JPH021314A - Liquid jet recording head - Google Patents

Liquid jet recording head

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JPH021314A
JPH021314A JP3545089A JP3545089A JPH021314A JP H021314 A JPH021314 A JP H021314A JP 3545089 A JP3545089 A JP 3545089A JP 3545089 A JP3545089 A JP 3545089A JP H021314 A JPH021314 A JP H021314A
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JP
Japan
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liquid
recording
recording head
recording liquid
head
Prior art date
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Application number
JP3545089A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuro Sekiya
卓朗 関谷
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH021314A publication Critical patent/JPH021314A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Abstract

PURPOSE:To stabilize performance of discharge by eliminating clogging of an orifice by a method wherein an amount of Si or Ti among elements which are eluted from a structure member of a head into recording liquid is taken as 15ppm or under. CONSTITUTION:When a member composing a liquid jet recording head is brought into contact with recording liquid under conditions of 1,000h and 50 deg.C, an elution amount of Si and Ta contained in this member, especially in a protective layer 34 into the recording liquid is taken as 15ppm or under, an in an optimum manner as 10ppm or under. Consequently, clogging of an orifice for discharging the recording liquid as a liquid drop by operation force of a thermal energy operating part in a bubble jet type liquid jet recording head can be prevented from occurring.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、液体噴射記録ヘッド、より詳細には、バブル
ジェット型インクジェット記録ヘッドの記録液体と記録
ヘッドの部材から記録液体への溶出との好適な関係に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field The present invention relates to a liquid jet recording head, and more particularly to a suitable relationship between the recording liquid of a bubble jet type ink jet recording head and elution from the members of the recording head into the recording liquid.

従来技術 ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が
無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近
関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、
而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記録の
行える所謂インフジエラ1−記録法は極めて有力な記録
法であって、これまでにも様々な方式が提案され、改良
が加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお実
用化への努力が続けられているものもある。
Conventional non-impact recording methods have recently attracted attention because the noise generated during recording is so small that it can be ignored. Among them, high-speed recording is possible,
The so-called Infusiera 1-recording method, which allows recording on so-called plain paper without the need for special fixing treatment, is an extremely powerful recording method, and various methods have been proposed and improvements have been made. Some have been commercialized, and efforts are still being made to put them into practical use.

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称され
る記録液体の小滴(droplet)を飛翔させ。
Such an inkjet recording method involves jetting droplets of a recording liquid called ink.

記録部材に付着させて記録を行うものであって、この記
録液体の小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔
方向を制御する為の制御方法によって幾つかの方式に大
別される。
Recording is performed by attaching the recording liquid to a recording member, and it is roughly divided into several methods depending on the method of generating recording liquid droplets and the control method for controlling the flight direction of the generated recording liquid droplets. Ru.

先ず第1の方式は例えばU S P 3060429に
開示されているもの(Tels type方式)であっ
て、記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い1発生し
た記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録部
材]二に記録液体小滴を選択的に付着させて記録?行う
ものである。
First, the first method is the one disclosed in USP 3060429 (Tels type method), in which droplets of recording liquid are generated by electrostatic attraction and the generated recording liquid droplets are used as a recording signal. The electric field is controlled according to the recording member] and recording liquid droplets are selectively attached to the recording member. It is something to do.

これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間に
電界を掛けて、−様に帯電した記録液体の小滴をノズル
より吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号に
応じて電気制御可能な様に構成されたxy偏向電極間を
飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小滴を記録
部材上に付着させて記録を行うものである。
To explain this in more detail, an electric field is applied between the nozzle and the accelerating electrode to eject a negatively charged recording liquid droplet from the nozzle, and the ejected recording liquid droplet is converted into a recording signal. Accordingly, the droplet is caused to fly between x and y deflection electrodes configured to be electrically controllable, and the droplets are selectively deposited on the recording member by changing the intensity of the electric field to perform recording.

第2の方式は、例えばU S P3596275、US
P 3298030等に開示されている方式(Swee
t方式)であって、連続振動発生法によって帯電量の制
御された記録液体の小滴を発生させ、この発生された帯
電量の制御された小滴を、−様の世界が掛けられている
偏向電極間を飛翔させることで、記録部材」―に記録を
行うものである。
The second method is described, for example, in US P3596275, US
The method disclosed in P 3298030 etc. (Swee
t method), in which droplets of recording liquid with a controlled amount of charge are generated by a continuous vibration generation method, and the generated droplets with a controlled amount of charge are subjected to a -like world. Recording is performed on a recording member by flying it between deflection electrodes.

