JP2004090547A

JP2004090547A - Inkjet recording head, its manufacturing process and surface treating process, and inkjet printer

Info

Publication number: JP2004090547A
Application number: JP2002257474A
Authority: JP
Inventors: Toshio Fukuda; 福田　敏生
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP3772810B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet recording head in which good ejection of ink liquid drops from nozzles can be sustained over a long term by suppressing occurrence of kogation greatly in a thermal inkjet printer. <P>SOLUTION: The heating element in an inkjet recording head ejecting ink in an ink chamber from a nozzle by heating the ink with heat from the heating element is subjected to surface treatment with an organic phosphonic acid compound represented by formula (1). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーマル方式のインクジェットプリンタに用いられるインクジェット記録ヘッド、特に、サーマル方式インクジェットプリンタに特有の問題であるコゲーションと呼ばれる現象の発生を大きく抑制できるインクジェット記録ヘッド、及びその製造方法並びにインクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像処理などの分野において、ハードコピーのカラー化に対するニーズが高まっている。このようなニーズに対して、従来、昇華型熱転写記録方法、溶融熱転写記録方法、インクジェット記録方法、電子写真記録方法、熱現像銀塩記録方法等が提案されている。
【０００３】
これらの方法のうちインクジェット記録方法に使用するインクジェットプリンタは、インクジェット記録ヘッドに並べて設けられたノズルから、インクの液滴を吐出して記録用紙などの記録媒体に着弾させることにより、ドットと呼ばれる点を形成し、文字や画像などを記録する方式のプリンタである。インクジェットプリンタは、他の記録方法に使用するプリンタと比較して、低コスト、高品質で、カラー化が容易であるという特長を有している。ここで、インクジェット記録方法で使用するインクは、水および水溶性有機溶剤を含有する溶媒中に、各種の水溶性の染料または顔料が溶解または分散されたものであり、必要に応じて界面活性剤などの添加剤などが添加されているものである。
【０００４】
ところで、このインクジェットプリンタは、インクを液滴として吐出させる方式の相違によって、圧電素子を用いて吐出を行うピエゾ方式、ヒーターである発熱素子を用いてインクの吐出を行うサーマル方式などに分類される。
【０００５】
これらの方式のうち、サーマル方式とは、インクジェット記録ヘッドに設けられたインク室のインクに対し局所的に加熱することにより気泡を発生させ、この気泡により、インク室中のインクをノズルと呼ばれる吐出口からインク液滴として飛翔させて記録媒体に着弾させて記録を行う方式である。このサーマル方式を適用したプリンタは、インク室中にインクを加熱する発熱素子を有しており、その発熱素子を駆動するロジック集積回路による駆動回路等を備えているインクジェット記録ヘッドを用いて構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インクジェットプリンタの使用に伴い、染料の合成時に混入する金属イオンなどの不純物や染料の熱分解物などの異物が、発熱素子表面に堆積付着するコゲーション（ｋｏｇａｔｉｏｎ）と呼ばれる現象が発生するという問題がある。コゲーションが発生すると、発熱素子によるインクの局所的加熱が不十分となり、気泡の発生が阻害され、インクの吐出速度が低減し、インクの液滴の吐出が阻害されるという問題がある。
【０００７】
コゲーションの発生防止のために、染料から金属イオン不純物を除去することも試みられているが、インクの構成材料である染料の熱分解を完全に無くすことはできないため、金属イオン不純物を高レベルで除去した精製インクを用いたとしても染料の分解物が発熱素子に堆積するという問題がある。
【０００８】
このように、染料、水および有機溶剤からなる従来のインクジェット記録インクを使用する限り、コゲーションの発生を完全に防止することができないというのが現状である。
【０００９】
