JP2818003B2 - Ink jet recording head and ink jet recording apparatus provided with the recording head - Google Patents
Ink jet recording head and ink jet recording apparatus provided with the recording headInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は熱エネルギーを利用して液体を噴射して記録
を行なうためのインクジェット記録ヘッド及び該インク
ジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置に
関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head for performing recording by ejecting a liquid using thermal energy, and an ink jet recording apparatus having the ink jet recording head.
[従来の技術] 熱エネルギーを利用して液体を噴射(吐出)して記録
を行なうインクジェット記録方法は、高解像、高速印字
が可能で記録品位も高く、低騒音であり、しかもカラー
画像記録が容易に行なえ、普通紙等にも記録ができ、更
に記録ヘッドや装置全体の小型化が容易であるといった
優れた特徴を有している。[Related Art] An ink jet recording method in which a liquid is ejected (discharged) by using thermal energy to perform recording is capable of high resolution, high speed printing, high recording quality, low noise, and color image recording. This makes it easy to print on plain paper and the like, and it is easy to reduce the size of the recording head and the entire apparatus.
中でもバブルジェット記録は、インクと接触している
発熱体を急速に加熱することによって生ずる膜沸騰現象
を利用している。従って、バブルジェットプリンタ用の
発熱体表面の性質は、プリンタの性能に対して大きな影
響を与えるので、従来から様々な工夫がなされてきた。
特開昭56−10471号においては、発熱体表面を粗(JIS粗
さ0.05S〜2S)にすることによって表面上の凹凸に気泡
核を形成し、より低温で沸騰を起こさせることにより、
低エネルギ消費量で記録を行うことのできる構成が開示
されている。特開昭56−19771号においては、表面を粗
(JIS粗さ0.05S〜2S)にした発熱体を用いて、良好な記
録を行うためのエネルギレベルの設定方法が開示されて
いる。特開昭62−201254号においては、発熱体表面を粗
とするとともに発熱体の発熱量が端部より中央部が大と
することによって、階調制御可能な構成が開示されてい
る。Above all, bubble jet recording utilizes a film boiling phenomenon caused by rapidly heating a heating element in contact with ink. Therefore, the properties of the surface of the heating element for a bubble jet printer have a great effect on the performance of the printer, and various contrivances have conventionally been made.
In JP-A-56-10471, the heating element surface is made rough (JIS roughness 0.05S to 2S) to form bubble nuclei on the irregularities on the surface, and by causing boiling at a lower temperature,
An arrangement capable of performing recording with low energy consumption is disclosed. JP-A-56-19771 discloses a method of setting an energy level for performing good recording using a heating element having a rough surface (JIS roughness 0.05S to 2S). Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-201254 discloses a configuration in which gradation can be controlled by roughening the surface of a heating element and increasing the heating value of the heating element in a central portion from an end portion.
また、発熱抵抗体の表面状態は、発熱体が形成される
基板の表面状態によって左右されるので、基板に対して
も工夫がなされてきた。特開昭56−10470号において
は、基板の表面を粗(JIS粗さ0.1S〜5S)にすることに
よって、発熱体の表面に凹凸を生じさせ、特開生56−10
471号と同様の効果を実現する構成が開示されている。
一方、発熱体の耐久性の視点からは、発熱体表面の保護
層の被覆性が重要であるから、むしろ平滑な基板の方が
好ましい。特開昭60−203452号および特開昭60−20665
号においては、発熱体が設けられる基板の表面を平滑
(JIS中心線平均粗さRa0.1μm)にすることによって
その上に形成される発熱体の表面を保護する層の被覆性
を向上させる構成が開示されている。Further, the surface state of the heating resistor depends on the surface state of the substrate on which the heating element is formed, and thus the substrate has been devised. In JP-A-56-10470, the surface of the heating element is made uneven by making the surface of the substrate rough (JIS roughness 0.1S to 5S).
A configuration realizing the same effect as that of Japanese Patent No. 471 is disclosed.
On the other hand, from the viewpoint of the durability of the heating element, the covering property of the protective layer on the surface of the heating element is important. Therefore, a smooth substrate is preferable. JP-A-60-203452 and JP-A-60-20665
In ( 1 ), the surface of the substrate on which the heating element is provided is made smooth (JIS center line average roughness Ra 0.1 μm) to improve the coverage of a layer for protecting the surface of the heating element formed thereon. An arrangement is disclosed.