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッ
ドを構成する一部であるノズルのオリフィス(吐出口)
の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電電極
を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子に一
定周波数の電気78号を印加することでピエゾ振動素子
を機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の小滴を
吐出させる。この時前記帯電?!!極によって吐出する
記録液体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信号
に応じた電荷量で帯電される。帯電量の制御された記録
液体の小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向
電極間を飛翔する時、付加された帯’f’!!量に応じ
て偏向を受け、記録信号を担う小滴のみが記録部材上に
付着し得る様にされている。
Specifically, the orifice (discharge port) of a nozzle, which is a part of the recording head to which the piezo vibrating element is attached.
A charged electrode configured to have a recording signal applied thereto is arranged at a predetermined distance in front of the piezo vibrating element, and electricity No. 78 of a constant frequency is applied to the piezo vibrating element to mechanically vibrate the piezo vibrating element. , a small droplet of recording liquid is ejected from the ejection port. The said charge at this time? ! ! A charge is electrostatically induced in the recording liquid droplet ejected by the pole, and the droplet is charged with an amount of charge corresponding to the recording signal. When a droplet of recording liquid with a controlled amount of charge flies between deflection electrodes to which a constant electric field is uniformly applied, an applied band 'f'! ! The droplets are deflected according to the amount so that only the droplets carrying the recording signal can be deposited on the recording member.

第3の方式は例えばU S P 3416153に開示
されている方式(Hertz方式)であって、ノズルと
リング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振動発生法に
よって、記録液体の小滴を発生霧化させて記録する方式
である。即ちこの方式ではノズルと帯電電極間に掛ける
電界強度を記録信号に応じて変調することによって小滴
の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して記録す
る6 第4の方式は、例えばU S P 3747120に開
示されている方式(Stamme方式)で、この方式は
前記3つの方式とは根本的に〃■理が異なるものである
The third method is, for example, the method disclosed in U.S.P. 3416153 (Hertz method), in which an electric field is applied between a nozzle and a ring-shaped charged electrode, and small droplets of recording liquid are generated by a continuous vibration generation method. This method records by atomizing it. That is, in this method, the atomization state of the droplets is controlled by modulating the electric field strength applied between the nozzle and the charged electrode according to the recording signal, and the gradation of the recorded image is produced.6 The fourth method is For example, there is a method (Stamme method) disclosed in US Pat. No. 3,747,120, which is fundamentally different in principle from the above three methods.

即ち、前記3つの方式は、何れもノズルより吐出された
記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御し
、記録信号を担った小滴を選択的に記録部1村上に付着
させて記録を行うのに対して。
That is, in all three methods, the droplets of the recording liquid ejected from the nozzle are electrically controlled while they are in flight, and the droplets carrying the recording signal are selectively sent to the recording section 1. As opposed to recording by attaching it.

このStemme方式は、記録信号に応じて吐出口より
記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録するものである。
The Stemme method performs recording by ejecting small droplets of recording liquid from an ejection port in response to a recording signal.

つまり、StemOIe方式は、記録液体を吐出する吐
出口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素
子に、電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号
をピエゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に
従って前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて
記録部材に付着させることで記録を行うものである。
In other words, the StemOIe method applies an electrical recording signal to a piezoelectric vibrating element attached to a recording head that has an ejection port for ejecting recording liquid, and converts this electrical recording signal into mechanical vibration of the piezoelectric vibrating element. In this method, recording is performed by ejecting small droplets of recording liquid from the ejection opening according to the mechanical vibrations and adhering them to the recording member.

これ等、従来の4つの方式は各々に特長を有するもので
あるが、又、他方において解決され得る可き点が存在す
る。
These four conventional methods each have their own advantages, but there are also points that can be solved in the other method.

即ち、前記第1から第3の方式は記録液体の小滴の発生
の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、小
滴の偏向制御も電界制御である。
That is, in the first to third methods, the direct energy for generating droplets of the recording liquid is electrical energy, and the deflection control of the droplets is also electric field control.

その為、第1の方式は、構成上はシンプルであるが、小
滴の発生に高電圧を要し、又、記録ヘッドのマルチノズ
ル化が困難であるので高速記録には不向きである。
Therefore, although the first method is simple in structure, it requires a high voltage to generate droplets, and it is difficult to use a multi-nozzle recording head, making it unsuitable for high-speed recording.

第2の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高
速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴の
電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサナ
ライ1〜ドツトが生じ易いこと等の問題点がある。
The second method allows the recording head to have multiple nozzles and is suitable for high-speed recording, but it has a complicated structure, and the electrical control of the recording liquid droplets is sophisticated and difficult. - There are problems such as the tendency to form dots.

第3の方式は、記録液体重;青を霧化することによって
M’r調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが
、他方霧化状態の制御が困難であること、記録両像にカ
ブリが生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困
難で、高速記録には不向きであること等の諸問題点が存
する。
The third method has the advantage that an image with excellent M'r tonality can be recorded by atomizing the recording liquid weight; blue, but on the other hand, it is difficult to control the atomization state, and both recorded images There are various problems such as fogging, difficulty in making the recording head multi-nozzle, and unsuitability for high-speed recording.

