JP2825862B2 - Liquid jet recording head - Google Patents
Liquid jet recording headInfo
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- JP2825862B2 JP2825862B2 JP20752989A JP20752989A JP2825862B2 JP 2825862 B2 JP2825862 B2 JP 2825862B2 JP 20752989 A JP20752989 A JP 20752989A JP 20752989 A JP20752989 A JP 20752989A JP 2825862 B2 JP2825862 B2 JP 2825862B2
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- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2/14088—Structure of heating means
- B41J2/14112—Resistive element
- B41J2/14129—Layer structure
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
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に関し、より詳細に
は、サーマルインクジェットプリンタの記録ヘッドに関
する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a liquid jet recording head, and more particularly, to a recording head of a thermal ink jet printer.
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クジェット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。2. Description of the Related Art Non-impact recording methods have recently attracted attention in that the generation of noise during recording is extremely small to a negligible level. Among them, the so-called ink jet recording method, which can perform high-speed recording and can perform recording on so-called plain paper without requiring a special fixing process, is an extremely powerful recording method. Some have been proposed and commercialized with improvements, while others are still being put to 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、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。In such an ink jet recording method, recording is performed by flying droplets of a recording liquid called so-called ink and attaching the droplets to a recording member. The control method for controlling the flying direction of the generated recording liquid droplet is roughly classified into several types.
先ず第1の方式は、例えば米国特許第3060429号明細
書に開示されているもの(Tele 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、発生した記
録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録部材上
に記録液体小滴を選択的に付着させて記録を行うもので
ある。First, the first method is disclosed in, for example, US Pat. No. 3,060,429 (Tele type method),
Recording liquid droplets are generated by electrostatic attraction, and the generated recording liquid droplets are subjected to electric field control according to a recording signal, and recording is performed by selectively adhering the recording liquid droplets onto a recording member. It is.
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、一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。More specifically, in more detail, an electric field is applied between the nozzle and the accelerating electrode to discharge a uniformly charged droplet of the recording liquid from the nozzle, and the discharged droplet of the recording liquid is converted into a recording signal. In accordance with this, recording is performed by causing the droplets to fly between the xy deflection electrodes configured so as to be electrically controllable and selectively adhering small droplets onto the recording member by a change in the intensity of the electric field.
第2の方式は、例えば米国特許第3596275号明細書、
米国特許第3298030号明細書等に開示されている方式(S
weet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、一様の電界が掛けられてい
る偏向電極間を飛翔させることで、記録部材上に記録を
行うものである。The second method is described, for example, in US Pat. No. 3,596,275,
The method disclosed in US Pat. No. 3,298,030 and the like (S
Weet method) in which droplets of the recording liquid with a controlled charge amount are generated by a continuous vibration generation method, and the generated droplets with a controlled charge amount are subjected to a uniform electric field. The recording is performed on the recording member by flying between the 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信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、付加された帯電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。More specifically, a charging electrode configured so that a recording signal is applied in front of an orifice (ejection port) of a nozzle, which is a part of a recording head provided with a piezoelectric vibrating element, is separated by a predetermined distance. The piezoelectric vibrating element is mechanically vibrated by applying an electric signal of a constant frequency to the piezoelectric vibrating element, and a droplet of the recording liquid is discharged from the discharge port. At this time, a charge is electrostatically induced in the recording liquid droplet discharged by the charging electrode, and the droplet is charged with a charge amount according to the recording signal. When the droplet of the recording liquid whose charge amount is controlled flies between the deflection electrodes to which a constant electric field is uniformly applied, the droplet is deflected according to the added charge amount and carries a recording signal. Only the recording material can be deposited on the recording member.
第3の方式は、例えば米国特許第3416153号明細書に
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。The third method is a method (Hertz method) disclosed in, for example, US Pat. No. 3,416,153, in which an electric field is applied between a nozzle and a ring-shaped charging electrode, and a continuous vibration generation method is used. This is a method in which small droplets are generated and atomized for recording. That is, in this method, the atomization state of the small droplet is controlled by modulating the electric field intensity applied between the nozzle and the charging electrode in accordance with the recording signal, and the image is recorded with the gradation of the recorded image.
第4の方式は、例えば米国特許第3747120号明細書に
開示されている方式(Stemme方式)で、この方式は前記
3つの方式とは根本的に原理が異なるものである。The fourth system is, for example, a system (Stemme system) disclosed in US Pat. No. 3,747,120, and this system is fundamentally different from the above three systems in principle.
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材上に付着
させて記録を行うのに対して、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。That is, in each of the three methods, the droplet of the recording liquid discharged from the nozzle is electrically controlled during the flight, and the droplet carrying the recording signal is selectively attached to the recording member. On the other hand, according to the Stemme method, recording is performed by ejecting a small droplet of recording liquid from an ejection port in accordance with a recording signal.
つまり、Stemme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。That is, in the Stemme method, the piezoelectric vibrating element attached to the recording head having the ejection port for ejecting the recording liquid includes:
Applying an electrical recording signal, converting the electrical recording signal into mechanical vibration of a piezo-vibrating element, and ejecting a droplet of the recording liquid from the ejection port in accordance with the mechanical vibration to cause the droplet to fly and adhere to the recording member. Is to record.
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。Each of these four conventional methods has its own features, but on the other hand, there are points that can be solved.
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。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。That is, in the first to third methods, the direct energy of the generation of the droplet of the recording liquid is electrical energy,
The control of the deflection of the droplet is also the electric field control. Therefore, the first method is simple in structure, but requires a high voltage to generate small droplets, and is not suitable for high-speed printing because it is difficult to use a multi-nozzle recording head.
第2の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能応
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
にサテライトドットが生じ易いこと等の問題点がある。The second method is suitable for high-speed recording because it is possible to use a multi-nozzle recording head. However, the configuration is complicated, and the electrical control of the recording liquid droplets is advanced and difficult. There is a problem that satellite dots easily occur.
第3の方式は、記録液体小滴を霧化することによって
階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、記録画像にカブリ
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 a feature that an image having excellent gradation can be recorded by atomizing a recording liquid droplet, but on the other hand, it is difficult to control the atomization state, and fogging occurs in the recorded image. In addition, there are problems such as the fact that it is difficult to use a multi-nozzle recording head, and it is not suitable 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滴
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。而乍ら、一方において、記録ヘッドの加工上
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 scheme has relatively many advantages over the first to third schemes. That is, in order to perform recording by discharging the recording liquid from the discharge port of the nozzle on demand (on-demand), it is simple in terms of the configuration. It is not necessary to collect small droplets that are not required for recording an image, and there is no need to use a conductive recording liquid as in the first and second methods, and the recording liquid material Has a great advantage such as a large degree of freedom. However, on the other hand, it is difficult to form a multi-nozzle recording head because there are problems in processing the recording head and it is extremely difficult to reduce the size of the piezoelectric vibrating element having a desired resonance number. However, since the recording liquid droplets are ejected and fly by the mechanical energy of mechanical vibration of the piezo-vibration element, it is not suitable for high-speed recording.
更には、特開昭48−9622号公報(前記米国特許第3747
120号明細書に対応)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。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-9622 (the aforementioned U.S. Pat.
No. 120) describes, as a modification, the use of thermal energy instead of the mechanical vibration energy 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所謂バブルジ
ェットの液体噴射記録装置が記載されている。That is, the above-mentioned publication describes a so-called bubble jet liquid jet recording apparatus which uses a heating coil for directly heating a liquid as a pressure increasing means instead of a piezo vibrating element in order to generate vapor which causes a pressure increase. I have.
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は、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, the above publication discloses that a heating coil serving as a pressure increasing means is energized to directly evaporate the liquid ink in a bag-shaped ink chamber (liquid chamber) having only one opening through which the liquid ink can enter and exit. However, there is no suggestion as to how to heat the liquid when the liquid is continuously and repeatedly discharged. In addition, since the position where the heating coil is provided is provided at the deepest part of the bag-shaped liquid chamber far from the supply path of the liquid ink, in addition to being complicated in terms of the head structure, continuous It is not suitable for repeated use.
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, according to the technical contents described in the above-mentioned publication, it is not possible to quickly form a preparation state for the next liquid discharge after performing the liquid discharge with the generated heat which is practically important.
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、サテライトドットの発生お
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, the conventional method has advantages and disadvantages in terms of configuration, high-speed recording, multi-nozzle recording head, generation of satellite dots and occurrence of fogging of a recorded image, etc. There was a restriction that only the application was possible.
また、特開昭55−82663号公報には、発熱体基板を冷
却することにより発熱体表面の温度の急速下降を可能な
らしめ蒸気泡周辺の記録媒体液の加熱を減少させること
によって溶存酸素等から生じる気泡の発生を少なくおさ
えて、小滴吐出の周波数応答性を良くすると同時に、発
熱体自体の温度の周波数応答性も向上させることが記載
されており、さらに、特開昭61−211045号公報には、印
字ヘッドユニットにヒーターおよび温度検出手段を設け
るとともに装置内に送風機を設け、装置の制御部から、
前記温度検出手段の検出信号に基づいて前記ヒーターお
よび前記送風機の駆動を制御することにより、印字ヘッ
ド部分の温度を適正インク液滴形成範囲に維持すること
が記載されている。また、本発明以前の出願のものとし
て、記録ヘッド、とりわけ、発熱体基板の層構成及びそ
の材料に関する発明のものが出願されているが、本発明
のような記録ヘッドの伝熱特性については述べられてい
ない。Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-82663 discloses that the temperature of the surface of a heating element can be rapidly decreased by cooling the heating element substrate, and the heating of the recording medium liquid around the vapor bubbles is reduced to thereby dissolve dissolved oxygen or the like. It is described that the frequency response of the heating element itself is also improved while the frequency response of the droplets is improved by suppressing the generation of bubbles generated from the air bubbles, and furthermore, JP-A-61-211045. In the publication, a heater and a temperature detecting means are provided in the print head unit, and a blower is provided in the apparatus.