発熱体表面に限定されない、一般的な流路壁表面の性
質については、流体力学的な視点から様々な工夫がなさ
れている。特開昭55−128470号においては、流路内壁に
平滑化処理を行なうことによって、流路内のインクの壁
に対する親和性を向上し、円滑なインクの流れを実現す
る構成が開示されている。特開昭58−11173号において
は、流路を感光性樹脂の硬化膜をもって形成し、流路内
壁を微細粗面とすることによって、製造が容易でかつイ
ンクの供給が高速化される構成が開示されている。Regarding the properties of the general flow channel wall surface, which is not limited to the heating element surface, various ideas have been devised from a hydrodynamic viewpoint. Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-128470 discloses a configuration in which a smoothing process is performed on the inner wall of a flow path to improve the affinity of the ink in the flow path for the wall and realize a smooth ink flow. . Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 58-11173 discloses a configuration in which the flow path is formed with a cured film of a photosensitive resin and the inner wall of the flow path has a fine rough surface, thereby facilitating production and increasing the speed of ink supply. It has been disclosed.
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記従来例においては、液体が沸騰す
る時の圧力を高めるための工夫が欠けているという問題
点があった。すなわち、特開昭56−10471号,特開昭56
−19771号,特開昭62−201254号、および特開昭56−104
70号においては、液体が低温で沸騰するため、発泡時の
蒸気圧が小さく、充分な液滴吐出速度が得られない場合
がある。特開昭60−203452号および特開昭60−206655号
においては、表面の被覆性については考慮されているも
のの、液体が沸騰する時の圧力を高めるためにはどのよ
うにすべきであるかについては、なんら示唆を与えな
い。特開昭55−128470号および特開昭58−11173号にお
いては、流路壁としての表面状態については、考慮され
ているものの、伝熱面(熱作用面)としての発熱体表面
の性質は考慮されていないので、液体が沸騰する時の圧
力を高めるためにはどのようにすべきであるかについて
は、なんら示唆を与えない。このため、発泡するときの
圧力が小さくなり、高画質の記録を行うのに充分な液滴
吐出速度が得られない場合があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-described conventional example, there is a problem that a device for increasing the pressure at which the liquid boils is lacking. That is, JP-A-56-10471, JP-A-56
-19771, JP-A-62-201254, and JP-A-56-104
In No. 70, since the liquid boils at a low temperature, the vapor pressure at the time of foaming is small, and a sufficient droplet discharge speed may not be obtained. In Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 60-203452 and 60-206655, surface coating properties are considered, but what should be done to increase the pressure at which a liquid boils? Does not give any suggestions. In JP-A-55-128470 and JP-A-58-11173, although the surface condition as a flow path wall is taken into consideration, the properties of the surface of the heating element as a heat transfer surface (heat action surface) are not considered. No consideration is given, so no suggestion is given as to how to increase the pressure at which the liquid boils. For this reason, the pressure at the time of bubbling becomes small, and a droplet discharge speed sufficient for performing high-quality recording may not be obtained in some cases.
発泡時の気泡内圧は、気泡発生時の温度におけるイン
クの蒸気圧にほぼ等しい。従って発泡時の圧力を高める
ためには、低温における気泡の発生を抑制し、発熱体表
面が高温になった時にはじめて気泡を発生させる必要が
ある。The bubble internal pressure at the time of foaming is substantially equal to the vapor pressure of the ink at the temperature at which the bubble is generated. Therefore, in order to increase the pressure at the time of foaming, it is necessary to suppress the generation of air bubbles at a low temperature and to generate air bubbles only when the surface of the heating element becomes high in temperature.
本発明は、発泡時の圧力が高く、そのために液滴吐出
速度が大きいインクジェット記録ヘッドおよびインクジ
ェット記録装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus in which the pressure at the time of foaming is high and therefore the droplet discharge speed is high.
[課題を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明によるイン
クジェット記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口と、
該吐出口に連通する液路と、該液路内のインクに熱エネ
ルギーを付与するための発熱素子とを有し、前記熱エネ
ルギーによりインクを発泡させて前記吐出口からインク
を吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、 前記発熱素子で発生した熱エネルギーを前記インクに
付与する部分である熱作用部の表面の点における該表
面とインクとの接触角をθ()、θ()の平均値を
、前記θ()の最大値と最小値の差をΔθとしたと
き、前記表面における接触角が≦120℃かつΔθ≦90
℃であることを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, an ink jet recording head according to the present invention includes an ejection port for ejecting ink,
Ink jet recording having a liquid path communicating with the discharge port and a heating element for applying thermal energy to the ink in the liquid path, wherein the thermal energy causes the ink to foam and discharge the ink from the discharge port. In the head, a contact angle between the surface and the ink at a point on the surface of the heat acting portion, which is a portion for applying the thermal energy generated by the heating element to the ink, is represented by the average of θ () and θ (). When the difference between the maximum value and the minimum value of θ () is Δθ, the contact angle on the surface is ≦ 120 ° C. and Δθ ≦ 90.
° C.
