(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱手段によって液体を発泡させ液体を吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記発熱手段が、１対の電極と、所定の温度以上で抵抗値が急激に上昇する正の抵抗温度係数を有する抵抗層と、所定の電圧以上で電流を流す絶縁層と、コンタクトホールが形成された部材とを有し、前記コンタクトホールを介して前記１対の電極で、前記抵抗層と前記絶縁層が挟持されてなる積層体を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記絶縁層の厚みが４ｎｍ以上、４０ｎｍ以下である、請求項１に記載インクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記絶縁層が、電圧印加時に所定の電圧以下では電流を流さず、かつ、所定の電圧以上で電流を流し、前記抵抗層が、前記液体の発泡後に電流を遮断する、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【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ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非線形電流電圧素子技術に関して、ある温度（キュリー温度）で抵抗値が桁違いに上昇する非線形特性ＰＴＣサーミスタが古くから提案され様々な製品に応用されている。例えば、特開平５―４７４５７号公報では正温度係数（ＰＴＣ）特性を有する有機面状発熱体が提案されている。また、特開平５―２５８８４０号公報には複数のＰＴＣ素子を並列接続したＰＴＣ発熱装置が提案されている。また、特開平４―９７９２７号公報ではＰＴＣサーミスタ発熱体を用いて、インクの温度を所要の温度範囲に保つインク噴射装置が開示されている。
【０００３】
また、非線形電流電圧素子技術に関して、ある電圧以下では、ほとんど電流が流れず、ある電圧以上では電流が流れる電流電圧特性（いわゆる、ＭＩＭ型電流電圧特性）を持ったＭＩＭ素子のバブルジェット記録ヘッドへの応用が、例えば、特開２００１-７１４９９号公報、特開２００２-０４６２７４号公報、特開２００２-０４６２７５号公報、特開２００２-０６７３２５号公報、特開２００２-０６７３２６号公報で提案されている。
【０００４】
図７は、ＭＩＭ型電気特性の概念図である。ここで、極性が定まらない非選択電圧によっても非線形素子が発熱しないように、非線形素子の電流電圧特性は、正電圧側、負電圧側とも、小さい絶対値の電圧の印加では、充分に小さな電流しか流れない電流電圧特性であることが望ましい。そこで、特に、非線形素子の電流電圧特性は、図７に示すように、所望の発泡を発生させるために電圧を印加した時に流れる電流に相当する絶対値Ｉ0の電流を与える印加電圧＋Ｖ1と、−Ｖ2との絶対値の比（Ｖ1／Ｖ2）が０．５〜２の値であり、かつ、＋Ｖ1／２、−Ｖ2／２の電圧を印加した時に流れる電流の絶対値がＩ0／１０以下であることが望ましい。
【０００５】
一方、インクジェット記録ヘッド技術に関して、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、液体を吐出する微細な吐出孔と、吐出孔へと液体を導く流路と、流路の一部に設けられた発熱手段を備えている。バブルジェット記録方式とは、発熱手段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を発泡させて気泡を発生させ、発泡時に生じる高い圧力を利用して、液体を微細な吐出孔より押し出し、押し出した液体を記録紙などに付着させる記録方式である。
【０００６】
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配置された吐出孔から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手段を形成することが基本的に重要となる。そこで、バブルジェット記録方式では、構造の単純性を活かし、フォトリソグラフィ工程技術を駆使して、吐出孔、流路、発熱体が高密度に配置された記録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号公報参照）。また、微小な液滴を吐出できるように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を用いることが提案されている（特開昭６２−２０１２５４号公報参照）。