第4の方式は、第1乃至第3の方式に比べ利点を比較的
多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オンデ
マンド(on−demand)で記録液体をノズルの吐
出口より吐出して記録を行う為に、第1乃至第3の方式
の様に吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要さなかっ
た小満を回収することが不要であること及び第1乃至第
2の方式の様に、導電性の記録液体を使用する必要性が
なく記録液体の物質上の自由度が大であること等の大き
な利点を有する。丙午ら、一方において、記録ヘッドの
加工」二に問題があること、所望の共振数を有するピエ
ゾ振動素子の小型化が極めて困難であること等の理由か
ら記録ヘッドのマルチノズル化が難しく、又、ピエゾ振
動素子の機械的振動という機械的エネルギーによって記
録液体小滴の吐出飛翔を行うので高速記録には向かない
こと、等の欠点を有する。
The fourth method has relatively many advantages compared to the first to third methods. In other words, the structure is simple, and since recording is performed by ejecting recording liquid from the ejection opening of the nozzle on-demand, it is possible to reduce the number of small droplets that fly as in the first to third methods. Second, it is not necessary to collect small particles that are not needed for image recording, and unlike the first and second methods, there is no need to use a conductive recording liquid, and the material of the recording liquid is It has great advantages such as a large degree of freedom. On the one hand, it is difficult to make a recording head with multiple nozzles due to problems in the processing of the recording head and the extremely difficult miniaturization of a piezoelectric vibrating element with a desired resonance number. This method has disadvantages such as that it is not suitable for high-speed recording because the recording liquid droplets are ejected into flight using the mechanical energy of the mechanical vibration of the piezoelectric vibrating element.

更には、特開昭48−9622号公報(前記US P3
747120に対応)には、変形例として、前記のピエ
ゾ振動素子等の手段による機械的振動エネルギーを利用
する代わりに熱エネルギーを利用することが記載されて
いる。
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-9622 (the above-mentioned US P3
No. 747120) discloses, as a modification, the use of thermal energy instead of the mechanical vibration energy provided by means such as the piezo vibration element.

即ち、上記公報には、圧力上昇を生じさせる蒸気を発生
する為に液体を直接加熱する加熱コイルをピエゾ振動素
子の代りの圧力上昇手段として使用することが記載され
ている。
That is, the above-mentioned publication describes the use of a heating coil that directly heats a liquid as a pressure increasing means in place of the piezo vibrating element in order to generate steam that causes a pressure increase.

しかし、上記公報には、圧力上昇手段としての加熱コイ
ルに通電して液体インクが出入りし得る口が一つしかな
い袋状のインク室(液室)内の液体インクを直接加熱し
て蒸気化することが記載されているに過ぎず、連続繰返
し液吐出を行う場合に、どの様に加熱すれば良いかは、
何等示唆されるところがない。加えて、加熱コイルが設
けられている位置は、液体インクの供給路から遥かに遠
い袋状液室の最深部に設けられているので、ヘッド構造
上複雑であるに加えて、高速での連続繰返し使用には、
不向きとなっている。
However, in the above publication, the liquid ink in the bag-shaped ink chamber (liquid chamber), which has only one opening through which liquid ink can go in and out, is directly heated and vaporized by energizing the heating coil as a pressure increasing means. However, there is no information on how to heat the liquid when discharging the liquid repeatedly.
There is nothing to suggest. In addition, the heating coil is located at the deepest part of the bag-shaped liquid chamber far from the liquid ink supply path, which makes the head structure complicated and requires continuous high-speed printing. For repeated use,
It is not suitable.

しかも、上記公報に記載の技術内容からでは、実用上重
要である発生する熱で液吐出を行った後に次の液吐出の
準備状態を速やかに形成することは出来ない。
Moreover, with the technical content described in the above-mentioned publication, it is not possible to quickly prepare for the next liquid discharge after discharging the liquid using the generated heat, which is important in practice.

このように従来法には、構成上、高速記録化上、記録ヘ
ッドのマルチノズル化上、サテライトドツトの発生およ
び記録画像のカブリ発生等の点において一長一短があっ
て、その長所を利する用途にしか適用し得ないという制
約が存在していた。
As described above, conventional methods have advantages and disadvantages in terms of structure, high-speed recording, multi-nozzle recording heads, generation of satellite dots, and fogging of recorded images. There was a restriction that it could only be applied.

また、特公昭59−43315号公報には、バブルジェ
ッ1へ型インクジェット記録装置において、熱作用部に
おける電気・熱変換体の液体(インク)と接する部分の
重量減少量をアルミニウムの1/10以下として、該電
気・熱変換体を長寿命化することが開示されている。
Furthermore, in Japanese Patent Publication No. 59-43315, in a Bubble Jet 1 type inkjet recording device, the amount of weight loss of the part of the electrical/thermal converter in contact with the liquid (ink) in the heat acting part is set to be 1/10 or less of that of aluminum. , has been disclosed to extend the life of the electric/thermal converter.

第6図は、上記特公昭59−43315号公報に開示さ
れている液滴噴射記録ヘッドの一例を説明するための図
で、第6図(a)は、液体噴射記録ヘッドのオリフィス
側から見た正面部分図、第6図(b)は、第6図(a)
に−点鎖線XXで示す部分で切断した場合の切断面部分
図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the liquid droplet jet recording head disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 59-43315, and FIG. 6(a) is a diagram as seen from the orifice side of the liquid jet recording head. The front partial view, Fig. 6(b), is the same as Fig. 6(a).
FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along a section indicated by a dashed line XX.