It is described that by controlling the driving of the heater and the blower based on a detection signal of the temperature detecting means, the temperature of a print head portion is maintained in a proper ink droplet forming range. Further, as an application prior to the present invention, a recording head, particularly an invention relating to a layer structure of a heating element substrate and its material has been filed, but the heat transfer characteristics of the recording head as in the present invention are described. Not been.
記録ヘッドの伝熱特性を改善するために、特開昭55−
82663号公報では、非常に大きな放熱冷却用のヒートシ
ンクを用いており、また、特開昭61−211045号公報で
は、送風機を用いて冷却している。しかし、いずれも装
置の構成が大ががりとなり、コンパクト性、コスト面か
らみて、はなはだ不利な方式である。これはひとえに、
記録ヘッドの伝熱特性を構造面から充分に検討すること
なく、安易に冷却装置を記録ヘッドに設けて、目的を達
成しようとしたために生じたものである。To improve the heat transfer characteristics of the recording head, Japanese Patent Application Laid-Open
In Japanese Unexamined Patent Publication No. 82663, a very large heat sink for heat radiation cooling is used, and in Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-211045, cooling is performed using a blower. However, these methods are all disadvantageous in terms of compactness and cost due to the large configuration of the apparatus. This is just
This was caused by trying to achieve the purpose by easily providing a cooling device in the recording head without sufficiently examining the heat transfer characteristics of the recording head from the structural point of view.
また、特開昭55−128468号公報においては、バブルジ
ェットヘッドの電気・熱変換体の保護層として以下のも
のをあげている。つまり、保護層として、酸化チタン,
酸化バナジウム,酸化ニオブ,酸化モリブデン,酸化タ
ンタル,酸化タングステン,酸化クロム,酸化ジルコニ
ウム,酸化ハフニウム,酸化ランタン,酸化イツトリウ
ム,酸化マンガン等の遷移金属酸化物,更に酸化アルミ
ニウム,酸化カルシウム,酸化ストロンチウム,酸化バ
リウム,酸化シリコン、等の金属酸化物及びそれらの複
合体。窒化シリコン,窒化アルミニウム,窒化ボロン,
窒化タンタル等高抵抗窒化物及びこれら酸化物,窒化物
の複合体、更にアモルファスシリコン,アモルファスセ
レン等の半導体などバルクでは低抵抗であってもスパッ
タリング法,CVD法,蒸着法,気相反応法,液体コーティ
ング法等の製造過程で高抵抗化する薄膜を一般に0.1μ
m〜5μm、好ましくは0.2μm〜3μmの厚さに成膜
させる。Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-128468 discloses the following as a protective layer of an electric / heat converter of a bubble jet head. In other words, titanium oxide,
Transition metal oxides such as vanadium oxide, niobium oxide, molybdenum oxide, tantalum oxide, tungsten oxide, chromium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, lanthanum oxide, yttrium oxide, and manganese oxide, as well as aluminum oxide, calcium oxide, strontium oxide, and oxide Metal oxides such as barium and silicon oxide, and composites thereof. Silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride,
High resistance nitrides such as tantalum nitride and composites of these oxides and nitrides, as well as semiconductors such as amorphous silicon and amorphous selenium, which have low resistance in bulk, are subject to sputtering, CVD, vapor deposition, gas phase reaction, In general, a thin film that increases resistance during manufacturing processes such as liquid coating
The film is formed to a thickness of m to 5 μm, preferably 0.2 μm to 3 μm.
又、別に、成膜性が良いこと、緻密な構造でかつ
ピンホールが少ないこと、使用インクに対し膨潤,溶
解しないこと,成膜したとき絶縁性が良いこと、耐
熱性が高いこと等の物性を具備する樹脂、例えば、シコ
ーン樹脂,フッ素樹脂,芳香族ポリアミド、付加重合型
ポリイミド、ポリベンズイミダゾール、金属キレート重
合体、チタン酸エステル、エポキシ樹脂、フタル酸樹
脂、熱硬化性フェノール樹脂、P−ビニルフェノール樹
脂、ザイロック樹脂、トリアジン樹脂、BT樹脂(トリア
ジン樹脂とビスマレイミド付加重合樹脂)等を成膜とし
て保護層とすることもできる。又、この他に、ポリキシ
リレン樹脂及びその誘導体を蒸着によって成膜する方法
もある。Separately, physical properties such as good film formability, dense structure and few pinholes, no swelling or dissolution in the ink used, good insulation when formed, high heat resistance, etc. Such as silicone resin, fluorine resin, aromatic polyamide, addition polymerization type polyimide, polybenzimidazole, metal chelate polymer, titanate, epoxy resin, phthalic resin, thermosetting phenol resin, P- A protective layer can be formed by forming a film of a vinylphenol resin, a Xyloc resin, a triazine resin, a BT resin (triazine resin and a bismaleimide addition polymerization resin), or the like. In addition, there is a method of depositing a polyxylylene resin and its derivative by vapor deposition.
更に、種々の有機化合物モノマー、例えばチオウレ
ア、チオアセトアミド、ビニルフェロセン、1,3,5−ト
リクロロベンゼン、クロロベンゼン、スチレン、フェロ
セン、ピコリン、ナフタレン、ペンタメチルベンゼン、
ニトロトルエン、アクリロニトリル、ジフェニルセレナ
イド、P−トルイジン、P−キシレン、N,N−ジメチル
−P−トルイジン、トルエン、アニリン、ジフェニルマ
ーキュリー、ヘキサメチルベンゼン、マロノニトリル、
テトラシアノエチレン、チオフェン、ベンゼンセレノー
ル、テトラフルオロエチレン、エチレン、N−ニトロソ
ジフェニルアミン、アセチレン、1,2,4−トリクロロベ
ンゼン、プロパン、をプラズマ重合法によって成膜させ
て、保護層とすることもできる。Further, various organic compound monomers such as thiourea, thioacetamide, vinyl ferrocene, 1,3,5-trichlorobenzene, chlorobenzene, styrene, ferrocene, picoline, naphthalene, pentamethylbenzene,
Nitrotoluene, acrylonitrile, diphenyl selenide, P-toluidine, P-xylene, N, N-dimethyl-P-toluidine, toluene, aniline, diphenyl mercury, hexamethylbenzene, malononitrile,
Tetracyanoethylene, thiophene, benzeneselenol, tetrafluoroethylene, ethylene, N-nitrosodiphenylamine, acetylene, 1,2,4-trichlorobenzene, propane can be formed into a protective layer by plasma polymerization. it can.
上述のように、特開昭55−128468号公報中には、保護
層の材料としていろいろなものが提案されている。しか
しながら、ダイヤモンド状カーボン(i−カーボン、ア
モルファスカーボン、ダイヤモンド薄膜とも呼ばれる)
を保護層の材料として用いた例は皆無である。バブルジ
ェット型インクジェッにおいて、発熱体を保護する保護
層に要求される代表的な特性は、たとえば、発熱体がイ
ンクに腐蝕されないように耐蝕性が強いこと、又、発熱
体で発生して熱が効率よくインクに伝達できるように、
熱伝導率が高いことである。本発明者らは、近年、注目
をあびているダイヤモンド状カーボンが、この特性を満
足する最適な材料であることをいちはやく発見、それ
を、バブルジェット型インクジェットの保護層に適用す
ることを提案するものである。As described above, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-128468 proposes various materials for the protective layer. However, diamond-like carbon (also called i-carbon, amorphous carbon, diamond thin film)
There is no example in which is used as a material for the protective layer. In a bubble jet type ink jet, typical characteristics required for a protective layer for protecting a heating element include, for example, strong corrosion resistance so that the heating element is not corroded by ink, and heat generated by the heating element. To be able to transfer to ink efficiently,
High thermal conductivity. The present inventors have quickly discovered that diamond-like carbon, which has attracted attention in recent years, is an optimal material that satisfies this property, and proposes to apply it to a protective layer of a bubble jet type ink jet. It is.
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、記録ヘッドの伝熱特性を構造面から充分に検討する
ことにより、特別に外部に冷却装置を設けなくても、充
分に放熱、冷却され、更には発熱体で発生した熱が効率
よくインクに伝達し、瞬時に気泡を発生せしめる吐出効
率のよいヘッド構造を提供することを目的としてなされ
たものである。Object The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and by sufficiently examining the heat transfer characteristics of the recording head from the structural aspect, it is possible to sufficiently radiate heat without providing a special external cooling device. It is an object of the present invention to provide a head structure with high ejection efficiency, in which heat generated by a heat generating element is cooled and efficiently transmitted to ink, and bubbles are instantaneously generated.