【０００７】
発熱手段としては、通常、厚さ０．０５μｍ程度の窒化タンタル薄膜からなる抵抗発熱体が用いられ、これに通電した時のジュール熱で液体を発泡させる。このような抵抗発熱体上には、抵抗発熱体の表面がキャビテーションによって損傷するのを防止するために、通常、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。
【０００８】
上述のようなバブルジェット記録方式の記録ヘッドにおいて、インク発泡用の抵抗発熱体は、通常、それ自身の仕上がり抵抗や接続される配線の抵抗にある程度のばらつきが生じる。このため、一定の条件で電圧を印加しても、抵抗による電圧降下にばらつきが生じることにより、抵抗発熱体によって構成されるヒータの発熱量にばらつきが生じる。そこで、このような発熱量のばらつきによって画像品位に影響が生じるのを回避するなどの理由により、複数のヒータからなるヒータアレイを駆動するための駆動電圧は、通常、個々の抵抗発熱体の、液体に面する面全体で安定して発泡を生じさせるのに必要な電圧値よりも高い電圧値、特に、必要電圧値の１．２倍程度の電圧値に設定されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように駆動電圧を高めに設定した場合、平均的なヒータでは、全面発泡に必要な電圧より過剰な電圧が印加されるため、原理的に発泡後に不必要な加熱が継続して行われる問題があった。
【００１０】
具体的には、例えば、１μｓのパルスでヒータを駆動する場合、典型的には、６μｓ程度で発泡し、発泡後もヒータによる不必要な加熱（過剰な加熱）継続し、３００℃程度の発泡温度に対してヒータ表面は、典型的には、６００〜７００℃程度の高温に達し、条件によっては、さらに高温となるおそれ発生する問題があった。
【００１１】
この問題をさらに詳しく述べると、上述したような過剰加熱の原理的な継続によって、以下のような問題が発生するおそれがあった。
▲１▼発泡後も無駄なエネルギーを供給するため、エネルギーの有効利用の点で好ましくないこと。
▲２▼ヒータ温度の過度な高温化の原理的な原因となるため、ヒータ材料の耐熱性を必要以上に高く設計する必要があること。また、場合によっては、熱的破壊の原因となること。及び、急激な温度変化を繰り返し与えることによって、耐久性能の悪化の原因となるおそれがあった。
【００１２】
それゆえ、発泡後の過剰な発熱を抑制できるバブルジェット用ヒータが実現すれば、省エネ、耐久性向上、熱的破壊防止の観点から好ましいバブルジェット用ヘッドを提供できる可能性がある。
【００１３】
一方、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、単一の工程で作製でき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約３０５ｍｍという長さが必要で、通常のシリコンウェハ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。
【００１４】
それゆえ、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素子を用いてバブル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。
【００１５】
また、バブルジェット用の記録ヘッドにおいては、ヒータ部の抵抗発熱体ではおよそ０．１ＧＷ／ｍ2以上の電力密度をＭＩＭ素子に直列接続した抵抗素子やＭＩＭ素子自体に供給する必要があり、大電流によって、ＭＩＭ素子自体の破壊を招くおそれがあった。このようなＭＩＭ素子自体による電力損失は、液晶ディスプレイなど従来のＭＩＭ素子応用製品のＭＩＭ素子では、桁違いに小さく、これまで問題となるものではなかった。すなわち、大電力を扱うバブルジェット用ＭＩＭ素子特有の問題と考えられる。
【００１６】
特に、従来のＭＩＭ素子では、電極間の距離にばらつきがある場合、電流が電極間隔の狭い部分に集中し、均一な発熱が困難になる恐れがあった。
【００１７】