図に示される記録ヘッド1は、その表面に電気・熱変換
体2が設けらている基板3の表面に、所定の線密度で所
定の巾と深さの溝が所定数設けられている溝付板4で覆
う様に接合することによって、オリフィス5と液吐出部
6が形成された構造を有している。図に示す記録ヘッド
1の場合、オリフィス5を複数(5,、5□、53)有
するものとして示されているが、単一オリフィスの場合
の記録ヘッドへの適用の場合も可能である。
The recording head 1 shown in the figure has a predetermined number of grooves of a predetermined width and depth at a predetermined linear density on the surface of a substrate 3 on which an electric/thermal converter 2 is provided. It has a structure in which an orifice 5 and a liquid discharge part 6 are formed by joining so as to be covered with an attached plate 4. Although the recording head 1 shown in the figure is shown as having a plurality of orifices 5 (5, 5□, 53), it is also possible to apply the present invention to a recording head with a single orifice.

液吐出部6は、その終端に液滴を吐出させる為のオリフ
ィス5と、″上気熱変換体2より発生される熱エネルギ
ーが液体に作用して気泡を発生し、その体積の膨張と収
縮に依る急激な状態変化を引起す処である熱作用部7と
を有する。
The liquid discharge part 6 has an orifice 5 at its end for discharging liquid droplets, and thermal energy generated from the upper air heat converter 2 acts on the liquid to generate bubbles, causing expansion and contraction of its volume. It has a heat acting part 7 which is a place where rapid changes in state are caused due to.

熱作用部7は、電気・熱変換体2の熱発生部8の上部に
位1aし5熱発生部8の液体と接触する部分である熱作
用面9をその底面としている。
The heat acting part 7 is located above the heat generating part 8 of the electricity/thermal converter 2, and has a heat acting surface 9, which is a part of the heat generating part 8 that comes into contact with the liquid, as its bottom surface.

熱発生部8は、基板3上に設けられた下部層10.該下
部層10上に設けられた発熱抵抗層11、該発熱抵抗J
f’J l上に設けられた上部層12とで構成されてい
る。発熱抵抗層11には、熱を発生させる為に該J−1
1に通電する為の電極13゜14がその表面に設けられ
ている。電極13は、各液吐出部の熱発生部に共通の電
極であり、電極14は、各液吐出部の熱発生部を選択し
て発熱させる為の選択電極であって、液吐出部の流路に
沿って設けられている。
The heat generating section 8 is a lower layer 10 provided on the substrate 3. The heating resistor layer 11 provided on the lower layer 10, the heating resistor J
f'J l and an upper layer 12 provided on top of the top layer 12 . The heat generating resistor layer 11 includes the J-1 in order to generate heat.
Electrodes 13 and 14 for energizing 1 are provided on its surface. The electrode 13 is a common electrode for the heat generating section of each liquid discharging section, and the electrode 14 is a selection electrode for selectively generating heat in the heat generating section of each liquid discharging section. It is located along the road.

」一部J+112は、発熱抵抗層11を使用する液体か
ら化学的・物理的に保護する為に発熱抵抗層11と液吐
出部6にある液体と隔絶すると共に、液体を通じて電極
13.14間が短絡するのを防止する、発熱抵抗層11
の保護的機能を有している。
” Part J+112 is separated from the liquid in the liquid discharge part 6 and the heating resistance layer 11 in order to chemically and physically protect the heating resistance layer 11 from the liquid used, and the electrodes 13 and 14 are connected through the liquid. Heat generating resistance layer 11 that prevents short circuits
It has a protective function.

下部層10は、主に熱流斌制御機能を有する。The lower layer 10 mainly has a heat flow control function.

即ち、液滴吐出の際には、発熱抵抗M11で発生する熱
が基板3側の方に伝導するよりも、熱作用部7側の方に
伝導する割合が出来る限り多くなり、液滴吐出後、つま
り発熱抵抗RI111への通電がOFFされた後には、
熱作用部7及び熱発生部8にある熱が速かに基板3側に
放出されて、熱作用部7にある液体及び発生した気泡が
急冷される為に設けられている。
That is, when discharging a droplet, the proportion of heat generated by the heat generating resistor M11 being conducted toward the heat acting section 7 side is as high as possible, rather than toward the substrate 3 side, and after discharging the droplet. , that is, after the power to the heating resistor RI111 is turned off,
This is provided so that the heat in the heat acting part 7 and the heat generating part 8 is quickly released to the substrate 3 side, and the liquid in the heat acting part 7 and the generated bubbles are rapidly cooled.