構成 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、熱によって該記録液体から
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、前記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とよりなる液体噴
射記録ヘッドにおいて、前記流路の中心線を含み、前記
発熱体基板の垂直面における等温度線が、前記発熱体の
駆動パルスをオフにした時に、該発熱体を基準にして前
記オリフィス側でなく、前記液室側に伸びるように前記
熱エネルギー作用部を構成する材料の熱的物性値および
密度を決めたことを特徴としたものである。Configuration In order to achieve the above object, the present invention provides a thermal energy acting section that accommodates a recording liquid to be introduced, generates bubbles from the recording liquid by heat, and generates an acting force accompanying an increase in the volume of the bubbles. And an orifice for communicating with the flow path to discharge the recording liquid as droplets by the action force, and communicating with the flow path to introduce the recording liquid into the flow path. A liquid chamber for
In the liquid jet recording head comprising means for introducing the recording liquid into the liquid chamber, an isothermal line on a vertical surface of the heating element substrate including a center line of the flow path turns off a driving pulse of the heating element. The thermal physical property value and the density of the material constituting the thermal energy acting portion are determined so as to extend not to the orifice side but to the liquid chamber side with respect to the heating element when the heating element is used as a reference. It is.
第5図は、本発明が適用されるバブルジェットによる
インク噴射の原理を説明するための図、第6図は、バブ
ルジェット記録ヘッドの斜視図、第7図は、記録ヘッド
の分解構成図で((a)図は蓋基板、(b)は発熱体基
板を示す図)、第8図は、第7図(a)に示した蓋基板
の裏面図で、図中、71は蓋基板、72は発熱体基板、73は
記録液体流入口、74はオリフィス、75は流路、76は液室
を形成するための領域、77は選択電極、78は共通電極、
79は発熱体、80はインク、81は気泡、82は飛翔インク滴
である。FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of ink ejection by a bubble jet to which the present invention is applied, FIG. 6 is a perspective view of a bubble jet recording head, and FIG. 7 is an exploded configuration diagram of the recording head. FIG. 8A is a rear view of the lid substrate shown in FIG. 7A, and FIG. 8B is a rear view of the lid substrate shown in FIG. 7A. 72 is a heating element substrate, 73 is a recording liquid inlet, 74 is an orifice, 75 is a flow path, 76 is a region for forming a liquid chamber, 77 is a selection electrode, 78 is a common electrode,
79 is a heating element, 80 is ink, 81 is air bubbles, and 82 is flying ink droplets.
(a)は定常状態であり、オリフィス面でインク80の表
面張力と外圧とが平衡状態にある。(A) is a steady state in which the surface tension of the ink 80 and the external pressure are in an equilibrium state at the orifice surface.
(b)はヒータ79が加熱されて、ヒータ79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81が点在している状態にある。7B shows a state in which the heater 79 is heated until the surface temperature of the heater 79 rises rapidly and boiling development occurs in the adjacent ink layer, and minute bubbles 81 are scattered.
(c)はヒータ79の全面で急激に加熱された隣接インク
層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡81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 layer heated rapidly on the entire surface of the heater 79 is instantaneously vaporized to form a boiling film, and the bubbles 81 grow. At this time, the pressure in the nozzle rises by an amount corresponding to the growth of the bubble, the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, and the ink column starts 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80が押し出され
る。この時、ヒータ79には電流が流れていない状態にあ
り、ヒータ79の表面温度は降下しつつある。気泡81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) is a state in which the bubble has grown to the maximum, and the ink 80 corresponding to the volume of the bubble is pushed out from the orifice surface. At this time, no current is flowing through the heater 79, and the surface temperature of the heater 79 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 81 is slightly delayed from the timing of applying the electric pulse.
(e)は気泡81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 where the bubble 81 is cooled by ink or the like and starts to contract. At the front end of the ink column, the ink moves forward while maintaining the pushed speed, and at the rear end, the ink flows backward from the orifice surface into the nozzle due to a decrease in the nozzle internal pressure due to the contraction of the bubble, and the ink column is constricted. .
(f)はさらに気泡81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、外圧がノズル内圧に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〜
10m/secの速度で飛翔している。In (f), the bubble 81 is further contracted, the ink comes into contact with the heater surface, and the heater surface is more rapidly cooled. At the orifice surface, the external pressure becomes higher due to the internal pressure of the nozzle, so that the meniscus largely enters the nozzle. The tip of the ink column becomes a droplet and moves in the direction of the recording paper.
Flying at a speed of 10m / 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), in the process in which the ink is supplied (refilled) to the orifice again by capillary action and returns to the state of (a), the bubbles have completely disappeared.
以下、本発明の実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, a description will be given based on examples of the present invention.
第1図は、本発明で用いられる発熱体基板の発熱体部
近傍の流路の中心線を含む基板を垂直に切った断面図、
第2図は、第1図に示す発熱体基板の製造工程を説明す
るための図、図中、11は発熱抵抗層、12は発熱体保護
層、13は電極保護層、14は第2の電極(個別電極)、15
は第1の電極(共通電極)、16は蓄熱層、17は絶縁層、
18はベース基板、20はインクである。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a substrate including a center line of a flow path near a heating element portion of a heating element substrate used in the present invention,
FIG. 2 is a view for explaining a manufacturing process of the heating element substrate shown in FIG. 1. In the drawing, 11 is a heating resistance layer, 12 is a heating element protection layer, 13 is an electrode protection layer, and 14 is a second protection layer. Electrodes (individual electrodes), 15
Is a first electrode (common electrode), 16 is a heat storage layer, 17 is an insulating layer,
18 is a base substrate and 20 is ink.
まず、基板材料18として、Siを用いる場合には、その
表面にたとえば熱酸化膜が形成される。基板材料とし
て、サーマルヘッド等の技術でよく利用されるグレーズ
層付アルミナ基板を利用することも可能である。シリコ
ン基板上のSiO2膜、アルミナ基板上のグレーズ層(組成
はガラスと同じ)はともに、蓄熱層16として働く。な
お、SiO2膜は、熱酸化以外に、CVDによって形成した
り、あるいはスパッタリング等の手法によっても形成さ
れる。First, when Si is used as the substrate material 18, a thermal oxide film is formed on its surface, for example. As a substrate material, it is also possible to use an alumina substrate with a glaze layer, which is often used in technology such as a thermal head. Both the SiO 2 film on the silicon substrate and the glaze layer (the composition is the same as glass) on the alumina substrate work as the heat storage layer 16. The SiO 2 film may be formed by CVD or by a technique such as sputtering, in addition to thermal oxidation.
(a)次に、第1の電極15が形成され、 (b)この電極上には少なくとも、リード線をとり出す
ところと、後述の発熱抵抗層11が接続するところをのぞ
いて絶縁層17が設けられる。(A) Next, a first electrode 15 is formed, and (b) an insulating layer 17 is formed on this electrode except for at least a place where a lead wire is taken out and a place where a heating resistance layer 11 described later is connected. Provided.
電極を構成する材料としては、通常使用されている電
極材料の多くのものが有効に使用され、具体的には、た
とえば、Al、Ag、Au、Pt、Cu等があげられ、これらの使
用して蒸着等の手法で所定位置に、所定の大きさ、形
状、厚さで設けられる。As the material constituting the electrode, many commonly used electrode materials are effectively used, and specific examples include Al, Ag, Au, Pt, and Cu. It is provided at a predetermined position in a predetermined size, shape and thickness by a technique such as vapor deposition.
また、絶縁層を構成する材料としては、SiO2、Si3N4
等が用いられる。これらも上記のようなスパッタリン
グ、CVD等の方法及びフォトリソグラフィー技術、及び
エッチング技術等を用いて形成され、その厚さは、0.1
〜10μm程度が好適に使用される値である。Further, as a material constituting the insulating layer, SiO 2 , Si 3 N 4
Are used. These are also formed by using the above-described methods such as sputtering, CVD, and photolithography technology, and etching technology, and have a thickness of 0.1.
A value of about 10 μm is preferably used.
(c)次に発熱抵抗層11が前記第1の電極15と接続する
ように設けられる。(C) Next, the heating resistance layer 11 is provided so as to be connected to the first electrode 15.
発熱抵抗体を構成する材料として有用なものには、た
とえば、タンタル−SiO2の混合物、窒化タンタル、ニク
ロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、あるいは
ハフニウム、ランタン、ジルコニウム、チタン、タンタ
ル、タングステン、モリブデン、ニオブ、クロム、バナ
ジウム等の金属の硼化物があげられる。As the useful material constituting the heating resistor, for example, a mixture of tantalum -SiO 2, tantalum nitride, nichrome, silver - palladium alloy, silicon semiconductor or hafnium, lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum , Niobium, chromium, vanadium and the like.
これらの発熱抵抗体を構成する材料のうち、殊に金属
硼化物が優れたものとしてあげることができ、その中で
も最も特性の優れているのが、硼化ハフニウムであり、
次いで、硼化ジルコニウム、硼化ランタン、硼化タンタ
ル、硼化バナジウム、硼化ニオブの順となっている。Among these materials forming the heating resistor, metal borides can be particularly excellent, and among them, hafnium boride has the most excellent characteristics.
Next are zirconium boride, lanthanum boride, tantalum boride, vanadium boride, and niobium boride.
発熱抵抗体は、上記の材料を用いて、電子ビーム蒸着
やスパッタリング等の手法を用いて形成することができ
る。発熱抵抗体の膜厚は、単位時間当りの発熱量が所望
通りとなるように、その面積、材質及び熱作用部分の形
状及び大きさ、更には実際面での消費電力等に従って決
定されるものであるが、通常の場合、0.001〜5μm、
好適には0.01〜1μmがよい。The heating resistor can be formed using the above-mentioned materials by a technique such as electron beam evaporation or sputtering. The film thickness of the heating resistor is determined according to its area, material, shape and size of the heat acting portion, and furthermore, actual power consumption, etc., so that the amount of heat generated per unit time is as desired. Is usually 0.001 to 5 μm,
Preferably, it is 0.01 to 1 μm.