また、本発明によるインクジェット記録装置は、イン
クを吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液路と、該
液路内のインクの熱エネルギーを付与するための発熱素
子とを有し、前記熱エネルギーによりインクを発泡させ
て前記吐出口からインクを吐出するインクジェット記録
ヘッドを有するインクジェット記録装置において、 前記発熱素子で発生した熱エネルギーを前記インクに
付与する部分である熱作用部の表面の点における前該
表面とインクとの接触角をθ()、θ()の平均値
を、前記θ()の最大値と最小値の差をΔθとした
とき、前記表面における接触角が≦120℃かつΔθ≦9
0℃であるインクジェット記録ヘッドと、前記発熱素子
を駆動するための電気信号を発生する駆動回路と、前記
吐出口に対向し得る位置に設けられたプラテンとを備え
ることを特徴とする。Further, the inkjet recording apparatus according to the present invention has an ejection port for ejecting ink, a liquid path communicating with the ejection port, and a heating element for applying thermal energy of the ink in the liquid path, In an ink jet recording apparatus having an ink jet recording head that foams ink by thermal energy and discharges ink from the discharge port, a point on a surface of a heat acting portion which is a portion that applies thermal energy generated by the heating element to the ink. When the contact angle between the surface and the ink is θ () and the average value of θ () is the difference between the maximum value and the minimum value of θ (), Δθ is ≦ 120 ° C. And Δθ ≦ 9
An ink jet recording head at 0 ° C., a drive circuit for generating an electric signal for driving the heating element, and a platen provided at a position facing the discharge port are provided.
[作 用] 本発明は、発熱作用部表面の点におけるインクの接
触角をθ()、θ()の平均値を、θ()の最
大値と最小値の差をΔθとしたとき、≦120℃かつΔ
θ≦90℃となるようにしている。このようにインクの熱
作用部表面に対するねれ性が良いので、低温における気
泡核の発生が抑制され、熱作用部表面の温度が十分に高
くなった時に気泡が発生する。従って発泡時の圧力を高
め、充分な吐出速度が得られると同時に吐出速度のバラ
ツキが少なく、良好な印字ができる。その結果、高品位
の画像記録ができ、さらに発泡時の圧力が高くなり液体
を吐出するための作用力が強くなるため、いわゆる目詰
りも生じにくくなるという効果も得られる。[Operation] In the present invention, when the contact angle of the ink at a point on the surface of the heat-generating section is θ (), the average value of θ () is represented by Δθ where the difference between the maximum value and the minimum value of θ () is Δθ. 120 ° C and Δ
θ ≦ 90 ° C. Since the ink has good wettability with respect to the surface of the heat acting portion, generation of bubble nuclei at low temperatures is suppressed, and bubbles are generated when the temperature of the surface of the heat acting portion becomes sufficiently high. Therefore, the pressure at the time of bubbling is increased, and a sufficient discharge speed can be obtained. As a result, high-quality image recording can be performed, and the pressure at the time of foaming is increased, so that the action force for discharging the liquid is increased, so that an effect that so-called clogging hardly occurs is also obtained.
[実施例] 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。Examples Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明を適用した記録ヘッドを搭載した液体
噴射記録装置(インクジェット記録装置)の模式的構成
例、第2図はその記録ヘッドの構成例を示す。FIG. 1 shows a schematic configuration example of a liquid jet recording apparatus (ink jet recording apparatus) equipped with a recording head to which the present invention is applied, and FIG. 2 shows a configuration example of the recording head.
まず、第1図において、1はヘッドカートリッジであ
り、記録ヘッドとインク供給源たるインクタンクとを一
体としたものである。このヘッドカートリッジ1は、押
さえ部材2によりキャリッジ3の上に固定されており、
これらはシャフト4に沿って長手方向にに往復動可能と
なっている。記録ヘッドおよび吐出されたインクは、記
録ヘッドと微小間隔を置いて、プラテン5に記録面を規
制された記録媒体6に到達し、記録媒体6上に画像を形
成する。First, in FIG. 1, reference numeral 1 denotes a head cartridge in which a recording head and an ink tank as an ink supply source are integrated. The head cartridge 1 is fixed on the carriage 3 by a holding member 2.
These can be reciprocated in the longitudinal direction along the shaft 4. The recording head and the ejected ink reach the recording medium 6 whose recording surface is regulated by the platen 5 at a minute interval from the recording head, and form an image on the recording medium 6.
記録ヘッドには、ケーブル7およびこれに結合する端
子(図示せず)を介して駆動回路に接続され適宜のデー
タ供給源より画像データに応じた吐出信号が供給され
る。ヘッドカートリッジは、用いるインク色等に応じ
て、1ないし複数個(図では2個)を設けることができ
る。The recording head is connected to a driving circuit via a cable 7 and a terminal (not shown) connected thereto, and an ejection signal corresponding to image data is supplied from an appropriate data supply source. One or more (two in the figure) head cartridges can be provided according to the ink color or the like to be used.
