JPH07195696A - Ink jet recording method - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To improve an electrochemical stability and a durability by setting considerably small a time integration value per discharge cycle of a pulse voltage to be impressed to a heat-generating resistance body of an ink jet recording head in which an electrode is exposed to a water based ink thereby to generate thermal energy. CONSTITUTION:In the ink jet recording head, an electro-thermal conversion element having a heat-generating resistance layer 3 of a predetermined shape and electrodes 4, 5 is formed on a supporting body having a lower layer laminated on a surface of a base substrate 1. The heat-generating resistance body and a part of the electrodes 4, 5 are directly in touch with a recording liquid. When a voltage Ev is impressed to the heat-generating resistance body 3 to generate thermal energy so that a time integration value S per discharge cycle satisfies a condition of an equation (T0 is an optional time, T is a discharge cycle and Ev is a voltage between wiring electrodes), drops of the recording liquid are discharged thereby to achieve recording. Since a water based ink is utilizable, a forming process for the recording head is simplified, and a heat efficiency, a response characteristic and a reliability are superior.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はインクジェット記録方法
に関し、より詳細には発熱抵抗体に保護膜を被覆してい
ない記録ヘッドを用いたインクジェット記録方法に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording method, and more particularly to an ink jet recording method using a recording head in which a heating resistor is not covered with a protective film.

【０００２】[0002]

【従来の技術】この種のインクジェット記録方式は、高
速で高密度に記録することができ、かつカラー化，コン
パクト化に適しており、近年特に注目を集めている。こ
の記録方式においては、インク等の記録用液体（以下、
記録液と称する）を熱エネルギーを利用して吐出させる
ため、熱を記録液に作用させる熱作用部が存在する。こ
の熱作用部は、従来のいわゆるサーマルヘットの構成と
類似している。しかしながら、記録液に直接に接触する
点や、記録液の発泡，消泡の繰り返しによる機械的衝撃
（キャビテーションエロージョン）に曝される点や、数
百ｎｓｅｃ〜数μｓｅｃという極めて短い時間に１００
０℃に近い温度の上昇，下降に曝される点で、サーマル
ヘッドとは大きく異なる。このため、従来のインクジェ
ット記録ヘッドにおいては、発熱抵抗体上に、例えば、
ＳｉＯ₂ ，ＳｉＣ，ＳＩ₃ Ｎ₄ 等を用いて記録ヘッドの
表面の酸化防止と電気絶縁とを兼ねる層と、この層の上
にＴａ等の耐キャビテーションエロージョン層とを設け
る構造とし、使用環境から発熱抵抗体を保護しているの
が一般的である。ところが、耐摩耗層として一般的なＴ
ａ₂ Ｏ₅ 等は、必ずしも耐キャビテーションエロージョ
ン性に優れていない。特公昭５９−４３３１５号公報等
はこれに代わるものとしてキャビテーションエロージョ
ンに対して強い材料が開示されている。2. Description of the Related Art This type of ink jet recording system is capable of high-speed and high-density recording and is suitable for colorization and compactness, and in recent years has attracted particular attention. In this recording method, a recording liquid such as ink (hereinafter,
Since a recording liquid) is ejected by using thermal energy, there is a heat acting portion that applies heat to the recording liquid. This heat acting portion is similar to the structure of a conventional so-called thermal head. However, the point of direct contact with the recording liquid, the point of being exposed to mechanical impact (cavitation erosion) due to repeated foaming and defoaming of the recording liquid, and the extremely short time of several hundreds nsec to several μsec.
It is significantly different from the thermal head in that it is exposed to a rise and fall in temperature close to 0 ° C. Therefore, in the conventional ink jet recording head, for example, on the heating resistor,
Depending on the operating environment, a layer is provided that uses SiO ₂ , SiC, SI ₃ N ₄ or the like to prevent oxidation and electrically insulates the surface of the recording head, and a cavitation erosion resistant layer such as Ta is provided on this layer. Generally, the heating resistor is protected. However, T that is generally used as a wear resistant layer
a ₂ O _{5 and the} like are not necessarily excellent in cavitation erosion resistance. As a substitute for this, Japanese Patent Publication No. 59-43315 discloses a material resistant to cavitation erosion.

【０００３】これとは別に、上述した熱作用部では、消
費電力を低下させ、入力信号に対する応答性を高めるた
めに、発熱抵抗体から発生する熱をできるだけ効率よ
く、かつ速やかに記録液に作用させることが従来より望
まれている。このため、発熱抵抗体が直接に記録液に接
触している保護膜のない構成が、特開昭５５−１２６４
６２号公報に提案されている。しかしながら、この構成
は、熱効率の面から保護膜を設ける構成に勝っているも
のの、発熱抵抗体は、キャビテーションエロージョンや
温度の上昇，下降に曝されるだけでなく、接触する記録
液の導電性のために、電流が記録液中を流れ、その結果
生じる電気化学反応にも曝されることになる。Apart from this, in the above-mentioned thermal action part, in order to reduce the power consumption and enhance the response to the input signal, the heat generated from the heating resistor acts on the recording liquid as efficiently and promptly as possible. It has been conventionally desired to do so. For this reason, a structure without a protective film in which the heating resistor is in direct contact with the recording liquid is disclosed in JP-A-55-1264.
It is proposed in Japanese Patent Publication No. 62-62. However, although this configuration is superior to the configuration in which the protective film is provided in terms of thermal efficiency, the heating resistor is not only exposed to cavitation erosion and rise and fall of temperature, but also of the conductivity of the recording liquid with which it comes into contact. Therefore, an electric current flows through the recording liquid and is exposed to the resulting electrochemical reaction.

【０００４】発熱抵抗体として、Ｔａ₂ Ｎ，ＲｕＯ₂ の
ほか、種々の金属，合金，金属化合物，サーメットが知
られているが、上記のような条件下で用いるには耐久
性，安定性が十分でない。そこで、保護膜のないインク
ジェット記録ヘッド用の発熱抵抗体の材料として特開昭
５９−９６９７１号公報にＴａを主成分とする合金など
が提案されている。As the heating resistor, various metals, alloys, metal compounds, and cermets are known in addition to Ta ₂ N and RuO ₂ , but they are not durable and stable when used under the above conditions. not enough. Then, as a material of a heating resistor for an ink jet recording head having no protective film, JP-A-59-96971 proposes an alloy containing Ta as a main component.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
な保護膜を設ける構成のインクジェット記録ヘッドで
は、耐久性や抵抗変化の点で実用上満足のいくものが得
られている。しかし、保護膜を形成する時に発生する欠
陥の発生を完全に防止することは非常に困難であり、こ
のことが量産時に歩留りを低下させる大きな要因にな
る。記録の高速化，高密度化が一層求められ、一つの記
録ヘッド当たりの吐出口数が増加する傾向の中、このこ
とはますます大きな問題となってきている。By the way, the ink jet recording head having the above-mentioned protective film is practically satisfactory in terms of durability and resistance change. However, it is extremely difficult to completely prevent the occurrence of defects that occur when forming the protective film, and this is a major factor that reduces the yield during mass production. This is becoming an increasingly serious problem in the trend that the number of ejection openings per recording head is increasing due to the demand for higher recording speed and higher recording density.

【０００６】また、発熱抵抗体から記録液への熱伝達効
率が悪い場合、必要となる全体の消費電力が増し、駆動
時における記録ヘッド全体の温度変化が大きくなる。こ
の記録ヘッドの温度変化は吐出液滴の体積変化につなが
り、形成される画像の濃度ムラの原因となる。また、記
録の高速化に対応するため、時間当たりの吐出回数を増
加させると、記録ヘッドの消費電力が上昇し、温度変化
による画像の濃度ムラが一層顕著になってくる。これ
は、記録画像の高画質化の要求に反するものであり解決
すべき課題となっている。If the heat transfer efficiency from the heating resistor to the recording liquid is poor, the total power consumption required increases and the temperature change of the entire recording head during driving increases. This change in the temperature of the recording head leads to a change in the volume of the ejected droplets, which causes density unevenness of the formed image. Further, when the number of ejections per hour is increased in order to cope with the speeding up of recording, the power consumption of the recording head increases, and the image density unevenness due to temperature change becomes more remarkable. This is against the demand for higher image quality of recorded images and is a problem to be solved.