(d)次に、第2の電極14が形成される。なお、発熱抵
抗体層11と第2の電極14の形成順序を逆にして、それら
の接続部において、第2の電極14を発熱抵抗体層11の下
にもぐりこませてもよい。(D) Next, the second electrode 14 is formed. Note that the order of forming the heating resistor layer 11 and the second electrode 14 may be reversed, and the second electrode 14 may be inserted under the heating resistor layer 11 at a connection portion therebetween.
(e)ついで発熱体保護層12が形成される。発熱体保護
層12に要求される特性は、発熱抵抗体で発生された熱を
記録液体に効果的に伝達することを妨げずに、記録媒体
より発熱抵抗体を保護するということである。(E) Next, the heating element protection layer 12 is formed. The characteristic required for the heating element protection layer 12 is to protect the heating resistor from the recording medium without preventing the heat generated by the heating resistor from being effectively transmitted to the recording liquid.
保護層を構成する材料として有用なものには、酸化シ
リコン、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸化アルミ
ニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、タンタル
(Ta)等があげられ、これらは、電子ビーム蒸着やスパ
ッタリング等の手法を用いて形成することができる。な
お、後述するが、ダイヤモンド状カーボンを好適な材料
としてあげることができる。保護層の膜厚は、通常は0.
01〜10μm、好適には0.1〜5μm、最適には0.1〜3μ
mとするのが望ましい。Useful materials for the protective layer include silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, tantalum (Ta), and the like. It can be formed using a technique. As will be described later, diamond-like carbon can be given as a suitable material. The thickness of the protective layer is usually 0.
01-10 μm, preferably 0.1-5 μm, optimally 0.1-3 μm
m is desirable.
(f)さらに、上記第2の電極14をインク20から保護す
るために、電極保護層13が設けられる。(F) Further, in order to protect the second electrode 14 from the ink 20, an electrode protection layer 13 is provided.
電極保護層13を構成する材料として有用なものは、高
密度マルチオリフィスタイプの記録ヘッドを作成するの
であれば、微細フォトリソグラフィー加工が極めて容易
とされる有機質材料を使用するのが望ましい。そのよう
な有機質材料としては具体的には、例えば、ポリイミド
イソインドロキナゾリンジオン(商品名:PIQ.日立化成
製)、ポリイミド樹脂(商品名:PYRALIN、デュポン
製)、環化ポリブタジエン(商品名:JSR−CBR,CBR−M 9
01.日本合成ゴム製)、フォトニース(商品名:東レ
製)、その他の感光性ポリイミド樹脂等が好ましいもの
として挙げられる。It is desirable to use an organic material that is extremely easy to perform fine photolithography processing if a high-density multi-orifice type recording head is to be formed, which is useful as a material forming the electrode protection layer 13. Specific examples of such an organic material include, for example, polyimide isoindoloquinazolinedione (trade name: PIQ, manufactured by Hitachi Chemical), polyimide resin (trade name: PYRALIN, manufactured by Dupont), cyclized polybutadiene (trade name: JSR-CBR, CBR-M 9
01. Nippon Synthetic Rubber), Photo Nice (trade name: manufactured by Toray), and other photosensitive polyimide resins are preferred.
上記のような方法で製作される本発明の記録ヘッドに
おいては、発熱体で発生した熱の放熱冷却がインク吐出
性能を左右するカギとなる。In the print head of the present invention manufactured by the above-described method, the heat radiation cooling of the heat generated by the heat generating element is a key that affects the ink ejection performance.
本発明は、シミュレーション、ヘッド試作、インク吐
出性能評価をくりかえし、次のような放熱、冷却特性を
示すヘッドであれば、インク吐出性能が優れていること
に着目したものである。すなわち、発熱体で発生した熱
が、発熱体近傍でとどまっているのではなく、すみやか
に、逃げることが好適な記録ヘッドの条件である。さら
に、熱の逃げ方も、オリフィス側ではなく液室側へ逃げ
ることがより好適なヘッドの条件である。The present invention is based on repeated simulations, trial production of heads, and evaluation of ink discharge performance, and focuses on the fact that a head exhibiting the following heat radiation and cooling characteristics has excellent ink discharge performance. That is, it is a preferable condition of the recording head that the heat generated by the heating element escapes promptly instead of staying in the vicinity of the heating element. Further, with regard to the way of escaping heat, it is a more preferable condition for the head to escape to the liquid chamber side instead of the orifice side.
第3図(a),(b)に、本発明の好適な場合を、第
4図(a),(b)に好ましくない場合の代表的な例を
それぞれ示すが、これらの図において、21,31;41,51は
発熱抵抗層、22,32;42,52は発熱体保護層、23,33;43,53
は電極保護層、24,34;44,54は第2の電極、25,35;45,55
は第1の電極(共通電極)、26,36;46,56は蓄熱層、27,
37;47,57は絶縁層、28,38;48,58はベース基板、29,39;4
9,59は等温度線、30,40;50,60はインクである。而し
て、これらの図において、29,39は、発熱体に5μsec駆
動エネルギーを与えておいて、そのエネルギーを切った
直後の発熱体近傍の温度分布をそれぞれ50℃と150℃の
等温度線で示したものである。第3図の場合は、発生し
た熱がすみやかに液室側へ逃げていく様子がこれより読
みとれ、又、第4図の場合は、発熱体近傍にただよって
いるか、あるいはオリフィス側へ逃げていく様子が読み
とれる。この熱の移動、つまり放熱、冷却は、ヘッドの
インクの吐出性能としては連続吐出時の最大応答周波数
に大きな影響を与え、第3図の場合、最大応答周波数
は、fomax=5.2KHz、第4図の場合は、fomax=0.6KHzで
あった。オリフィス寸法はともに20μm、使用したイン
クは水性系インク(pH=9.8)であった。又、第3図の
場合、ベース基板と蓄熱層の熱伝導率の比率は70:1、第
4図の場合は3:1であった。FIGS. 3 (a) and 3 (b) show typical examples of the preferred embodiment of the present invention and FIGS. 4 (a) and 4 (b), respectively. , 31; 41, 51 are heating resistance layers, 22, 32; 42, 52 are heating element protective layers, 23, 33; 43, 53
Is an electrode protective layer, 24, 34; 44, 54 are second electrodes, 25, 35; 45, 55
Is the first electrode (common electrode), 26,36;
37; 47, 57 is an insulating layer, 28, 38; 48, 58 is a base substrate, 29, 39; 4
9, 59 is an isothermal line, and 30, 40; 50, 60 are inks. In these figures, reference numerals 29 and 39 denote temperature distributions near the heating element immediately after the driving energy was cut off after the driving energy was applied to the heating element for 5 μsec. It is shown by. In the case of FIG. 3, it can be read from this that the generated heat quickly escapes to the liquid chamber side, and in the case of FIG. 4, the heat either stays near the heating element or escapes to the orifice side. You can read the situation. This heat transfer, that is, heat radiation and cooling, has a great effect on the maximum response frequency during continuous ejection as the ink ejection performance of the head. In the case of FIG. 3, the maximum response frequency is fomax = 5.2 KHz, In the case of the figure, fomax = 0.6 KHz. The orifice dimensions were both 20 μm, and the ink used was an aqueous ink (pH = 9.8). In the case of FIG. 3, the ratio of the thermal conductivity between the base substrate and the heat storage layer was 70: 1, and in the case of FIG. 4, it was 3: 1.
その他の実施例を表1に示す。 Table 1 shows other examples.
以上、明らかなように、これらの実施例によると発熱
体で発生した熱が、オリフィス側ではなく液室側へ逃げ
るような構成となっている記録ヘッド、あるいは発生し
た熱が、ただよってなくて、液室側へすみやかに逃げる
ような構成となっている記録ヘッドは、放熱,冷却特性
が優れ、最大応答周波数が高く、高速度印字に適してい
ることがわかる。 As is apparent from the above, according to these embodiments, the recording head having a configuration in which the heat generated by the heating element escapes to the liquid chamber side instead of to the orifice side, or the generated heat is completely eliminated. It can be seen that the recording head having a configuration that quickly escapes to the liquid chamber has excellent heat radiation and cooling characteristics, a high maximum response frequency, and is suitable for high-speed printing.
本発明においては、電極保護層12は、前述のようにダ
イヤモンド状カーボンが好適に用いられる。ダイヤモン
ド状カーボンを合成する方法は、これまでにも各種のも
のが提案されているが、大別すると、 ・イオンビームデポジション(IBD)法 ・化学蒸着(CVD)法 ・プラズマCVD法 に分けられる。ここでは、本発明者らが、実験的に試作
したプラズマCVD法を例にとって説明する。In the present invention, the electrode protective layer 12 is preferably made of diamond-like carbon as described above. Various methods for synthesizing diamond-like carbon have been proposed so far, but they can be roughly classified into:-Ion beam deposition (IBD) method-Chemical vapor deposition (CVD) method-Plasma CVD method . Here, the plasma CVD method experimentally manufactured by the present inventors will be described as an example.