なお、第1図において、8はキャリッジ3をシャフト
4に沿って走査させるためのキャリッジモータ、9はモ
ータ8の駆動力をキャリッジ3に伝達するワイヤであ
る。また、10はプラテンローラ5に結合して記録媒体6
を搬送させるためのフィードモータである。また、11は
装置本体の適宜の部位に設けられた基準温度センサであ
る。この基準温度センサ11は、機内昇温の影響を受けな
い適宜の部位に配置され、雰囲気温度をモニタする。In FIG. 1, 8 is a carriage motor for scanning the carriage 3 along the shaft 4, and 9 is a wire for transmitting the driving force of the motor 8 to the carriage 3. Reference numeral 10 denotes a recording medium 6 coupled to the platen roller 5.
Is a feed motor for transporting the paper. Reference numeral 11 denotes a reference temperature sensor provided at an appropriate portion of the apparatus main body. The reference temperature sensor 11 is disposed at an appropriate position that is not affected by the temperature rise in the device, and monitors the ambient temperature.
第2図は本発明を適用しうる記録ヘッドの構成例であ
る。ここで、12はヒータボード(基体)であり、本発明
による電気熱変換体(吐出用発熱体)13と、これに電力
を供給するAl等の配線14とが成膜技術により形成されて
成る。そして、このヒータボード12に対して、記録用液
体の液路(ノズル)15を形成するための隔壁を設けた天
板16を接着することにより、液体噴射記録ヘッドが構成
される。なお、この隔壁は、天板16に設ける必要はな
く、ヒータボード12上に隔壁を設け、その隔壁上に隔壁
を設けていない天板を設けても良いものである。FIG. 2 shows a configuration example of a recording head to which the present invention can be applied. Here, reference numeral 12 denotes a heater board (substrate), which is formed by forming an electrothermal transducer (discharge heating element) 13 according to the present invention and a wiring 14 made of Al or the like for supplying power thereto by a film forming technique. . Then, a top plate 16 provided with a partition wall for forming a liquid path (nozzle) 15 of the recording liquid is adhered to the heater board 12, thereby forming a liquid jet recording head. The partition does not need to be provided on the top plate 16, and a partition may be provided on the heater board 12, and a top plate having no partition provided on the partition may be provided.
記録用の液体(インク)は、天板16に設けた供給口17
より共通液室18に供給され、ここより各ノズル15内に導
かれる。そして、通電によって発熱体13が発熱すると、
ノズル15内に満たされたインクに発泡が生じ、吐出口19
よりインク滴が吐出される。A recording liquid (ink) is supplied to a supply port 17 provided in the top plate 16.
The liquid is supplied to the common liquid chamber 18 and is guided into each nozzle 15 from here. When the heating element 13 generates heat by energization,
Foaming occurs in the ink filled in the nozzle 15 and the discharge port 19
More ink droplets are ejected.
第3図は、本発明による発熱抵抗体の一実施例の断面
図を示す。本実施例は、厚さ525μmのSi基板21の表面
に厚さ2.5μmの表面酸化SiO2層22を形成し、その上に
スパッタリング法によって厚さ0.1μmのHfB2抵抗層23
を、EB蒸着法によって厚さ0.5μmのAl電極24を、スパ
ッタリング法によって厚さ1.5μmのSiO2絶縁層(保護
膜をかねる)25を、スパッタリング法によって厚さ0.5
μmのTa−Si−B保護層26を、それぞれ順次形成したも
のである。発熱抵抗体の発熱部の面積は、30μm×50μ
mとした。FIG. 3 shows a sectional view of one embodiment of the heating resistor according to the present invention. In this embodiment, a 2.5 μm thick surface oxide SiO 2 layer 22 is formed on the surface of a 525 μm thick Si substrate 21, and a 0.1 μm thick HfB 2 resistance layer 23 is formed thereon by sputtering.
A 0.5 μm thick Al electrode 24 by EB evaporation, a 1.5 μm thick SiO 2 insulating layer (also serving as a protective film) 25 by sputtering, and a 0.5 μm thick
The Ta-Si-B protective layer 26 of μm is sequentially formed. The area of the heating part of the heating resistor is 30μm × 50μ
m.
発熱抵抗体に加熱によるエージングを行って保護層26
の表面酸化状態を変化させると、ぬれ性が変化した。熱
作用部表面にインクを滴下してインク滴を形成し、側面
から写真撮影を行って、インクの熱作用部表面に対する
接触角を測定した。エージング条件とは接触角の間の関
係については、未だ定量的な関係式を得るに至っていな
いので、試行錯誤的に定めた。Aging is performed on the heating resistor by heating, and the protection layer 26 is formed.
When the surface oxidation state was changed, the wettability changed. Ink was dropped on the surface of the heat acting portion to form an ink droplet, and a photograph was taken from the side, and the contact angle of the ink with the surface of the heat acting portion was measured. The relationship between the aging condition and the contact angle was determined by trial and error because a quantitative relational expression has not yet been obtained.