【０００７】このような問題を解決するために、発熱抵
抗体と記録液が直接に接触する保護膜の欠陥に左右され
ない熱効率の良いインクジェット記録ヘッドの実用化が
望まれてきている。しかしながら、既に述べてきたよう
に、保護膜のないタイプのインクジェット記録ヘッドに
おいては、発熱抵抗体がキャビテーションエロージョン
や温度の上昇，下降に曝されるだけでなく、電気化学反
応にも曝されることになり、従来のＴａ₂ Ｎ，ＲｕＯ
₂ ，ＨｆＢ₂ 等の発熱抵抗体では、機械的に破壊された
り、容易に腐蝕，溶解してしまう等、耐久性に多くの問
題を残していた。In order to solve such a problem, it has been desired to put into practical use an ink jet recording head having good thermal efficiency which is not affected by defects in the protective film in which the heating resistor and the recording liquid are in direct contact with each other. However, as described above, in the ink jet recording head of the type having no protective film, the heating resistor is not only exposed to cavitation erosion and rise and fall of temperature, but also exposed to an electrochemical reaction. And the conventional Ta ₂ N, RuO
The heating resistors such as ₂ , HfB _{2 and the} like have many problems in durability such as mechanical destruction, easy corrosion and dissolution.

【０００８】上記特公昭５９−４３３１５号公報等に記
載されているキャビテーションエロージョンに対して強
い材料も、前述のような保護膜として用いられた場合に
その効果を発揮する。しかし、保護膜のないインクジェ
ット記録ヘッドの発熱抵抗体として上記の材料を用いた
場合には、電気化学反応などによって容易に溶解あるい
は腐蝕されて十分な耐久性を得ることができない。The material resistant to cavitation erosion described in Japanese Patent Publication No. 59-43315 and the like also exerts its effect when used as a protective film as described above. However, when the above-mentioned material is used as a heating resistor of an ink jet recording head having no protective film, it is easily dissolved or corroded by an electrochemical reaction or the like, and sufficient durability cannot be obtained.

【０００９】また、高精細，高画質の記録にとって、記
録液の吐出の安定性は不可欠である。このためには、発
熱抵抗体の抵抗変化が小さいことが必要であり、実用的
には５％以下であることが望ましい。上記特開昭５９−
９６９７１号公報等に開示されているＴａを主成分とす
る合金を、保護膜のない発熱抵抗体の材料として用いた
場合、発熱抵抗体が破断しないという点での耐久性にお
いて比較的優れている。しかしながら、発泡を繰り返す
間の発熱抵抗体の抵抗の変化という点においては、例え
ば、Ｔａ，Ｔａ−Ａｌ合金では抵抗変化が７〜１０％程
度というように未だ不十分なものである。さらに、発熱
抵抗体が破断する印加パルス電圧（Ｖ_break ）と発泡閾
値電圧（Ｖ_th）との比Ｍが、１．３〜１．４であり、耐
熱性が低く、駆動電圧（Ｖ_op）の僅かな増加でも発熱抵
抗体の寿命が大きく低下してしまうという問題もある。Further, for high-definition and high-quality recording, stability of ejection of the recording liquid is indispensable. For this purpose, it is necessary that the resistance change of the heating resistor is small, and it is practically desirable that the change is 5% or less. The above-mentioned JP-A-59-
When the alloy containing Ta as a main component disclosed in Japanese Patent No. 96971 is used as a material for a heating resistor without a protective film, it is relatively excellent in durability in that the heating resistor does not break. . However, in terms of the change in resistance of the heating resistor during repeated foaming, for example, Ta, Ta-Al alloys are still insufficient in resistance change of about 7 to 10%. Further, the ratio M of the applied pulse voltage (V _break ) at which the heating resistor breaks and the foaming threshold voltage (V _th ) is 1.3 to 1.4, the heat resistance is low, and the drive voltage (V _op ). There is also a problem that the life of the heat generating resistor is greatly reduced even if a small increase is caused.

【００１０】このように従来の既知の材料で保護膜のな
い発熱抵抗体を形成した場合には、耐キャビテーション
エロージョン性などの機械的耐久性，電気化学的安定
性，抵抗安定性，耐熱酸化性，耐熱溶解性さらに耐熱衝
撃性の全てを満足することは困難な場合が多い。As described above, when a heating resistor without a protective film is formed of a conventionally known material, mechanical durability such as cavitation erosion resistance, electrochemical stability, resistance stability, and thermal oxidation resistance. However, it is often difficult to satisfy all of the thermal solubility and thermal shock resistance.

【００１１】発明者らは、先にＴａ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｔａ
およびＩｒを主成分とする合金材料が保護膜のないタイ
プのインクジェット用発熱抵抗体として優れたものであ
ることを見いだした（特願平１−４６７６９号公報）。
これらの合金材料を発熱抵抗体として用いることによっ
て、高い耐久性を有し熱伝達効率が良好な保護膜のない
タイプのインクジェット記録ヘッドを得ることができ
る。The inventors have previously made Ta, Ir, Al, Ta
It has been found that an alloy material containing Ir and Ir as a main component is excellent as a heating resistor for an inkjet type having no protective film (Japanese Patent Application No. 1-46769).
By using these alloy materials as the heat generating resistor, it is possible to obtain an ink jet recording head of a type having high durability and good heat transfer efficiency and having no protective film.

【００１２】しかしながら、単に発熱抵抗体としてこれ
らの材料を用いても、電極が電気化学的に損傷を受ける
場合には、依然として電極が直接に記録液と接触しない
ようにするための絶縁性保護層などが必要である。しか
も、熱作用部の近傍においては５００℃以上の高温とな
るため、熱作用部の近傍の電極に対しては無機材料から
なる保護層が必要となり、成膜やパターニング等の余分
な工程が加わるうえ、前に述べた保護膜の欠陥などの点
からも望ましくない。However, even if these materials are simply used as the heating resistor, an insulating protective layer for preventing the electrode from coming into direct contact with the recording liquid when the electrode is electrochemically damaged. Etc. are required. Moreover, since the temperature in the vicinity of the heat-acting portion is as high as 500 ° C. or higher, a protective layer made of an inorganic material is required for the electrodes in the vicinity of the heat-acting portion, and extra steps such as film formation and patterning are added. In addition, it is not desirable in terms of the above-mentioned defects of the protective film.

【００１３】これに対して、電極と接触する部分での発
熱抵抗体の幅を熱作用部に比べて広くしたり、厚みを厚
くすることによって電極では温度があまり高くならない
ようにし、電極保護層として工程の簡単な有機層のみを
用いること等も可能である。しかし、前者は吐出口の高
密度化に不向きであり、後者は発熱抵抗体の成膜やパタ
ーニングを複数回必要とするため、やはり工程が複雑化
するという問題がある。On the other hand, by making the width of the heating resistor at the portion in contact with the electrode wider than that at the heat acting portion or making the thickness thicker, the temperature at the electrode does not become too high, and the electrode protective layer is formed. It is also possible to use only an organic layer having a simple process. However, the former is not suitable for increasing the density of the ejection port, and the latter requires the film formation and patterning of the heating resistor a plurality of times, which also complicates the process.

【００１４】また、特開昭６３−２９７０４９号公報に
開示されているような電位を逆転させたパルスを印加す
る方法も効果的と考えられる。しかし、この方法は駆動
回路が複雑になり価格が増大する。Further, the method of applying a pulse with an inverted potential as disclosed in JP-A-63-297049 is considered effective. However, this method complicates the driving circuit and increases the price.

【００１５】そこで、発熱抵抗体のみでなく熱作用部の
近傍における電極にも、保護膜が不要であって、記録液
と直接に接触しても十分な耐蝕性のある材料が望まし
い。しかしながら、例えば、電極としてＡｕのような電
気化学的安定性の高い材料を用いたとしても、保護層の
ない場合には、陽極となる側の電極が簡単に溶解してし
まう場合があることが解った。Therefore, not only the heating resistor but also the electrode in the vicinity of the heat acting portion does not require a protective film, and it is desirable to use a material having sufficient corrosion resistance even when it comes into direct contact with the recording liquid. However, for example, even if a material having a high electrochemical stability such as Au is used for the electrode, the electrode on the side of the anode may be easily dissolved without the protective layer. I understand.