上記の液体噴射記録ヘッド1においては、その特徴とし
て、熱作用部7の液体と接触する壁面の部分である熱作
用部9が、純!99.9%のアルミニウム板をテストス
タンダードとして、その重機減少試験における試験面の
単位面積当りの重量減少量ΔW(AI2)が1■/dに
なる時の、テスト開始からの経過時間tにおける単位面
積当りの重量減少量ΔWがΔW(AM)の1/10以下
である物質で構成されており、これにより、使用寿命を
長くするとともに、高速記録を行う為に液滴形成頻度を
著しく高めても、又、電気熱変換体に入力されるパルス
信号のレベル値が高くなっても長時間連続して安定な液
滴吐出を行う事が出来るようにしている。
The liquid jet recording head 1 described above is characterized in that the heat acting portion 9, which is the wall surface portion of the heat acting portion 7 that comes into contact with the liquid, is pure! Using a 99.9% aluminum plate as the test standard, the unit at the elapsed time t from the start of the test when the weight loss ΔW (AI2) per unit area of the test surface in the heavy equipment reduction test becomes 1■/d. It is composed of a material whose weight loss per area ΔW is less than 1/10 of ΔW (AM), which not only extends its service life but also significantly increases the frequency of droplet formation for high-speed recording. Furthermore, even if the level value of the pulse signal input to the electrothermal transducer becomes high, stable droplet ejection can be performed continuously for a long time.

而して、上記特公昭59−43315号公報に記載の発
明は、電気熱変換体の寿命の観点から重量減少量を論じ
ているが、現実問題としては、破壊が生ずる以前に、イ
ンクに異変が生じ、満足な吐出性能が得られなくなる。
The invention described in Japanese Patent Publication No. 59-43315 discusses the amount of weight loss from the perspective of the life of the electrothermal converter, but in reality, the ink may undergo abnormal changes before destruction occurs. occurs, making it impossible to obtain satisfactory ejection performance.

満足な吐出性能とは。What is satisfactory discharge performance?

オリフィスの目づまりのない、又、噴射方向に曲がりの
ない吐出をいう。
Refers to discharge without clogging of the orifice and without bending in the jet direction.

また、」−記特公昭59−43315号公報においては
、アルミニウムの重量減少を基準に、熱作用部の重量減
少量を規定しているが、バブルジエン1〜型インクジェ
ット記録装置においては、アルミニウムがインクに直接
接触するような構造はふつうはとることがなく(アルミ
ニウムがすぐにインクに腐蝕されるため)、そのような
材料を基準にすることは、現実無視といわざるを得ない
。実際に使用される材料を基準にして重量減少量を論す
ることは意味があるが、上記特公昭59−43315号
公報において、アルミニウムという材料の選定の理由が
あいまいで、その技術的根拠は低いといわざるを得ない
Furthermore, in Japanese Patent Publication No. 59-43315, the amount of weight reduction of the heat acting part is specified based on the weight reduction of aluminum. Structures that come into direct contact with aluminum are not normally used (because aluminum is quickly corroded by ink), and using such materials as a standard ignores reality. Although it is meaningful to discuss the amount of weight loss based on the material actually used, the reason for selecting the material aluminum in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 59-43315 is ambiguous, and the technical basis for this is low. I have to say that.

目     的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、バブルジェノ1〜型液体噴射記録ヘッドの目づま
りを防止することを目的としてなされたものである。
Purpose The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances.
In particular, this was done for the purpose of preventing clogging of Bubble Geno 1-type liquid jet recording heads.

遭−−」父 本発明は、上記目的を達成するために、導入される記録
液体を収容するとともに、該記録液体に熱によって気泡
を発生させ、該気泡の体積増加にともなう作用力を発生
させる熱エネルギー作用部を付設した流路と、該流路に
連絡して前記記録液体を前記作用力によって液滴として
吐出させろためのオリフィスと、前記流路に連絡して、
該流路に前記記録液体を導入するための液室と、該液室
に]1j記記録液体を導入する手段よりなる液体噴射記
録ヘッドにおいて、該液体噴射記録ヘッドを構成する部
材から、前記液体噴射記録ヘッドに使用する前記記録液
体へ溶出する元素のうちSiが、前記部材が一定時間、
一定温度で前記記録液体に接触した場合、15ppm以
下であること、更には、前記液体噴射記録ヘッドにおい
て、前記溶出する元素がTaであることを特徴とする特
徴としたものである。以下、本発明の実施例に基いて説
明する。
In order to achieve the above object, the present invention contains a recording liquid to be introduced, generates bubbles in the recording liquid by heat, and generates an acting force as the volume of the bubbles increases. a flow path provided with a thermal energy acting portion; an orifice connected to the flow path for causing the recording liquid to be ejected as droplets by the acting force;
In a liquid jet recording head comprising a liquid chamber for introducing the recording liquid into the flow path, and a means for introducing the recording liquid in [1j] into the liquid chamber, the liquid is Among the elements eluted into the recording liquid used in the jet recording head, Si is
When it comes into contact with the recording liquid at a constant temperature, it is 15 ppm or less, and further, in the liquid jet recording head, the element to be eluted is Ta. Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.

第1図は、本発明の一実施例を説明するための要部断面
図(熱エネルギー作用部所面図)、第2図は、本発明が
適用されるインクジェットヘッドの一例としてのバブル
ジェットヘッドの動作説明をするための図、第3図は、
バブルジェットヘッドの一例を示す斜視図、第4図は、
第3図に示したヘッドを構成する蓋基板(第4図(a)
)と発熱体基板(第4図(b))に分解した時の斜視図
、第5図は。
FIG. 1 is a sectional view of a main part (a view of a thermal energy acting part) for explaining an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a bubble jet head as an example of an inkjet head to which the present invention is applied. Figure 3 is a diagram for explaining the operation of
A perspective view showing an example of a bubble jet head, FIG.
The lid substrate that constitutes the head shown in Fig. 3 (Fig. 4 (a)
) and the heating element board (Fig. 4(b)).