本発明の目的は、従来の技術の課題を解決することであり、サーマル方式のインクジェットプリンタにおけるコゲーションの発生を大きく抑制して、ノズルからのインクの液滴の吐出を長期に渡り良好に維持できるインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、インクジェット記録ヘッドの発熱素子の表面を特定の有機ホスホン酸化合物で表面処理することにより、上述の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
即ち、本発明は、発熱素子からの熱でインク室内のインクを加熱することによりノズルから吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、該発熱素子が式（１）
【００１２】
【化４】

の有機ホスホン酸化合物で表面処理されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドを提供する。
【００１３】
また、本発明は、発熱素子からの熱でインク室内のインクを加熱することによりノズルから吐出させるインクジェット記録ヘッドの当該インク室内に上述の式（１）の有機ホスホン酸化合物を含有する表面処理液を導入し、その表面処理液に接触している発熱素子を加熱することにより有機ホスホン酸化合物で発熱素子の表面処理を行うことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供する。
【００１４】
また、本発明は、発熱素子からの熱でインク室内のインクを加熱することによりノズルから吐出させるインクジェット記録ヘッドの当該インク室内に、インクを充填する前に、上述の式（１）の有機ホスホン酸化合物を含有する表面処理液を導入し、その表面処理液に接触している発熱素子を加熱することにより有機ホスホン酸化合物で発熱素子の表面処理を行うことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの表面処理方法を提供する。
【００１５】
更に、本発明は、上述のインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェットプリンタを提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、サーマル方式の本発明のインクジェット記録ヘッド１の一例を示す斜視図である。このインクジェット記録ヘッド１のヘッドフレーム２には、中央にスリット状のインク供給孔２ａが形成されており、ヘッドフレーム２の一方の面には、Ｓｉ基板で構成された複数個のヘッドチップ３が貼りつけられている。ヘッドチップ３は、ヘッドフレーム２上のインク供給孔２ａの両側に配列されている。そして、図２に示すように、ヘッドチップ３上のインク供給孔２ａ側には、複数個の発熱素子３ａが一列に配列され、反対側には、発熱素子３ａに対応した接続端子３ｂが一列に配列されている。
【００１８】
また、ヘッドチップ３上には、図３に示すように、複数個のインク室４ａとインク流路４ｂを形成するためのインク室部材４を介して、複数個のノズル５ａを有するノズルプレート５が配設されている。インク室部材４は、いわゆるドライフィルムフォトレジストなどの感光性樹脂により、各インク室４ａがヘッドチップ３に配列された各発熱素子３ａに対応し、かつ各インク流路４ｂが各インク室４ａからヘッドチップ３の端部まで延びるように形成されている。
【００１９】
ノズルプレート５は、ニッケルの電鋳等により作製され、インクによる腐食を防ぐため、通常は金あるいはパラジウムなどの耐蝕メッキがされており、インク供給孔２ａを塞ぎ且つ各ノズル５ａが各発熱素子３ａに一対一で対応するように形成されており、従って、各インク室４ａは、インク室部材４に形成されたインク流路４ｂおよびノズルプレート５に形成されたノズル５ａに連通している。
【００２０】
また、ヘッドフレーム２の他方の面には、フィルタ６を介してインクタンク７が貼り付けられている。フィルタ６は、インク供給孔２ａを覆うように貼りつけられており、インクタンク７からゴミやインクの成分の凝集物などがノズル５ａ側に混入することを防止する役目を果たす。インクタンク７は、袋７ａと外筐７ｂとの二重構造になっている。
【００２１】
袋７ａと外筐７ｂとの間には、袋７ａを外側に広げるように働くバネ部材（図示せず）が入っている。これにより、インクには負圧が掛かるようになり、インクがノズル５ａから自然に漏れ出すことを防止することができる。また、この負圧は、ノズル５ａの毛細管力よりは小さくなるよう設定されているため、インクがノズル５ａに引き込まれてしまうことを防止することができる。
【００２２】
そして、ヘッドチップ３上からヘッドフレーム２の外側を通ってインクタンク７の外周面に至る部分には、いわゆるＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）でなる電気配線８が貼りつけられている。電気配線８は、ヘッドチップ３に電源や電気信号を供給するものであり、ヘッドチップ３の接続端子３ｂに接続されている。
【００２３】