【００１６】また、記録液の点からみた場合には、例え
ば、有機溶剤を主成分とする記録液中に油溶性染料を溶
解させたような、非水系で導電率の小さな記録液を用い
ることができれば、電極が露出していても電気化学的な
損傷を低く抑えることができる。しかしながら、一般の
油溶性染料では、記録液への成分に対する溶解性，安定
性，耐摩耗性，耐候性に優れたものが少ない上に、安全
性などの点で水系のインクに劣るという問題がある。From the viewpoint of the recording liquid, for example, a recording liquid containing an organic solvent as a main component and having an oil-soluble dye dissolved therein, which is non-aqueous and has a low electric conductivity, is used. If it is possible, even if the electrode is exposed, electrochemical damage can be suppressed to a low level. However, there are few general oil-soluble dyes that are excellent in solubility in the recording liquid, stability, abrasion resistance, and weather resistance, and in addition, they are inferior to water-based inks in terms of safety. is there.

【００１７】そこで、本発明の目的は、上述の問題点を
解消し、発熱抵抗体に保護膜のない記録ヘッドを用いた
場合に、記録液として水系インクを用い、発熱抵抗体近
傍の電極が水系インクに露出していても、電極の電気化
学的安定性に優れると共に発熱抵抗体の耐久性が良好で
あり、記録ヘッドの製造工程の簡略化されたインクジェ
ット記録方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and when a recording head without a protective film is used as a heating resistor, an aqueous ink is used as a recording liquid and an electrode near the heating resistor is used. An object of the present invention is to provide an inkjet recording method in which the electrode has excellent electrochemical stability even when exposed to water-based ink and the heating resistor has good durability, and the manufacturing process of the recording head is simplified.

【００１８】[0018]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のインクジェット記録装置は、電気信
号の印加によって記録液滴を吐出するために利用される
熱エネルギーを発生する発熱抵抗体および該発熱抵抗体
と電気的に接続する配線電極の一部が直接に記録液と接
触するインクジェット記録ヘッドを用いて記録を行うイ
ンクジェット記録方法であって、In order to achieve such an object, the ink jet recording apparatus of the present invention has a heating resistor for generating thermal energy used for ejecting recording droplets by applying an electric signal. An ink jet recording method for performing recording using an ink jet recording head in which a body and a part of a wiring electrode electrically connected to the heating resistor are in direct contact with a recording liquid,

【００１９】[0019]

【数２】 [Equation 2]

【００２０】ここで、ｔ₀ は任意の時刻、Ｔは吐出周期
（μｓｅｃ）、Ｅ_V は配線電極間の電圧（Ｖ）の条件で
前記熱エネルギーを発生するための前記発熱抵抗体に電
圧Ｅ_V （Ｖｏｌｔ）を印加することによって前記インク
ジェット記録ヘッドより記録液滴を吐出して記録を行う
ことを特徴とする。[0020] Here, t ₀ is an arbitrary time, T is the discharge period (μsec), E _V is the voltage E to the heating resistor for generating the thermal energy in terms of voltage (V) between the wiring electrodes Recording is performed by applying recording liquid droplets from the inkjet recording head by applying _V (Volt).

【００２１】[0021]

【作用】本発明によれば、パルス電圧の吐出周期当りの
時間積分値を、９０（Ｖ・μｓｅｃ）未満に設定するこ
とにより、記録液として水系インクを用い、発熱抵抗体
近傍の電極が水系インクに露出していても、電極および
発熱抵抗体の耐久性が良好となる。According to the present invention, by setting the time integral value of the pulse voltage per discharge cycle to be less than 90 (V · μsec), the water-based ink is used as the recording liquid, and the electrode near the heating resistor is water-based. Even if exposed to ink, the durability of the electrode and the heating resistor will be good.

【００２２】[0022]

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳
細に説明する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【００２３】本実施例に用いられるインクジェット記録
ヘッドでは発熱抵抗体と電極の一部とが直接記録液に接
触する。In the ink jet recording head used in this embodiment, the heating resistor and a part of the electrode are in direct contact with the recording liquid.

【００２４】最初に、本例に用いられる発熱抵抗体と電
極の材料について説明する。First, the materials of the heating resistor and the electrodes used in this example will be described.

【００２５】発熱抵抗体の材料としては、主要構成元素
の１つとしてＲｕ，Ｉｒ，Ｐｔ等の白金属元素を含む合
金が好ましく、さらに好ましくはこれらの白金属元素の
うち少なくとも１種と、Ａｌ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｇａ，
Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａのうちの少なくとも１種を含む
合金である。また、発熱抵抗体の抵抗値を上昇させるた
めには、上記の合金に、Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｓｉ等を添加して
もよい。As a material of the heating resistor, an alloy containing a white metal element such as Ru, Ir, Pt as one of the main constituent elements is preferable, and more preferably at least one of these white metal elements and Al. , Ti, V, Cr, Ga,
It is an alloy containing at least one of Zr, Nb, Hf, and Ta. Further, in order to increase the resistance value of the heating resistor, C, N, O, Si or the like may be added to the above alloy.

【００２６】また、電極としては少なくとも記録液と直
接に接触する部分には、Ａｕ等を主成分とする電気化学
的に優れ、かつ、電気抵抗値の低い材料を用いる必要が
ある。Further, as the electrode, it is necessary to use a material containing Au or the like as a main component, which is electrochemically excellent and has a low electric resistance value, at least in a portion which is in direct contact with the recording liquid.

【００２７】発熱抵抗体や電極は、上述した材料をスパ
ッタリング法，真空蒸着法等の公知の方法を用いて形成
することができる。The heating resistor and the electrode can be formed by using the above-mentioned materials by a known method such as a sputtering method or a vacuum evaporation method.

【００２８】発熱抵抗体およびこれに隣接する電極に保
護膜のないインクジェット記録ヘッドの模式図を図１に
示す。FIG. 1 shows a schematic view of an ink jet recording head in which a heating resistor and an electrode adjacent thereto have no protective film.

【００２９】図１（ａ）は記録ヘッドの主要部を吐出口
側から見た模式的部分正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）
の一点鎖線ＸＹに沿った模式的部分断面図、および、図
１（ｃ）は、発熱抵抗体および電極が設けられた時の平
面図である。FIG. 1A is a schematic partial front view of the main part of the recording head as seen from the ejection port side, and FIG. 1B is FIG. 1A.
FIG. 1C is a schematic partial cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line XY, and FIG. 1C is a plan view when a heating resistor and electrodes are provided.

【００３０】図１に示したインクジェット記録ヘッド
は、ベース基板１の表面に下部層が積層された支持体上
に、所定の形状の発熱抵抗体層３と電極４および５とを
有する電気熱変換素子が形成され、これにより記録ヘッ
ド基板が形成される。さらに、この記録ヘッド基板に
は、少なくとも吐出口８および液流路を設けるための溝
が形成された溝付天板７が接合される。記録液に熱を伝
達する熱作用部９は発熱抵抗体上に構成される。The ink jet recording head shown in FIG. 1 has an electrothermal converter having a heating resistor layer 3 and electrodes 4 and 5 of a predetermined shape on a support having a lower layer laminated on the surface of a base substrate 1. An element is formed, and thus a recording head substrate is formed. Further, at least the ejection port 8 and the grooved top plate 7 having a groove for providing a liquid flow path are joined to the recording head substrate. The heat acting portion 9 that transfers heat to the recording liquid is formed on the heating resistor.

【００３１】下部層２は必要に応じて設けられ、ベース
基板１側へ逃げる熱の量を調整し、熱発生部で発生する
熱を効率良く記録液に伝達する機能を有する。電極４お
よび５は熱発生部から発熱させるために、発熱抵抗体層
３に通電するためのものであり、この場合では電極４は
各熱発生部における共通電極であり、電極５は各熱作用
部に個別に通電するための選択電極である。電極の熱発
生部から離れた部分には必要に応じて保護層（不図示）
が形成されていてもよい。この場合には高温に曝される
ことがないため、製造工程が簡単であり化学的に安定な
有機材料、例えば、ポリイミドを用いて保護膜を形成す
ることができる。The lower layer 2 is provided as necessary and has a function of adjusting the amount of heat escaping to the base substrate 1 side and efficiently transferring the heat generated in the heat generating portion to the recording liquid. The electrodes 4 and 5 are for energizing the heating resistor layer 3 in order to generate heat from the heat generating portion. In this case, the electrode 4 is a common electrode in each heat generating portion, and the electrode 5 is for each heat acting. It is a selection electrode for individually energizing the parts. If necessary, a protective layer (not shown) on the part of the electrode away from the heat generation part
May be formed. In this case, since it is not exposed to high temperature, it is possible to form the protective film by using a chemically stable organic material such as polyimide, which has a simple manufacturing process.