図８に、ＭＩＭ素子による、電極間隔等に面内ばらつきがある場合についての温度分布の時間変化の一例を示す。ＭＩＭ素子において、電極間隔等に面内ばらつきがある場合には、まず、電流が電極間隔の狭い部分に集中するため不均一な初期温度分布を生じる。続いて、高温部の抵抗値が、トンネル電流の抵抗値のＮＴＣ（正の温度係数）特性に起因して低下するため、高温部がさらに高温状態となって破壊に到るおそれがあった。なお、ＭＩＭ素子での、絶縁体中の電気伝導機構としては、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。
【００１８】
また、ＭＩＭ素子では、トンネル電流に由来するＭＩＭ素子の抵抗値のＮＴＣ（負の温度係数）特性のために、前述のような電流の集中があった場合に、電流集中部の抵抗がさらに低下することでさらに温度が上昇し、素子自体が破壊するおそれがあった。
【００２０】
そこで本発明は、省エネでかつ耐久性が高く、安価な長尺ヘッドを提供できるインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のインクジェット記録ヘッドは、発熱手段によって液体を発泡させ液体を吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記発熱手段が、１対の電極と、所定の温度以上で抵抗値が急激に上昇する正の抵抗温度係数を有する抵抗層と、所定の電圧以上で電流を流す絶縁層と、コンタクトホールが形成された部材とを有し、前記コンタクトホールを介して前記１対の電極で、前記抵抗層と前記絶縁層が挟持されてなる積層体を有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の本発明のインクジェット記録ヘッドは、絶縁層の厚みが４ｎｍ以上、４０ｎｍ以下であってもよい。
【００２４】
さらに、本発明の本発明のインクジェット記録ヘッドは、絶縁層が、電圧印加時に所定の電圧以下では電流を流さず、かつ、所定の電圧以上で電流を流し、抵抗層が、液体の発泡後に電流を遮断するものであってもよい。
【００２９】
上述した本発明のインクジェット記録ヘッドは、１対の電極と、所定の温度以上で抵抗値が急激に上昇する正の抵抗温度係数を有する抵抗層と、所定の電圧以上の電圧で電流を流す絶縁層を有し、１対の電極で、正の抵抗温度係数を有する抵抗層と絶縁層を挟持してなる積層体を発熱手段としている。つまり、本発明のインクジェット記録ヘッドの発熱手段は、実質的にＭＩＭ素子とＰＴＣサーミスタの直列な回路となり、電圧印加時に所定の電圧以下では電流が流れず、所定の電圧以上で電流が流れ、かつ、液体の発泡後に電流を自動的に遮断することができるものである。図９に、本発明のインクジェット記録ヘッドの発熱手段を、ＭＩＭ素子１０１とＰＴＣサーミスタ１００との等価回路として示した回路図を示す。
【００３０】
また、図１０に示すマトリクス回路図のように、ＭＩＭ素子１０１とＰＴＣサーミスタ１００との直列な回路、すなわち、発熱手段を、Ｘ１、Ｘ２・・・の列方向配線と、Ｙ１、Ｙ２・・・の行方向配線とからなるマトリクス配線の各交点に配置することで、１対の電極間にある電圧以上の電圧を印加すると電流が流れて発熱し、発熱手段は液体を加熱し発泡させ、発泡後は、電圧が印加された状態であっても、ＰＴＣサーミスタにより電流を自動的に遮断し、また、１対の電極間にある電圧以下の電圧が印加された場合には、電流は流れず発熱を生じない、バブルジェット方式によるインクジェット記録ヘッドの、マトリクス駆動が可能なマトリクス回路を構成することができる。すなわち、本発明のインクジェット記録ヘッドは、発泡後は、電圧が印加された状態であっても電流が自動的に遮断されるため、過剰な発熱が防止され、余分なエネルギーの消費が抑制されると同時に、発熱手段の損傷が防止され、発熱手段の耐久性が向上したものとなっている。
【００３１】
また、ＭＩＭ型の電流電圧特性を示す非線形素子を、上述したように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、ヒータのマトリクス駆動を可能となる。また、マトリクス駆動により、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とできる効果がある。
【００３２】
また、非線形電気素子は、所定の温度よりも昇温したときに抵抗値が急激に上昇する正の抵抗温度係数を有する抵抗発熱体と、発熱抵抗体を被覆する電気的な絶縁層を有することで、ＭＩＭ素子としての特性を保持しながら、電流集中が発生して素子温度が局部的に上昇しても、抵抗層の比抵抗が急激に上昇することで電流集中部への電流を抑制できるため、ＭＩＭ型電流電圧特性の特徴であるオン状態での桁違いに大きな大電流を安定に扱うことができる。