また、発熱素子３ａは、半導体形成のプロセスで広く使用されているスパッタリング法によりタンタル、タンタルアルミ、窒化チタンなどの抵抗材料を所定の基板上に堆積し、その上層にＡｌ等の電極を形成した後、シリコン窒化膜などの保護層を作製して形成されたものである。インクジェット記録ヘッド１は、この保護層の上層にタンタル膜等による耐キャビテーション層、インク室４ａ、ノズル５ａが形成され、これにより発熱素子３ａの発熱によりインク室４ａのインクを加熱できるように形成される。更にインクジェット記録ヘッド１は、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、バイポーラ型のトランジスタにより発熱素子３ａに電力を供給できるように構成され、さらに所定の駆動回路により発熱素子３ａに電力を供給できるように構成され、これらにより駆動してインク液滴を記録媒体に付着できるようになされている。
【００２４】
以上説明した構成を有する本発明のインクジェット記録ヘッド１においては、発熱素子３ａが、防錆効果を有する式（１）
【００２５】
【化５】

の有機ホスホン酸化合物で表面処理されている。これにより、発熱素子３ａの表面は、インクに含有されている染料の分解物や不純物などの種々の異物が堆積しがたい状態になる。従って、インクが加熱されて染料の分解物や不純物などの異物が生じても、発熱素子３ａ表面におけるコゲーションの発生、堆積が抑制されるので、長期に渡り、インクの吐出速度が高く、インク液滴の吐出が良好で、高画質記録が可能となる。この理由は明確ではないが、発熱素子３ａの表面に式（１）の有機ホスホン酸化合物の防錆効果を有する皮膜が形成されるためであると考えられる。
【００２６】
本発明のインクジェット記録ヘッド１は、次のように製造することができる。即ち、発熱素子３ａからの熱でインク室４ａ内のインクを加熱することによりノズル５ａから吐出させるインクジェット記録ヘッド１の当該インク室４ａ内に式（１）の有機ホスホン酸化合物を含有する表面処理液を導入し、その表面処理液に接触している発熱素子３ａを加熱することにより有機ホスホン酸化合物で発熱素子３ａの表面処理を行えばよい。ここで、表面処理液は、水に式（１）の有機ホスホン酸化合物を、好ましくは０．０５〜１０重量％、より好ましくは０．１〜５重量％で溶解させたものである。この表面処理液には、必要に応じて、イソプロピルアルコール、グリセリンなどの水混和性有機溶媒を含有させてもよい。
【００２７】
なお、未使用（インクカセットを装着する前）のインクジェットプリンタのインクジェット記録ヘッドのインク室４ａ内に表面処理液を充填し、通常のインク吐出操作を行うことにより発熱素子３ａの表面を処理することもできる。この場合には、インクジェット記録ヘッドの表面処理方法という位置づけとなる。
【００２８】
本発明のインクジェット記録ヘッドを用いる以外、従来と同様の構成部材を利用することによりサーマル方式のインクジェットプリンタを構成することができる。このようなインクジェットプリンタは、本発明のインクジェット記録ヘッドを使用しているので、インクが加熱されて染料の分解物や不純物などの異物が生じても、発熱素子表面におけるコゲーションの発生、堆積が抑制され、長期に渡り、インクの吐出速度が高く、インク液滴の吐出が良好で、高画質記録が可能となる。
【００２９】
本発明のインクジェット記録ヘッドを使用するサーマル方式のインクジェットプリンタでインクジェット記録は、次のように行われる。即ち、インクは、インクタンク７からインク供給孔２ａに供給され、インク流路４ｂを通ってインク室４ａに供給される。ここで、ノズル５ａは通常、円形状に形成されており、ノズル５ａ先端ではインクの負圧によりインク面の中央部が凹んだ、いわゆるメニスカスが形成される。そして、発熱素子３ａに駆動電圧がかかることにより、発熱素子３ａが発熱して、インクを局所的に加熱する。インクジェット記録ヘッド１では、この加熱により、インク室４ａの発熱素子３ａ側面に核気泡が発生し、この気泡が合体して膜気泡となって成長する。この気泡による圧力の増大により、インクの液滴がノズル５ａから吐出してインクジェット記録紙に飛翔し、付着しする。これによりインクジェット記録紙上でインク画像が形成される。
【００３０】
なお、本発明のインクジェット記録ヘッドで吐出するインクとしては、従来公知のインクジェットインクを使用することができる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
【００３２】
実施例１
式（１）の有機ホスホン酸化合物（キレストＰＨ４３０、キレスト社）を０．０５重量％となるように水に溶解させることにより発熱素子表面処理用の表面処理液を調製した。この表面処理液を、未使用のインクジェットプリンタ（ＭＰＲ−５０１、ソニー株式会社）のインクジェット記録ヘッドのインク室に充填し、発熱素子の表面処理を行った。
【００３３】
実施例２
式（１）の有機ホスホン酸化合物（キレストＰＨ４３０、キレスト社）を０．１重量％となるように水に溶解させること以外、実施例１と同様に発熱素子用の表面処理液を調製し、インクジェット記録ヘッドの発熱素子の表面処理を行った。
【００３４】
実施例３
式（１）の有機ホスホン酸化合物（キレストＰＨ４３０、キレスト社）を５．０重量％となるように水に溶解させること以外、実施例１と同様に発熱素子用の表面処理液を調製し、インクジェット記録ヘッドの発熱素子の表面処理を行った。
【００３５】
実施例４
式（１）の有機ホスホン酸化合物（キレストＰＨ４３０、キレスト社）を１０．０重量％となるように水に溶解させること以外、実施例１と同様に発熱素子用の表面処理液を調製し、インクジェット記録ヘッドの発熱素子の表面処理を行った。
