JP2002113872A - Ink jet recording head and ink jet recorder - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce adverse effects to an MIM element when the MIM element is driven by supplying a large power. SOLUTION: A lower electrode 5 having an insulating thin film 24 formed is formed on a substrate 23, on which a second insulating layer 202 having a tapering first hole 201 is formed. A central part in a breadth direction of an upper face of the lower electrode 5 is exposed through the first hole 201. Moreover, an upper electrode 6 having a downward projecting part 131 to be fitted in the first hole 201 is formed on the second insulating layer 202. The MIM element 1 having the insulating thin film 24 held between the opposite lower electrode 5 and upper electrode 6 is thus formed. The MIM element 1 is in a structure having a distance between the lower electrode 5 and the upper electrode 6 increased at an outer peripheral part of a part where the electrodes 5 and 6 are opposite to each other. Therefore, a local intense electric field formed to the part when the large power is supplied is weakened, and adverse effects to the MIM element 1 can be reduced.

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、特に、発泡現象を利用してインクを吐出させる
バブルジェット（登録商標）プリンタなどに用いられる
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 printer, and more particularly to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus used for a bubble jet (registered trademark) printer which discharges ink by utilizing a bubbling phenomenon.

【０００２】[0002]

【従来の技術】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加熱することにより気泡
を発生させ、発泡時に発生する高い圧力を利用して、液
滴を微細な吐出口から押し出して吐出させ、記録紙など
の被記録媒体に付着させて記録を行う記録方式である。
バブルジェット記録方式の記録に用いられるインクジェ
ット記録ヘッドは、一般に微細な吐出口と流路、および
流路内に設けられた発熱体とを備えている。2. Description of the Related Art In a bubble jet recording method, bubbles are generated by locally heating a liquid in a flow path using a heating element, and droplets are minutely formed by utilizing a high pressure generated during bubbling. This is a recording method in which recording is performed by extruding and ejecting from a suitable ejection port and attaching the recording medium to a recording medium such as recording paper.
An ink jet recording head used for recording by the bubble jet recording method generally includes fine discharge ports and a flow path, and a heating element provided in the flow path.

【０００３】このようなインクジェット記録ヘッドを用
いてより高精彩な画像記録を行うためには、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のインクジ
ェット記録ヘッドに関しては、その構造の単純性を活か
し、フォトリソグラフィー技術を駆使して高密度ヘッド
を作成する方法が提案されている（例えば、特開平０８
−１５６２９号公報などを参照）。また、微小な液滴を
吐出可能なように液滴の吐出量を調整するため、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）。In order to record images with higher definition using such an ink jet recording head, a technique for ejecting minute droplets at a high density is required. Therefore, it is basically important to form a fine flow path and a fine heat source. Therefore, with respect to the ink jet recording head of the bubble jet recording method, a method has been proposed in which a high-density head is produced by making full use of the photolithography technique, taking advantage of the simplicity of the structure (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-0808)
No. 15629). Further, in order to adjust the ejection amount of droplets so that minute droplets can be ejected, there has been proposed a heating element having a larger heating value at the center portion than at the end portion (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-201254). ).

【０００４】インクジェット記録ヘッドに用いられる発
熱体としては、通常、厚さ０．０５μｍ程度の窒化タン
タル薄膜抵抗体が用いられ、これに通電した時に発生す
る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。As a heating element used in an ink jet recording head, a tantalum nitride thin film resistor having a thickness of about 0.05 μm is generally used, and a liquid is foamed by Joule heat generated when electricity is supplied to the thin film resistor. Such a resistance heating element is usually made of a metal such as Ta having a thickness of about 0.2 μm via an insulator such as SiN having a thickness of about 0.8 μm in order to prevent damage to the surface of the resistance heating element due to cavitation. The anti-cavitation layer is disposed.

【０００５】また、特開昭６４−２０１５１号公報に
は、基板上に、複数の縦配線と複数の横配線とを設け、
両者の複数の交点部分に、順電流を通電することにより
発熱する整流素子を設けたことを特徴とした、マトリク
ス状に並べて配置された吐出口を有する、いわゆるマル
チノズルインクジェット記録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であり、逆方向には通電で
きないダイオードを複数個マトリクス状に配列し、この
ダイオードを発熱体としたインクジェット記録ヘッドが
開示されている。In Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 64-20151, a plurality of vertical wirings and a plurality of horizontal wirings are provided on a substrate.
A so-called multi-nozzle ink jet recording head having discharge ports arranged in a matrix, characterized in that a rectifying element that generates heat by applying a forward current is provided at a plurality of intersections between the two, is disclosed. I have.
Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-36679 discloses that
There is disclosed an ink jet recording head in which a plurality of diodes capable of generating heat by energizing in a forward direction and not energizing in a reverse direction are arranged in a matrix, and the diodes are used as a heating element.

【０００６】また、特開平０５−１８５５９４号公報に
は、ヘッド基板にダイオードと、それに接続され、マト
リクス状に配置された、発熱体としての電気熱変換素子
とを設けて、この電気熱変換素子を選択的に駆動できる
構成としたり、同一基板上にシフトレジスタ部、ラッチ
部、論理回路などからなるロジック回路と、それに接続
された電気熱変換素子とを形成して選択駆動できる構成
としたインクジェット記録ヘッドが開示されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-185594 discloses that a head substrate is provided with a diode and an electrothermal conversion element as a heating element connected to the diode and arranged in a matrix. Inkjet with a structure that can be selectively driven, or a structure that can be selectively driven by forming a logic circuit composed of a shift register unit, a latch unit, a logic circuit, and the like and an electrothermal conversion element connected to it on the same substrate A recording head is disclosed.

【０００７】[0007]

【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
回路部などとを半導体プロセス（例えば、イオン注入な
どの方法）によってシリコン基板上に同時に作り込んで
製造するように構成されている。このような半導体プロ
セスを用いた製造方法では、比較的吐出口の数が少ない
インクジェット記録ヘッドを製造する場合には、コンパ
クトな構成のものを、単一の工程で製造できるという利
点がある。しかし、例えば記録紙の紙幅いっぱいの長さ
を有する、いわゆるフルマルチヘッドでは、その長さは
１２inch(約３０ｃｍ)あり、このような広範囲に、半導
体プロセスにより一体的に必要な素子を形成しようとす
ると、通常のシリコンウェハーを使うことが難しくな
る。したがって、フルマルチヘッドを半導体プロセスを
用いて製造しようとした場合には、製造コストが高くな
ってしまう危惧がある。Many conventional ink jet recording heads are manufactured by simultaneously forming a heating element, a diode, a logic circuit section, and the like on a silicon substrate by a semiconductor process (for example, a method such as ion implantation). It is configured to be. The manufacturing method using such a semiconductor process has an advantage that when manufacturing an ink jet recording head having a relatively small number of discharge ports, a compact structure can be manufactured in a single step. However, for example, in a so-called full multi-head having a length that is the full width of the recording paper, the length is 12 inches (about 30 cm). In such a wide range, it is attempted to integrally form necessary elements by a semiconductor process. Then, it becomes difficult to use a normal silicon wafer. Therefore, when a full multi-head is to be manufactured using a semiconductor process, there is a concern that the manufacturing cost may be increased.

【０００８】そこで、従来用いられているような半導体
プロセスを用いることなく製造可能な非線形素子を用い
て、マトリクス状に配置された発熱素子を選択的に駆動
する回路を構成することができれば、フルマルチヘッド
のような長尺な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, if a circuit for selectively driving the heating elements arranged in a matrix by using a nonlinear element which can be manufactured without using a semiconductor process as conventionally used would be required, There is a possibility that a long inkjet recording head such as a multi-head can be provided at low cost.

【０００９】非線型素子としては、従来から液晶用に用
いられているＭＩＭ（Metal Insulator Metal）素子が
知られている。これは、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型の電気特性を有する非線形素
子である。このＭＩＭ素子を液晶に用いる場合、通常１
Ｗ／ｍ²程度の電力密度を生じる電力が供給される。こ
れに対して、バブルジェット記録方式のインクジェット
記録ヘッドにおいて、発熱素子には約０．１ＧＷ／ｍ²
以上の電力密度を生じる電力を供給する必要がある。そ
こで、 ＭＩＭ素子を発熱素子の選択駆動に用いる場合
には、従来は供給されることがなかった多量の電力をＭ
ＩＭ素子に、またはＭＩＭ素子を介して供給する必要が
ある。As a non-linear element, an MIM (Metal Insulator Metal) element conventionally used for liquid crystal is known. This is a non-linear element having MIM-type electric characteristics in which the resistance value when a low voltage is applied is higher than the resistance value when a high voltage is applied, regardless of the polarity. When this MIM element is used for a liquid crystal, it is usually 1
Electric power that produces a power density of about W / m ² is supplied. On the other hand, in the ink jet recording head of the bubble jet recording method, the heating element has about 0.1 GW / m ^2.
It is necessary to supply power that produces the above power density. Therefore, when the MIM element is used for selective driving of the heating element, a large amount of electric power which has not been supplied conventionally can be reduced to M.
It needs to be supplied to the IM device or via the MIM device.

【００１０】ＭＩＭ素子への印加電圧を上げて、ＭＩＭ
素子に、またはＭＩＭ素子を介して供給する電力を増や
すことはある程度は可能である。しかしながら、従来と
同様の構成のＭＩＭ素子への印加電圧を上げていくと、
強電界によってＭＩＭ素子に悪影響が生じる危惧があ
る。また、ＭＩＭ素子の発熱による温度上昇がＭＩＭ素
子自体に悪影響を与える危惧がある。特に、ＭＩＭ素子
の電極対のエッジ部や段差部などでは、そこに電界や電
流が集中し局所的に極めて高い発熱が生じる危惧があ
り、この局所的な発熱によってＭＩＭ素子に悪影響を生
じる危惧がある。By increasing the voltage applied to the MIM element,
It is possible to some extent to increase the power supplied to the element or via the MIM element. However, when the applied voltage to the MIM element having the same configuration as the conventional one is increased,
There is a concern that the strong electric field may adversely affect the MIM element. Further, there is a concern that a rise in temperature due to heat generation of the MIM element may have a bad influence on the MIM element itself. In particular, there is a fear that an electric field or a current is concentrated on an edge portion or a step portion of an electrode pair of the MIM element and extremely high heat is locally generated, and that the local heat may adversely affect the MIM element. is there.

【００１１】そこで本発明の目的は、バブルジェット記
録方式のインクジェット記録ヘッドの、マトリクス状に
配置した発熱素子の選択駆動用の非線形素子について、
大きな電力密度を生じる電力を供給した際に生じる発熱
や電界による、非線形素子への悪影響を低減することに
ある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-linear element for selectively driving heating elements arranged in a matrix in a bubble jet recording type ink jet recording head.
An object of the present invention is to reduce adverse effects on a non-linear element due to heat generation and an electric field generated when a power that generates a large power density is supplied.