【００３３】
また、絶縁層の厚みが４ｎｍ以上、４０ｎｍ以下であることによって、バブルジェット方式の液体吐出ユニットのマトリクス駆動に好ましいＭＩＭ型電気特性を与えることができる。
【００３４】
ＭＩＭ素子での、絶縁体中の電気伝導機構としては、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。
【００３５】
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。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、電極間隔を１００ｎｍ以下とすることが望ましい。さらに、バブルジェット記録ヘッドの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、電極間隔を４０ｎｍ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の金属表面のイオンが電界放射を起こす恐れがあるため、電極間隔を１ｎｍ以上とすることが望ましい。さらに、安定なトンネル伝導が生じるトンネル接合を得るためには電極間隔を４ｎｍ以上とすることが望ましい。すなわち、特に、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素子を非線形素子として用いることが好ましい。
【００３６】
また、前記正の抵抗温度係数を有する抵抗層の抵抗値が急激に上昇する温度が前記液体の発泡温度付近であることにより、発泡後に速やかに自動的に電流が遮断される。また、このような温度は、一般的なインクの発泡温度とインクと接する発熱体の表面温度が通常は発熱体内部の温度よりも低くなる傾向があることを考慮すると、２５０℃以上４９０℃以下であることが好ましい。
【００３７】
このように、本発明により、省エネで、かつ耐久性が高く、安価な長尺のインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１、２は、第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの模式図であり、図１は断面図、図２は平面図である。図１、２は、１つの発泡用ヒータ部分を示しており、インクジェット記録ヘッド全体は、図１、２に示す発泡用ヒータ部を複数配置した構成であってよい。
【００３９】
このインクジェット記録ヘッドは、インク供給口８が貫通孔として開口された基板６を有している。基板６の上面には蓄熱層４が形成されており、さらにその上に、金属電極２、３となる２つの金属層と、その間に配置されたＰＴＣサーミスタ層１および電気的バリア層１０４が積層されている。図２に示す例では、２つの金属電極２、３は互いに交差するストライプ状の平面形状を有しており、ＰＴＣサーミスタ層１および電気的な絶縁薄膜である電気的バリア層１０４が２つの金属電極２、３が交差する位置に配置されている。すなわち、基板６上に金属電極３、ＰＴＣサーミスタ層１、電気的バリア層１０４、金属電極２の順で積層された発泡用ヒータが形成されている。
【００４０】
さらに、基板６上には、流路９と吐出孔５を形成するノズル形成部材７が配置されている。吐出孔５は、発泡用ヒータに対向する位置に開口している。また、図１、２には詳細には図示していないが、インク流路９は、供給口８から発泡用ヒータ上へと通じており、複数の発泡用ヒータ上へそれぞれ通じる複数のインク流路９が形成されている。
【００４１】
このインクジェット記録ヘッドでは、２つの金属電極２、３間に駆動用電圧印加源１０によって電圧を印加することによって、ＰＴＣサーミスタ層１、金属電極２、３および電気的バリア層１０４からなる非線形電流電圧素子に電流が流れ、ジュール熱が発生する。このジュール熱によって、流路９内に充填された液体（インク）が発泡して気泡１１を生じ、発泡時の圧力によって吐出孔５から吐出液滴１２が吐出される。
【００４２】
駆動用電圧印加源１０は、通常、インクジェット記録装置本体に設けられ、電圧は、複数の発泡用ヒータに所定のタイミングで選択的に印加される。図１、２では、これらの構成については図示を省略し、模式的に駆動用電圧印加源１０のみを示している。また、インク供給口８は不図示のインク供給源に接続されており、吐出液滴１２が吐出された後、消泡に伴って、液体がインク供給源からインク供給口８を介して流路９内に導入され充填される。
【００４３】