【００３２】本例に用いられる発熱抵抗体層３の厚さ
は、所望の電流あるいは電圧において適切な熱エネルギ
ーを効果的に発生させるように、適宜に決められる。好
ましくは１００〜２００００Å、より好ましくは２００
〜３０００Åである。The thickness of the heating resistor layer 3 used in this example is appropriately determined so as to effectively generate appropriate heat energy at a desired current or voltage. It is preferably 100 to 20000Å, more preferably 200.
~ 3000Å.

【００３３】本発明におけるインクジェット記録ヘッド
の構成としては、図１に示した例に限定されず、例え
ば、記録液滴の吐出口および液路の構成も、図１（ａ）
および（ｂ）に示したように、熱作用部９上へ記録液が
供給される方向と、吐出口８から飛翔する記録液滴の吐
出方向とがほぼ同一なものに限定されず、図２（ａ）お
よび（ｂ）の例に見られるような記録液の供給される方
向と記録液滴の吐出方向がほぼ直角である構成なども可
能である。なお、図２において、１０は吐出口を設けた
適宜な厚みのオリフィスプレートであり、１２はこのオ
リフィスプレート１０を支持する支持壁である。The structure of the ink jet recording head in the present invention is not limited to the example shown in FIG. 1, and for example, the structure of the ejection port and the liquid path of the recording liquid droplet is also shown in FIG.
2 and (b), the direction in which the recording liquid is supplied onto the thermal action part 9 and the ejection direction of the recording liquid droplets flying from the ejection port 8 are not limited to be substantially the same. A configuration in which the supply direction of the recording liquid and the discharge direction of the recording liquid droplets are substantially perpendicular to each other as shown in the examples (a) and (b) is also possible. In FIG. 2, 10 is an orifice plate having an appropriate thickness provided with a discharge port, and 12 is a support wall for supporting this orifice plate 10.

【００３４】吐出口，液路および熱発生部からなる記録
液の吐出構造単位は、図１，図２に示されるように複数
個配置しても良く、例えば、被記録媒体の記録幅の全て
にわたって配列されている構成も挙げることができる。
このような構成の場合には記録ヘッドの面積が大きくな
るため、従来の記録ヘッドでは大きな問題となる保護膜
の欠陥のない本発明は、一層その利点を発揮する。As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of recording liquid ejection structure units each including an ejection port, a liquid passage, and a heat generating portion may be arranged. For example, the entire recording width of the recording medium may be set. A configuration in which they are arrayed over can also be mentioned.
In the case of such a configuration, the area of the recording head becomes large, so that the present invention without the defect of the protective film, which is a big problem in the conventional recording head, exerts its advantage further.

【００３５】次に、発熱抵抗体層３および熱作用部近傍
の電極４，５が保護膜を持たないインクジェット記録ヘ
ッドを作成した。Next, an ink jet recording head was prepared in which the heating resistor layer 3 and the electrodes 4 and 5 in the vicinity of the heat acting portion had no protective film.

【００３６】支持体としてのＳｉ基板を熱酸化処理し
て、厚さ２．５μｍのＳｉＯ₂ を下部層として設けた。
次に、このＳｉＯ₂ 層が設けられた支持体を高周波スパ
ッタリング装置（徳田製作所製 ＣＦＳ−８ＥＰ）に設
置し、純度が９９．９重量％以上のＴａのターゲット上
に、同程度の純度のＩｒシートを載置したものを用い
て、以下の条件でスパッタリングして約８００Åの厚さ
の発熱抵抗体層をＳｉＯ₂層上に形成した。A Si substrate as a support was subjected to thermal oxidation treatment to provide SiO ₂ having a thickness of 2.5 μm as a lower layer.
Next, the support provided with this SiO ₂ layer was placed in a high frequency sputtering apparatus (CFS-8EP manufactured by Tokuda Manufacturing Co., Ltd.), and a Ta target having a purity of 99.9% by weight or more was used, and Ir having a similar purity was used. Using the sheet placed, a heating resistor layer having a thickness of about 800 Å was formed on the SiO ₂ layer by sputtering under the following conditions.

【００３７】スパッタリング条件は以下の通りである。The sputtering conditions are as follows.

【００３８】 ターゲット面積比 Ｔａ：Ｉｒ＝６８：３２ ターゲット面積 ５ｉｎｃｈφ 高周波電力 ５００Ｗ 基板温度 ５０℃ 成膜時間 １０分 スパッタガスのＡｒ圧力 ０．４Ｐａ さらに、続けてＡｕだけのターゲットに切り替え、上記
膜の上層にＡｕを６０００Åの厚みに形成しスパッタリ
ングを終了した。この後、フォトリソグラフィ技術によ
りフォトレジストを所定のパターンに２度形成し、一度
はＡｕ層のドライエッチング、２度目は発熱抵抗体層を
イオンミリングにてドライエッチし、図１（ｂ）および
図１（ｃ）に示した形状の発熱抵抗体層３と電極４およ
び５を形成した。熱発生部の寸法は２２μｍ×１２０μ
ｍ、熱発生部のピッチ（幅）は７０μｍとし、４８個の
熱発生部を一列に並べて形成した。次に、図１に示した
液流路に記録液を供給するための共通液室（不図示）に
おいて記録液を通して余分な電流が流れないように、共
通液室の部分の発熱抵抗体および電極にはポリイミドの
絶縁層（東レ製フォトニースＵＲ−３１００）を設け
た。さらに今度は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示し
た吐出口８および液流路を形成するため、ガラス製の溝
付天板７を接合し、インクジェット記録ヘッドを作成し
た。この記録ヘッドの熱発生部（つまり電極４，５間）
の抵抗は約１６５Ωであった。このような記録ヘッドを
多数作成し、種々の駆動パルスを用いて評価試験を行っ
た。Target area ratio Ta: Ir = 68: 32 Target area 5 inch φ High frequency power 500 W Substrate temperature 50 ° C. Film formation time 10 minutes Ar pressure of sputter gas 0.4 Pa Further, the target of Au only was continuously switched to the above film. Au was formed on the upper layer to a thickness of 6000Å and the sputtering was completed. After that, a photoresist is formed twice in a predetermined pattern by a photolithography technique, and the Au layer is dry-etched once and the heating resistor layer is dry-etched by ion milling the second time. The heating resistor layer 3 and the electrodes 4 and 5 having the shape shown in FIG. 1 (c) were formed. The size of the heat generating part is 22μm × 120μ
m, the pitch (width) of the heat generating portions was 70 μm, and 48 heat generating portions were formed in a line. Next, in a common liquid chamber (not shown) for supplying the recording liquid to the liquid flow path shown in FIG. 1, a heating resistor and an electrode in the common liquid chamber are arranged so that an excess current does not flow through the recording liquid. Was provided with a polyimide insulating layer (Toray Photo Nice UR-3100). Further, this time, in order to form the discharge port 8 and the liquid flow path shown in FIGS. 1A and 1B, the glass top plate 7 with grooves was joined to form an ink jet recording head. Heat generating part of this recording head (that is, between electrodes 4 and 5)
Had a resistance of about 165Ω. A large number of such recording heads were prepared, and evaluation tests were conducted using various drive pulses.

【００３９】試験例１ないし１０、および比較例１ない
し６について以下のような評価試験(i) ，(ii)，(iii)
を行った。The following evaluation tests (i), (ii) and (iii) for Test Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6
I went.

【００４０】(i) 陽極側電極の損傷の程度を示す吐出試
験 まず、記録ヘッドの液流路に、 水 ７０部 ジエチレングリコール ２０部 黒色染料 ３部 導電率 ４．７ｍＳ／ｃｍ の成分と特性を有する記録液を供給した。(I) Discharge test showing the degree of damage on the anode electrode First, the liquid flow path of the recording head has a component and characteristics of water 70 parts diethylene glycol 20 parts black dye 3 parts conductivity 4.7 mS / cm. The recording liquid was supplied.