本実施例の発熱抵抗体を用い、インクとして水系イン
クを用いて、液滴を吐出させたところ、熱作用部表面の
点におけるインクとの接触角をθ()の平均値が
120℃以下のときには充分な液滴吐出速度が得られた。
しかし、接触角が120゜をこえると充分な液滴吐出速度
が得られなかった。また、θ()の最大値と最小値の
差をΔθが90゜以下のときには液滴吐出速度のバラツキ
が少なかったが、90゜をこえたときには液滴吐出速度の
バラツキが大きかった。When droplets were ejected using the heat-generating resistor of the present embodiment and water-based ink as the ink, the contact angle with the ink at a point on the surface of the heat acting portion was found to have an average value of θ ().
When the temperature was 120 ° C. or lower, a sufficient droplet discharge speed was obtained.
However, when the contact angle exceeded 120 °, a sufficient droplet discharge speed could not be obtained. Further, when the difference between the maximum value and the minimum value of θ () was not more than 90 °, the dispersion of the droplet discharge speed was small, but when it exceeded 90 °, the dispersion of the droplet discharge speed was large.
インクとして、水系以外のもの、例えばエタノール系
を用いた場合にも、同様の結果が得られた。Similar results were obtained when inks other than water-based inks, for example, ethanol-based inks were used.
第4図は、本発明による発熱抵抗体の他の実施例の断
面図を示す。本実施例は、厚さ525μmのSi基板21の表
面に厚さ2.5μmの表面酸化SiO2層22を形成し、その上
にスパッタリング法によって厚さ0.1μmのHfB2抵抗層2
3を、EB蒸着法によって厚さ0.5μmのAl電極24を、スパ
ッタリング法によって厚さ1.5μmのSiO2絶縁層25を順
次形成し、さらにスパッタリング法によって厚さ0.5μ
mのTa−Si−C保護層27を形成したものである。発熱抵
抗体の発熱部の面積は、30μm×50μmとした。FIG. 4 is a sectional view of another embodiment of the heating resistor according to the present invention. In this embodiment, a 2.5 μm thick surface oxidized SiO 2 layer 22 is formed on the surface of a 525 μm thick Si substrate 21, and a 0.1 μm thick HfB 2 resistance layer 2 is formed thereon by sputtering.
3, an Al electrode 24 having a thickness of 0.5 μm is formed by EB evaporation, an SiO 2 insulating layer 25 having a thickness of 1.5 μm is sequentially formed by a sputtering method, and a 0.5 μm thick electrode is further formed by a sputtering method.
In this example, a m-type Ta-Si-C protective layer 27 is formed. The area of the heat generating portion of the heat generating resistor was 30 μm × 50 μm.
発熱抵抗体に加熱によるエージングを行って保護層27
の表面酸化状態を変化させると、ぬれ性が変化し、接触
角が変化した。この場合にも、接触角の平均が120゜以
下、バラツキが90゜以下のときにのみ、充分な液滴吐出
速度が得られた。Aging is performed on the heating resistor by heating to protect layer 27
When the surface oxidation state of was changed, the wettability changed and the contact angle changed. Also in this case, a sufficient droplet discharge speed was obtained only when the average of the contact angles was 120 ° or less and the variation was 90 ° or less.
(その他) なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中で
もバブルジェット方式の記録ヘッド、記録装置において
優れた効果をもたらすものである。かかる方式によれば
記録の高密度化,高精細化が達成できるからである。(Others) The present invention brings about an excellent effect particularly in a recording head and a recording apparatus of a bubble jet system among ink jet recording systems. This is because according to such a method, it is possible to achieve higher density and higher definition of recording.
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特
許第4723129号明細書,同第4740796号明細書に開示され
ている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この
方式は所謂オンデマンド型,コンティニュアス型のいず
れにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合
には、液体(インク)が保持されているシートや液路に
対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対
応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少な
くとも1つの駆動信号を印加することによって、電気熱
変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用
面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対
一で対応した液体(インク)内の気泡を形成できるので
有効である。この気泡の成長,収縮により吐出用開口を
介して液体(インク)を吐出させて、少なくとも1つの
滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即
時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に
優れた液体(インク)の吐出が達成でき、より好まし
い。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第44
63359号明細書,同第4345262号明細書に記載されている
ようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上
昇率に関する発明の米国特許第4313124号明細書に記載
されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行う
ことができる。As for the representative configuration and principle, it is preferable to use the basic principle disclosed in, for example, US Pat. Nos. 4,723,129 and 4,740,796. This method can be applied to both the so-called on-demand type and the continuous type. In particular, in the case of the on-demand type, it is arranged corresponding to a sheet or a liquid path holding a liquid (ink). Applying at least one drive signal corresponding to the recording information and providing a rapid temperature rise exceeding nucleate boiling to the electrothermal transducer, thereby causing the electrothermal transducer to generate thermal energy, thereby causing the recording head to emit heat energy. This is effective because a film in the liquid (ink) corresponding to the driving signal can be formed one by one by causing film boiling on the heat acting surface. The liquid (ink) is ejected through the ejection opening by the growth and contraction of the bubble to form at least one droplet. When the drive signal is formed into a pulse shape, the growth and shrinkage of the bubble are performed immediately and appropriately, so that the ejection of a liquid (ink) having particularly excellent responsiveness can be achieved, which is more preferable. U.S. Pat. No. 44
Those described in JP-A-63359 and JP-A-4345262 are suitable. Further, when the conditions described in US Pat. No. 4,313,124 relating to the temperature rise rate of the heat acting surface are adopted, more excellent recording can be performed.