【００１２】また、本発明の他の目的は、非線形素子を
マトリクス状に配置した発熱素子の選択駆動用の回路に
用いることにより、長尺なインクジェットヘッドを低コ
ストで提供できるようにすることにある。Another object of the present invention is to provide a long ink jet head at low cost by using a non-linear element arranged in a matrix in a circuit for selectively driving a heating element. is there.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
め、本発明による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、発熱手段を駆動するための、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、非線形素子が、該非線形
素子に局所的な強電界が発生することを緩和する電界緩
和構造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 the present invention comprises a heat generating means for generating heat energy used for discharging ink, and a heat generating means for driving the heat generating means. , Regardless of polarity
A non-linear element having a MIM-type current-voltage characteristic in which a resistance value when a low voltage is applied has a higher value than a resistance value when a high voltage is applied, and the non-linear element is locally applied to the non-linear element. Characterized in that it has an electric field relaxation structure for alleviating generation of a strong electric field.

【００１４】ＭＩＭ型の電気特性を有する非線形素子を
用いることにより、縦電極と横電極との交点に両電極に
接続してこの非線形素子を配置した、比較的簡素な構成
の回路で、マトリクス状に並んだ発熱手段の選択駆動を
行うことができる。すなわち、このような構成の回路で
は、複数の縦電極の内の１つと複数の横電極の内の１つ
とに互いに逆極性の電圧を印加することで、この縦電極
と横電極との交点の発熱手段のみに電流を流して、この
発熱手段を選択的に駆動することができる。By using a non-linear element having MIM-type electric characteristics, a relatively simple circuit in which the non-linear element is connected to both electrodes at the intersection of a vertical electrode and a horizontal electrode and arranged in a matrix form Can be selectively driven. That is, in the circuit having such a configuration, by applying voltages of opposite polarities to one of the plurality of vertical electrodes and one of the plurality of horizontal electrodes, the intersection of the vertical electrode and the horizontal electrode is formed. It is possible to selectively drive the heat generating means by supplying current only to the heat generating means.

【００１５】このような非線形素子に電圧を印加した際
に素子内に形成される電界は通常必ずしも一様にはなら
ず、局所的に強い電界が形成される。そこで、非線形素
子が、この局所的な強電界を緩和する電界緩和構造を含
むようにすることにより、比較的高い電力密度の電界形
成に耐えられるようにできる。When a voltage is applied to such a nonlinear element, an electric field formed in the element is not always uniform, and a strong electric field is locally formed. Therefore, by making the nonlinear element include an electric field relaxation structure for relaxing the local strong electric field, it is possible to withstand the formation of an electric field having a relatively high power density.

【００１６】そこで、このような構成の非線形素子を、
比較的高い電力を供給して駆動する必要がある、インク
ジェット記録ヘッドの発熱手段の選択駆動用に好適に用
いることができる。さらに、非線形素子を用いることに
より、マトリクス状に配置された、選択駆動可能な発熱
手段を、前述のように比較的簡素な構成にでき、また、
非線形素子は、半導体プロセスを用いることなく製造可
能であるので、比較的長尺なインクジェット記録ヘッド
を、低コストで製造することができる。Therefore, a nonlinear element having such a configuration is
It can be suitably used for selective driving of a heating means of an ink jet recording head which needs to be driven by supplying relatively high power. Further, by using the non-linear element, the heat generating means arranged in a matrix and capable of being selectively driven can have a relatively simple configuration as described above.
Since the non-linear element can be manufactured without using a semiconductor process, a relatively long inkjet recording head can be manufactured at low cost.

【００１７】このような非線形素子としては、ＭＩＭ素
子やバリスタなど、対向して配置された電極対を有する
構成のものがある。このような構成の非線形素子を用い
る場合、局所的な強電界が電極対の対向部の外周部に形
成されることが知られている。そこで、この電極対を、
電極対の間隔が、電極対の対向部の外周部において増加
している構造とすることで、外周部の電界強度を弱め、
局所的な強電界を緩和することができる。すなわち、こ
の構造を電界緩和構造とすることができる。なお、本発
明において、電極対の対向部の外周部は、非線形素子の
一部分であるとする。As such a non-linear element, there is an MIM element, a varistor, and the like having a pair of electrodes arranged to face each other. When a nonlinear element having such a configuration is used, it is known that a local strong electric field is formed on the outer peripheral portion of the opposing portion of the electrode pair. Therefore, this electrode pair is
By having a structure in which the interval between the electrode pairs is increased in the outer peripheral portion of the opposing portion of the electrode pair, the electric field strength of the outer peripheral portion is weakened,
A local strong electric field can be reduced. That is, this structure can be an electric field relaxation structure. In the present invention, it is assumed that the outer peripheral portion of the opposing portion of the electrode pair is a part of the nonlinear element.

【００１８】また、本発明による別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、該発熱手段を駆動するた
めの、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、前記非線形素子は、
互いに対向するように配置された電極対を有し、該電極
対の間隔は、該電極対の対向部の外周部において該対抗
部の他の部分よりも大きいことを特徴とする。Further, another ink jet recording head according to the present invention comprises a heat generating means for generating heat energy used for discharging ink, and a low voltage for driving the heat generating means regardless of polarity. M when the resistance value when applied is higher than the resistance value when a high voltage is applied.
An ink jet recording head comprising: a non-linear element having an IM type current-voltage characteristic;
It has an electrode pair arranged so as to face each other, and the interval between the electrode pairs is larger at the outer peripheral portion of the opposing portion of the electrode pair than at the other portion of the opposing portion.

【００１９】本発明のインクジェット記録ヘッドに用い
る非線形素子としては、基板上に配置された下電極と、
下電極上に配置された絶縁性薄膜と、絶縁性薄膜上に配
置された上電極とを有するＭＩＭ素子が好適である。The nonlinear element used in the ink jet recording head of the present invention includes a lower electrode disposed on a substrate,
An MIM element having an insulating thin film disposed on the lower electrode and an upper electrode disposed on the insulating thin film is preferable.

【００２０】ＭＩＭ素子を用いる場合、絶縁性薄膜と上
電極との間に配置された絶縁層を有し、絶縁層が、上電
極と下電極との対向部に、対向部の中央付近で絶縁性薄
膜を露出させる、下方に向かって先細になった第１のホ
ールを有し、上電極が第１のホールに嵌合するように下
方に凸になった下方突起部分を有する構成とすることが
できる。When the MIM element is used, it has an insulating layer disposed between the insulating thin film and the upper electrode, and the insulating layer is insulated at the opposing portion between the upper electrode and the lower electrode near the center of the opposing portion. A first hole that tapers downward to expose the conductive thin film, and a lower projection that projects downward so that the upper electrode fits into the first hole. Can be.

【００２１】ＭＩＭ素子が構成される、上電極と下電極
との対向部で、上電極が、下方に向って先細になった第
１のホールに嵌合するように下方に凸になった下方突起
部分を有する構成とすることにより、両電極の間隔が、
両電極の対向部の外周部において増加している構造にな
り、この構造が電界緩和構造として機能する。At the opposing portion of the upper electrode and the lower electrode, where the MIM element is formed, the upper electrode is downwardly convex so as to fit into the first hole tapered downward. By having a configuration having a protruding portion, the interval between both electrodes is
The structure increases in the outer peripheral portion of the opposing portion of both electrodes, and this structure functions as an electric field relaxation structure.

【００２２】非線形素子は、それ自体を発熱手段として
用いることができる素子である。特に、前述のように非
線形素子がＭＩＭ素子であり、前述のような絶縁層を有
する構成である場合、 ＭＩＭ素子付近にインクを導く
流路と、インクを吐出する吐出口とをＭＩＭ素子上に設
けた構成とすることができる。このような構成とした場
合、第１のホールの深さを調整して、吐出口とＭＩＭ素
子との距離を調整し、適正にすることができる。A non-linear element is an element that can itself be used as a heating means. In particular, when the non-linear element is an MIM element as described above and has a configuration having an insulating layer as described above, a flow path for guiding ink near the MIM element and a discharge port for discharging ink are provided on the MIM element. The configuration provided may be employed. In the case of such a configuration, the depth of the first hole is adjusted, and the distance between the ejection port and the MIM element can be adjusted to be appropriate.

【００２３】また、発熱手段としては、非線形素子に直
列接続されている抵抗発熱体を設けてもよい。この場
合、特に、前述のように非線形素子がＭＩＭ素子であ
り、前述のような絶縁層を有する構成である場合、絶縁
層に、基板の一部を露出する第２のホールを設け、上電
極を第２のホールに沿って基板上まで下方に延ばし、こ
の部分に抵抗発熱体を上電極に接続させて配置し、抵抗
発熱体付近にインクを導く流路と、インクを吐出する吐
出口とを抵抗発熱体上に設けた構成とすることができ
る。このような構成とした場合、第２のホールの深さを
調整して、吐出口とＭＩＭ素子との距離を調整し、適正
にすることができる。Further, as the heating means, a resistance heating element connected in series to the nonlinear element may be provided. In this case, particularly when the nonlinear element is an MIM element as described above and has a configuration having the above-described insulating layer, a second hole exposing a part of the substrate is provided in the insulating layer, and the upper electrode is formed. Is extended downward on the substrate along the second hole, a resistance heating element is connected to the upper electrode and arranged in this portion, a flow path for guiding ink to the vicinity of the resistance heating element, and a discharge port for discharging ink. May be provided on the resistance heating element. In the case of such a configuration, the depth of the second hole can be adjusted, and the distance between the ejection port and the MIM element can be adjusted to be appropriate.

【００２４】または、抵抗発熱体を絶縁層上に上電極に
接続して配置した構成としてもよい。この場合、絶縁層
が抵抗発熱体の蓄熱層として機能し、したがって、抵抗
発熱体付近を効果的に昇温させ、吐出液体を効率的に発
泡させることができる。また、抵抗発熱体と基板との間
に絶縁層が配置されるので、抵抗発熱体の発熱による基
板の昇温を抑制し、基板上に配置されたＭＩＭ素子の加
熱を抑制して、加熱による悪影響を低減できる。Alternatively, a configuration may be adopted in which a resistance heating element is arranged on the insulating layer so as to be connected to the upper electrode. In this case, the insulating layer functions as a heat storage layer of the resistance heating element, so that the temperature in the vicinity of the resistance heating element can be effectively increased, and the discharged liquid can be efficiently foamed. Further, since the insulating layer is disposed between the resistance heating element and the substrate, the temperature of the substrate is prevented from rising due to the heat generated by the resistance heating element, and the heating of the MIM element disposed on the substrate is suppressed. The adverse effects can be reduced.

【００２５】または、抵抗発熱体を基板上に下電極に接
続して配置し、絶縁層によって抵抗発熱体上を覆った構
成としてもよい。この場合、絶縁層が抵抗発熱体の保護
層として機能するので、新たに保護層を設ける必要がな
い。Alternatively, a configuration may be adopted in which the resistance heating element is connected to the lower electrode on the substrate, and the resistance heating element is covered with an insulating layer. In this case, since the insulating layer functions as a protective layer for the resistance heating element, it is not necessary to newly provide a protective layer.