第4図(a)に示した蓋基板を裏側から見た斜視図で、
図中、21は蓋基板、22は発熱体基板、23は記録液
体流入口、24はオリフィス、25は流路、26は液室
を形成するための領域、27は個別(独立)電極、28
は共通電極、29は発熱体(ヒータ)、30はインク、
31は気泡、32は飛翔インク滴で、本発明は、斯様な
バブルジェット式の液体噴射記録ヘッドに適用可能なも
のである。
This is a perspective view of the lid substrate shown in FIG. 4(a) from the back side.
In the figure, 21 is a lid substrate, 22 is a heating element substrate, 23 is a recording liquid inlet, 24 is an orifice, 25 is a flow path, 26 is a region for forming a liquid chamber, 27 is an individual (independent) electrode, 28
is a common electrode, 29 is a heating element (heater), 30 is ink,
31 is a bubble, and 32 is a flying ink droplet, and the present invention is applicable to such a bubble jet type liquid jet recording head.

最初に、第2図を参照しながらバブルジェットによるイ
ンク噴射について説明すると、(a)は定常状態であり
、オリフィス面でインク30の表面張力と外圧とが平衡
状態にある。
First, ink ejection by a bubble jet will be described with reference to FIG. 2. (a) is a steady state, in which the surface tension of the ink 30 and the external pressure are in equilibrium on the orifice surface.

7(b)はヒータ29が加熱されて、ヒータ29の表面
温度が急上昇し隣接インク層に沸騰現像が起きるまで加
熱され、微小気泡31が点在している状態にある。
7(b), the heater 29 is heated until the surface temperature of the heater 29 rises rapidly and boiling development occurs in the adjacent ink layer, and microbubbles 31 are scattered.

(c)はヒータ29の全面で急激に加熱された隣接イン
クWJが瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡31が
生長した状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡
の生長した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバ
ランスがくずれ、オリフィスよりインク柱が生長し始め
る。
(c) shows a state in which the adjacent ink WJ that is rapidly heated on the entire surface of the heater 29 is instantaneously vaporized to form a boiling film, and the bubbles 31 grow. At this time, the pressure inside the nozzle increases by the amount of bubble growth, and the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, causing an ink column to begin to grow from the orifice.

(d)は気泡が最大に生長した状態であり、オリフィス
面より気泡の体積に相当する分のインク30が押し出さ
れる。この時、ヒータ29には電流が流れていない状態
にあり、ヒータ29の表面温度は降下しつつある。気泡
31の体積の最大値は電気パルス印加のタイミングから
ややおくれる。
(d) shows a state in which the bubble has grown to its maximum, and ink 30 corresponding to the volume of the bubble is pushed out from the orifice surface. At this time, no current is flowing through the heater 29, and the surface temperature of the heater 29 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 31 is slightly delayed from the timing of electric pulse application.

(e)は気泡31がインクなどにより冷却されて収縮を
開始し始めた状態を示す。インク柱の先端部では押し出
された速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に
伴ってノズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル
内へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。
(e) shows a state in which the bubbles 31 are cooled by ink or the like and begin to contract. At the tip of the ink column, it moves forward while maintaining the extruded speed, and at the rear end, the ink flows backward from the orifice surface into the nozzle due to the decrease in nozzle internal pressure as the bubbles contract, creating a constriction in the ink column. .

(f)はさらに気泡31が収縮し、ヒータ面にインクが
接しヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オ
リフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になる
ためメニスカスが大きくノズル内に入り込んで来ている
。インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方向へ5〜1
0m/secの速度で飛翔している。
In (f), the air bubbles 31 are further contracted, the ink comes into contact with the heater surface, and the heater surface is cooled even more rapidly. At the orifice surface, the external pressure is higher than the nozzle internal pressure, so the meniscus is largely moving into the nozzle. The tip of the ink column becomes a droplet and drops 5 to 1 droplets toward the recording paper.
It is flying at a speed of 0m/sec.

(g)はオリフィスにインクが毛細管現象により再び供
給(リフィル)されて(a)の状態にもどる過程で、気
泡は完全に消滅している。
In (g), the air bubbles have completely disappeared in the process of refilling the orifice with ink by capillary action and returning to the state of (a).

本発明は、上述のごときバブルジェット型インクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、現実に使用されるバブルジェッ
ト型液体噴射記録ヘッドの部材が記録液体(インク)に
接触した場合に生ずる不具合を分析してなされたもので
ある。
The present invention was made by analyzing the problems that occur when the members of the bubble jet liquid jet recording head actually used come into contact with the recording liquid (ink) in the bubble jet type ink jet recording head as described above. be.