記録ヘッド構成としては、上述の各明細書に開示され
ているような吐出口,液路,電気熱変換体の組合せ構成
(直線状液流路または直角液流路)の他に熱作用部が屈
曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第
4558333号明細書,米国特許第4459600号明細書を用いた
構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の電
気熱変換体に対して、共通するスリットを電気熱変換体
の吐出部とする構成を開示する特開昭59−123670号公報
や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応さ
せる構成を開示する特開昭59−138461号公報に基いた構
成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記録
ヘッドの形態がどのようなものであっても、本発明によ
れば記録を確実に効率よく行うことができるようになる
からである。As a recording head configuration, in addition to the combination configuration (a linear liquid flow path or a right-angled liquid flow path) of a discharge port, a liquid path, and an electrothermal converter as disclosed in each of the above-mentioned specifications, a heat acting section is provided. U.S. Pat.
A configuration using the specifications of 4558333 and U.S. Pat. No. 4,459,600 is also included in the present invention. In addition, Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-123670 discloses a configuration in which a common slit is used as a discharge portion of an electrothermal converter for a plurality of electrothermal converters, and an opening for absorbing a pressure wave of thermal energy is provided. The effect of the present invention is effective even if the configuration is based on JP-A-59-138461, which discloses a configuration corresponding to a discharge unit. That is, according to the present invention, recording can be reliably and efficiently performed regardless of the form of the recording head.
さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対
応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対
しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッ
ドとしては、複数記録ヘッドの組合せによってその長さ
を満たす構成や、一体的に形成された1個の記録ヘッド
としての構成のいずれでもよい。Further, the present invention can be effectively applied to a full-line type recording head having a length corresponding to the maximum width of a recording medium on which a recording apparatus can record. Such a recording head may have a configuration that satisfies the length by a combination of a plurality of recording heads, or a configuration as one integrally formed recording head.
加えて、上例のようなシリアルタイプのものでも、装
置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装置本体に装
着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体か
らのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプ
の記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的にイン
クタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッド
を用いた場合にも本発明は有効である。In addition, even with the serial type printer as in the above example, the recording head fixed to the main unit or attached to the main unit enables electrical connection with the main unit and supply of ink from the main unit. The present invention is also effective when a replaceable chip type print head or a cartridge type print head having an ink tank provided integrally with the print head itself is used.
また、本発明に記録装置の構成として設けられる、記
録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付
加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ま
しいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッ
ドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加
圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素
子或はこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記録と
は別の吐出を行なう予備吐出モードを行なうことも安定
した記録を行なうために有効である。Further, it is preferable to add recovery means for the print head, preliminary auxiliary means, and the like provided as a configuration of the printing apparatus in the present invention since the effects of the present invention can be further stabilized. If these are specifically mentioned, capping means for the recording head, cleaning means, pressurizing or suction means, preheating means using an electrothermal transducer or another heating element or a combination thereof, Performing a preliminary ejection mode in which ejection is performed separately from printing is also effective for performing stable printing.
また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数につい
ても、例えば単色のインクに対応して1個のみが設けら
れたものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに
対応して複数個数設けられるものであってもよい。すな
わち、例えば記録装置の記録モードとしては黒色等の主
流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体
的に構成するか複数個の組み合わせによるいずれでもよ
いが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカ
ラーの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて
有効である。Regarding the type or number of print heads to be mounted, for example, in addition to one provided for single color ink, a plurality of print heads are provided corresponding to a plurality of inks having different print colors and densities. May be used. That is, for example, the printing mode of the printing apparatus is not limited to a printing mode of only a mainstream color such as black, and may be any of a plurality of printing heads integrally configured or a combination of a plurality of printing heads. The present invention is extremely effective for an apparatus provided with at least one of full colors by color mixing.