【００４１】外部電源から様々の駆動パルスが印加され
るように、１×１０⁷ 回記録液滴を吐出した。その後、
陽極側電極の状態を観察し、以下の基準で評価した。Recording liquid droplets were ejected 1 × 10 ⁷ times so that various driving pulses were applied from an external power source. afterwards,
The state of the anode electrode was observed and evaluated according to the following criteria.

【００４２】○ 溶解による陽極側電極の後退が１μ
ｍ以下のもの △ 溶解による陽極側電極の後退が数μｍ程度のもの × 溶解による陽極側電極の後退が１０μｍ以上のも
の ×× 溶解による陽極側電極の後退が激しく途中で不吐
出になってしまうもの (ii)記録品位 記録ヘッドを公知の構成のインクジェット記録装置に装
着し、上記吐出試験と同様の条件による駆動を行ってキ
ャラクタなどの記録を行い、得られた記録された被記録
媒体に対して目視での評価を行った（初期、Ａ４版１０
０枚記録後、および１０００枚記録後）。極めて良好な
記録が得られれば○、良好な記録が得られれば△、不吐
出やかすれなどがみられた場合には×とした。○ The retreat of the anode electrode due to dissolution is 1μ
m or less △ Recession of the anode side electrode due to dissolution is about several μm × Recession of the anode side electrode due to dissolution is 10 μm or more XX Recession of the anode side electrode due to dissolution is severe and ejection failure occurs on the way (Ii) Recording quality: The recording head is mounted on an inkjet recording device having a known structure, and characters and the like are recorded by driving under the same conditions as in the above ejection test, and the obtained recorded medium is recorded. And visually evaluated (initially, A4 version 10
After recording 0 sheets and after recording 1000 sheets). When the very good recording was obtained, it was evaluated as ◯, when good recording was obtained, it was evaluated as Δ, and when ejection failure or blurring was observed, it was evaluated as x.

【００４３】(iii) 統合評価 ○ 以上の吐出試験、記録品位のいずれも○の場合 △ 吐出試験、記録品位のうち１つでも△がある場合 × 吐出試験、記録品位のうち１つでも×がある場合 図３（ａ）〜（ｈ）は、以下の試験例および比較例に用
いられる電気熱変換素子の駆動波形を示す図である。(Iii) Integrated evaluation ○ When all of the above ejection tests and recording qualities are ○: When there is at least one of the ejection tests and recording qualities × At least one of the ejection tests and recording qualities × Certain Case FIGS. 3A to 3H are diagrams showing drive waveforms of the electrothermal conversion elements used in the following test examples and comparative examples.

【００４４】図３（ａ）は、単純な１つの矩形波であ
り、１液滴を形成する時の波形図である。この時、パル
ス幅はＰ_W であり、駆動電圧Ｅ_V である。FIG. 3 (a) is a simple rectangular wave and is a waveform diagram when one droplet is formed. At this time, the pulse width is P _W and the drive voltage E _V.

【００４５】図３（ｂ）は、パルス幅Ｐ_W1，駆動電圧Ｅ
_V1のパルスを印加した後、連続的にパルス幅Ｐ_W2，駆動
電圧Ｅ_V2のパルスを印加した場合の波形図である。この
駆動波形は階段状のパルスにより吐出スピードを向上さ
せたり、記録液滴の体積を変化させることができる。FIG. 3B shows a pulse width P _W1 and a drive voltage E.
FIG. 6 is a waveform diagram in the case where a pulse having a pulse width P _W2 and a drive voltage E _V2 are continuously applied after applying a pulse of _V1 . This drive waveform can improve the ejection speed and change the volume of the recording liquid droplets by the stepwise pulse.

【００４６】図３（ｃ）は、パルス周期Ｔ_P ，パルス幅
Ｐ_WP、駆動電圧Ｅ_V のｎ個のパルスを印加した後に、パ
ルス幅Ｐ_WM，駆動電圧Ｅ_V のパルスを印加した時の駆動
波形図である。FIG. 3C shows a case where n pulses having a pulse period T _P , a pulse width P _WP and a driving voltage E _V are applied, and then a pulse having a pulse width P _WM and a driving voltage E _V is applied. It is a drive waveform diagram.

【００４７】図３（ｄ）は、パルス幅は２μｓｅｃのま
ま一定にして駆動電圧を３．５，７．０，１０．５およ
び１４．０Ｖと階段状を増加させた場合の駆動波形図で
ある。FIG. 3D is a drive waveform diagram when the pulse width is kept constant at 2 μsec and the drive voltage is increased stepwise to 3.5, 7.0, 10.5 and 14.0 V. is there.

【００４８】図３（ｅ）は、図３（ｄ）の変形例であ
り、パルス幅は４μｓｅｃで駆動電圧を３．０，６．
０，９．０および１２．０Ｖと段階的に増加させた時の
駆動波形図である。FIG. 3E is a modification of FIG. 3D, in which the pulse width is 4 μsec and the driving voltage is 3.0, 6.
It is a drive waveform diagram when it is gradually increased to 0, 9.0 and 12.0V.

【００４９】図３（ｆ）は、駆動電圧は１２．５Ｖと一
定にし、パルス幅を０．６μｓｅｃとしてパルスとパル
スの間隔を２．０，１．６，１．２，０．８および０．
４μｓｅｃのように０．４μｓｅｃの間隔でパルス間隔
を狭めた後、パルス幅３．０μｓｅｃで駆動電圧１２．
５Ｖのパルスを印加した時の駆動波形図である。In FIG. 3 (f), the driving voltage is kept constant at 12.5 V, the pulse width is set to 0.6 μsec, and the intervals between the pulses are 2.0, 1.6, 1.2, 0.8 and 0. ．
After narrowing the pulse interval at an interval of 0.4 μsec such as 4 μsec, drive voltage 12. with a pulse width of 3.0 μsec.
It is a drive waveform diagram when a pulse of 5V is applied.

【００５０】図３（ｇ）は、図３（ｆ）の変形例であ
り、パルス幅０．６μｓｅｃでパルスとパルスとの間隔
を２．２，２．０，…，０．６，０．４のように０．２
μｓｅｃの間隔でパルス間隔を狭めていった後、パルス
幅３．０μｓｅｃ，駆動電圧１１．５Ｖのパルスを印加
した時の駆動波形図である。FIG. 3 (g) is a modification of FIG. 3 (f) and has a pulse width of 0.6 μsec and a pulse-to-pulse interval of 2.2, 2.0, ..., 0.6, 0. 0.2 like 4
FIG. 9 is a drive waveform diagram when a pulse having a pulse width of 3.0 μsec and a drive voltage of 11.5 V is applied after the pulse interval is narrowed at an interval of μsec.

【００５１】図３（ｈ）は、駆動電圧を１２．５Ｖの一
定として、パルスとパルスの間隔を１．２，０．８，
０．４と狭めるにつれて、パルス幅を０．４，０．８，
１．２μｓｅｃと増加した後、パルス幅３．０μｓｅｃ
のパルスを印加した場合の駆動波形図である。In FIG. 3 (h), the driving voltage is constant at 12.5 V, and the intervals between the pulses are 1.2, 0.8,
As the width is reduced to 0.4, the pulse width becomes 0.4, 0.8,
After increasing to 1.2 μsec, pulse width 3.0 μsec
FIG. 9 is a drive waveform diagram when the pulse of FIG.

【００５２】図３に示した各種の駆動波形および前述の
条件下でインクジェット記録ヘッドを駆動した時の評価
結果を表１におよび表２に示す。以下の表において、Ｓ
は図１に示した電極４および５との間に印加される電圧
の時間に対する積分値を表す。Tables 1 and 2 show the evaluation results when the ink jet recording head was driven under the above-mentioned conditions and various drive waveforms shown in FIG. In the table below, S
Represents the integral value of the voltage applied between the electrodes 4 and 5 shown in FIG. 1 with respect to time.

【００５３】（実施例１ないし１０）(Examples 1 to 10)

【００５４】[0054]

【表１】 [Table 1]

【００５５】（比較例１ないし６）(Comparative Examples 1 to 6)

【００５６】[0056]

【表２】 [Table 2]

【００５７】実施例１ないし１０のインクジェット記録
ヘッドの陰極側電極には損傷が観測されなかった。No damage was observed on the cathode side electrode of the ink jet recording heads of Examples 1 to 10.