本実施形態において、基板１としては、例えば、結晶軸＜１１１＞、厚さ０．６２５ｍｍのＳｉ基板を用いることができ、この場合、Ｓｉの異方性エッチングによりインク供給口８を形成することができる。また、電極２、３としては、例えば、厚さ０．２μｍの白金薄膜を用いることができる。蓄熱層４は、厚さ２．７５μｍのＳｉ熱酸化膜を用いることができる。また、ノズル形成材７は、例えば樹脂から形成することができ、インク供給口８は、Ｓｉの異方性エッチングにより形成することができる。
【００４４】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、ＰＴＣサーミスタ層１としてＰＴＣサーミスタ発熱体を用いている。ＰＴＣサーミスタ発熱体は、その温度が所定の温度（キュリー点）よりも高くなったときに抵抗値が急減に上昇する正の抵抗温度係数を有する抵抗発熱体である。
【００４５】
図３は、本実施形態におけるＰＴＣサーミスタ層１として好適に用いることができるＰＴＣサーミスタ発熱体の抵抗値（Ｒ）−温度特性を模式的に示すグラフである。同図において、Ｔｂは発泡温度を示している。すなわち、この例では、液体としては、約３００℃で発泡するインクを用いている。一方、ＴｃはＰＴＣサーミスタ発熱体のキュリー点を示している。ＰＴＣサーミスタ層１として用いるＰＴＣサーミスタ発熱体のキュリー点は、発泡温度Ｔｂよりも少し高い温度であることが好ましく、図３に示す例では、約３５０℃である。このように、キュリー点は液体の発泡温度に応じて適宜設定してよいが、インクジェット記録ヘッドの発泡用ヒータとして用いるＰＴＣサーミスタのキュリー点は、一般的なインクの発泡温度を鑑みて、２５０〜４９０℃とするのが好ましい。
【００４６】
このようなＰＴＣサーミスタ層１は、例えば、チタン酸バリウムに鉛をドープした（Ｂａ0.5Ｐｂ0.5）ＴｉＯ3の厚さ０．４μｍの薄膜によって構成することができる。この場合、このＰＴＣサーミスタ発熱体の室温での比抵抗は約１０Ω・ｃｍ、キュリー点は約３５０℃であり、４００℃での比抵抗は約１０００Ω・ｃｍである。このＰＴＣサーミスタをＰＴＣサーミスタ層１として用いて発泡用ヒータを構成し、ヒータとしての有効サイズを２０μｍ×２０μｍとした場合、この発泡用ヒータの常温での素子抵抗は約１００Ωであり、４００℃での素子抵抗は約１０ｋΩである。この発泡用ヒータに、例えば、パルス幅約１．０μｓ、パルス高約１０Ｖの電圧を印加すると、キュリー点より低温の状態では０．０５Ａの電流が流れ、それによって生じるジュール熱によって液体を加熱発泡させ約１５ｍ／ｓの速度で吐出液滴１２を吐出させることができる。
【００４７】
また、電気的バリア層であるところの絶縁薄膜層としては、例えば、ＳｉＮ薄膜、ＳｉＯ2薄膜、金属陽極酸化膜等を使用し、膜厚は１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下とするのが好適であるが、４ｎｍ以上、４０ｎｍ以下がより好適である。
【００４８】
次に、このインクジェット記録ヘッドによる液体発泡工程について、図４を参照して説明する。図４は、上から順に、ＰＴＣサーミスタ層１の抵抗値Ｒ、消費電力、発泡用ヒータの表面温度の、同一期間での時間変化を示す３つのグラフを示している。図４の消費電力、ヒータ表面温度のグラフにおいて、破線は、使用温度範囲内で温度が変化しても抵抗値があまり変化しない一般的な抵抗発熱体を用いた場合の変化を示している。
【００４９】
従来技術として前述したように、インクジェット記録ヘッドにおいては、発泡用ヒータを構成する抵抗発熱体の仕上がり抵抗や配線抵抗に多少のばらつきがあったとしても、確実に十分に液体を発泡させて安定して液体を吐出させるために、ヒータの駆動電圧は、通常、抵抗のばらつきによる影響があまり大きくない、平均的なヒータによって全面発泡を生じさせることができる電圧よりも高い電圧に設定されている。本実施形態においても、これは同様であり、具体的には、全面発泡を生じさせるのに必要な電圧の約１．２倍の電圧を駆動電圧としている。そして、図４に示すグラフは、抵抗のばらつきによる影響があまり大きくない、平均的な抵抗発熱体における変化を示している。
【００５０】