【００３６】
参考例１
式（１）の有機ホスホン酸化合物（キレストＰＨ４３０、キレスト社）を０．０１重量％となるように水に溶解させること以外、実施例１と同様に発熱素子用の表面処理液を調製し、インクジェット記録ヘッドの発熱素子の表面処理を行った。
【００３７】
（評価）
実施例１〜４のインクジェット記録ヘッド、参考例１のインクジェット記録ヘッド、及び式（１）の有機ホスホン酸化合物（キレストＰＨ４３０、キレスト社）で発熱素子の表面処理を行っていないインクジェット記録ヘッド（対照例）を備えたインクジェットプリンタ（ＭＰＲ−５０１、ソニー株式会社）を用いて、表１及び表２のインクＡ及びインクＢ並びに市販インクＣ（ＰＭ７５０Ｃ、エプソン社）を、市販のインクジェット記録紙（ＰＭ写真用紙、エプソン社）に吐出させてインクジェット記録を行った。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【表２】

【００４０】
まず、インクジェット記録初期のインク液滴の吐出速度及び１億パルス吐出後のインク液滴の吐出速度を測定し、初期インク液滴吐出速度に対する１億パルス吐出後インク液滴吐出速度の低下割合（％）を算出した。得られた結果を表３に示す。
【００４１】
また、１億パルス吐出後における発熱素子の表面を観察し、堆積物、すなわちコゲーションの有無を確認した。なお、発熱素子表面において、堆積物がほとんど認められない状態を「〇」、若干の堆積物が認められる状態を「△」、堆積物が認められる状態を「×」と評価した。さらに堆積物の厚みを、カラーレーザ顕微鏡（商品名：ＶＫ−８５００、（株）キーエンス製）を用いて測定した。以上の測定結果および評価結果を、下記表３に示す。
【００４２】
【表３】

【００４３】
表３から、式（１）の有機ホスホン酸化合物を含有する表面処理液で表面処理を施した実施例１〜４のインクジェット記録ヘッドは、１億パルス印画後における吐出速度の変化量が２０％以下であり、低下の割合としては実用可能な範囲であることがわかる。また、発熱素子表面に付着した堆積物の厚みは、いずれも０．８μｍ以下であり、発熱素子表面における堆積物量は、非常に少ないことがわかる。とくに実施例１では、若干の堆積物のみが確認され、実施例２では、ほとんど認められず、実施例３および４では、堆積物はほとんどない状態であり、発熱素子表面に色がついた程度であることが確認された。
【００４４】
なお、参考例１及び実施例１の結果から、式（１）の有機ホスホン酸化合物を含有する表面処理液の有機ホスホン酸化合物の濃度が０．０５重量％以上が好ましいことがわかる。
【００４５】
一方、式（１）の有機ホスホン酸化合物を含有する表面処理液で表面処理を施していない対照例のインクジェット記録ヘッドを使用すると、１億パルス印画後における吐出速度の変化量が２０％を超えてしまい、吐出速度の低下の割合が大きすぎて実用不可能であることがわかる。また、発熱素子表面に付着した堆積物の厚みが０．８μｍを越えており、発熱素子表面における堆積物量が非常に多いことがわかる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、発熱素子の表面が式（１）の有機ホスホン酸化合物で表面処理されているので、コゲーションの発生を低コストで十分に抑制でき、従って、サーマル方式のインクジェットプリンタにおいて、ノズルからのインクの液滴の吐出を長期に渡り良好に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明のインクジェット記録ヘッドの部分拡大図である。
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの部分拡大透視図である。
【符号の説明】
１　インクジェット記録ヘッド、２　ヘッドフレーム、２ａ　インク供給孔、３　ヘッドチップ、３ａ　発熱素子、４　インク室部材、４ａ　インク室、４ｂインク流路、５　ノズルプレート、５ａ　ノズル、６　フィルタ、７　インクタンク、７ａ　袋、７ｂ　外筐、８　電気配線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet recording head used in a thermal ink jet printer, in particular, an ink jet recording head capable of greatly suppressing the occurrence of a phenomenon called kogation, which is a problem unique to a thermal ink jet printer, a method of manufacturing the same, and an ink jet printer About.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in fields such as image processing, needs for hard copy colorization have been increasing. To meet such needs, sublimation thermal transfer recording methods, melt thermal transfer recording methods, ink jet recording methods, electrophotographic recording methods, thermally developed silver salt recording methods, and the like have been proposed.