【００５８】（実施例１１と１２、比較例７と８）実施
例１１および１２、比較例７および８については、発熱
抵抗体を作成する時のスパッタリング時間を７分とし
て、その厚さは５５０Åとした以外については試験例１
と同様にインクジェット記録ヘッドを作成した。この記
録ヘッドの熱発生部の抵抗は２４０Ωであった。このよ
うな記録ヘッドを矩形パルスで駆動し、実施例１と同様
に評価した。得られた結果を表３および表４に示す。(Examples 11 and 12, Comparative Examples 7 and 8) In Examples 11 and 12, and Comparative Examples 7 and 8, the sputtering time was 7 minutes when the heating resistor was formed, and the thickness thereof was 550Å. Test Example 1 except that
An ink jet recording head was prepared in the same manner as in. The resistance of the heat generating portion of this recording head was 240Ω. Such a recording head was driven with a rectangular pulse and evaluated in the same manner as in Example 1. The obtained results are shown in Tables 3 and 4.

【００５９】[0059]

【表３】 [Table 3]

【００６０】[0060]

【表４】 [Table 4]

【００６１】（実施例１３、比較例９と１０）実施例１
３、比較例９および１０については、発熱抵抗体を作製
する時のスパッタリングする時間を５．５分として、そ
の厚さを４５０Åとする以外は実施例１と同様にインク
ジェット記録ヘッドを作成した。この記録ヘッドの熱発
生部の抵抗は３００Ωであった。このような記録ヘッド
を矩形パルスで駆動し、実施例１と同様に評価した。そ
の結果を表５に示す。(Example 13, Comparative Examples 9 and 10) Example 1
3. In Comparative Examples 9 and 10, ink jet recording heads were prepared in the same manner as in Example 1 except that the sputtering time was 5.5 minutes and the thickness was 450 Å when manufacturing the heating resistor. The resistance of the heat generating portion of this recording head was 300Ω. Such a recording head was driven with a rectangular pulse and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 5.

【００６２】[0062]

【表５】 [Table 5]

【００６３】（実施例１４、比較例１１）実施例１４、
比較例１１については、発熱抵抗体を作成する時のスパ
ッタリングする時間を１２分とし、厚さを２６００Åと
する以外は実施例１と同様にインクジェット記録ヘッド
を作成した。この記録ヘッドの熱発生部の抵抗は５２Ω
であった。この記録ヘッドを矩形パルスで駆動し、実施
例１と同様に評価した。その結果を表６に示す。(Example 14, Comparative Example 11) Example 14,
In Comparative Example 11, an ink jet recording head was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sputtering time was 12 minutes and the thickness was 2600Å when the heating resistor was prepared. The resistance of the heat generating part of this recording head is 52Ω.
Met. This recording head was driven with a rectangular pulse and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 6.

【００６４】[0064]

【表６】 [Table 6]

【００６５】図４は、上述した実施例および比較例にお
けるＳの値と電極の損傷程度の評価を示し、この損傷の
程度を吐出試験における陽極の後退量として表した時の
特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the evaluation of the value of S and the degree of electrode damage in the above-mentioned Examples and Comparative Examples, and expressing the degree of damage as the amount of retreat of the anode in the discharge test.

【００６６】図４の横軸はパルス電圧の１吐出周期当り
の時間積分値Ｓであり、図４の縦軸は１０⁷ 回パルスを
印加した後の陽極の後退量であり、この値をμｍ単位で
表したものである。この後退量は一定のパルスを印加し
た後の陽極の溶解量を表し、溶解速度に対応する値であ
る。図４よりＳ≦９０（Ｖ・μｓｅｃ）の範囲で陽極の
後退量が１０（μｍ／１０⁷ パルス）以下となり、吐出
試験において上記の表に示す△または○の基準を満足す
る。The horizontal axis of FIG. 4 is the time integrated value S of the pulse voltage per discharge cycle, and the vertical axis of FIG. 4 is the amount of retreat of the anode after applying the pulse 10 ⁷ times, which is μm. It is expressed in units. This receding amount represents the amount of dissolution of the anode after applying a constant pulse, and is a value corresponding to the dissolution rate. As shown in FIG. 4, the anode receding amount is 10 (μm / 10 ⁷ pulses) or less in the range of S ≦ 90 (V · μsec), which satisfies the criteria of Δ or ◯ shown in the above table in the discharge test.

【００６７】以上述べてきた実験結果より記録液が吐出
される１吐出周期当りの印加電圧の積分値Ｓは９０Ｖ・
μｓｅｃ以下であることが好ましい。From the experimental results described above, the integrated value S of the applied voltage per discharge cycle at which the recording liquid is discharged is 90 V.
It is preferably μsec or less.

【００６８】例えば、パルス幅が１，３，５，１０およ
び２０μｓｅｃの場合は、駆動電圧は、それぞれ、９
０，３０，１８，９および４．５Ｖ以下であることが必
要である。For example, when the pulse width is 1, 3, 5, 10 and 20 μsec, the driving voltage is 9 respectively.
It must be 0, 30, 18, 9 and 4.5 V or less.

【００６９】Ｓの値が９０（Ｖ・μｓｅｃ）よりも大き
くなると、電極がＡｕのような安定性の高い材料で構成
されていても溶解等の電気化学的損傷が激しくなり実用
的ではない。より一層の電極４および５の耐久性が必要
とされる場合には、好適には７０Ｖ・μｓｅｃ以下が良
く、より好適には５０Ｖ・μｓｅｃ以下である。If the value of S is larger than 90 (V · μsec), even if the electrode is made of a highly stable material such as Au, electrochemical damage such as melting is severe, which is not practical. When further durability of the electrodes 4 and 5 is required, it is preferably 70 V · μsec or less, more preferably 50 V · μsec or less.

【００７０】例えば、駆動パルスが単純な矩形波の場合
（１矩形波パルスにて１吐出を行う）、１回の吐出に必
要なヒーター投入エエンルギーＥ_P は、そのときのパル
スの電圧をＶ_OP、パルス幅をＰ_W 、ヒーターの電気抵抗
をＲとして、For example, when the driving pulse is a simple rectangular wave (one ejection is performed with one rectangular wave pulse), the heater energization E _P required for one ejection is V _OP with the voltage of the pulse at that time. , The pulse width is P _W , the electric resistance of the heater is R,

【００７１】[0071]

【数３】 [Equation 3]

【００７２】となる。従って、It becomes Therefore,

【００７３】[0073]

【数４】 Ｖ_OP＝√（Ｅ_P ・Ｒ／Ｐ_W ） (3) また、矩形波であるから、Ｅ_V ＝Ｖ_OPとおいて、[Equation 4] V _OP = √ (E _P · R / P _W ) (3) Since it is a rectangular wave, E _V = V _OP

【００７４】[0074]

【数５】 Ｓ＝Ｖ_OP・Ｐ_W ＝√（Ｅ_P ・Ｒ・Ｐ_W ） (4) Ｅ_P は通常、放熱の関係でパルス幅Ｐ_W とともに増加す
る（Ｐ_W の単調増加関数）。Ｒは記録ヘッドに固有で一
定。従って（４）式よりＳはパルス幅Ｐ_W の単調増加関
数であることがわかる。つまり、ある記録ヘッドを長い
パルス幅で駆動したときにはＳ＞９０となって式（１）
を満足しなくても、同じヘッドをより短いパルス幅で駆
動したときにはＳ≦９０となって式（１）を満足するよ
うになる。例えば、ある記録ヘッドを２０μｓｅｃのパ
ルス幅と１０Ｖの電圧で駆動する場合には、Ｓ＝２００
（Ｖ・μｓｅｃ）と式（１）の条件から外れてしまい、
このときには電極がインク中に露出していればその耐久
性が低くなるが、この同じヘッドをパルス幅３μｓｅ
ｃ、電圧２６Ｖで駆動すれば、Ｓ＝７８（Ｖ・μｓｅ
ｃ）となって式（１）を満足し、インク中に露出してい
る電極も実用的な耐久性が得られる。このように電極の
電気化学的損傷に対しては、より短いパルスで駆動を行
った方が有利であることがわかる。[Equation 5] S = V _OP · P _W = √ (E _P · R · P _W ) (4) E _P normally increases with the pulse width P _W due to heat dissipation (a monotonically increasing function of P _W ). R is specific to the recording head and is constant. Therefore, it can be seen from the equation (4) that S is a monotonically increasing function of the pulse width P _W. That is, when a certain recording head is driven with a long pulse width, S> 90 and the formula (1)
Even if the above condition is not satisfied, when the same head is driven with a shorter pulse width, S ≦ 90 and the formula (1) is satisfied. For example, when a certain recording head is driven with a pulse width of 20 μsec and a voltage of 10 V, S = 200
(V · μsec) and the condition of formula (1) are not satisfied,
At this time, if the electrode is exposed in the ink, its durability is reduced, but this same head is used with a pulse width of 3 μse.
c = 26V, S = 78 (V · μse
In the case of (c), the formula (1) is satisfied, and the electrode exposed in the ink also has practical durability. Thus, it can be seen that it is advantageous to drive with a shorter pulse for electrochemical damage to the electrode.