電圧パルスの印加を開始すると、ヒータ表面温度は、最初、液体の発泡温度へと上昇し、液体は発泡し始める。この際、ヒータの熱エネルギが液体の相変化のために消費されるので、発泡が完了するまで、すなわち全面発泡するまで、ヒータの表面温度は一定の発泡温度のまま推移する。上述のように高めの電圧を所定の印加パルス幅で印加した場合、ヒータ表面の液体は、電圧パルスの印加を開始してから、ある程度の時間が経過した時点で、電圧パルスの印加が終了する前に全面発泡する。本実施形態では、全面発泡を生じさせるのに必要な電圧の約１．２倍の電圧を駆動電圧としており、すなわち４０％程度多めのエネルギーを投入しているので、所定の印加パルス幅、例えば１μｓに対して、その６０％程度、すなわち０．６μｓ程度で液体は全面発泡する。
【００５１】
全面発泡後、温度が変化しても抵抗値があまり変化しない一般的な抵抗発熱体を用いた場合には、ヒータ表面温度は、破線で示すように発泡温度からさらに上昇する。具体的には、例えば、３００℃程度の発泡温度に対してヒータ表面温度は、典型的には、６００〜７００℃程度の高温に達する。この際、このような不必要な加熱（過剰な加熱）にエネルギーが消費される。すなわち、上述のように、１．２倍程度高めの電圧を駆動電圧とした場合、原理的に４０％程度のエネルギーが無駄に消費される。
【００５２】
一方、本実施形態の構成では、ＰＴＣサーミスタ層１として、発泡温度よりも少し高い温度をキュリー点とするＰＴＣサーミスタ発熱体を用いている。この場合、発泡完了後、ＰＴＣサーミスタ層１の温度がさらに上昇すると、ＰＴＣサーミスタ層１の抵抗Ｒは、常温における抵抗Ｒ１に比べて通常１０倍以上大きい抵抗Ｒ２へと、急激に大きくなり、ＰＴＣサーミスタ層１にはほとんど電流が流れなくなる。このため、本実施形態によれば、ヒータ表面温度は、発泡が完了してもほとんど上昇しない。具体的には、本実施形態の例では、ヒータ表面温度が、３５０℃程度のキュリー点に近づくにつれて、発泡用ヒータの素子抵抗は、常温における抵抗１００Ωから４００℃における約１０ｋΩへと急激に高くなる。これによって、一般的な抵抗発熱体を用いた場合、ヒータ表面温度が６００〜７００℃程度の高温に達するのに対して、本実施形態によれば、ヒータ表面温度を発泡温度とほぼ同じ約３００℃程度と、劇的に低い温度に抑えることができる。
【００５３】
また、発泡完了後は、電流がほとんど流れなくなるので、電圧が引き続き印加されたとしても電力はほとんど消費されない。すなわち、図４の消費電力のグラフにおいて斜線で示す分の電力、本実施形態の例では約４０％の電力を節約することができる。
【００５４】
また、図５は、ＰＴＣサーミスタ層１と電気的バリア層１０４を１対の電極２、３間に挟持した非線形電流電圧素子に電圧を印加することにより大電流を流す場合について、素子の面内温度分布が時間とともにどのように変化するかを示す概念図である。
【００５５】
図示したように本実施形態の非線形電流電圧素子では、例えば段差等の影響で電流の集中が発生して、温度の高い部分と低い部分が混在するような面内初期温度分布が発生しても、ある温度で急激に抵抗値が上昇するＰＴＣサーミスタ層１の作用により、温度の高い部分の電流値と発熱が抑制され、面内の温度分布が均一化し、やがて、温度略一定で全面均一発熱にできる効果がある。特に、インク滴の発泡温度付近で抵抗値が急激に上昇する正の温度係数を有するＰＴＣサーミスタを用いることにより、バブルジェットインクの発泡温度付近の温度で全面が均一に発熱できる発熱体を提供できる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、発泡用ヒータが、実質的に、電極２、３および電気的バリア層１０４からなるＭＩＭ素子と、ＰＴＣサーミスタ層１との直列な回路（図９参照）となり、電圧印加時に所定の電圧以下では電流が流れず、所定の電圧以上で電流が流れ、かつ、液体の発泡後に電流を自動的に遮断することができるものであり、発泡用ヒータの発泡後の不必要な発熱を抑制できる。それによって発泡用ヒータが必要以上に高温になるのを防止でき、ヒータの耐久性を高めることができる。また、発泡後はＰＴＣサーミスタ層１で実質的に電力が消費されないようにでき、省エネ化を図ることができる。
【００５７】
なお、本実施形態におけるＰＴＣサーミスタ層１の構成は、例示したものに限られることはない。すなわち、一般に、温度が所定の温度よりも高くなった時に抵抗値が急激に上昇する正の抵抗温度係数を有するＰＴＣサーミスタを用いることによって、本実施形態の上述のような効果を得ることができる。
（第２の実施形態）