[0003]
Among these methods, an ink jet printer used for an ink jet recording method is a method called a dot by ejecting ink droplets from nozzles arranged in an ink jet recording head and landing them on a recording medium such as recording paper. And a printer that records characters and images. Ink jet printers have the features of being low cost, of high quality, and of being easily colorized, as compared with printers used for other recording methods. Here, the ink used in the ink jet recording method is one in which various water-soluble dyes or pigments are dissolved or dispersed in a solvent containing water and a water-soluble organic solvent. And the like.
[0004]
By the way, this ink jet printer is classified into a piezo method in which ink is ejected by using a piezoelectric element and a thermal method in which ink is ejected by using a heating element as a heater, depending on a method of ejecting ink as droplets. .
[0005]
Among these methods, a thermal method is a method in which ink in an ink chamber provided in an ink jet recording head is locally heated to generate air bubbles, and the ink in the ink chamber is ejected by the air bubbles called nozzles. In this method, ink droplets are ejected from an outlet and land on a recording medium to perform recording. A printer to which the thermal method is applied has a heating element for heating ink in an ink chamber, and is configured using an ink jet recording head including a drive circuit of a logic integrated circuit for driving the heating element. ing.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the use of an ink jet printer, a phenomenon called kogation occurs in which impurities such as metal ions mixed during the synthesis of a dye and foreign substances such as a thermal decomposition product of the dye accumulate and adhere to the surface of the heating element. There's a problem. When kogation occurs, there is a problem that the local heating of the ink by the heating element becomes insufficient, the generation of bubbles is hindered, the discharge speed of the ink is reduced, and the discharge of the ink droplets is hindered.