【００７５】本発明に好適な記録液としては、水を主成
分とする公知のインクジェット用記録液を用いることが
できる。ただし、記録液の導電率があまり高すぎると電
気化学反応が強くなりすぎて電極のみならず発熱抵抗体
にも悪影響を及ぼすために１０ｍＳ／ｃｍ以下であるこ
とが望ましい。また、記録液中のＦ^- ，Ｃｌ^- 等のハロ
ゲンイオンもできるだけ少ないことが望ましい。本発明
者等は、水を主成分とし、水溶性染料を含む比較的導電
率の高い（数〜１０ｍＳ／ｃｍ）記録液を用いた場合、
あるいは、発熱抵抗体の抵抗が大きく、従って、記録液
の吐出のための駆動電圧が相対的に高くなる場合には、
電極を単にＡｕ等の電気化学的安定性の高い材料で形成
してもそれだけでは十分でなく、（１）式のような条件
の下で駆動することにより初めて、実用的な耐久性を得
られることを見いだしたものである。As the recording liquid suitable for the present invention, a known inkjet recording liquid containing water as a main component can be used. However, if the conductivity of the recording liquid is too high, the electrochemical reaction becomes too strong and adversely affects not only the electrodes but also the heating resistor, so that it is preferably 10 mS / cm or less. Further, it is desirable that the halogen ions such as F ⁻ and Cl ⁻ in the recording liquid be as small as possible. The present inventors have found that when a recording liquid containing water as a main component and a water-soluble dye and having a relatively high conductivity (several to 10 mS / cm) is used,
Alternatively, when the resistance of the heating resistor is large and therefore the driving voltage for ejecting the recording liquid becomes relatively high,
It is not enough that the electrode is simply made of a material having high electrochemical stability such as Au. Practical durability can be obtained only by driving it under the condition of formula (1). It was a finding.

【００７６】図５は本発明に用いられる記録ヘッドの一
構成例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing one structural example of the recording head used in the present invention.

【００７７】記録ヘッド５０には、インク滴を吐出させ
る熱エネルギーを発生させるために印加電圧が供給され
る電気熱変換体５２がその液路に沿って配置されてい
る。そして駆動信号を印加することによって電気熱変換
体５２に熱エネルギーを発生せしめ膜沸騰を生じインク
液路内に気泡の生成する。この気泡の生成によって複数
の吐出口５１からインク滴が吐出させる。In the recording head 50, an electrothermal converter 52 to which an applied voltage is supplied in order to generate thermal energy for ejecting ink droplets is arranged along the liquid path. Then, by applying a drive signal, heat energy is generated in the electrothermal converter 52, film boiling occurs, and bubbles are generated in the ink liquid path. By generating the bubbles, ink droplets are ejected from the plurality of ejection ports 51.

【００７８】図６は本発明の一実施例にかかるインクジ
ェット記録装置の要部を示す概略斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view showing a main part of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【００７９】図６において、記録ヘッド６１は、その記
録紙６７と対向する面に、記録紙６７の搬送方向にイン
ク吐出口（不図示）を具える。また、記録ヘッド６１に
は、この吐出口それぞれに連通してインク路（不図示）
が設けられ、それぞれのインク路に対応して、記録ヘッ
ド６１を構成する基板にインク吐出のための熱エネルギ
ーを発生する電気熱変換体が形成されている。各インク
路には、これらに共通に連通する共通液室が設けられて
おり、これに貯留されるインクは、各インク路での吐出
動作に応じてそのインク路に供給される。In FIG. 6, the recording head 61 has an ink ejection port (not shown) on the surface facing the recording paper 67 in the conveying direction of the recording paper 67. In addition, the recording head 61 communicates with each of the ejection ports and has an ink path (not shown).
Is provided, and an electrothermal converter that generates thermal energy for ejecting ink is formed on the substrate that constitutes the recording head 61 corresponding to each ink path. Each ink path is provided with a common liquid chamber that communicates with them in common, and the ink stored therein is supplied to the ink path according to the ejection operation in each ink path.

【００８０】キャリッジ６２は、記録ヘッド６１を搭載
し、また、記録紙６７の記録面と平行に延在する１対の
ガイドレール６３と摺動方向に係合する。これにより、
記録ヘッド６１は、ガイドレール６３に沿って移動する
ことができ、この移動に伴なって所定のタイミングで上
記記録面に向けてインクを吐出することにより記録を行
う。上記移動の後、記録紙６７を、図中矢印方向に所定
量搬送し、再び上記移動を行い記録を行う。このような
動作を繰り返すことにより、記録紙６７に、順次記録を
行っていく。The carriage 62 mounts the recording head 61 and engages in a sliding direction with a pair of guide rails 63 extending parallel to the recording surface of the recording paper 67. This allows
The recording head 61 can move along the guide rails 63, and recording is performed by ejecting ink toward the recording surface at a predetermined timing in accordance with this movement. After the above movement, the recording paper 67 is conveyed by a predetermined amount in the direction of the arrow in the figure, and the above movement is performed again to perform recording. By repeating such an operation, recording is sequentially performed on the recording paper 67.

【００８１】上述した記録紙６７の搬送は、その記録面
の上下にそれぞれ配設された各々１対の搬送ローラ６４
および６５が回転することによって行われる。また、記
録紙６７の記録面の裏側には、記録面の平面性を保つた
めのプラテン６６が配設されている。The above-mentioned conveyance of the recording paper 67 is carried out by a pair of conveying rollers 64 arranged above and below the recording surface.
And 65 rotate. A platen 66 for maintaining the flatness of the recording surface is arranged on the back side of the recording surface of the recording paper 67.

【００８２】なお、上述したキャリッジ６２の移動は、
これに取付けられる不図示の例えばベルトがモータによ
って駆動されることによって可能となり、また、搬送ロ
ーラ６４および６５の回転も同様にモータの回転がこれ
らに伝達されることによって可能となる。The movement of the carriage 62 described above is
For example, a belt (not shown) attached thereto can be driven by a motor, and rotation of the transport rollers 64 and 65 can be similarly performed by transmitting the rotation of the motor to them.

【００８３】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。(Others) The present invention is provided with a means (for example, an electrothermal converter or a laser beam) for generating thermal energy as energy used for ejecting ink, particularly in the ink jet recording system. The present invention brings about excellent effects in a recording head and a recording apparatus of the type in which the state of ink is changed by the heat energy. This is because such a system can achieve high density recording and high definition recording.

【００８４】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。Regarding its typical structure and principle, see, for example, US Pat. Nos. 4,723,129 and 4740.
What is done using the basic principles disclosed in 796 is preferred. This method is a so-called on-demand type,
It can be applied to any of the continuous type, but especially in the case of the on-demand type, it can be applied to the sheet holding the liquid (ink) or the electrothermal converter arranged corresponding to the liquid path. By applying at least one drive signal corresponding to the recording information and giving a rapid temperature rise exceeding nucleate boiling, heat energy is generated in the electrothermal converter, and film boiling is caused on the heat acting surface of the recording head. Liquid (ink) corresponding to this drive signal in a one-to-one correspondence
It is effective because bubbles can be formed inside. Due to the growth and contraction of the bubbles, the liquid (ink) is ejected through the ejection opening to form at least one droplet. It is more preferable to make this drive signal into a pulse shape because bubbles can be immediately and appropriately grown and contracted, so that liquid (ink) ejection with excellent responsiveness can be achieved. As the pulse-shaped drive signal, those described in US Pat. Nos. 4,463,359 and 4,345,262 are suitable. If the conditions described in US Pat. No. 4,313,124 of the invention relating to the rate of temperature rise on the heat acting surface are adopted, more excellent recording can be performed.