まず、真空装置内のRF給電側にシリコン基板上に蓄熱
層(SiO2)、発熱体、電極等を形成したサンプルを付
け、炭化水素(CH4,C2H6,C3H8,C4H10,C2H4等)と水素か
らなるガス雰囲気中で、平行平板電極に高周波電界(1
3.56MHz)を印加すると、グロー放電が発生し、原料ガ
スはラジカルおよびイオンに分解され、サンプル上に炭
素原子と水素原子とからなる硬質炭素膜(ダイヤモンド
状カーボン)が堆積する。この堆積条件を表2に、その
時の膜物性を表3に示す。First, a sample in which a heat storage layer (SiO 2 ), a heating element, electrodes, etc. were formed on a silicon substrate was attached to the RF power supply side in a vacuum device, and hydrocarbons (CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H 10, C 2 in H 4, etc.) consisting of a hydrogen gas atmosphere, high frequency electric field parallel plate electrodes (1
When 3.56 MHz is applied, a glow discharge is generated, the source gas is decomposed into radicals and ions, and a hard carbon film (diamond-like carbon) composed of carbon atoms and hydrogen atoms is deposited on the sample. Table 2 shows the deposition conditions, and Table 3 shows the physical properties of the film at that time.
上記条件のもとで、ダイヤモンド状カーボンの保護層
12は、通常は、0.01〜10μm、好適には0.05〜5μm、
最適には、0.05〜3μmの厚さにするのが望ましい。表
4−1〜4−4に理科年表に記載されている種々の物質
の熱伝導率を示す。これらと比較しても、ダイヤモンド
状カーボンの熱伝導率は非常に高く、瞬時に熱伝導を要
求されるバブルジェット型インクジェットの発熱体の保
護層として、最適であることがわかる。 Under the above conditions, the diamond-like carbon protective layer
12 is usually 0.01 to 10 μm, preferably 0.05 to 5 μm,
Optimally, the thickness is desirably 0.05 to 3 μm. Tables 4-1 to 4-4 show the thermal conductivity of various substances described in the science chronological table. Compared to these, it can be seen that the thermal conductivity of diamond-like carbon is very high, and that it is optimal as a protective layer for a heating element of a bubble jet ink jet that requires instantaneous heat conduction.
従来より良く利用されているSiO2膜と、ダイヤモンド
状カーボン膜とをそれぞれ保護層として試作したバブル
ジェットヘッドの性能比較の1例を表5に示す。 Table 5 shows an example of the performance comparison of a bubble jet head in which a SiO 2 film and a diamond-like carbon film, which are more often used than before, are used as protective layers, respectively.
応答周波数(Max値)においても、耐久性(寿命 fo
=3KHzで試験した結果)においても、ダイヤモンド状カ
ーボンを保護層としたものの方が優れていることがわか
る。 Even at the response frequency (Max value), the durability (life fo
= 3 KHz), it can be seen that the case where the diamond-like carbon was used as the protective layer was more excellent.
本発明による記録装置に使用される記録液体は、後述
する熱物性値及びその他の物性値を有する様に材料の選
択と組成成分の比が調合される他に従来の記録法におい
て使用されている記録液体と同様化学的物理的に安定で
ある他、応答性、忠実性、曳糸化能に優れている事、液
路殊に吐出口において固まらない事、流路中を記録速度
に応じた速度で流通し得る事、記録後、記録部材への定
着が速やかである事、記録濃度が充分である事、貯蔵寿
命が良好である事、等々の特性を与える様に物性が調整
される。The recording liquid used in the recording apparatus according to the present invention is used in the conventional recording method in addition to the selection of the material and the ratio of the composition components so as to have a thermophysical property value and other physical property values described later. In addition to being chemically and physically stable like the recording liquid, it has excellent responsiveness, fidelity, and spinning ability, does not harden at the liquid path, especially at the discharge port, and responds to the recording speed in the flow path. The physical properties are adjusted so as to give characteristics such as being able to circulate at a high speed, fast fixing to a recording member after recording, sufficient recording density, and good storage life.
本発明による記録装置に使用される記録液体は、液媒
体と記録像を形成する記録剤及び所望の特性を得る為に
添加される添加剤より構成され、前記の物性値を得る範
囲において液媒体及び添加剤の種類及び組成比の選択に
よって、水性、非水性、溶解性、導電性、絶縁性のいず
れも得ることが出来る。The recording liquid used in the recording apparatus according to the present invention is composed of a liquid medium, a recording agent that forms a recording image, and an additive that is added to obtain desired characteristics. Any of aqueous, non-aqueous, soluble, conductive, and insulating can be obtained by selecting the type of the additive and the composition ratio of the additive.
液媒体としては、水性媒体と非水性媒体とに大別され
るが、使用される液媒体は、前記の物性値を調合される
記録液体が有する様に他の選択される構成成分との組み
合わせを考慮して下記のものより選択される。The liquid medium is roughly classified into an aqueous medium and a non-aqueous medium, and the liquid medium used is a combination with other selected components such that the recording liquid whose physical properties are adjusted has the above-mentioned physical properties. Is selected in consideration of the following.
その様な非水性媒体としては、例えばメチルアルコー
ル、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソ
プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブ
チルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチル
アルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコー
ル、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニル
アルコール、デシルアルコール等の炭素数1〜10のアル
キルアルコール;例えば、ヘキサン、オクタン、シクロ
ペンタン、ベンゼン、トルエン、キシロール等の炭化水
素系溶剤;例えば、四塩化炭素、トリクロロエチレン、
テトラクロロエタン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化
炭化水素系溶剤;例えば、エチルエーテル、ブチルエー
テル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレン
グリコールモノエチルエーテル等のエーテル系溶剤;例
えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピル
ケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン等のケ
トン系溶剤;ギ酸エチル、メチルアセテート、プロピル
アセテート、フェニルアセテート、エチレングリコール
モノエチルエーテルアセテート等のエステル系溶剤;例
えばジアセトンアルコール等のアルコール系溶剤;石油
系炭化水素溶剤等が挙げられる。Such non-aqueous media include, for example, methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, isobutyl alcohol, pentyl alcohol, hexyl alcohol, heptyl alcohol , Octyl alcohol, nonyl alcohol, alkyl alcohols having 1 to 10 carbon atoms such as decyl alcohol; for example, hydrocarbon solvents such as hexane, octane, cyclopentane, benzene, toluene and xylol; for example, carbon tetrachloride, trichloroethylene,
Halogenated hydrocarbon solvents such as tetrachloroethane and dichlorobenzene; ether solvents such as ethyl ether, butyl ether, ethylene glycol diethyl ether and ethylene glycol monoethyl ether; for example, acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl amyl ketone , Cyclohexanone and the like; ketone solvents such as ethyl formate, methyl acetate, propyl acetate, phenyl acetate and ethylene glycol monoethyl ether acetate; alcohol solvents such as diacetone alcohol; petroleum hydrocarbon solvents and the like. Can be
これ等の列挙した液媒体は使用される記録剤や添加剤
との親和性及び記録液体としての後述の諸特性を満足し
得る様に適宜選択して使用されるものであるが更に、後
記の特性を有する記録液体が調合され得る範囲内におい
て、必要に応じて適宜二種以上を混合して使用しても良
い。又、上記の条件内においてこれ等非水性媒体と水と
を混合して使用しても良い。These enumerated liquid media are appropriately selected and used so as to satisfy the affinity for a recording agent or an additive to be used and various properties described below as a recording liquid. If necessary, two or more kinds may be mixed and used within a range in which a recording liquid having characteristics can be prepared. Further, these non-aqueous media and water may be mixed and used under the above conditions.
上記の液媒体の中、公害性、入手の容易さ、調合のし
易さ等の点を考慮すれば、水又は水・アルコール系の液
媒体が好適とされる。Among the above liquid media, water or a water-alcohol-based liquid medium is preferable in consideration of pollution, availability, ease of preparation, and the like.
記録剤としては、調合される記録液体が前記の諸物性
値を有するようにされる他、長時間放置による液路内や
記録液体供給タンク内での沈降、凝集、更には輸送管や
液路の目詰りを起こさない様に前記液媒体や添加剤との
関係において材料の選択がなされて使用される必要があ
る。この様な点からして、液媒体に溶解性の記録剤を使
用するのが好ましいが、液媒体に分散性又は難溶性の記
録剤であっても液媒体に分散させる時の記録剤の粒径を
充分小さくしてやれば使用され得る。As the recording agent, the recording liquid to be prepared has the above-mentioned various physical property values, sedimentation and coagulation in a liquid path or a recording liquid supply tank after being left for a long time, and further, a transport pipe or a liquid path. It is necessary to select and use materials in relation to the liquid medium and additives so as not to cause clogging. From such a point, it is preferable to use a recording agent that is soluble in the liquid medium, but even if the recording agent is dispersible or hardly soluble in the liquid medium, the particles of the recording agent when dispersed in the liquid medium are used. It can be used if the diameter is made sufficiently small.
使用され得る記録剤は記録部材によって、その記録条
件に充分適合する様に適宜選択される。記録剤としては
染料及び顔料を挙げることが出来る。有効に使用される
染料は、調合された記録液体の後述の諸特性を満足し得
る様なものであり、好適に使用されるのは、例えば水溶
性染料としての直接染料、塩基性染料、酸性染料、可溶
性建染メ染料、酸性媒染染料、媒染染料、非水溶性染料
としての硫化染料、建染メ染料、酒精溶染料、油溶染
料、分散染料等の他、スレン染料、ナフトール染料、反
応染料、クロム染料、1:2型錯塩染料、1:1型錯塩染料、
アゾイック染料、カチオン染料等の中より選択されるも
のである。The recording agent that can be used is appropriately selected depending on the recording member so as to sufficiently meet the recording conditions. Dyes and pigments can be mentioned as recording agents. Dyes to be used effectively are those which can satisfy the following properties of the prepared recording liquid, and are preferably used, for example, direct dyes as water-soluble dyes, basic dyes, and acid dyes. In addition to dyes, soluble vat dyes, acid mordant dyes, mordant dyes, sulfur dyes as water-insoluble dyes, vat dyes, liquor dyes, oil-soluble dyes, disperse dyes, etc., sllen dyes, naphthol dyes, and reactions Dye, chrome dye, 1: 2 type complex salt dye, 1: 1 type complex salt dye,
It is selected from azoic dyes, cationic dyes and the like.