而して、第1図は、バブルジェット型インクジェット記
録ヘッドにおける熱エネルギー作用部の断面積であり、
このうち記録液体(インク)に接触するのは、保護)m
 34と、電極保護N35(一般に有機材料が用いられ
る)である。
FIG. 1 shows the cross-sectional area of the thermal energy acting part in the bubble jet type inkjet recording head.
Of these, those that come into contact with the recording liquid (ink) are
34 and electrode protection N35 (generally an organic material is used).

今、保護層34としては、SiO□、Si、N4あるい
はTa等が一般に用いられる。これらの材料は、発熱W
J 29 (発熱抵抗体)を記録液体30から保護する
ためのものであり、これらの保護#34が破壊されて発
熱層29に記録液体30がとどくようなことはあっては
ならない。これは、記録ヘッド側からみた場合の保護層
34の役割であるが、一方、記録液体側からみた場合、
より厳しい条件であることが要求される。すなわち、保
護層34が破壊に至る以前に、保護層材料の金属元素が
記録液体と化学反応をおこし、記録液体を変質せしめる
という問題がある。変質した記録液体のひきおこす最も
重要な問題は、オリフィスの目づまりである。オリフィ
スの目づまりはインクジェット記録特有の問題として、
今までも問題になっており、その解決方法もいろいろ提
案されている。しかし、バブルジェット技術においては
、その熱エネルギー作用部において、記録液体のヒート
サイクルがあるため5通常のPZTを用いるドロップオ
ンデマンド方式や、あるいは、連続流型インクジェット
のようなそれほど熱作用を大きくうけない方式とは異な
ったより厳しい条件にさらされている。ヒートサイクル
により化学反応が促進されるため、従来のインフジエラ
1〜技術では問題とならなかったようなことでも、バブ
ルジェット技術では、重要な問題となるのである。
Now, as the protective layer 34, SiO□, Si, N4, Ta, or the like is generally used. These materials generate heat W
This is to protect the J 29 (heating resistor) from the recording liquid 30, and it must not happen that the protection #34 is destroyed and the recording liquid 30 reaches the heating layer 29. This is the role of the protective layer 34 when viewed from the recording head side, but on the other hand, when viewed from the recording liquid side,
More stringent conditions are required. That is, there is a problem in that, before the protective layer 34 is destroyed, the metal element of the protective layer material causes a chemical reaction with the recording liquid, causing the recording liquid to change in quality. The most important problem caused by degraded recording fluid is orifice clogging. Orifice clogging is a problem specific to inkjet recording.
This has been a problem for some time, and various solutions have been proposed. However, in bubble jet technology, because there is a heat cycle of the recording liquid in the part where thermal energy is applied, 5 there is a drop-on-demand method using ordinary PZT, or continuous flow inkjet, which is not subject to much heat action. It is exposed to different and more severe conditions than other methods. Since chemical reactions are accelerated by heat cycles, things that would not have been a problem with the conventional Infusiera 1 technology become important problems with the bubble jet technology.

本発明は、この点に鑑み、保護層の金属元素の記録液体
中への溶出がどこまで許容されるかについて繰り返し実
験を行ない、その許容値を厳密に決めたものである。本
発明者の実験によれば、記録ヘットを構成する部材、と
りわけ保護層に含有されるSi、Taが、その部材を1
000時間、50℃の条件で記録液体に接触させた場合
の溶出量が、15ρρm以下であることが望ましく、最
適にはlopρm以下である必要がある。表1に結果の
一例を示す。
In view of this point, the present invention conducts repeated experiments to determine to what extent the metal elements of the protective layer are allowed to elute into the recording liquid, and the permissible value is strictly determined. According to the inventor's experiments, Si and Ta contained in the members constituting the recording head, especially the protective layer,
The amount of elution when brought into contact with a recording liquid at 50° C. for 000 hours is desirably 15 ρρm or less, and optimally needs to be lop ρm or less. Table 1 shows an example of the results.

なお、溶出量は、プラズマ発光分析法によって測定した
。噴射性能の測定は、金属元素の溶出量がわかっている
記録液体を記録ヘッドに充てんし、10分間連続噴射、
(f:1.5に玉にて)した後の結果である。なお、溶
出量を変えた記録液体は、保護層の面積あるいは、真空
たい積法(本発明に使用される保護層Sio、、Si、
N4あるいはTaは、真空たい積法によって形成される
のが望ましい)の条件を変えたサンプルを記録液体中に
1000時間50℃の浸せきすることによって作られた
Note that the elution amount was measured by plasma emission spectrometry. The jetting performance was measured by filling the recording head with a recording liquid whose elution amount of metal elements was known, and continuously jetting it for 10 minutes.
This is the result after (using a ball at f: 1.5). Note that recording liquids with different elution amounts can be used depending on the area of the protective layer or the vacuum deposition method (protective layer Sio, Si, Si, etc. used in the present invention).
The samples were prepared by immersing samples under different conditions (N4 or Ta is preferably formed by a vacuum deposition method) into a recording liquid at 50° C. for 1000 hours.