【００２６】本発明によるインクジェット記録ヘッドに
用いられるＭＩＭ型の電流電圧特性を有する非線形素子
は、前述のようにマトリクス状に並んで配置された発熱
手段を選択的に駆動するのに好適に用いることができ
る。そこで本発明は、発熱手段に電圧を印加するための
マトリクス回路を構成するマトリクス電極を有するイン
クジェット記録ヘッドに好適に適用できる。そして非線
形素子をマトリクス電極の交点に配置することで、マト
リクス状に並んで配置された発熱手段を好適に選択駆動
するようにできる。The non-linear element having MIM type current-voltage characteristics used in the ink jet recording head according to the present invention is preferably used for selectively driving the heating means arranged in a matrix as described above. Can be. Therefore, the present invention can be suitably applied to an ink jet recording head having a matrix electrode constituting a matrix circuit for applying a voltage to the heating means. By arranging the non-linear elements at the intersections of the matrix electrodes, the heating means arranged in a matrix can be suitably selected and driven.

【００２７】本発明は、熱エネルギーによりインクに膜
沸騰を生起させて、インクを吐出するインクジェット記
録ヘッドに好適に適用できる。The present invention can be suitably applied to an ink-jet recording head that ejects ink by causing film boiling in the ink by thermal energy.

【００２８】また、本発明の別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、該発熱手段を駆動するため
の、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ＭＩ
Ｍ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、前記非線形素子は、
絶縁性薄膜と該絶縁性薄膜を介して互いに対向する電極
対を有し、該電極対のうちの少なくともインクに接触す
る部分が化学的に安定な導体からなることを特徴とす
る。Further, another ink jet recording head of the present invention comprises a heating means for generating heat energy used for discharging ink, and a low voltage for driving the heating means irrespective of the polarity. The MI when the resistance value when applied is higher than the resistance value when a high voltage is applied
A non-linear element having an M-type current-voltage characteristic, wherein the non-linear element comprises:
It has an insulating thin film and an electrode pair facing each other via the insulating thin film, and at least a portion of the electrode pair that contacts the ink is made of a chemically stable conductor.

【００２９】これにより、ＭＩＭ素子を構成する電極が
インクに接触する場合でも、その電極が電気化学的な作
用で損傷されることを防止できる。As a result, even when the electrode constituting the MIM element comes into contact with the ink, the electrode can be prevented from being damaged by the electrochemical action.

【００３０】本発明によるインクジェット記録装置は、
記録媒体の被記録面に対向して、インクを吐出するイン
ク吐出口が設けられている前述のようなインクジェット
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 the present invention comprises:
It is characterized by comprising at least the above-described ink jet recording head provided with an ink discharge port for discharging ink, facing the recording surface of the recording medium, and a recording medium conveying means.

【００３１】[0031]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００３２】（実施例１）図１〜３に本発明の実施例１
のインクジェット記録ヘッドの模式図を示す。図１は、
ＭＩＭ素子１付近の部分断面図を示している。図２は、
部分的な平面図を示している。図３は、ＭＩＭ素子１の
部分の模式的回路図を示している。なお、図２には、吐
出口形成部材５２については一部のみを示している。図
３には、吐出液滴９を記載して、ＭＩＭ素子１が吐出液
滴９を吐出させるために発熱を生じる素子であることを
示している。(Embodiment 1) FIGS. 1 to 3 show Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 1 shows a schematic view of an inkjet recording head. FIG.
FIG. 2 shows a partial cross-sectional view near the MIM element 1. FIG.
FIG. 4 shows a partial plan view. FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a portion of the MIM element 1. FIG. 2 shows only a part of the discharge port forming member 52. FIG. 3 shows the ejection droplet 9 and indicates that the MIM element 1 is an element that generates heat to eject the ejection droplet 9.

【００３３】このインクジェット記録ヘッドには、上面
に下部層２２が形成された基板２３上に、極めて薄い絶
縁性薄膜２４で被覆された下電極（縦電極）５が縦に複
数並んで配置されている。下電極５が配置された基板２
３上には、絶縁層２０２が配置されている。絶縁層２０
２には、下電極５の幅方向の中央部を露出するように第
１のホール２０１が開口している。第１のホール２０１
は、下電極５の長さ方向に所定の間隔を置いて並び、複
数の下電極５についてのものが横に並んで、全体として
マトリクス状に並んで開口している。第１のホール２０
１は、平面形状が、角が丸められた長方形であり、下方
に向かって先細になっている。In this ink jet recording head, a plurality of lower electrodes (vertical electrodes) 5 covered with an extremely thin insulating thin film 24 are arranged vertically on a substrate 23 having a lower layer 22 formed on the upper surface. I have. Substrate 2 on which lower electrode 5 is arranged
On 3, an insulating layer 202 is arranged. Insulating layer 20
2, a first hole 201 is opened so as to expose a central portion of the lower electrode 5 in the width direction. First hall 201
Are arranged at predetermined intervals in the length direction of the lower electrode 5, and the plurality of lower electrodes 5 are arranged side by side, and are opened in a matrix as a whole. First hall 20
1 is a rectangle whose planar shape is a rounded corner, which tapers downward.

【００３４】絶縁層２０２上には、上電極（横電極）６
が第１のホール２０１上を通るように横に複数並んで配
置されている。上電極６は、第１のホール２０１の位置
に、それに嵌合するように下方に凸の下方突起部分１３
１を有しており、この部分で下電極５の絶縁性薄膜２４
に接触している。これにより、この部分に、下電極５と
上電極６と両者の間に配置された絶縁性薄膜２４とから
構成されるＭＩＭ素子１が形成されている。ここで、Ｍ
ＩＭ素子１とは、図１に示すように絶縁性薄膜２４及び
絶縁層２０２を介して下電極５と上電極６とが対向して
いる部分を含むものである。また、下電極５と上電極６
との間隔がＭＩＭ素子１の外周部で増加している構成で
あれば、絶縁性薄膜２４と絶縁層２０２とは一体でもよ
い。On the insulating layer 202, an upper electrode (horizontal electrode) 6
Are arranged side by side so as to pass over the first hole 201. The upper electrode 6 is provided at the position of the first hole 201 so as to fit into the first hole 201 so as to fit into the lower hole 13.
1 and the insulating thin film 24 of the lower electrode 5 in this portion.
Is in contact with As a result, the MIM element 1 composed of the lower electrode 5 and the upper electrode 6 and the insulating thin film 24 disposed therebetween is formed in this portion. Where M
The IM element 1 includes a portion where the lower electrode 5 and the upper electrode 6 face each other via the insulating thin film 24 and the insulating layer 202 as shown in FIG. The lower electrode 5 and the upper electrode 6
The insulating thin film 24 and the insulating layer 202 may be integrated as long as the distance between the insulating thin film 24 and the outer peripheral portion of the MIM element 1 increases.

【００３５】このようにＭＩＭ素子１がマトリクス状に
形成された基板２３には、不図示の吐出液体供給系から
供給される吐出液体を基板２３上に導く吐出液体供給孔
５４が、各ＭＩＭ素子１の近くに開口されている。ま
た、基板２３上には、複数の溝と穴とを有する吐出口形
成部材５２が配置されている。これらの溝と穴は、各Ｍ
ＩＭ素子１に対応して形成されており、各溝は、吐出液
体供給孔５４から供給された吐出液体を各ＭＩＭ素子１
付近に導く流路３１を構成するものであり、各穴は、液
体を吐出するための吐出口５３となるものである。上電
極６の下方突起部分１３１を上方から見ると、流路３１
の一部を構成する第１の窪み部分１３０となっており、
第１のホール２０１の深さを調整してこの第１の窪み部
分１３０の深さを調整することによって、ＭＩＭ素子１
と吐出口５３との間の距離を調整して、適正な距離にす
ることができる。A discharge liquid supply hole 54 for guiding the discharge liquid supplied from a discharge liquid supply system (not shown) onto the substrate 23 is provided on the substrate 23 on which the MIM elements 1 are formed in a matrix form. 1 is open. Further, on the substrate 23, a discharge port forming member 52 having a plurality of grooves and holes is arranged. These grooves and holes are
Each groove is formed so as to correspond to the IM element 1, and each groove is provided with the discharge liquid supplied from the discharge liquid supply hole 54 to each MIM element 1.
Each of the holes serves as a discharge port 53 for discharging a liquid. When the lower protruding portion 131 of the upper electrode 6 is viewed from above, the flow path 31
Is a first recessed portion 130 that constitutes a part of
By adjusting the depth of the first hole 201 to adjust the depth of the first concave portion 130, the MIM element 1
By adjusting the distance between the nozzle and the discharge port 53, an appropriate distance can be obtained.

【００３６】次に、このインクジェット記録ヘッドの動
作について説明する。Next, the operation of the ink jet recording head will be described.

【００３７】まず、不図示の吐出液体供給手段から、吐
出液体供給孔５４を介して吐出液体を導入し、流路３１
内に満たす。この状態で、不図示の電圧印加手段により
下電極５と上電極６との間に所定の電圧を印加すると、
ＭＩＭ素子１に電流が流れ、ＭＩＭ素子１が発熱す
る。ＭＩＭ素子１の発熱により、ＭＩＭ素子１付近の液
体が加熱されて発泡し、この際発生する圧力により、吐
出口５３から吐出液体が押し出され、吐出液滴９が吐出
される。この吐出液滴９を被記録媒体に付着させること
により、記録が行われる。First, discharge liquid is introduced from discharge liquid supply means (not shown) through a discharge liquid supply hole 54,
Meet within. In this state, when a predetermined voltage is applied between the lower electrode 5 and the upper electrode 6 by voltage applying means (not shown),
A current flows through the MIM element 1, and the MIM element 1 generates heat. The liquid in the vicinity of the MIM element 1 is heated and foamed by the heat generated by the MIM element 1, and the pressure generated at this time causes the discharged liquid to be pushed out from the discharge port 53, and the discharged droplet 9 is discharged. Recording is performed by attaching the discharged droplets 9 to a recording medium.

【００３８】ＭＩＭ素子１は、極性に依らず、高電圧を
印加すると低い抵抗値を示し、低電圧を印加すると高い
抵抗値を示す、ＭＩＭ型の電気特性を有する非線形素子
である。そこで、下電極５の１つ、例えばｊ番目の電極
Ｙ_jに＋Ｖ₀／２の電圧を印加し、上電極６の１つ、例え
ばｉ番目の電極Ｘ_iに−Ｖ₀／２の電圧を印加することに
より、マトリクス状に配置されたＭＩＭ素子１のうち、
電極Ｘ_iとＹ_jの交点に位置するものに十分に発熱させる
電流を生じさせる電圧Ｖ₀を印加して選択的に駆動する
ことができる。この際、電極Ｘ_iまたはＹ_jを構成要素と
するその他のＭＩＭ素子１には、前述の電圧Ｖ₀よりも
低い電圧（Ｖ₀／２）が加わるが、前述のように、ＭＩ
Ｍ素子１は低い電圧を加えた時の抵抗が大きいので、こ
れらにはほとんど電流が流れず発熱しない。The MIM element 1 is a non-linear element having MIM-type electrical characteristics that shows a low resistance value when a high voltage is applied and a high resistance value when a low voltage is applied, regardless of the polarity. Therefore, one of the lower electrode 5, for example by applying a j-th to the electrode Y _j + V _0/2 of the voltage, one of the upper electrode 6, the -V _0/2 voltage, for example, i-th electrode X _i By applying, the MIM elements 1 arranged in a matrix form
Voltage V ₀ is applied to cause current to sufficiently exothermic to those located at the intersection of the electrodes X _i and Y _j are capable of selectively driven. At this time, a voltage (V _0/2 ) lower than the above-described voltage V ₀ is applied to the other MIM elements 1 having the electrodes X _i or Y _j as components.
Since the M element 1 has a large resistance when a low voltage is applied, almost no current flows through these elements and no heat is generated.