さらに加えて、以上説明した本発明実施例において
は、インクを液体として説明しているが、室温やそれ以
下で固化するインクであって、室温で軟化もしくは液化
するもの、あるいはインクジェット方式ではインク自体
を30℃以上70℃以下の範囲内で温度調整を行ってインク
の粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが
一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状
をなすものであればよい。加えて、積極的に熱エネルギ
による昇温をインクの固形状態から液体状態への状態変
化のエネルギとして使用せしめることで防止するか、ま
たはインクの蒸発防止を目的として放置状態で固化する
インクを用いるかして、いずれにしても熱エネルギの記
録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イン
クが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点ではす
でに固化し始めるもの等のような、熱エネルギによって
初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は
適用可能である。このような場合のインクは、特開昭54
−56847号公報あるいは特開昭60−71260号公報に記載さ
れるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状又は
固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して
対向するような形態としてもよい。本発明においては、
上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した
膜沸騰方式を実行するものである。In addition, in the embodiments of the present invention described above, the ink is described as a liquid. However, an ink that solidifies at or below room temperature and softens or liquefies at room temperature, or the ink itself in an inkjet method. In general, the temperature is controlled within a range of 30 ° C. or more and 70 ° C. or less to control the temperature so that the viscosity of the ink is in a stable ejection range. I just need. In addition, the temperature rise due to thermal energy can be positively prevented by using it as energy for changing the state of the ink from a solid state to a liquid state, or ink that solidifies in a standing state to prevent evaporation of the ink can be used. In any case, the ink is liquefied by the application of the thermal energy according to the recording signal, and the ink is liquefied, and the liquid ink is discharged. The present invention is also applicable to a case where an ink that liquefies for the first time by energy is used. The ink in such a case is disclosed in
No. -56847 or JP-A-60-71260, while being held as a liquid or solid substance in a porous sheet recess or through hole, facing the electrothermal converter. It is good also as a form. In the present invention,
The most effective one for each of the above-mentioned inks is to execute the above-mentioned film boiling method.
さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態
としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端
末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写
装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の
形態を採るもの等であってもよい。In addition, the form of the ink jet recording apparatus of the present invention may be used as an image output terminal of an information processing apparatus such as a computer, a copying apparatus combined with a reader or the like, or a facsimile apparatus having a transmission / reception function. Or the like.
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、熱作用部表面
の接触角の平均値を小さくし、同時にバラツキを小さく
することによって、高画質の記録を行うことができる。
さらに、発泡時の圧力が高くなり液体を吐出するための
作用力が強くなるためいわゆる目詰りも生じにくくなる
という効果も得られる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, high-quality recording can be performed by reducing the average value of the contact angles on the surface of the heat acting portion and at the same time reducing the variation.
Further, since the pressure at the time of foaming is increased and the acting force for discharging the liquid is increased, so-called clogging hardly occurs.
第1図は本発明を適用した記録ヘッドを搭載したインク
ジェット記録装置の構成例を示す図、 第2図は本発明発熱体の適用しうる記録ヘッドの構成例
を示す図、 第3図は本発明の実施例における発熱抵抗体の断面図、 第4図は本発明の他の実施例における発熱抵抗体の断面
図である。 1……ヘッドカートリッジ、 2……押さえ部、 3……キャリッジ、 4……シャフト、 5……プラテン、 6……記録媒体、 7……ケーブル、 8……キャリッジモータ、 9……ワイヤ、 10……フィードモータ、 11……基準温度センサ、 12……ヒータボード、 13……発熱体、 14……配線、 15……ノズル、 16……天板、 17……供給口、 18……共通液室、 19……吐出口、 21……Si基板、 22……表面酸化層、 23……HfB2抵抗層、 24……Al電極、 25……SiO2絶縁層、 26……Ta−Si−B保護層、 27……Ta−Si−C保護層。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an ink jet recording apparatus equipped with a recording head to which the present invention is applied, FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a recording head to which the heating element of the present invention can be applied, and FIG. FIG. 4 is a sectional view of a heating resistor according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view of a heating resistor according to another embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Head cartridge, 2 ... Holding part, 3 ... Carriage, 4 ... Shaft, 5 ... Platen, 6 ... Recording medium, 7 ... Cable, 8 ... Carriage motor, 9 ... Wire, 10 ... feed motor, 11 ... reference temperature sensor, 12 ... heater board, 13 ... heating element, 14 ... wiring, 15 ... nozzle, 16 ... top plate, 17 ... supply port, 18 ... common liquid chamber, 19 ...... discharge port, 21 ...... Si substrate, 22 ...... surface oxide layer, 23 ...... HfB 2 resistive layer, 24 ...... Al electrode, 25 ...... SiO 2 insulating layer, 26 ...... Ta-Si -B protective layer, 27 ... Ta-Si-C protective layer.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/05Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) B41J 2/05
Claims (12)
通する液路と、該液路内のインクに熱エネルギーを付与
するための発熱素子とを有し、前記熱エネルギーにより
インクを発泡させて前記吐出口からインクを吐出するイ
ンクジェット記録ヘッドにおいて、 前記発熱素子で発生した熱エネルギーを前記インクに付
与する部分である熱作用部の表面の点における該表面
とインクとの接触角をθ()、θ()の平均値を
、前記θ()の最大値と最小値の差をΔθとしたと
き、前記表面における接触角が≦120℃かつΔθ≦90
℃であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。A discharge port for discharging ink, a liquid path communicating with the discharge port, and a heating element for applying thermal energy to the ink in the liquid path; In an ink jet recording head that foams and discharges ink from the discharge port, a contact angle between the surface and the ink at a point of a surface of a heat acting portion, which is a portion that applies heat energy generated by the heating element to the ink, When the difference between the maximum value and the minimum value of θ () is Δθ, the contact angle on the surface is ≦ 120 ° C. and Δθ ≦ 90.
