

【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Ｒ_S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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００３９】（参考例） 図４は本発明に関連する参考例の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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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１に示す。）。

【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。

【００５０】また、図６は本参考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Ｙ_j，Ｙ_j+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Ｘ_i，Ｘ_i+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
Ｙ_j，Ｙ_j+1，Ｘ_i，Ｘ_i+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。

【００５１】図６に示したように、本参考例では、配線
電極Ｙ_j，Ｙ_j+1，…、配線電極Ｘ_I，Ｘ_i+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。

【００５２】同図において、走査側電極Ｙ_j，Ｙ_j+1，…
の１つに選択電位波形を入力し、情報側電極Ｘ_i，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。

【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。

【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。

【００５５】本参考例において、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。

【００５６】なお、本参考例では、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。

【００５７】（実施例１） 図７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。以下この図を参照
し、参考例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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００６４】（実施例２） 次に、上述した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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関連する参考形態のインクジェット記
録ヘッドの特徴を表す概念図である。

【図２】図１の形態のさらに具体的な特徴を示す図であ
る。

【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。

【図４】本発明に関連する参考例のインクジェット記録
ヘッドの概略断面図である。

【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。

【図６】本発明に関連する参考例のマトリクス回路を説
明するための図である。

【図７】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。

【図８】本発明の実施例１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。

【図９】本発明の実施例１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。

【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。

【符号の説明】

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

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するための熱エネルギーを
   発生する発熱手段として用いられ、該発熱手段自身を駆
   動するための、電流電圧特性が非線形な非線形素子と、
   該非線形素子に直列接続され、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抵抗と、を有するインク
   ジェット記録ヘッドであって、前記非線形素子は、一対
   の電極と両電極間を接続する絶縁体とを含み、該一対の
   電極の間隔が４nm以上４０nm以下であるＭＩＭ素子であ
   り、 前記電流調整抵抗の抵抗値は、前記ＭＩＭ素子の動作状
   態における抵抗値の０．１倍から１０倍であることを特
   徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記非線形素子に通電するための配線の
   抵抗が前記電流調整抵抗として使用されることを特徴と
   する請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記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、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
   １または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 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から３のいず
   れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記発熱手段に対応して設けられ、被記
   録媒体の被記録面に対向してインクを吐出する吐出口を
   有する、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。