【００３９】このように、良好に選択駆動を行えるよう
にするのに好ましいＭＩＭ型の電気特性を図４に示す。
同図に示すように、ＭＩＭ素子１の電気特性は、吐出液
体を発泡させるのに必要な熱エネルギーを発生する際に
発熱素子に流れる電流の絶対値Ｉ₀を与えるＭＩＭ素子
１への印加電圧＋Ｖ₁と、−Ｖ₂との絶対値の比（Ｖ₁／
Ｖ₂）が０．５以上２以下の値であり、かつ、＋Ｖ₁／
2、−Ｖ₂／2の電圧を印加した時にＭＩＭ素子１に流れ
る電流の絶対値がＩ₀/10以下であることが好ましい。こ
のようなＭＩＭ型の電気特性を有する素子の代表的なも
のとしては、ＭＩＭ素子の他、バリスタなどがある。FIG. 4 shows the electrical characteristics of the MIM type preferable for enabling the selective driving to be performed satisfactorily.
As shown in the figure, the electrical characteristics of the MIM element 1 are based on the voltage applied to the MIM element 1 that gives the absolute value I _{0 of the} current flowing through the heating element when generating the thermal energy required to foam the discharged liquid. + and V _1, the ratio of the absolute value of -V ₂ (V ₁ /
V ₂ ) is not less than 0.5 and not more than 2 and + V ₁ /
2, it is preferable that the absolute value of the current flowing through the MIM element 1 upon application of a voltage of -V _2/2 is I _0/10 or less. Representative elements having such MIM-type electrical characteristics include varistors in addition to MIM elements.

【００４０】本実施例において、マトリクス状に並んだ
ＭＩＭ素子１の選択駆動は、上電極６を情報側電極とし
て、これに画像情報に対応して電圧を印加し、下電極５
を走査側電極として、これに走査用の電圧を印加して行
う。すなわち、まず画像情報に対応してＹ₁列で画素を
形成すべき位置のＸiの上電極６に電圧を印加し、同時
にＹ₁の下電極５に電圧を印加する。これによりＹ₁列の
ＭＩＭ素子１のうち、選択されたものを駆動して吐出液
滴９を吐出させ、すなわち画像情報に応じて、吐出液滴
９を吐出させる必要がある吐出口５３から吐出液滴９を
吐出させ、残りの吐出口５３からは吐出させないように
選択駆動し、この列の記録を行う。次に、Ｙ₂列につい
て、同様に選択駆動を行う。これを繰り返して、全ての
ＭＩＭ素子１を対象にして選択的に駆動を行う。In this embodiment, the selective driving of the MIM elements 1 arranged in a matrix is performed by using the upper electrode 6 as an information side electrode, applying a voltage corresponding to image information thereto, and applying a voltage to the lower electrode 5.
Is used as a scanning-side electrode, and a scanning voltage is applied thereto. That is, first in response to image information by applying a voltage on the electrodes 6 of the Xi the position for forming a pixel by Y ₁ row, a voltage is applied to the lower electrode 5 of the Y ₁ at the same time. Thus among the MIM element 1 of Y ₁ column, discharge by discharging liquid droplets ejected 9 by driving selected ones, namely in accordance with image information, the discharged liquid droplet 9 discharge ports 53 that needs to be discharged The droplets 9 are ejected, and the droplets 9 are selectively driven so as not to be ejected from the remaining ejection ports 53, and recording of this row is performed. Next, the Y ₂ columns, the same selectively driven. By repeating this, all the MIM elements 1 are selectively driven.

【００４１】本実施例のインクジェット記録ヘッドで
は、このように下電極５と上電極６とに選択的に電圧を
印加することで、マトリクス状に並んだＭＩＭ素子１を
選択的に駆動できる。そのため、選択駆動の制御をする
ドライバ部分をマトリクス状のＭＩＭ素子１配置部分、
すなわち発熱素子群の部分から分離して設けることがで
き、インクジェット記録ヘッド内にドライバ部分を作り
込まなくても済むので、ヘッドの構成を簡素にできる。
また、ＭＩＭ素子１は、Ｓｉ基板を用いた半導体プロセ
スによらずに製造できるので、本実施例のインクジェッ
ト記録ヘッドは、フルマルチヘッドのような長尺なヘッ
ドであっても、安価な非Ｓｉ基板を用いて容易に大量生
産することができ、低コストで製造できる。In the ink jet recording head of this embodiment, by selectively applying a voltage to the lower electrode 5 and the upper electrode 6, the MIM elements 1 arranged in a matrix can be selectively driven. For this reason, the driver portion for controlling the selective driving includes a portion where the MIM elements 1 are arranged in a matrix,
That is, it can be provided separately from the heating element group portion, and it is not necessary to form a driver portion in the ink jet recording head, so that the configuration of the head can be simplified.
Further, since the MIM element 1 can be manufactured without using a semiconductor process using a Si substrate, the inkjet recording head of this embodiment can be manufactured using a low-cost non-Si substrate even if it is a long head such as a full multi-head. It can be easily mass-produced using a substrate and can be manufactured at low cost.

【００４２】次に本実施例のインクジェット記録ヘッド
の製造方法について説明する。Next, a method for manufacturing the ink jet recording head of this embodiment will be described.

【００４３】基板２３としては、結晶軸＜１１１＞、厚
さ約０．６２５ｍｍのＳｉ基板を用いた。この基板２３
上に下部層２２として、厚さ約２．７５μｍのＳｉ熱酸
化膜を形成した。次に、下部層２２上に、下電極５とし
て、厚さ約３００ｎｍのＴａ薄膜を、約１０^-2Ｔｏｒｒ
（１．３Ｐａ）程度のＡrガス雰囲気中でＲＦ（高周
波）スパッタ法により形成した。次に、この下電極５
を、約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用いて陽極酸化法によって酸化し、
絶縁性薄膜２４として、表面に厚さ約３２ｎｍのＴａ₂
Ｏ₅薄膜を形成した。次に、絶縁層２０２として、厚さ
約２μｍの感光性のポリイミド層を形成し、これをパタ
ーニングした後、約３５０℃で１０分間焼成した。次
に、上電極６として、厚さ約２３nmのタンタル薄膜を、
下電極５と同様にＲＦスパッタ法によって形成した。こ
のように、下電極５を陽極酸化して絶縁性薄膜２４を形
成し、その上に、上電極６を交差して形成することで、
マトリクス状に並んだ複数のＭＩＭ素子１を容易に製造
できる。As the substrate 23, an Si substrate having a crystal axis <111> and a thickness of about 0.625 mm was used. This substrate 23
As the lower layer 22, a thermal oxide film of Si having a thickness of about 2.75 μm was formed. Next, a Ta thin film having a thickness of about 300 nm is formed on the lower layer 22 as the lower electrode 5 by about 10 ⁻² Torr.
It was formed by an RF (high frequency) sputtering method in an Ar gas atmosphere of about (1.3 Pa). Next, the lower electrode 5
Is oxidized by an anodizing method using a mesh-shaped platinum electrode as a cathode in a citric acid aqueous solution of about 0.8% by weight,
As the insulating thin film 24, Ta ₂ having a thickness of about 32 nm
O ₅ thin film was formed. Next, a photosensitive polyimide layer having a thickness of about 2 μm was formed as the insulating layer 202, and after patterning this, it was baked at about 350 ° C. for 10 minutes. Next, a tantalum thin film having a thickness of about 23 nm was used as the upper electrode 6,
Like the lower electrode 5, it was formed by RF sputtering. As described above, the lower electrode 5 is anodized to form the insulating thin film 24, and the upper electrode 6 is formed on the insulating thin film 24 so as to intersect.
A plurality of MIM elements 1 arranged in a matrix can be easily manufactured.

【００４４】ＭＩＭ素子１は、平面形状が実質的に正方
形であり、その大きさは約６５．０８μｍ約６５．０８
μｍである。したがって、ＭＩＭ素子１の面積は約４２
３５μｍ²であり、下電極５と上電極６との間に約３
３．５Vの電圧を印加した時の素子抵抗は約２６５Ωで
あった。すなわち、約３３．５Vの電圧を印加した時、
ＭＩＭ素子１に約１２６ｍＡの電流が流れ、ＭＩＭ素子
１内には電力密度１ＧＷ／ｍ²の電界が形成された。こ
の時のＭＩＭ素子の消費電力は約４．２３５Wであり、
この電力が熱に変換され、吐出液体を良好に加熱し発泡
させることができた。The MIM element 1 has a substantially square planar shape and a size of about 65.08 μm about 65.08.
μm. Therefore, the area of the MIM element 1 is about 42
35 μm ² , and approximately 3 μm between the lower electrode 5 and the upper electrode 6.
The element resistance when a voltage of 3.5 V was applied was about 265Ω. That is, when a voltage of about 33.5 V is applied,
A current of about 126 mA flowed through the MIM element 1, and an electric field having a power density of 1 GW / m ² was formed in the MIM element 1. At this time, the power consumption of the MIM element is about 4.235 W,
This electric power was converted to heat, and the discharged liquid was successfully heated and foamed.

【００４５】なお、本実施例では、ＭＩＭ素子を構成す
る電極、すなわち、下電極５及び上電極６の材料として
タンタルを用いたが、ＭＩＭ素子を構成する電極のう
ち、少なくともインクに接触する部分については、白
金、金またはこれらの合金などの化学的に安定な導体を
用いることが好ましい。これにより、ＭＩＭ素子を構成
する電極がインクに接触する場合でも、その電極が電気
化学的な作用で損傷されることを防止できる。例えば、
図１０に平面図を示したインクジェット記録ヘッドにお
ける上電極６の材料として白金を用いることが考えられ
る。また、図１及び２に示した本実施例のインクジェッ
ト記録ヘッドでは、上電極６がインクに接触している構
成であるため、上電極６の材料として白金を用いること
が考えられる。In this embodiment, tantalum is used as a material of the electrodes constituting the MIM element, that is, the lower electrode 5 and the upper electrode 6, but at least a part of the electrodes constituting the MIM element which is in contact with the ink. It is preferable to use a chemically stable conductor such as platinum, gold or an alloy thereof. Thereby, even when the electrode constituting the MIM element comes into contact with the ink, the electrode can be prevented from being damaged by the electrochemical action. For example,
It is conceivable to use platinum as the material of the upper electrode 6 in the ink jet recording head whose plan view is shown in FIG. Since the upper electrode 6 is in contact with the ink in the ink jet recording head of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2, platinum may be used as the material of the upper electrode 6.