具体的には、例えばレゾリングリルブルーPRL、レゾ
リンイエローPCG、レゾリンピンクPRR、レゾリングリー
ンPB(以上バイヤー製)、スミカロンブルーS−BG、ス
ミカロンレッドE−EBL、スミカロンイエローE−4GL、
スミカロンブリリアントブルーS−BL(以上住友化学
製)、ダイヤニックスイエロー−HG−SE、ダイヤニック
スレッドBN−SE(以上三菱化成製)、カヤロンポリエス
テルライトフラビン4GL、カヤロンポリエステルブルー3
R−SF、カヤロンポリエステルイエローYL−SE、カヤセ
ットターキスブルー776、カヤセットイエロー902、カヤ
セットレッド026、プロシオンレッドH−2B、プロシオ
ンブルーH−3R(以上日本化薬製)、レバフィックスゴ
ールデンイエローP−R、レバフィックスブリルレッド
P−B、レバフィックスブリルオレンジP−GR(以上バ
イヤー製)、スミフィックスイエローGRS、スミフィッ
クスB、スミフィックスブリルレッドBS、スミフィック
スブリルブルーPB、ダイレクトブラック40(以上住友化
学製)、ダイヤミラーブラウン3G、ダイヤミラーイエロ
ーG、ダイヤミラーブルー3R、ダイヤミラーブリルブル
ーB、ダイヤミラーブリルレッドBB(以上三菱化成
製)、レマゾールレッドB、レマゾールブルー3R、レマ
ゾールイエローGNL、レマゾールブリルグリーン6B(以
上ヘキスト社製)、チバクロンブリルイエロー、チバク
ロンブリルレッド4GE(以上チバガイギー社製)、イン
ジコ、ダイレクトテープブラックE・Ex、ダイアミンブ
ラックBH、コンゴーレッド、シリアスブラックBH、オレ
ンジII、アミドブラック10B、オレンジRO、メタニール
イエロー、ビクトリアスカーレット、ニクロシン、ダイ
アモンドブラックPBB(以上イーゲー社製)、ダイアシ
ドブルー3G、ダイアシドファスト・グリーンGW、ダイア
シド・ミーリングネービーブルーR、インダンスレン
(以上三菱化成製)、サボン−染料(BASF製)、オラゾ
ール染料(CIBA製)、ラナシン−染料(三菱化成製)、
ダイアクリルオレンジRL−E、ダイアクリルブリリアン
トブルー2B−E、ダイアクリルターキスブルーBG−E
(三菱化成製)などの中より前記の諸物性値が調合され
る記録液体に与えられるものが好ましく使用できる。Specifically, for example, Resoring Lil Blue PRL, Resorin Yellow PCG, Resorin Pink PRR, Resorin Green PB (manufactured by Buyer), Sumicaron Blue S-BG, Sumicaron Red E-EBL, Sumicaron Yellow E-4GL ,
Sumicaron Brilliant Blue S-BL (Sumitomo Chemical), Dyanix Yellow-HG-SE, Dyanic Thread BN-SE (Mitsubishi Chemical), Kayaron Polyester Light Flavin 4GL, Kayaron Polyester Blue 3
R-SF, Kayaron Polyester Yellow YL-SE, Kayaset Turkey 776, Kayaset Yellow 902, Kayaset Red 026, Prosion Red H-2B, Prosion Blue H-3R (all manufactured by Nippon Kayaku), Levafix Golden Yellow PR, Levafix Brill Red PB, Levafix Brill Orange P-GR (all made by buyers), Sumifix Yellow GRS, Sumifix B, Sumifix Brill Red BS, Sumifix Brill Blue PB, Direct Black 40 (Sumitomo Chemical), Diamond Mirror Brown 3G, Diamond Mirror Yellow G, Diamond Mirror Blue 3R, Diamond Mirror Brill Blue B, Diamond Mirror Brill Red BB (Mitsubishi Chemical), Remazol Red B, Remazol Blue 3R , Remazol Yellow GNL, Remazol Brillg 6B (from Hoechst), Cibacron Brill Yellow, Cibacron Brill Red 4GE (from Ciba Geigy), Indico, Direct Tape Black E / Ex, Diamine Black BH, Congo Red, Serious Black BH, Orange II , Amido Black 10B, Orange RO, Metanil Yellow, Victoria Scarlet, Nicrosin, Diamond Black PBB (all manufactured by EAG), Diacid Blue 3G, Diacid Fast Green GW, Diacid Milling Navy Blue R, Indanthrene ( Above dyes (manufactured by Mitsubishi Kasei), savon-dye (manufactured by BASF), orazole dye (manufactured by CIBA), lanassin dye (manufactured by Mitsubishi Chemical),
Die Acrylic Orange RL-E, Die Acrylic Brilliant Blue 2B-E, Die Acrylic Turquoise Blue BG-E
(Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) or the like which is given to the recording liquid in which the above-mentioned various physical properties are prepared can be preferably used.
これ等の染料は、所望に応じて適宜選択されて使用さ
れる液媒体中に溶解又は分散されて使用される。These dyes are used by being dissolved or dispersed in a liquid medium appropriately selected and used as desired.
有効に使用される顔料としては、無機顔料、有機顔料
の中の多くのものが好適に使用される。そのような顔料
として具体的に例示すれば無機顔料としては、硫化カド
ミウム、硫黄、セレン、硫化亜鉛、スルホセレン化カド
ミウム、黄鉛、ジンククロメート、モリブデン赤、ギネ
ー・グリーン、チタン白、亜鉛華、弁柄、酸化クロムグ
リーン、鉛丹、酸個コバルト、チタン酸バリウム、チタ
ニウムイエロー、鉄黒、紺青、リサージ、カドミウムレ
ッド、硫化銀、硫酸鉛、硫酸バリウム、群青、炭酸カル
シウム、炭酸マグネシウム、鉛白、コバルトバイオレッ
ト、コバルトブルー、エメラルドグリーン、カーボンブ
ラック等が挙げられる。As pigments to be effectively used, many of inorganic pigments and organic pigments are suitably used. Specific examples of such pigments include inorganic pigments such as cadmium sulfide, sulfur, selenium, zinc sulfide, cadmium sulfoselenide, graphite, zinc chromate, molybdenum red, Guinea green, titanium white, zinc white, and valve. Pattern, chrome oxide green, lead red, cobalt acid, barium titanate, titanium yellow, iron black, dark blue, litharge, cadmium red, silver sulfide, lead sulfate, barium sulfate, ultramarine, calcium carbonate, magnesium carbonate, lead white, Examples thereof include cobalt violet, cobalt blue, emerald green, and carbon black.
有機顔料としては、その多くが染料に分類されている
もので染料と重複する場合が多いが、具体的には次のよ
うなものが好適に使用される。As organic pigments, most of them are classified as dyes and often overlap with dyes. Specifically, the following are preferably used.
(a)不溶性アゾ系(ナフトール系) ブリリアントカーミンBS、レーキカーミンFB、ブリリ
アントファストスカーレッド、レーキレッド4R、パラレ
ッド、パーマネントレッドR、ファストレッドFGR、レ
ーキボルドー5B、バーミリオンNO.1、バーミリオンNO.
2、トルイジンマルーン。(A) Insoluble azo (naphthol) brilliant carmine BS, lake carmine FB, brilliant fast scarred, lake red 4R, para red, permanent red R, fast red FGR, lake bordeaux 5B, vermillion NO.1, vermillion NO. .
2, Toluidine maroon.
(b)不溶性アゾ系(アニライド系) ジアゾイエロー、ファストイエローG、ファストイエ
ロー10G、ジアゾオレンジ、バルカンオレンジ、パラゾ
ロンレッド。(B) Insoluble azo (anilide) diazo yellow, fast yellow G, fast yellow 10G, diazo orange, vulcan orange, and parazolone red.
(c)溶性アゾ系 レーキオレンジ、ブリリアントカーミン3B、ブリリア
ントカーミン6B、ブリリアントスカーレットG、レーキ
レッドC、レーキレッドD、レーキレッドR、ウォッチ
ングレッド、レーキボルドー10B、ボンマルーンL、ボ
ンマルーンM。(C) Soluble azo lake orange, brilliant carmine 3B, brilliant carmine 6B, brilliant scarlet G, lake red C, lake red D, lake red R, watching red, lake bordeaux 10B, Bonmaroon L, Bonmaroon M.
(d)フタロシアニン系 フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、フタ
ロシアニングリーン。(D) Phthalocyanine-based phthalocyanine blue, fast sky blue, phthalocyanine green.
(e)染色レーキ系 イエローレーキ、エオシンレーキ、ローズレーキ、バ
イオレッドレーキ、ブルーレーキ、グリーンレーキ、セ
ピアレーキ。(E) Dye lake system Yellow lake, Eosin lake, Rose lake, Biored lake, Blue lake, Green lake, Sepia lake.
(f)媒染系 アリザリンレーキ、マダカーミン。(F) Mordant Alizarin lake, Madakamin.
(g)建染系 インダスレン系、ファストブルーレーキ(GGS)。(G) Vat dye-based Induslen based fast blue lake (GGS).