[0007]
Attempts have been made to remove metal ion impurities from dyes in order to prevent the occurrence of kogation.However, thermal decomposition of dyes, which are constituents of ink, cannot be completely eliminated. Even if the purified ink removed in step (1) is used, there is a problem that a decomposition product of the dye is deposited on the heating element.
[0008]
As described above, at present, the occurrence of kogation cannot be completely prevented as long as a conventional ink jet recording ink comprising a dye, water and an organic solvent is used.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the conventional technology, and greatly suppresses the occurrence of kogation in a thermal inkjet printer, and maintains the ejection of ink droplets from nozzles well over a long period of time. It is an object of the present invention to provide an ink jet recording head capable of performing the above.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have found that the above object can be achieved by performing a surface treatment on the surface of the heating element of the ink jet recording head with a specific organic phosphonic acid compound, and completed the present invention.
[0011]
That is, according to the present invention, in an ink jet recording head for discharging ink from a nozzle by heating ink in an ink chamber with heat from a heating element, the heating element is expressed by the formula (1).
[0012]
Embedded image

An ink jet recording head characterized in that the surface is treated with an organic phosphonic acid compound of the formula (1).
[0013]
Further, the present invention provides a surface treatment liquid containing an organic phosphonic acid compound of the above formula (1) in the ink chamber of an ink jet recording head that discharges from a nozzle by heating ink in the ink chamber with heat from a heating element. And heating the heating element that is in contact with the surface treatment liquid to perform a surface treatment of the heating element with an organic phosphonic acid compound.
[0014]
Further, the present invention provides an ink jet recording head which discharges ink from a nozzle by heating ink in an ink chamber with heat from a heating element, before filling the ink into the ink chamber of the above formula (1). Introducing a surface treatment liquid containing an acid compound, and heating the heating element in contact with the surface treatment liquid to perform a surface treatment of the heating element with an organic phosphonic acid compound, wherein the surface of the ink jet recording head is characterized in that Provide a processing method.
[0015]
Further, the present invention provides an ink jet printer provided with the above ink jet recording head.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an ink jet recording head 1 of the present invention of a thermal type. A slit-shaped ink supply hole 2a is formed in the center of a head frame 2 of the ink jet recording head 1, and a plurality of head chips 3 made of a Si substrate are formed on one surface of the head frame 2. It is stuck. The head chips 3 are arranged on both sides of the ink supply holes 2 a on the head frame 2. As shown in FIG. 2, a plurality of heating elements 3a are arranged in a row on the side of the ink supply holes 2a on the head chip 3, and connection terminals 3b corresponding to the heating elements 3a are arranged in a row on the opposite side. Are arranged.
[0018]
As shown in FIG. 3, a nozzle plate 5 having a plurality of nozzles 5a is provided on the head chip 3 via an ink chamber member 4 for forming a plurality of ink chambers 4a and ink flow paths 4b. Are arranged. The ink chamber member 4 is made of a photosensitive resin such as a so-called dry film photoresist. Each ink chamber 4a corresponds to each heating element 3a arranged on the head chip 3, and each ink flow path 4b is separated from each ink chamber 4a. It is formed to extend to the end of the head chip 3.
[0019]
The nozzle plate 5 is formed by electroforming of nickel or the like, and is usually plated with a corrosion-resistant material such as gold or palladium in order to prevent corrosion by the ink. Therefore, each of the ink chambers 4a communicates with the ink flow path 4b formed in the ink chamber member 4 and the nozzle 5a formed in the nozzle plate 5.
[0020]
An ink tank 7 is attached to the other surface of the head frame 2 via a filter 6. The filter 6 is adhered so as to cover the ink supply hole 2a, and serves to prevent dust and aggregates of ink components from entering the nozzle 5a from the ink tank 7. The ink tank 7 has a double structure of a bag 7a and an outer casing 7b.
[0021]
Between the bag 7a and the outer casing 7b, a spring member (not shown) that works to spread the bag 7a outward is contained. As a result, a negative pressure is applied to the ink, and it is possible to prevent the ink from leaking from the nozzle 5a naturally. Since the negative pressure is set to be smaller than the capillary force of the nozzle 5a, it is possible to prevent the ink from being drawn into the nozzle 5a.