【００４６】次に、本実施例のインクジェット記録ヘッ
ドのＭＩＭ素子１の特徴である、電界緩和手段を構成す
る構造について説明する。Next, a description will be given of a structure constituting the electric field relaxation means, which is a feature of the MIM element 1 of the ink jet recording head of this embodiment.

【００４７】一般に、２つの平面電極を対向して平行に
配置し、両者間に電圧を印加すると、電極外周部に、中
央部のほぼ一様な電界とは異なる強い電界が発生する。
このような強電界が発生すると、その部分で局所的に多
量の発熱を生じるなどして、素子に悪影響を与える危惧
がある。In general, when two flat electrodes are arranged in parallel to face each other and a voltage is applied between them, a strong electric field different from the substantially uniform electric field at the center is generated at the outer periphery of the electrodes.
When such a strong electric field is generated, there is a concern that a large amount of heat is locally generated at the portion, thereby adversely affecting the element.

【００４８】そこで、本実施例のインクジェット記録ヘ
ッドのＭＩＭ素子１については、下電極５と上電極６と
が対向する位置で、絶縁層２０２に、下方に向かって先
細になった第１のホール２０１を設け、上電極６に第１
のホール２０１に嵌合する下方突起部分１３１を設ける
ことにより、下電極５と上電極６との対向部の外周部で
両電極の間隔が広がる構造（電界緩和構造２０４）にし
ている。このような構造にすることにより、下電極５と
上電極６との対向部の外周部に生じる局所的な強電界を
緩和し、ＭＩＭ素子１の局所的な発熱を緩和することが
できる。これにより、局所的な強電界、およびそれに伴
う局所的な発熱を抑制して、ＭＩＭ素子１に悪影響が生
じることを抑制できる。Therefore, in the MIM element 1 of the ink jet recording head of the present embodiment, the first hole tapering downward is formed in the insulating layer 202 at the position where the lower electrode 5 and the upper electrode 6 face each other. 201, and the first electrode 6
By providing the lower protruding portion 131 that fits into the hole 201, the space between the lower electrode 5 and the upper electrode 6 is widened at the outer peripheral portion of the opposing portion (electric field relaxation structure 204). With such a structure, a local strong electric field generated at the outer peripheral portion of the opposing portion between the lower electrode 5 and the upper electrode 6 can be reduced, and local heat generation of the MIM element 1 can be reduced. Thereby, the local strong electric field and the accompanying local heat generation can be suppressed, and the adverse effect on the MIM element 1 can be suppressed.

【００４９】本実施例では、このような局所的な強電界
を緩和する構造をとるために、第１のホール２０１を上
述したような先細になった構造にしたが、第１のホール
２０１は真直ぐな構造であってもよく、その場合にも局
所的な強電界を緩和することができる。In this embodiment, the first hole 201 has a tapered structure as described above in order to take a structure for relaxing such a local strong electric field. It may have a straight structure, and in that case, a local strong electric field can be reduced.

【００５０】また、本実施例では、上電極６に、下方に
凸になった下方突起部分１３１を設けた構造としたが、
下電極５に上方に凸になった上方突起部分を形成しても
よい。また、上電極６の下方突起部分１３１の垂直断面
の形状を、直線的なテーパーで底に向かって狭くなって
いる形状としたが、これに限定されるものではない。例
えば、下方突起部分１３１の３次元形状を、エッジ部分
などで局所的な強電界が発生するのを最小限に抑えるよ
うに、曲線を含む様々な形状とすることが考えられる。
そこで、下方突起部分１３１の３次元形状は、できるだ
け強電界の発生を抑えることができる形状にすることが
好ましく、そうすることで局所的な強電界の発生を抑制
する効果をさらに高めることができる。In this embodiment, the upper electrode 6 is provided with the downwardly projecting lower projection 131.
The lower electrode 5 may be formed with an upwardly protruding upper projection. Further, the shape of the vertical cross section of the lower protruding portion 131 of the upper electrode 6 has a shape tapered toward the bottom by a linear taper, but is not limited thereto. For example, the three-dimensional shape of the lower protruding portion 131 may be various shapes including a curve so as to minimize the generation of a local strong electric field at an edge portion or the like.
Therefore, it is preferable that the three-dimensional shape of the lower protruding portion 131 be a shape that can suppress generation of a strong electric field as much as possible, and thereby, the effect of suppressing the generation of a local strong electric field can be further enhanced. .

【００５１】ＭＩＭ素子１の上方に液室を形成する、上
電極６の下方突起部分１３１の平面形状は、第１のホー
ル２０１の平面形状に応じて決まる。上電極６の下方突
起部分１３１の平面形状は、 ＭＩＭ素子１によって対
称な形状の気泡を生成し、吐出液滴９を良好に吐出させ
られるように、対称な形状であることが好ましく、した
がって、第１のホール２０１の平面形状は対称な形状で
あることが好ましい。また、第１のホール２０１の平面
形状に角があると、電界発生部に角ができ、この部分に
局所的な強電界が発生しやすくなるので、第１のホール
２０１の平面形状は角のない形状であることが好まし
い。そこで、本実施例では、第１のホール２０１の平面
形状は、角が丸められた長方形としたが、円形なども好
適な形状である。The planar shape of the lower protruding portion 131 of the upper electrode 6 forming the liquid chamber above the MIM element 1 is determined according to the planar shape of the first hole 201. The planar shape of the lower protruding portion 131 of the upper electrode 6 is preferably a symmetrical shape so that the MIM element 1 generates bubbles having a symmetrical shape and the ejection droplet 9 can be ejected favorably. The planar shape of the first hole 201 is preferably a symmetric shape. Further, when the planar shape of the first hole 201 has a corner, a corner is formed in the electric field generating portion, and a local strong electric field is easily generated in this portion. Therefore, the planar shape of the first hole 201 has a corner. It is preferred that it has no shape. Thus, in the present embodiment, the planar shape of the first hole 201 is a rectangle with rounded corners, but a circular shape is also a suitable shape.

【００５２】また、第１のホール２０１の大きさを調整
することによって、電界発生部の広さ、すなわち発熱部
の広さを調整でき、狭い範囲で発熱を生じさせて吐出液
体を効率的に加熱し発泡させるなどすることができる。Further, by adjusting the size of the first hole 201, the size of the electric field generating portion, that is, the size of the heat generating portion can be adjusted, and heat is generated in a narrow range to efficiently discharge liquid. Heating and foaming can be performed.

【００５３】（実施例２）図５〜７に、本発明の実施例
２のインクジェット記録ヘッドの模式図を示す。図５
は、ＭＩＭ素子１付近の部分断面図を示している。図６
は、部分的な平面図を示している。図７は、ＭＩＭ素子
１の部分の模式的回路図を示している。なお図６には、
吐出口形成部材５２ｂについては一部のみを示してい
る。図７には、吐出液滴９を記載して、抵抗発熱体２が
吐出液滴９を吐出させるために発熱を生じる素子である
ことを示している。これらの図において、実施例１と同
様のものについては、同一の符号を付し説明を省略す
る。(Embodiment 2) FIGS. 5 to 7 are schematic views of an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention. FIG.
Shows a partial cross-sectional view near the MIM element 1. FIG.
Shows a partial plan view. FIG. 7 shows a schematic circuit diagram of a portion of the MIM element 1. In FIG. 6,
Only a part of the discharge port forming member 52b is shown. FIG. 7 shows the ejection droplet 9 and shows that the resistance heating element 2 is an element that generates heat to eject the ejection droplet 9. In these drawings, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【００５４】本実施例のインクジェット記録ヘッドは、
実施例１とほぼ同様の構成を有するＭＩＭ素子１に直列
接続された抵抗発熱体２を吐出液体を発泡させる発熱手
段としたものである。The ink jet recording head of this embodiment is
A resistance heating element 2 connected in series to an MIM element 1 having substantially the same configuration as that of the first embodiment is used as a heating means for foaming a discharge liquid.

【００５５】絶縁層２０２ｂには、上電極６ｂに下方突
起部分１３１を生じさせ、下電極５に接触させてＭＩＭ
素子１を形成するための第１のホール２０１の他に、抵
抗発熱体２を配置するための第２のホール２０３が形成
されている。上電極６ｂは、ＭＩＭ素子１を構成する部
分から第２のホール２０３に向かって延び、第２のホー
ル２０３に沿ってその中間部（底部）まで延びている。
第２のホール２０３の内面には、上電極６ｂが形成され
た部分と対向する位置に、第２のホール２０３の底部か
ら側壁に沿って絶縁層２０２ｂ上まで延びる情報側電極
７が形成されている。平面的に見ると、情報側電極７
は、ここから下電極５に平行な方向に延びる部分と、こ
の部分が接続されている、Ｘ_i列の各抵抗発熱体２につ
いて共通の、下電極５に交差する方向に延びる部分とを
さらに有している。On the insulating layer 202b, a lower projection 131 is formed on the upper electrode 6b, and the upper electrode 6b is brought into contact with the lower electrode 5 to form the MIM.
In addition to the first hole 201 for forming the element 1, a second hole 203 for disposing the resistance heating element 2 is formed. The upper electrode 6b extends from a portion configuring the MIM element 1 toward the second hole 203, and extends along the second hole 203 to an intermediate portion (bottom portion).
On the inner surface of the second hole 203, an information-side electrode 7 extending from the bottom of the second hole 203 to the insulating layer 202b along the side wall is formed at a position facing the portion where the upper electrode 6b is formed. I have. When viewed in plan, the information side electrode 7
Further wherein the a portion extending in a direction parallel to the lower electrode 5, this portion is connected, in common for each resistance heating element 2 of the X _i row and a portion extending in a direction crossing the lower electrode 5 Have.

【００５６】第２のホール２０３の底部の中央部には、
上電極６ｂと情報側電極７との間に両者に接続する抵抗
発熱体２が形成されている。基板２３には、各抵抗発熱
体２の近くに吐出液体供給孔５４ｂが開口されている。
基板２３上には、複数の穴と溝を有する吐出口形成部材
５２ｂが配置されており、これによって、抵抗発熱体２
と対向する位置に開口した吐出口５３ｂと、吐出液体供
給孔５４ｂから吐出口５３ｂに連通する流路３１ｂとが
形成されている。At the center of the bottom of the second hole 203,
The resistance heating element 2 connected between the upper electrode 6b and the information-side electrode 7 is formed. A discharge liquid supply hole 54b is opened in the substrate 23 near each resistance heating element 2.
The discharge port forming member 52b having a plurality of holes and grooves is disposed on the substrate 23, and thereby, the resistance heating element 2
A discharge port 53b opened at a position opposite to the above, and a flow path 31b communicating from the discharge liquid supply hole 54b to the discharge port 53b are formed.