(h)塩基性染料レーキ系 ローダミンレーキ、マラカイトグリーンレーキ。(H) Basic dye lake system Rhodamine lake, malachite green lake.
(i)酸性染料レーキ系 フォストスカイブルー、キノリンイエローレーキ、キ
ナクリドン系、ジオキサジン系。(I) Acid dye lake type Fossky blue, quinoline yellow lake, quinacridone type, dioxazine type.
液媒体と記録剤との量的関係は、調合される他に液路
の目詰り、液路内での記録液体の乾燥、記録部材へ付与
された時の滲みや乾燥速度等の条件から、重量部で液媒
体100部に対して記録剤が通常1〜50部、好適には3〜3
0部、最適には5〜10部とされるのが望ましい。The quantitative relationship between the liquid medium and the recording agent, other than being mixed, clogging of the liquid path, drying of the recording liquid in the liquid path, bleeding when applied to the recording member and conditions such as the drying speed, The recording agent is usually 1 to 50 parts, preferably 3 to 3 parts by weight per 100 parts of the liquid medium.
It is desirable to use 0 parts, optimally 5 to 10 parts.
記録液体が分散系(記録剤が液媒体中に分散されてい
る系)の場合、分散される記録剤の粒径は、記録剤の種
類、記録条件、液路の内径、吐出口径、記録部材の種類
等によって、適宜所望に従って決定されるが、粒径が余
り大きいと、貯蔵中に記録剤粒子の沈降が起って、濃度
の不均一化が生じたり、液路の目詰りが起ったり或いは
記録された画像に濃度班が生じたり等して好ましくな
い。When the recording liquid is a dispersion system (a system in which the recording agent is dispersed in a liquid medium), the particle diameter of the dispersed recording agent depends on the type of the recording agent, the recording conditions, the inner diameter of the liquid path, the ejection port diameter, the recording member. If the particle size is too large, sedimentation of the recording agent particles will occur during storage, resulting in uneven concentration and clogging of the liquid path. It is not preferable because density spots occur on the recorded image or the recorded image.
このようなことを考慮すると、分散系記録液体とされ
る場合の記録剤の粒径は、通常0.01〜30μ、好適には0.
01〜20μ、最適には0.01〜8μとされるのが望ましい。
更に分散されている記録剤の粒径分布は、出来る限り狭
い方が好適であって、通常はD±3μ、好適にはD±1.
5μとされるのが望ましい(但しDは平均粒径を表わ
す)。In consideration of this, the particle size of the recording agent when the dispersion recording liquid is used is usually 0.01 to 30μ, preferably 0.
It is desirable that the thickness be from 01 to 20 μ, and most preferably from 0.01 to 8 μ.
Further, the particle size distribution of the dispersed recording agent is preferably as narrow as possible, usually D ± 3μ, preferably D ± 1.
Desirably, it is 5 μm (where D represents an average particle size).
使用される添加剤としては、粘度調整剤、表面張力調
整剤、pH調整剤、比抵抗調整剤、湿潤剤及び赤外線吸収
発熱剤等が挙げられる。Examples of the additives used include a viscosity adjuster, a surface tension adjuster, a pH adjuster, a resistivity adjuster, a wetting agent, and an infrared absorbing exothermic agent.
粘度調整剤や表面張力調整剤は、前記の物性値を得る
為の他に、記録速度に応じて充分なる流速で液路中を流
通し得ること、液路の吐出口において記録液体の回り込
みを防止し得ること、記録部材へ付与された時の滲み
(スポット径の広がり)を防止し得ること等の為に添加
される。The viscosity adjuster and the surface tension adjuster, in addition to obtaining the above physical property values, can flow through the liquid path at a sufficient flow rate according to the recording speed, and circulate the recording liquid at the discharge port of the liquid path. It is added for the purpose of preventing the occurrence of bleeding (expansion of the spot diameter) when applied to the recording member.
粘度調整剤及び表面張力調整剤としては、使用される
液媒体及び記録剤に悪影響を及ぼさないで効果的なもの
であれば通常知られているものの中より適宜所望特性を
満足するように選択されて使用される。As the viscosity modifier and the surface tension modifier, those which are effective without adversely affecting the liquid medium and the recording agent to be used are selected from those generally known so as to satisfy the desired properties as appropriate. Used.
具体的には、粘度調整剤としては、ポリビニルアルコ
ール、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチ
ルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセ
ルロース、水溶性アクリル樹脂、ポリビニルピロリド
ン、アラビアゴムスターチ等が好適なものとして例示出
来る。Specifically, examples of suitable viscosity modifiers include polyvinyl alcohol, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, methyl cellulose, a water-soluble acrylic resin, polyvinyl pyrrolidone, and gum arabic.
所望に応じて適宜選択されて好適に使用される、表面
張力調整剤としては、アニオン系、カチオン系及びノニ
オン系の界面活性剤が挙げられ、具体的には、アニオン
系としてポリエチレングリコールエーテル硫酸、エステ
ル塩等、カチオン系としてポリ2−ビニルピリジン誘導
体、ポリ4−ビニルピリジン誘導体等、ノニオン系とし
てポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエ
チレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン
アルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンモノ
アルキルエステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン
等が挙げられる。Surface tension adjusters suitably selected and suitably used as desired include anionic, cationic and nonionic surfactants, specifically, polyethylene glycol ether sulfate as anionic, Ester salts, etc. Cationic polyoxy-2-vinylpyridine derivatives, poly-4-vinylpyridine derivatives, etc. Nonionic polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkylphenyl ethers, polyoxyethylene alkyl esters, polyoxyethylene sorbitan monoalkyl Esters and polyoxyethylene alkylamines.
これ等の界面活性剤の他、ジエタノールアミン、プロ
パノールアミン、モルホリン酸等のアミン酸、水酸化ア
ンモニウム、水酸化ナトリウム等の塩基性物質、N−メ
チル−2−ピロリドン等の置換ピロリドン等も有効に使
用される。In addition to these surfactants, amine acids such as diethanolamine, propanolamine and morphophosphoric acid, basic substances such as ammonium hydroxide and sodium hydroxide, and substituted pyrrolidones such as N-methyl-2-pyrrolidone are also effectively used. Is done.
これ等の表面張力調整剤は、所望の値の表面張力を有
する記録液体が調合されるように、互いに又は他の構成
成分に悪影響を及ぼさず且つ前記の物性値が調合される
記録液体に与えられる範囲内において必要に応じて二種
以上混合して使用しても良い。These surface tension modifiers do not adversely affect each other or other components, and impart to the recording liquid whose physical property values are to be prepared, such that a recording liquid having a desired value of surface tension is prepared. If necessary, two or more kinds may be used as a mixture within the specified range.
これ等表面張力調整剤の添加量は種類、調合される記
録液体の他の構成成分種及び所望される記録特性に応じ
て適宜決定されるものであるが、記録液体1重量部に対
して、通常は0.0001〜0.1重量部、好適には0.001〜0.01
重量部とされるのが望ましい。The amount of the surface tension adjuster to be added is appropriately determined according to the type, other constituent components of the recording liquid to be prepared, and desired recording characteristics. Usually 0.0001 to 0.1 parts by weight, preferably 0.001 to 0.01
It is desirable to use parts by weight.
pH調整剤は、調合された記録媒体の化学的安定性、例
えば、長時間の保存による物性の変化や記録剤その他の
成分の沈降や凝集を防止する為に所定のpH値となるよう
に前記の諸特性値を逸脱しない範囲で適宜適当量添加さ
れる。The pH adjuster is used to adjust the chemical stability of the prepared recording medium, for example, to a predetermined pH value in order to prevent changes in physical properties due to long-term storage, and to prevent sedimentation and aggregation of the recording agent and other components. Is added as appropriate within a range that does not deviate from the various characteristic values described above.
本発明において好適に使用されるpH調整剤としては、
調合される記録液体に悪影響を及ぼさずに所望のpH値に
制御出来るものであれば大概のものを挙げることが出来
る。As the pH adjuster preferably used in the present invention,
As long as the desired pH value can be controlled without adversely affecting the recording liquid to be prepared, most of them can be mentioned.
そのようなpH調整剤としては具体的に例示すれば低級
アルカノールアミン、例えばアルカリ金属水酸化物等の
一価の水酸化物、水酸化アンモニウム等が挙げられる。Specific examples of such a pH adjuster include lower alkanolamines, for example, monovalent hydroxides such as alkali metal hydroxides, and ammonium hydroxide.
これ等のpH調整剤は、調合される記録液体が前記の物
性値をはずれない範囲で所望のpH値を有するように必要
量添加される。These pH adjusters are added in necessary amounts so that the recording liquid to be prepared has a desired pH value within a range that does not deviate from the above physical property values.
使用される潤滑剤としては、調合される記録液体が後
記の諸物性値を逸脱しない範囲で本発明に係わる技術分
野において通常知られているものの中より有効であるも
の、殊に熱的に安定なものが好適に使用される。このよ
うな潤滑剤として具体的に示せば、例えばポリエチレン
グリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキ
レングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリ
コール等のアルキレン基が2〜6個の炭素原子を含むア
ルキレングリコール;例えばエチレングリコールメチル
エーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエ
チレングリコールエチルエーテル等のジエチレングリコ
ールの低級アルキルエーテル;グリセリン;例えばメト
オキシトリグリコール、エトオキシトリグリコール等の
低級アルコールオキシトリグリコール;N−ビニル−2−
ピロリドンオリゴマー;等が挙げられる。As the lubricant to be used, those which are more effective than those generally known in the technical field of the present invention, in particular, are thermally stable as long as the recording liquid to be prepared does not deviate from the physical properties described below. Are suitably used. Specific examples of such a lubricant include polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, alkylene glycols having an alkylene group containing 2 to 6 carbon atoms such as butylene glycol and hexylene glycol; Lower alkyl ethers of diethylene glycol such as methyl ether, diethylene glycol methyl ether and diethylene glycol ethyl ether; glycerin; lower alcohol oxytriglycols such as methoxytriglycol and ethoxytriglycol; N-vinyl-2-
Pyrrolidone oligomer; and the like.