An ink jet recording head, wherein the temperature is ℃.
に電気的に接続される少なくとも一対の電極を有するこ
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。2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein said heating element has a heating resistance layer and at least a pair of electrodes electrically connected to said heating resistance layer.
も一対の電極を覆う保護層をさらに有することを特徴と
する請求項2に記載のインクジェット記録ヘッド。3. The ink jet recording head according to claim 2, wherein said heating element further comprises a protective layer covering said resistor and said at least one pair of electrodes.
る請求項3に記載のインクジェット記録ヘッド。4. An ink jet recording head according to claim 3, wherein said protective layer comprises a plurality of layers.
る請求項3に記載のインクジェット記録ヘッド。5. The ink jet recording head according to claim 3, wherein said protective layer contains Ta.
とも一種をさらに含有することを特徴とする請求項5に
記載のインクジェット記録ヘッド。6. The ink jet recording head according to claim 5, wherein said protective layer further contains at least one of Si, B and C.
通する液路と、該液路内のインクに熱エネルギーを付与
するための発熱素子とを有し、前記熱エネルギーにより
インクを発泡させて前記吐出口からインクを吐出するイ
ンクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装
置において、 前記発熱素子で発生した熱エネルギーを前記インクに付
与する部分である熱作用部の表面の点における該表面
とインクとの接触角をθ()、θ()の平均値を
、前記θ()の最大値と最小値の差をΔθとしたと
き、前記表面における接触角が≦120℃かつΔθ≦90
℃である発インクジェット記録ヘッドと、前記発熱素子
を駆動するための電気信号を発生する駆動回路と、前記
吐出口に対向し得る位置に設けられたプラテンとを備え
ることを特徴とするインクジェット記録装置。7. An ink jet apparatus comprising: a discharge port for discharging ink; a liquid path communicating with the discharge port; and a heating element for applying thermal energy to the ink in the liquid path. In an ink jet recording apparatus having an ink jet recording head for discharging ink from the discharge port by foaming, the surface and the ink at a point of a surface of a heat acting portion which is a portion for applying thermal energy generated by the heating element to the ink. The contact angle with the surface is ≦ 120 ° C. and Δθ ≦ 90, where θ () is the contact angle with θ, and the average value of θ () is Δθ, and the difference between the maximum value and the minimum value of θ () is Δθ.
And a driving circuit for generating an electric signal for driving the heating element, and a platen provided at a position facing the discharge port. .
に電気的に接続される少なくとも一対の電極を有するこ
とを特徴とする請求項7に記載のインクジェット記録装
置。8. An ink jet recording apparatus according to claim 7, wherein said heating element has a heating resistance layer and at least a pair of electrodes electrically connected to said heating resistance layer.
も一対の電極を覆う保護層をさらに有することを特徴と
する請求項8に記載のインクジェット記録装置。9. An ink jet recording apparatus according to claim 8, wherein said heating element further comprises a protective layer covering said resistor and said at least one pair of electrodes.
する請求項9に記載のインクジェット記録装置。10. The ink-jet recording apparatus according to claim 9, wherein said protective layer comprises a plurality of layers.
する請求項9に記載のインクジェット記録装置。11. An ink jet recording apparatus according to claim 9, wherein said protective layer contains Ta.
くとも一種をさらに含有することを特徴とする請求項11
に記載のインクジェット記録装置。12. The protective layer according to claim 11, further comprising at least one of Si, B and C.
3. The ink jet recording apparatus according to claim 1.
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---|---|---|---|
JP2114690A JP2818003B2 (en) | 1990-04-28 | 1990-04-28 | Ink jet recording head and ink jet recording apparatus provided with the recording head |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0412861A JPH0412861A (en) | 1992-01-17 |
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JPS58187363A (en) * | 1982-04-28 | 1983-11-01 | Ricoh Co Ltd | Head for ink jet recording |
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JPS60112455A (en) * | 1983-11-25 | 1985-06-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Ink jet recording member |
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- 1990-04-28 JP JP2114690A patent/JP2818003B2/en not_active Expired - Fee Related
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