【００５７】抵抗発熱体２の上方には、第２のホール２
０３によって、上方から見ると窪み状となっている第２
の窪み部分１３２が形成されている。そこで、この第２
の窪み部分１３２の深さを調整することによって、抵抗
発熱体２と吐出口５３ｂとの距離を調整し、適正な距離
にすることができる。この第２の窪み部分１３２の平面
形状は、抵抗発熱体２によって対称な形状の気泡を生成
し、吐出液滴９を良好に吐出させられるように、対称な
形状であることが好ましく、本実施例では角を丸めた長
方形とした。Above the resistance heating element 2, a second hole 2
03 makes the second shape concave when viewed from above
Is formed. Therefore, this second
By adjusting the depth of the recessed portion 132, the distance between the resistance heating element 2 and the discharge port 53b can be adjusted to an appropriate distance. The planar shape of the second recessed portion 132 is preferably a symmetrical shape so that bubbles having a symmetrical shape are generated by the resistance heating element 2 and the ejection droplets 9 can be favorably ejected. In the example, it was a rectangle with rounded corners.

【００５８】本実施例の、マトリクス状に並んだ抵抗発
熱体２は、情報側電極７と下電極５とに電圧を印加して
選択的に駆動することができる。すなわち、電圧が印加
された情報側電極７と下電極５とに接続された抵抗発熱
体２に、ＭＩＭ素子１を介して電流が流れ、この抵抗発
熱体２が選択的に駆動される。この際、接続された情報
側電極７と下電極５との片方にのみ電圧が印加された抵
抗発熱体２には、この抵抗発熱体２に接続されたＭＩＭ
素子１に小さな電圧しか加わらないためにほとんど電流
が流れず、駆動されない。本実施例では、情報側電極７
に画像情報に対応して電圧を印加し、下電極５を走査側
電極として、これに走査用の電圧を印加して選択駆動を
行うようにした。The resistance heating elements 2 arranged in a matrix in this embodiment can be selectively driven by applying a voltage to the information side electrode 7 and the lower electrode 5. That is, a current flows through the MIM element 1 to the resistance heating element 2 connected to the information-side electrode 7 and the lower electrode 5 to which the voltage is applied, and the resistance heating element 2 is selectively driven. At this time, the MIM connected to the resistance heating element 2 is connected to the resistance heating element 2 to which a voltage is applied to only one of the connected information side electrode 7 and the lower electrode 5.
Since only a small voltage is applied to the element 1, almost no current flows and it is not driven. In this embodiment, the information-side electrode 7
A voltage corresponding to the image information is applied, and the lower electrode 5 is used as a scanning electrode, and a scanning voltage is applied to the lower electrode 5 to perform selective driving.

【００５９】次に本実施例のインクジェット記録ヘッド
の製造方法について説明する。Next, a method of manufacturing the ink jet recording head of this embodiment will be described.

【００６０】基板２３としては、結晶軸＜１１１＞、厚
さ約０．６２５ｍｍのＳｉ基板を用いた。この基板２３
上に下部層２２として、厚さ約２．７５μｍのＳｉ熱酸
化膜を形成した。次に、下部層２２上に、下電極５とし
て、厚さ約３００ｎｍのＴａ薄膜を、約１０^-2Ｔｏｒｒ
（１．３Ｐａ）程度のＡｒガス雰囲気中でＲＦ（高周
波）スパッタ法により形成した。次に、この下電極５
を、約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用いて陽極酸化法によって酸化し、
絶縁性薄膜２４として、厚さ約３２ｎｍのＴａ₂Ｏ₅薄膜
を形成した。次に、絶縁層２０２ｂとして、厚さ約２μ
ｍの感光性のポリイミド層を形成し、これをパターニン
グした後、約３５０℃で１０分間焼成した。次に、上電
極６ｂおよび情報側電極７として、厚さ約２３nmのタン
タル薄膜を、下電極５と同様にＲＦスパッタ法によって
形成した。また、抵抗発熱体２として、厚さ約０．０５
μｍの窒化タンタル薄膜を形成した。このように、下電
極５を陽極酸化して絶縁性薄膜２４を形成し、その上
に、上電極６ｂを交差して形成することで、マトリクス
状に並んだ複数のＭＩＭ素子１を容易に製造できる。As the substrate 23, an Si substrate having a crystal axis <111> and a thickness of about 0.625 mm was used. This substrate 23
As the lower layer 22, a thermal oxide film of Si having a thickness of about 2.75 μm was formed. Next, a Ta thin film having a thickness of about 300 nm is formed on the lower layer 22 as the lower electrode 5 by about 10 ⁻² Torr.
It was formed by an RF (high frequency) sputtering method in an Ar gas atmosphere of about (1.3 Pa). Next, the lower electrode 5
Is oxidized by an anodizing method using a mesh-shaped platinum electrode as a cathode in a citric acid aqueous solution of about 0.8% by weight,
As the insulating thin film 24, a Ta ₂ O ₅ thin film having a thickness of about 32 nm was formed. Next, as the insulating layer 202b, a thickness of about 2 μm
After a photosensitive polyimide layer having a thickness of m was formed and patterned, it was baked at about 350 ° C. for 10 minutes. Next, a tantalum thin film having a thickness of about 23 nm was formed as the upper electrode 6b and the information-side electrode 7 by RF sputtering in the same manner as the lower electrode 5. The resistance heating element 2 has a thickness of about 0.05.
A μm tantalum nitride thin film was formed. As described above, the lower electrode 5 is anodically oxidized to form the insulating thin film 24, and the upper electrode 6b is formed on the insulating thin film 24 so that the plurality of MIM elements 1 arranged in a matrix are easily manufactured. it can.

【００６１】本実施例において、抵抗発熱体２は実質的
に正方形とし、その大きさは２５μｍ２５μｍ、面積約
６２５μｍ²とした。抵抗発熱体２の素子抵抗は５３Ω
であった。ＭＩＭ素子１は実質的に長方形とし、その大
きさは８４．５μｍ２００００μｍ、面積約１６９００
００μｍ²とした。このように、本実施例では、ＭＩＭ
素子１の、不要な温度上昇を小さく抑えられるように、
その面積を大きなものにした。 ＭＩＭ素子１の面積
は、抵抗発熱体２の面積の約２７０４倍である。下電極
５と上電極６ｂとの間に６．７Ｖの電圧を加えたとき
の、 ＭＩＭ素子１の素子抵抗は５３Ωであった。In this embodiment, the resistance heating element 2 is substantially square, the size is 25 μm 25 μm, and the area is about 625 μm ² . The element resistance of the resistance heating element 2 is 53Ω.
Met. The MIM element 1 is substantially rectangular, has a size of 84.5 μm 20,000 μm, and an area of about 16900 μm.
It was set to 00 μm ² . Thus, in the present embodiment, the MIM
In order to suppress unnecessary temperature rise of the element 1,
The area was enlarged. The area of the MIM element 1 is about 2704 times the area of the resistance heating element 2. When a voltage of 6.7 V was applied between the lower electrode 5 and the upper electrode 6b, the element resistance of the MIM element 1 was 53Ω.

【００６２】そこで、本実施例では、下電極５と情報側
電極７との間に約１３．４Ｖの電圧を印加することによ
り、ＭＩＭ素子１と抵抗発熱体２とのそれぞれに約６．
７Vづつの電圧が印加され、約１２６ｍＡの電流を流し
て抵抗発熱体２を発熱させることができる。Therefore, in the present embodiment, a voltage of about 13.4 V is applied between the lower electrode 5 and the information side electrode 7 to apply about 6.3 V to each of the MIM element 1 and the resistance heating element 2.
A voltage of 7 V is applied, and a current of about 126 mA flows, so that the resistance heating element 2 can generate heat.

【００６３】この時、ＭＩＭ素子１と抵抗発熱体２とで
消費される電力は約０．８４７Wであり、この消費電力
が熱に変換される。ＭＩＭ素子１に生じる電界の電力密
度は約０．５ＭＷ／ｍ²、抵抗発熱体部２に生じる電界
の電力密度は約１．３５５ＧＷ／ｍ²である。これによ
り、抵抗発熱体２の部分では、吐出液体を加熱し、発泡
させるのに十分な発熱を生じさせることができる。一
方、ＭＩＭ素子１の部分でも発熱が生じるが、その単位
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
発熱量の約２７０４分の１と小さなものであり、温度上
昇を小さく抑えることができる。At this time, the power consumed by the MIM element 1 and the resistance heating element 2 is about 0.847 W, and this power consumption is converted into heat. The power density of the electric field generated in the MIM element 1 is about 0.5 MW / m ² , and the power density of the electric field generated in the resistance heating element 2 is about 1.355 GW / m ² . Thereby, in the portion of the resistance heating element 2, it is possible to generate heat sufficient to heat the discharged liquid and cause it to foam. On the other hand, although heat is generated also in the MIM element 1, the heat generation per unit area is as small as about 1/2704 of the heat generation per unit area of the resistance heating element 2. Can be.

【００６４】本実施例では、ＭＩＭ素子１を発熱体とし
て用いるのではなく、マトリクス状に並んだ抵抗発熱体
２の選択駆動回路に用いた構成のインクジェット記録ヘ
ッドを示した。このような構成のインクジェット記録ヘ
ッドについても、その構成を、以上説明したように比較
的簡素なものとでき、また、半導体プロセスによらずに
製造できるので、実施例１と同様に、フルマルチヘッド
のような長尺なヘッドであっても、非Ｓｉ基板を用いて
容易に大量生産し、低コストで製造できる利点がある。In this embodiment, an ink jet recording head having a configuration in which the MIM element 1 is not used as a heating element but is used as a selection drive circuit for the resistance heating elements 2 arranged in a matrix is shown. As described above, the configuration of the ink jet recording head having such a configuration can be made relatively simple and can be manufactured without using a semiconductor process. Such a long head has the advantage that it can be easily mass-produced using a non-Si substrate and manufactured at low cost.

【００６５】また、本実施例に用いられているＭＩＭ素
子１についても、下電極５と上電極６との対向部の外周
部で両電極の間隔が広がるように構成することにより、
局所的な強電界、およびそれに伴う局所的な発熱の発生
を抑制して、ＭＩＭ素子１に悪影響が生じることを抑制
できる。Also, the MIM element 1 used in the present embodiment is configured such that the distance between the two electrodes is increased at the outer peripheral portion of the opposing portion between the lower electrode 5 and the upper electrode 6.
By suppressing the occurrence of a local strong electric field and the accompanying local heat generation, it is possible to prevent the MIM element 1 from being adversely affected.

【００６６】（実施例３）図８に、本発明の実施例３の
インクジェット記録ヘッドの模式的断面図を示す。同図
において、実施例１，２と同様のものについては、同一
の符号を付し説明を省略する。(Embodiment 3) FIG. 8 is a schematic sectional view of an ink jet recording head according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the same components as those of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description is omitted.