【００８５】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。As the constitution of the recording head, in addition to the combination constitution of the discharge port, the liquid passage, and the electrothermal converter (the linear liquid passage or the right-angled liquid passage) as disclosed in the above-mentioned specifications, US Pat. No. 4,558,333, US Pat. No. 4,558,333, which discloses a configuration in which a heat acting portion is arranged in a bending region.
The structure using the specification of No. 59600 is also included in the present invention. In addition, Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-123670 discloses a configuration in which a common slit is used as a discharge portion of the electrothermal converter for a plurality of electrothermal converters, and an opening for absorbing a pressure wave of thermal energy is provided. The effect of the present invention is effective even if the configuration corresponding to the ejection portion is disclosed in JP-A-59-138461. That is, according to the present invention, recording can be surely and efficiently performed regardless of the form of the recording head.

【００８６】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。Further, the present invention can be effectively applied to a full line type recording head having a length corresponding to the maximum width of a recording medium which can be recorded by the recording apparatus. Such a recording head may have a configuration that satisfies the length by a combination of a plurality of recording heads or a configuration as one recording head integrally formed.

【００８７】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。In addition, even in the case of the serial type as in the above example, the recording head fixed to the main body of the apparatus, or the electrical connection to the main body of the apparatus or the ink from the main body of the apparatus by being attached to the main body of the apparatus The present invention is also effective when a replaceable chip-type recording head that can be supplied or a cartridge-type recording head in which an ink tank is integrally provided in the recording head itself is used.

【００８８】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。Further, as the constitution of the recording apparatus of the present invention, it is preferable to add ejection recovery means of the recording head, preliminary auxiliary means and the like because the effect of the present invention can be further stabilized. Specifically, heating is performed by using a capping unit, a cleaning unit, a pressure or suction unit for the recording head, an electrothermal converter or a heating element other than this, or a combination thereof. Examples thereof include a preliminary heating unit for performing the discharge and a preliminary discharge unit for performing discharge different from the recording.

【００８９】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。Regarding the type and number of recording heads to be mounted, for example, only one is provided corresponding to a single color ink, and a plurality of inks having different recording colors and densities are supported. A plurality of pieces may be provided. That is, for example, the recording mode of the recording apparatus is not limited to the recording mode of only the mainstream color such as black, but it may be either the recording head is integrally formed or a plurality of combinations may be used. The present invention is also extremely effective for an apparatus provided with at least one of full-color recording modes by color mixing.

【００９０】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。In addition, in the above-described embodiments of the present invention, the ink is described as a liquid, but an ink that solidifies at room temperature or lower and that softens or liquefies at room temperature may be used. Or, in the inkjet system, it is common to control the temperature of the ink itself within the range of 30 ° C. or higher and 70 ° C. or lower to control the temperature so that the viscosity of the ink is within the stable ejection range. Sometimes, a liquid ink may be used. In addition, the temperature rise due to thermal energy is positively prevented by using it as the energy of the state change of the ink from the solid state to the liquid state, or in order to prevent the evaporation of the ink, it is solidified and heated in the standing state. You may use the ink liquefied by. In any case, by applying thermal energy such as ink that is liquefied by applying thermal energy according to the recording signal and liquid ink is ejected, or that begins to solidify when it reaches the recording medium. The present invention can be applied to the case where an ink having a property of being liquefied for the first time is used. In this case, the ink is
JP-A-54-56847 or JP-A-60-7
As described in Japanese Patent No. 1260, it may be configured to face the electrothermal converter in a state of being held as a liquid or a solid in the concave portion or the through hole of the porous sheet. In the present invention, the most effective one for each of the above-mentioned inks is to execute the above-mentioned film boiling method.

【００９１】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。In addition, as the form of the ink jet recording apparatus of the present invention, besides the one used as an image output terminal of an information processing apparatus such as a computer, a copying apparatus combined with a reader or the like, and a facsimile apparatus having a transmission / reception function It may be a form or the like.

【００９２】[0092]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パルス電圧の吐出周期当りの時間積分値を、９０（Ｖ・
μｓｅｃ）未満に設定することにより、記録液として水
系インクを用い、発熱抵抗体近傍の電極が水系インクに
露出していても、電極の電気化学的安定性に優れると共
に発熱抵抗体の耐久性が良好となる。As described above, according to the present invention,
The time integrated value of the pulse voltage per discharge cycle is 90 (V
By setting it to less than (μsec), even if an aqueous ink is used as the recording liquid and the electrode near the heating resistor is exposed to the aqueous ink, the electrochemical stability of the electrode is excellent and the durability of the heating resistor is improved. It will be good.

【００９３】さらに本発明によれば、発熱抵抗体とこれ
と電気的に接続する電極に保護膜が形成されていなくて
も、水系インクを用いることができるため、記録ヘッド
の作成過程が簡素化され熱効率，応答性，信頼性に優れ
たインクジェット記録方法を提供することができる。Further, according to the present invention, since the water-based ink can be used even if the heating resistor and the electrode electrically connected to the heating resistor are not formed with the protective film, the process of forming the recording head is simplified. Thus, it is possible to provide an inkjet recording method having excellent thermal efficiency, responsiveness, and reliability.

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

【図１】インクジェット記録ヘッドの一例を示す部分的
模式図である。FIG. 1 is a partial schematic diagram illustrating an example of an inkjet recording head.

【図２】インクジェット記録ヘッドの他の例を示す部分
的模式図である。FIG. 2 is a partial schematic view showing another example of an inkjet recording head.

【図３】インクジェット記録ヘッドの駆動波形図であ
る。FIG. 3 is a drive waveform diagram of an inkjet recording head.

【図４】Ｓの値と陽極側電極の後退量とを示す特性図で
ある。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the value of S and the amount of receding of the anode side electrode.

【図５】インクジェット記録ヘッドの斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of an inkjet recording head.

【図６】図５に示したインクジェット記録ヘッドを搭載
したインクジェット記録装置の切り欠き斜視図である。FIG. 6 is a cutaway perspective view of an inkjet recording apparatus equipped with the inkjet recording head shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ベース基板 ２ 下部層 ３ 発熱抵抗体層 ４，５ 電極 ６ 保護層 ７ 溝付天板 ８ 吐出口 ９ 熱作用部 １０ オリフィスプレート １２ 支持壁 1 Base Substrate 2 Lower Layer 3 Heating Resistor Layer 4, 5 Electrode 6 Protective Layer 7 Groove Top Plate 8 Discharge Port 9 Heat Acting Portion 10 Orifice Plate 12 Support Wall

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 電気信号の印加によって記録液滴を吐出
するために利用される熱エネルギーを発生する発熱抵抗
体および該発熱抵抗体と電気的に接続する配線電極の一
部が直接に記録液と接触するインクジェット記録ヘッド
を用いて記録を行うインクジェット記録方法であって、 【数１】 ここで、ｔ₀ は任意の時刻、Ｔは吐出周期（μｓｅ
ｃ）、 Ｅ_V は配線電極間の電圧（Ｖ）の条件で前記熱エネルギ
ーを発生するための前記発熱抵抗体に電圧Ｅ_V （Ｖｏｌ
ｔ）を印加することによって前記インクジェット記録ヘ
ッドより記録液滴を吐出して記録を行うことを特徴とす
るインクジェット記録方法。1. A recording liquid is directly formed by a heating resistor that generates thermal energy used for ejecting recording droplets by applying an electric signal and a part of a wiring electrode electrically connected to the heating resistor. An inkjet recording method for performing recording using an inkjet recording head that is in contact with Here, t ₀ is an arbitrary time, T is a discharge cycle (μse
c), E _V is the voltage E _V (Vol to the heat generating resistor for generating the thermal energy in terms of voltage (V) between the wiring electrodes
An inkjet recording method, wherein recording is performed by ejecting recording droplets from the inkjet recording head by applying t). 【請求項２】 前記配線電極の少なくともインクに接す
る部分が金を主とする材料で構成されていることを特徴
とする請求項１に記載のインクジェット記録方法。2. The ink jet recording method according to claim 1, wherein at least a portion of the wiring electrode in contact with the ink is made of a material mainly containing gold.