これ等の潤滑剤は、記録液体に所望される特性を満足
するように所望に応じて必要量添加されるものである
が、その添加量は記録液体全重量に対して、通常0.1〜1
0wt%、好適には0.1〜8wt%、最適には0.2〜7wt%とさ
れるのが望ましい。These lubricants are added in necessary amounts as required so as to satisfy the desired properties of the recording liquid, and the amount of the lubricant is usually 0.1 to 1 with respect to the total weight of the recording liquid.
It is desirably 0 wt%, preferably 0.1 to 8 wt%, and most preferably 0.2 to 7 wt%.
又、上記の潤滑剤は、単独で使用される他、互いに悪
影響を及ぼさない条件において二種以上混用しても良
い。The above lubricants may be used alone or in combination of two or more under conditions that do not adversely affect each other.
本発明の記録装置に使用される記録液体には、上記の
ような添加剤が所望に応じて必要量添加されるが、更に
記録部材に付着する場合の記録液体被膜の形成性、被膜
強度に優れたものを得るために、例えばアルキッド樹
脂、アクリル樹脂、アクリルアミド樹脂、ポリビニルア
ルコール、ポリビニルピロリドン等の樹脂重合体が添加
されても良い。The recording liquid used in the recording apparatus of the present invention is added with a necessary amount of the above-described additives as required. Further, when the recording liquid adheres to a recording member, the formability of the recording liquid film and the film strength are reduced. In order to obtain an excellent product, a resin polymer such as an alkyd resin, an acrylic resin, an acrylamide resin, polyvinyl alcohol, and polyvinylpyrrolidone may be added.
本発明の記録装置に使用される記録液体は、前述した
諸記録特性を具備するように、比熱、熱膨張係数、熱伝
導率、粘性、表面張力、pH及び帯電された記録液滴を使
用して記録する場合には比抵抗等の特性値が特性の条件
範囲にあるように調合されるのが望ましい。The recording liquid used in the recording apparatus of the present invention uses specific heat, thermal expansion coefficient, thermal conductivity, viscosity, surface tension, pH, and charged recording liquid droplets so as to have the above-described various recording characteristics. In the case of recording, it is desirable that the compounding is performed so that the characteristic value such as the specific resistance is within the condition range of the characteristic.
即ち、これ等の諸特性は、曳糸現象の安定性、熱エネ
ルギー作用に対する応答性及び忠実性、画像濃度、化学
的安定性、液路内での流動性等に重要な関連性を有して
いるので、本発明においては記録液体の調合の際、これ
等に充分注意を払う必要がある。In other words, these properties have important relevance to the stability of the spinning phenomenon, the responsiveness and fidelity to the action of thermal energy, the image density, the chemical stability, the fluidity in the fluid path, etc. Therefore, in the present invention, it is necessary to pay sufficient attention to these when preparing the recording liquid.
本発明の記録装置に有効に使用され得る記録液体の上
記諸特性としては下記の表6に示されるごときの値とさ
れるのが望ましてが、列挙された物性の総てが表6に示
されるごとき数値条件を満足する必要はなく、要求され
る記録特性に応じて、これ等の物性の幾つかが表6の条
件を満足する値を取れば良いものである。而乍ら比熱、
熱膨張係数、熱伝導率、粘性、表面張力に関しては、表
6の値に規定されるのが望ましい。勿論、調合された記
録液体の上記諸特性の中で表6に示される値を満足する
ものが多い程良好な記録が行われることは言うまでも無
い。It is desirable that the above-mentioned various properties of the recording liquid that can be effectively used in the recording apparatus of the present invention have the values shown in Table 6 below, but all the physical properties listed are shown in Table 6. It is not necessary to satisfy the numerical conditions as described above, and it is only necessary that some of these physical properties take values satisfying the conditions in Table 6 according to the required recording characteristics. However, the specific heat,
Regarding the coefficient of thermal expansion, the thermal conductivity, the viscosity, and the surface tension, it is desirable to specify the values in Table 6. Of course, it goes without saying that the more the properties of the prepared recording liquid satisfying the values shown in Table 6, the better the recording is performed.
効果 以上の説明から明らかなように、本発明によるヘッド
は、発熱体で発生した熱の放熱、冷却特性が優れている
ため、最大応答周波数が高く、高速度印字に適してい
る。 Effects As is clear from the above description, the head according to the present invention has excellent heat radiation and cooling characteristics of heat generated by the heating element, and therefore has a high maximum response frequency and is suitable for high-speed printing.
第1図は、本発明による液体噴射記録ヘッドの一実施例
を説明するための発熱体部近傍の断面図、第2図は、第
1図に示す発熱体基板の装置工程を説明するための図、
第3図は、本発明の液体噴射記録ヘッドにおける発熱体
による好ましい等温度線を示す図で、(a)は50℃の等
温度線を示す図、(b)は150℃の等温度線を示す図、
第4図は、好ましくない等温度線を示す図で、(a)は
50℃の等温度線を示す図、(b)は150℃の等温度線を
示す図である。第5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6図は、バブルジェットヘッ
ドの一例を示す斜視図、第7図は、分解斜視図、第8図
は、蓋基板を裏側から見た図である。 11……発熱抵抗層、12……発熱体保護層、13……電極保
護層、14……第2の電極(個別電極)、15……第1の電
極(共通電極)、16……蓄熱層、17……絶縁層、18……
ベース基板、20……インク。FIG. 1 is a cross-sectional view of the vicinity of a heating element for explaining an embodiment of a liquid jet recording head according to the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining an apparatus process of the heating element substrate shown in FIG. Figure,
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing preferred isothermal lines due to the heating elements in the liquid jet recording head of the present invention, wherein FIG. 3A shows an isothermal line at 50 ° C., and FIG. Diagram,
FIG. 4 is a diagram showing an undesired isothermal line, and (a)
FIG. 3B is a diagram illustrating an isothermal line at 50 ° C. FIG. 3B is a diagram illustrating an isothermal line at 150 ° C. FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of a bubble jet head as an example of an ink jet head to which the present invention is applied, FIG. 6 is a perspective view showing an example of a bubble jet head, and FIG. FIG. 8 is a perspective view of the lid substrate viewed from the back side. 11: heating resistance layer, 12: heating element protection layer, 13: electrode protection layer, 14: second electrode (individual electrode), 15: first electrode (common electrode), 16: heat storage Layer, 17 ... insulating layer, 18 ...
Base substrate, 20 ... ink.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 智昭 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭60−236758(JP,A) 特開 昭59−194866(JP,A) 特開 昭61−31263(JP,A) 特開 昭60−64856(JP,A) 特開 昭57−140170(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/05──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Tomoaki Nakano 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company, Ltd. (56) References JP-A-60-236758 (JP, A) JP-A Sho 59-194866 (JP, A) JP-A-61-31263 (JP, A) JP-A-60-64856 (JP, A) JP-A-57-140170 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B41J 2/05
Claims (1)
熱によって該記録液体から気泡を発生させ、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、前記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
する手段とよりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、前記
流路の中心線を含み、前記発熱体基板の垂直面における
等温度線が、前記発熱体の駆動パルスをオフにした時
に、該発熱体を基準にして前記オリフィス側でなく、前
記液室側に伸びるように前記熱エネルギー作用部を構成
する材料の熱的物性値および密度を決めたことを特徴と
する液体噴射記録ヘッド。1. A storage device for accommodating a recording liquid to be introduced,
A flow path provided with a thermal energy action section for generating bubbles from the recording liquid by heat and generating an action force in accordance with an increase in the volume of the bubbles; and Liquid ejection recording comprising an orifice for discharging as droplets, a liquid chamber for communicating with the flow path and introducing the recording liquid into the flow path, and means for introducing the recording liquid into the liquid chamber. In the head, including the center line of the flow path, the isothermal line on the vertical surface of the heating element substrate, when the drive pulse of the heating element is turned off, not on the orifice side with respect to the heating element, A liquid jet recording head, wherein a thermal property value and a density of a material forming the thermal energy action section are determined so as to extend to the liquid chamber side.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/398,237 US4990939A (en) | 1988-09-01 | 1989-08-24 | Bubble jet printer head with improved operational speed |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-218889 | 1988-09-01 | ||
| JP21888988 | 1988-09-01 | ||
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| JP31090488 | 1988-12-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02258267A JPH02258267A (en) | 1990-10-19 |
| JP2825862B2 true JP2825862B2 (en) | 1998-11-18 |
Family
ID=26522812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20752989A Expired - Fee Related JP2825862B2 (en) | 1988-09-01 | 1989-08-09 | Liquid jet recording head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2825862B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ201382A3 (en) * | 2013-02-07 | 2013-12-27 | Vysoké Učení Technické V Brně | Heating device with isothermal heating surface |
-
1989
- 1989-08-09 JP JP20752989A patent/JP2825862B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02258267A (en) | 1990-10-19 |
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