【００６７】このインクジェット記録ヘッドは、抵抗発
熱体２が絶縁層２０２ｃ上に形成されていることを除い
て実施例２とほぼ同様の構成である。すなわち、絶縁層
２０２ｃには、抵抗発熱体２の形成位置にホールが設け
られておらず、上電極６ｃおよび情報側電極７ｃは、絶
縁層２０２ｃ上に形成されている抵抗発熱体２に接続さ
れている。This ink jet recording head has substantially the same configuration as that of the second embodiment except that the resistance heating element 2 is formed on the insulating layer 202c. That is, the insulating layer 202c has no hole at the position where the resistance heating element 2 is formed, and the upper electrode 6c and the information side electrode 7c are connected to the resistance heating element 2 formed on the insulation layer 202c. ing.

【００６８】本実施例のインクジェット記録ヘッドで
は、抵抗発熱体２が絶縁層２０２ｃに接して配置されて
いるため、抵抗発熱体２を駆動した際に生じる熱の一部
が絶縁層２０２ｃ内に蓄えられる。すなわち、絶縁層２
０２ｃが抵抗発熱体２の蓄熱層として機能し、抵抗発熱
体２付近を効果的に昇温させ、吐出液体を効率的に発泡
させることができる効果がある。本実施例の構成では、
新たに蓄熱層を設ける必要がないので、製造コストを高
くすることはない。In the ink jet recording head of this embodiment, since the resistance heating element 2 is arranged in contact with the insulating layer 202c, a part of the heat generated when the resistance heating element 2 is driven is stored in the insulation layer 202c. Can be That is, the insulating layer 2
02c functions as a heat storage layer of the resistance heating element 2 and has an effect of effectively raising the temperature in the vicinity of the resistance heating element 2 and efficiently foaming the discharged liquid. In the configuration of the present embodiment,
Since there is no need to provide a new heat storage layer, the manufacturing cost is not increased.

【００６９】また、抵抗発熱体２と基板２３との間の間
隔が、絶縁層２０２ｃが介在することで広くなってお
り、抵抗発熱体２で生じる熱の、基板２３への伝達を抑
制し、基板２３の昇温を抑制できる。これによって、Ｍ
ＩＭ素子１で生じる不要な熱を効率的に基板２３に逃が
すようにでき、ＭＩＭ素子１が昇温することによって電
気特性にばらつきが生じたり、 ＭＩＭ素子１の構成部
材に悪影響が生じたりすることを抑制できる。Further, the distance between the resistance heating element 2 and the substrate 23 is increased by the interposition of the insulating layer 202c, thereby suppressing the transfer of heat generated by the resistance heating element 2 to the substrate 23. The temperature rise of the substrate 23 can be suppressed. This gives M
Unnecessary heat generated in the IM element 1 can be efficiently released to the substrate 23, and a rise in the temperature of the MIM element 1 causes variations in electrical characteristics or adverse effects on constituent members of the MIM element 1. Can be suppressed.

【００７０】なお、本実施例では、下部層２２の厚みを
０．８μｍ、絶縁層２０２ｃの厚みを１μｍとした。ま
た、抵抗発熱体２上には、０．８μｍのＳｉＮ薄膜と２
３０ｎｍのＴａ薄膜との積層体の構成の保護層６１１を
設けた。このような保護膜６１１は実施例１，２につい
ても設けることができる。In this embodiment, the thickness of the lower layer 22 is 0.8 μm, and the thickness of the insulating layer 202c is 1 μm. On the resistance heating element 2, a 0.8 μm SiN thin film
A protective layer 611 having a laminated structure with a 30 nm Ta thin film was provided. Such a protective film 611 can be provided also in the first and second embodiments.

【００７１】（実施例４）図９に、本発明の実施例４の
インクジェット記録ヘッドの模式的断面図を示す。同図
において、実施例１〜３と同様のものについては、同一
の符号を付し説明を省略する。(Embodiment 4) FIG. 9 is a schematic sectional view of an ink jet recording head according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, the same components as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【００７２】このインクジェット記録ヘッドでは、基板
２３上に形成された下電極５ｄが抵抗発熱体２まで延び
ている。情報側電極７ｄは、下電極５ｄと対向するよう
に基板２３上に形成されており、抵抗発熱体２は、基板
２３上に、下電極５ｄと情報側電極７ｄとの間に、両者
に接触するように形成されている。下電極５ｄの、抵抗
発熱体２との接続部には、絶縁性薄膜２４が形成されて
いない部分があり、下電極５ｄは、絶縁性薄膜２４を介
さずに抵抗発熱体２に接続されている。情報側電極７ｄ
は、上電極６ｄに交差する方向に延び、この方向に並ん
だ各抵抗発熱体２に接続された共通接続部分となってい
る。本実施例では、マトリクス状に並んだ抵抗発熱体２
は、上電極６ｄを走査側電極として、上電極６ｄと情報
側電極７ｄとに電圧を印加することにより選択的に駆動
される。絶縁層２０２ｄは、これら下電極５ｄと抵抗発
熱体２と情報側電極７ｄとを覆うように形成されてい
る。In this ink jet recording head, the lower electrode 5 d formed on the substrate 23 extends to the resistance heating element 2. The information-side electrode 7d is formed on the substrate 23 so as to face the lower electrode 5d, and the resistance heating element 2 is provided on the substrate 23 between the lower electrode 5d and the information-side electrode 7d. It is formed so that. There is a portion of the lower electrode 5d where the insulating thin film 24 is not formed at a connection portion with the resistance heating element 2, and the lower electrode 5d is connected to the resistance heating element 2 without the insulating thin film 24. I have. Information side electrode 7d
Extend in a direction intersecting the upper electrode 6d, and serve as a common connection portion connected to the resistance heating elements 2 arranged in this direction. In this embodiment, the resistance heating elements 2 are arranged in a matrix.
Are selectively driven by applying a voltage to the upper electrode 6d and the information side electrode 7d using the upper electrode 6d as a scanning side electrode. The insulating layer 202d is formed so as to cover the lower electrode 5d, the resistance heating element 2, and the information-side electrode 7d.

【００７３】本実施例の構成では、絶縁層２０２ｄが抵
抗発熱体２の保護層として機能する。したがって、抵抗
発熱体２の保護層を新たに設ける必要がないので、製造
コストを高くすることなく、保護層を有する構成にでき
る。In the structure of this embodiment, the insulating layer 202d functions as a protective layer for the resistance heating element 2. Therefore, it is not necessary to newly provide a protective layer for the resistance heating element 2, so that the configuration having the protective layer can be achieved without increasing the manufacturing cost.

【００７４】なお、本実施例では、下部層２２の厚みを
１．５μｍとし、絶縁層２０２ｄの厚みを１μｍとし
た。In this embodiment, the thickness of the lower layer 22 is 1.5 μm, and the thickness of the insulating layer 202 d is 1 μm.

【００７５】（その他の実施例）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１１に示す。(Other Embodiments) Next, FIG. 11 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.

【００７６】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各吐出口からインクを吐出し、
紙４０６上に画像を形成する。インクジェット記録ヘッ
ド４０７へのインクはインクタンク４０２から供給され
る。このインクジェット記録装置に設けられている制御
部４０４は、選択電極の１つに選択電位波形を入力し、
情報側電極７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
非線形素子１をオン状態またはオフ状態に制御し、吐出
口５３からの吐出インク滴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発熱手段（非線
形素子１または抵抗発熱体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）上に膜沸騰現象に基づく気泡が発生し、非線形素子
１表面全域に一斉に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インク滴９
が吐出口５３から吐出され、被記録媒体上に画像が形成
される。This ink jet recording apparatus has a paper feed roller 405 whose drive is controlled by a drive circuit 403.
And transports the paper 406 as a recording medium. In addition, the inkjet recording head 407 controlled by the control unit 404 is provided such that each ejection port faces the paper 406 to be conveyed.
Ink is ejected from each ejection port in response to a signal from 04,
An image is formed on paper 406. The ink to the ink jet recording head 407 is supplied from the ink tank 402. The control unit 404 provided in the inkjet recording apparatus inputs a selection potential waveform to one of the selection electrodes,
By inputting a discharge or non-discharge information potential waveform to the information side electrode 7 in accordance with an image signal, the non-linear element 1 is controlled to an on state or an off state in accordance with the image signal, and the ink discharged from the discharge port 53 is controlled. The ejection and non-ejection of the droplet 9 are controlled. The ink on the heating means (non-linear element 1 or resistance heating element 2) to which electric power is supplied is rapidly heated, thereby causing a film boiling phenomenon on the heating means (non-linear element 1 or resistance heating element 2). Bubbles are generated, and are simultaneously generated over the entire surface of the nonlinear element 1 with an extremely high pressure. Due to this pressure, as described above, the ejected ink droplet 9
Is ejected from the ejection port 53 to form an image on the recording medium.

【００７７】[0077]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インクジェット記録ヘッドの発熱体、または発熱体の選
択駆動用回路に用いられる、ＭＩＭ型の電気特性を有す
る非線形素子、特にＭＩＭ素子について、絶縁性薄膜を
挟んで対向して配置された電極の対向部の外周部で、両
電極の間隔が広がるように構成することで、この部分に
発生する局所的な強電界、およびそれに伴う局所的な発
熱の発生を抑制して、ＭＩＭ素子に悪影響が生じること
を抑制できる。As described above, according to the present invention,
Non-linear element having MIM-type electrical characteristics, particularly a MIM element, used for a heating element of an ink jet recording head or a circuit for selectively driving the heating element, and an opposing portion of an electrode arranged opposite to each other with an insulating thin film interposed therebetween. In the outer peripheral portion of the above, the distance between the two electrodes is increased so that the local strong electric field generated in this portion and the accompanying local heat generation are suppressed, and the MIM element is adversely affected. Can be suppressed.

【００７８】また、ＭＩＭ素子を用いることにより、マ
トリクス状に並んで配置された発熱体を選択駆動可能
な、簡素な構成のインクジェット記録ヘッドを容易に構
成でき、また、ＭＩＭ素子は半導体プロセスを用いない
で容易に製造できるので、比較的長尺なインクジェット
記録ヘッドを、安価な非Ｓｉ基板を用いて低コストで製
造できる。Further, by using the MIM element, it is possible to easily configure an ink jet recording head having a simple structure capable of selectively driving the heating elements arranged in a matrix, and the MIM element uses a semiconductor process. Therefore, a relatively long ink jet recording head can be manufactured at a low cost using an inexpensive non-Si substrate.

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

【図１】本発明の実施例１のインクジェット記録ヘッド
の模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention.

【図２】図１のインクジェット記録ヘッドの模式的平面
図である。FIG. 2 is a schematic plan view of the inkjet recording head of FIG.

【図３】図１のインクジェット記録ヘッドの模式的回路
図である。FIG. 3 is a schematic circuit diagram of the ink jet recording head of FIG.

【図４】好ましいＭＩＭ型の電気特性を示すグラフであ
る。FIG. 4 is a graph showing preferable electrical characteristics of the MIM type.

【図５】実施例２のインクジェット記録ヘッドの模式的
断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view of an ink jet recording head according to a second embodiment.

【図６】図５のインクジェット記録ヘッドの模式的平面
図である。FIG. 6 is a schematic plan view of the ink jet recording head of FIG.