ここで使用したヘッドは、中〜高解像の印字品質を狙っ
たオリフィス配列密度16本/l1111のものである
。インクジェットの目づまりという信頼性に関する問題
は、オリフィス配列密度あるいは、オリフィスサイズ等
に関係なく解決されねばならないが、現実には、より高
解像の印字品質を狙う、すなわち、オリフィス配列密度
を上げるほどよりきびしく管理されねばならない。
The head used here has an orifice arrangement density of 16/1111 aiming at medium to high resolution printing quality. The reliability problem of inkjet clogging must be solved regardless of the orifice array density or orifice size, but in reality, the higher the orifice array density is aimed at, the higher the orifice array density. Must be more strictly controlled.

表1の結果から16本/m程度の配列密度のヘッドにお
いては、元素の容量量が15ppm以下であれば、目づ
まり等が発生せず、はぼ満足な結果が得られることがわ
かる。
From the results in Table 1, it can be seen that in a head with an arrangement density of about 16 lines/m, if the element capacity is 15 ppm or less, no clogging occurs and a completely satisfactory result can be obtained.

次に、より高精細な印字品質を狙うにく、16本/m以
上の配列密度をもつヘッドを試作し、同様の試験を行な
った結果を表2に示す。
Next, aiming at higher-definition printing quality, a head with an arrangement density of 16 lines/m or more was prototyped and similar tests were conducted.Table 2 shows the results.

以」二より、溶出量は15ppm以下であることが望ま
しく、又、より高精細な印字品質を狙うには。
From the above, it is desirable that the elution amount is 15 ppm or less, and in order to aim for higher definition printing quality.

topρm以下である必要があることがわかる。It can be seen that it needs to be less than or equal to topρm.

効   果 以−Hの説明から明らかなように、本発明によると、オ
リフィスの目づまり、あるいは部分的にたい植物が生ず
ることがなく、安定した吐出性能が得られる。
As is clear from the explanation in E-H, according to the present invention, stable discharge performance can be obtained without clogging the orifice or causing localized vegetation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の一実施例を説明するための要部断面
図、第2図は、本発明が適用されるインクジェットヘッ
ドの一例としてのバブルジェノ1−ヘッドの動作説明を
するための図、第3図は、バブルジェットヘッドの一例
を示す斜視図、第4図は、分解斜視図、第5図は、蓋基
板を裏側から見た図、第6図は、従来のバブルジェノ1
−記録ヘッドの一例を説明するための図である。 21・・・蓋J、(板、22・・・発熱体基板、27.
28・・・電極、29・・・発熱体、33・・・蓄熱層
、34・・・保護層、35・・・電極保護層。 一 伯 シ ・右 3 ・図 第 (b)
FIG. 1 is a sectional view of a main part for explaining an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of a Bubble Geno 1 head as an example of an inkjet head to which the present invention is applied. , FIG. 3 is a perspective view showing an example of a bubble jet head, FIG. 4 is an exploded perspective view, FIG. 5 is a view of the lid substrate from the back side, and FIG. 6 is a conventional bubble jet head.
- It is a diagram for explaining an example of a recording head. 21...Lid J, (plate, 22...Heating element substrate, 27.
28... Electrode, 29... Heating element, 33... Heat storage layer, 34... Protective layer, 35... Electrode protective layer. Kazuhakushi, right 3, Figure No. (b)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、導入される記録液体を収容するとともに、該記録液
体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増加にと
もなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設し
た流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力
によって液滴として吐出させるためのオリフィスと、前
記流路に連絡して、該流路に前記記録液体を導入するた
めの液室と、該液室に前記記録液体を導入する手段より
なる液体噴射記録ヘッドにおいて、該液体噴射記録ヘッ
ドを構成する部材から、前記液体噴射記録ヘッドに使用
する前記記録液体へ溶出する元素のうちSi又はTaが
、前記部材が一定時間、一定温度で前記記録液体に接触
した場合、15ppm以下であることを特徴とする液体
噴射記録ヘッド。ここで、一定時間は1000時間、一
定温度は50℃とする。 2、前記液体噴射記録ヘッドにおいて、前記溶出する元
素がTaであることを特徴とする請求項第1項に記載の
液体噴射記録ヘッド。
[Claims] 1. A flow path that accommodates the recording liquid introduced and is provided with a thermal energy acting section that generates bubbles in the recording liquid by heat and generates an acting force as the volume of the bubbles increases. an orifice that communicates with the flow path and causes the recording liquid to be ejected as droplets by the acting force; and a liquid chamber that communicates with the flow path and introduces the recording liquid into the flow path. , in a liquid jet recording head comprising means for introducing the recording liquid into the liquid chamber, among the elements that elute from the members constituting the liquid jet recording head into the recording liquid used in the liquid jet recording head, Si or A liquid jet recording head characterized in that Ta is 15 ppm or less when the member is in contact with the recording liquid at a constant temperature for a constant time. Here, the constant time is 1000 hours and the constant temperature is 50°C. 2. The liquid jet recording head according to claim 1, wherein the element to be eluted is Ta.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100466695B1 (en) * 2001-08-10 2005-01-24 (주)종현엔지니어링건축사사무소 Structure and method for joining between roof and wall of set building

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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