図６に、本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの模式的断面図を示す。図６は、１つの発泡用ヒータ部分を示しており、インクジェット記録ヘッド全体は、図５に示す発泡用ヒータ部を複数配置した構成にすることができる。同図において、第１の実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、下側の電極３ｂは、蓄熱層４との間に密着層５１を介して積層されている。下側の電極３ｂと、その上に積層されたＰＴＣサーミスタ層１との上には、絶縁体５２の層が形成されている。この絶縁体５２の層には、ＰＴＣサーミスタ層１の上面を部分的に露出させるコンタクトホール５３が形成され、このコンタクトホール５２以外の領域でＰＣＴサーミスタ層１を被覆している。そして、この絶縁体５２上に電気的バリア層１０４ｂが積層されており、この上に上側の電極２ｂがさらに積層されている。すなわち、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、電極２ｂ、３ｂが、電気的バリア層１０４ｂとＰＴＣサーミスタ層１とをコンタクトホール５２を介して挟持した構成となっている。
【００５９】
絶縁体５２の層は、例えば、厚さ１μｍのＳｉＮ薄膜であり、電極２ｂ、３ｂは厚さ０．２μｍの白金電極であり、密着層５１は厚さ０．０５μｍのＴｉ密着層である。また、ＰＴＣサーミスタ層１は、第１の実施形態と同様の構成にすることができ、それによって、第１の実施形態におけるのと同様に、ヒータ温度が過剰に高温になるのを防止でき、消費電力を低減できる。
【００６０】
本実施形態では、ＰＴＣサーミスタ層１は、絶縁体５２によって覆われ、また絶縁体５２のコンタクトホールから露出した部分は電極２ｂによって覆われており、液体とは接触していない。そして、電極２ｂは化学的に安定な材料、上述の例では白金から構成されており、発泡用ヒータが化学的に損傷するのを防止することができ、発泡用ヒータの耐久性を高めることができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドも、第１の実施形態と同様に、電極２ｂ、３ｂおよび電気的バリア層１０４ｂからなるＭＩＭ素子と、ＰＴＣサーミスタ層１との直列な回路（図９参照）となり、電圧印加時に所定の電圧以下では電流が流れず、所定の電圧以上で電流が流れ、かつ、液体の発泡後に電流を自動的に遮断することができるものであり、発泡用ヒータの発泡後の不必要な発熱を抑制できる。それによって発泡用ヒータが必要以上に高温になるのを防止でき、ヒータの耐久性を高めることができる。また、発泡後はＰＴＣサーミスタ層１で実質的に電力が消費されないようにでき、省エネ化を図ることができる。
る。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、省エネでかつ耐久性が高く、安価な長尺ヘッドを提供できるインクジェット記録ヘッドを提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの模式的断面図である。
【図２】図１のインクジェット記録ヘッドのヒータ部の平面図である。
【図３】図１のインクジェット記録ヘッドに用いられる抵抗発熱体における、抵抗値の温度依存性を示すグラフである。
【図４】図１のインクジェット記録ヘッドを用いた液体発泡工程における、抵抗発熱体の抵抗、消費電力、ヒータ表面温度の時間変化を示すグラフである。
【図５】  非線形電流電圧素子における面内温度分布の変化を示す概念図である。
【図６】本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの模式的断面図である。
【図７】ＭＩＭ型電気特性の概念図である。
【図８】ＭＩＭ素子における面内温度分布の変化を示す概念図である。
【図９】本発明のインクジェット記録ヘッドの発熱手段を、ＭＩＭとＰＴＣとの等価回路として示した回路図である。
【図１０】ＭＩＭ素子とＰＴＣサーミスタとの直列な回路をマトリクス回路の交点に配置したマトリクス回路図である。
【符号の説明】
１    ＰＴＣサーミスタ層
２、２ｂ、３、３ｂ    電極
４    蓄熱層
５    吐出孔
６    基板
７    ノズル形成部材
８    インク供給口
９    流路
１０    駆動用電圧印加源
１１    気泡
１２    吐出液滴
５１    密着層
５２    絶縁体
５３    コンタクトホール
１０４、１０４ｂ    電気的バリア層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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