【図７】図５のインクジェット記録ヘッドの模式的回路
図である。FIG. 7 is a schematic circuit diagram of the ink jet recording head of FIG.

【図８】実施例３のインクジェット記録ヘッドの模式的
断面図である。FIG. 8 is a schematic sectional view of an ink jet recording head according to a third embodiment.

【図９】実施例４のインクジェット記録ヘッドの模式的
断面図である。FIG. 9 is a schematic sectional view of an ink jet recording head according to a fourth embodiment.

【図１０】実施例１の変形例のインクジェット記録ヘッ
ドの模式的平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view of an ink jet recording head according to a modification of the first embodiment.

【図１１】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. 11 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus of the present invention equipped with the ink jet recording head of the present invention.

【符号の説明】 １ ＭＩＭ素子 ２ 抵抗発熱体 ５，５ｄ 下電極 ６，６ｂ，６ｃ，６ｄ 上電極 ７，７ｃ，７ｄ 情報側電極 ９ 吐出液滴 ２２ 下部層 ２３ 基板 ２４ 絶縁性薄膜 ３１，３１ｂ 流路 ５２，５２ｂ 吐出口形成部材 ５３，５３ｂ 吐出口 ５４，５４ｂ 吐出液体供給孔 １３０ 第１の窪み部分 １３１ 下方突起部分 １３２ 第２の窪み部分 ２０１ 第１のホール ２０２，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ 絶縁層 ２０３ 第２のホール ２０４ 電界緩和構造 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 ６１１ 保護層[Description of Signs] 1 MIM element 2 Resistance heating element 5, 5d Lower electrode 6, 6b, 6c, 6d Upper electrode 7, 7c, 7d Information side electrode 9 Discharge droplet 22 Lower layer 23 Substrate 24 Insulating thin film 31, 31b Flow paths 52, 52b Discharge port forming members 53, 53b Discharge ports 54, 54b Discharge liquid supply holes 130 First dent 131 Lower protruding part 132 Second dent 201 First holes 202, 202b, 202c, 202d Insulation Layer 203 Second hole 204 Electric field relaxation structure 402 Ink tank 403 Drive circuit 404 Control unit 405 Paper feed roller 406 Paper 407 Ink jet recording head 611 Protective layer

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 インクを吐出するために利用される熱エ
ネルギーを発生する発熱手段と、該発熱手段を駆動する
ための、極性に依らず、低い電圧を印加した時の抵抗値
が高い電圧を印加した時の抵抗値に比べて高い値を示す
ＭＩＭ型の電流電圧特性を有する非線形素子とを有する
インクジェット記録ヘッドであって、 前記非線形素子は局所的に強電界が発生することを緩和
する電界緩和構造を有するインクジェット記録ヘッド。1. A heat generating means for generating heat energy used for discharging ink, and a voltage for driving the heat generating means having a high resistance value when a low voltage is applied irrespective of polarity. A non-linear element having a MIM-type current-voltage characteristic exhibiting a higher value than a resistance value when applied, wherein said non-linear element is an electric field for mitigating local generation of a strong electric field. An ink jet recording head having a relaxing structure. 【請求項２】 前記非線形素子は、互いに対向するよう
に配置された電極対を有し、前記電界緩和構造は、前記
電極対の間隔が、電極対の対向部の外周部において増加
している構造である、請求項１に記載のインクジェット
記録ヘッド。2. The non-linear element has a pair of electrodes arranged to face each other, and in the electric field relaxation structure, a distance between the pair of electrodes is increased in an outer peripheral portion of a facing portion of the pair of electrodes. The ink jet recording head according to claim 1, which has a structure. 【請求項３】 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、該発熱手段を駆動する
ための、極性に依らず、低い電圧を印加した時の抵抗値
が高い電圧を印加した時の抵抗値に比べて高い値を示す
ＭＩＭ型の電流電圧特性を有する非線形素子とを有する
インクジェット記録ヘッドであって、 前記非線形素子は、互いに対向するように配置された電
極対を有し、該電極対の間隔は、該電極対の対向部の外
周部において該対向部の他の部分よりも大きいインクジ
ェット記録ヘッド。3. A heat generating means for generating heat energy used for discharging ink, and a voltage for driving the heat generating means having a high resistance value when a low voltage is applied irrespective of the polarity. A non-linear element having a MIM type current-voltage characteristic exhibiting a higher value than a resistance value when applied, wherein the non-linear element has an electrode pair arranged to face each other. In addition, the distance between the electrode pairs is larger at the outer peripheral portion of the opposing portion of the electrode pair than at the other portion of the opposing portion. 【請求項４】 前記電極対は上電極と下電極であり、該
下電極は基板上に配置され、該下電極上には絶縁性薄膜
が配置され、前記上電極は該絶縁性薄膜上に配置されて
おり、 前記非線形素子は、前記上電極と前記下電極と前記絶縁
性薄膜とを有するＭＩＭ素子である、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。4. The electrode pair includes an upper electrode and a lower electrode, wherein the lower electrode is disposed on a substrate, an insulating thin film is disposed on the lower electrode, and the upper electrode is disposed on the insulating thin film. 4. The inkjet recording head according to claim 1, wherein the non-linear element is an MIM element having the upper electrode, the lower electrode, and the insulating thin film. 5. 【請求項５】 前記絶縁性薄膜と前記上電極との間に絶
縁層が形成され、 該絶縁層は、前記上電極と前記下電極との対向部に、該
対向部の中央付近で前記絶縁性薄膜を露出させる、下方
に向かって先細になった第１のホールを有し、 前記上電極は前記第１のホールに嵌合するように下方に
凸になった下方突起部分を有する、請求項４に記載のイ
ンクジェット記録ヘッド。5. An insulating layer is formed between the insulating thin film and the upper electrode, and the insulating layer is provided at a portion where the upper electrode and the lower electrode are opposed to each other at a position near the center of the opposed portion. A first hole that tapers downward to expose the conductive thin film, and the upper electrode has a downwardly projecting portion that projects downward to fit into the first hole. Item 5. An ink jet recording head according to item 4. 【請求項６】 前記発熱手段は前記非線形素子であり、 前記ＭＩＭ素子付近にインクを供給するための流路が形
成され、インクを吐出する吐出口が前記流路を介して前
記ＭＩＭ素子と対向して形成されている、請求項５に記
載のインクジェット記録ヘッド。6. The heat generating means is the non-linear element, a flow path for supplying ink is formed near the MIM element, and a discharge port for discharging ink faces the MIM element via the flow path. The inkjet recording head according to claim 5, wherein the inkjet recording head is formed as follows. 【請求項７】 前記絶縁層は、前記基板の一部を露出す
る第２のホールを有し、 前記上電極は前記第２のホールに沿って前記基板上まで
延びており、前記第２のホール内に、前記基板上に配置
された前記上電極に接続されている抵抗発熱体を前記発
熱手段として有し、 該抵抗発熱体付近にインクを供給する流路が形成され、
インクを吐出する吐出口が前記流路を介して前記抵抗発
熱体と対向して形成されている、請求項５に記載のイン
クジェット記録ヘッド。7. The insulating layer has a second hole exposing a part of the substrate, the upper electrode extends along the second hole to a position above the substrate, and In the hole, a resistive heating element connected to the upper electrode disposed on the substrate is provided as the heating means, and a flow path for supplying ink near the resistive heating element is formed,
6. The ink jet recording head according to claim 5, wherein a discharge port for discharging ink is formed to face the resistance heating element via the flow path. 【請求項８】 前記発熱手段は、前記絶縁層上に配置さ
れ、前記上電極に接続されている抵抗発熱体である、請
求項５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 5, wherein said heating means is a resistive heating element disposed on said insulating layer and connected to said upper electrode. 【請求項９】 前記発熱手段は、前記基板上に配置さ
れ、前記下電極に接続されている抵抗発熱体であり、前
記絶縁層が前記抵抗発熱体上を覆っている、請求項５に
記載のインクジェット記録ヘッド。9. The heating device according to claim 5, wherein the heating means is a resistance heating element disposed on the substrate and connected to the lower electrode, and the insulating layer covers the resistance heating element. Inkjet recording head. 【請求項１０】 前記発熱手段は前記非線形素子であ
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。10. The ink jet recording head according to claim 1, wherein said heat generating means is said nonlinear element. 【請求項１１】 前記発熱手段は前記非線形素子に直列
接続されている抵抗発熱体である、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。11. The ink jet recording head according to claim 1, wherein said heating means is a resistance heating element connected in series to said nonlinear element. 【請求項１２】 前記発熱手段に電圧を印加するための
マトリクス回路を構成するマトリクス電極を有する、請
求項１から１１のいずれか１項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 1, further comprising a matrix electrode forming a matrix circuit for applying a voltage to said heat generating means. 【請求項１３】 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１２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 12, wherein the non-linear element is arranged at an intersection of the matrix electrodes. 【請求項１４】 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１３
のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。14. The ink according to claim 1, wherein the heat energy causes film boiling in the ink to discharge the ink.
The inkjet recording head according to any one of the above. 【請求項１５】 請求項１から１４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
る搬送手段とを有するインクジェット記録装置であっ
て、 前記インクジェット記録ヘッドは、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インクを吐出す
る吐出口を有するインクジェット記録装置。15. An ink jet recording apparatus comprising: the ink jet recording head according to claim 1; and conveying means for conveying a recording medium, wherein the ink jet recording head is a heat generating means. And an ink jet recording apparatus having an ejection port for ejecting ink on a recording surface of a recording medium. 【請求項１６】 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、該発熱手段を駆動す
るための、極性に依らず、低い電圧を印加した時の抵抗
値が高い電圧を印加した時の抵抗値に比べて高い値を示
すＭＩＭ型の電流電圧特性を有する非線形素子とを有す
るインクジェット記録ヘッドであって、 前記非線形素子は、絶縁性薄膜と該絶縁性薄膜を介して
互いに対向する電極対を有し、該電極対のうちの少なく
ともインクに接触する部分が化学的に安定な導体からな
ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。16. A heat generating means for generating thermal energy used for discharging ink, and a voltage for driving the heat generating means having a high resistance value when a low voltage is applied irrespective of polarity. An inkjet recording head having a non-linear element having a MIM type current-voltage characteristic exhibiting a higher value than a resistance value when applied, wherein the non-linear elements are mutually separated via an insulating thin film and the insulating thin film. An ink-jet recording head, comprising a pair of electrodes facing each other, wherein at least a portion of the pair of electrodes that makes contact with the ink is made of a chemically stable conductor. 【請求項１７】 前記発熱手段は前記非線形素子であ
る、請求項１６に記載のインクジェット記録ヘッド。17. The ink jet recording head according to claim 16, wherein said heat generating means is said nonlinear element. 【請求項１８】 前記導体は、白金、金及びこれらの合
金の少なくとも１つである、請求項１６または１７に記
載のインクジェット記録ヘッド。18. The ink jet recording head according to claim 16, wherein the conductor is at least one of platinum, gold, and an alloy thereof.