[0022]
An electric wiring 8 made of a so-called FPC (flexible printed circuit board) is attached to a portion extending from the head chip 3 to the outer peripheral surface of the ink tank 7 through the outside of the head frame 2. The electric wiring 8 supplies power and an electric signal to the head chip 3, and is connected to the connection terminal 3 b of the head chip 3.
[0023]
The heating element 3a was formed by depositing a resistive material such as tantalum, tantalum aluminum, or titanium nitride on a predetermined substrate by a sputtering method widely used in a semiconductor forming process, and forming an electrode such as Al on an upper layer thereof. Thereafter, a protective layer such as a silicon nitride film is formed. In the ink jet recording head 1, a cavitation-resistant layer such as a tantalum film, an ink chamber 4a, and a nozzle 5a are formed on the protective layer so that the ink in the ink chamber 4a can be heated by the heat generated by the heating element 3a. You. Further, the inkjet recording head 1 is configured so that power can be supplied to the heating element 3a by a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type or bipolar transistor, and further configured so that power can be supplied to the heating element 3a by a predetermined drive circuit. These are driven so that the ink droplets can be attached to the recording medium.
[0024]
In the ink jet recording head 1 of the present invention having the configuration described above, the heating element 3a has the rust-preventing effect of the formula (1).
[0025]
Embedded image

Surface-treated with an organic phosphonic acid compound. As a result, the surface of the heating element 3a is in a state where it is difficult for various foreign substances such as decomposed substances and impurities contained in the ink to accumulate. Therefore, even if the ink is heated and foreign substances such as decomposed substances and impurities of the dye are generated, the occurrence and accumulation of kogation on the surface of the heating element 3a are suppressed. Discharge of droplets is good, and high-quality recording becomes possible. Although the reason for this is not clear, it is considered that this is because a film having an antirust effect of the organic phosphonic acid compound of the formula (1) is formed on the surface of the heating element 3a.
[0026]
The inkjet recording head 1 of the present invention can be manufactured as follows. That is, a surface treatment in which the ink in the ink chamber 4a of the ink jet recording head 1 ejected from the nozzle 5a by heating the ink in the ink chamber 4a with heat from the heating element 3a contains the organic phosphonic acid compound of the formula (1). By introducing the liquid and heating the heating element 3a in contact with the surface treatment liquid, the surface treatment of the heating element 3a may be performed with the organic phosphonic acid compound. Here, the surface treatment liquid is obtained by dissolving the organic phosphonic acid compound of the formula (1) in water, preferably at 0.05 to 10% by weight, more preferably at 0.1 to 5% by weight. This surface treatment liquid may contain a water-miscible organic solvent such as isopropyl alcohol and glycerin, if necessary.
[0027]
The surface treatment liquid is filled in the ink chamber 4a of the ink jet recording head of the unused (before installing the ink cassette) ink jet recording head, and the surface of the heating element 3a is processed by performing a normal ink discharge operation. You can also. In this case, it is positioned as a surface treatment method for an ink jet recording head.
[0028]
Except for using the ink jet recording head of the present invention, a thermal type ink jet printer can be formed by using the same constituent members as those of the related art. Since such an ink jet printer uses the ink jet recording head of the present invention, even if the ink is heated and foreign matter such as a decomposition product of a dye or an impurity is generated, kogation is generated and accumulated on the surface of the heating element. Suppressed, the ink ejection speed is high over a long period of time, the ejection of ink droplets is good, and high quality recording is possible.
[0029]
Ink jet recording is performed as follows by a thermal type ink jet printer using the ink jet recording head of the present invention. That is, the ink is supplied from the ink tank 7 to the ink supply hole 2a, and is supplied to the ink chamber 4a through the ink flow path 4b. Here, the nozzle 5a is usually formed in a circular shape, and a so-called meniscus is formed at the tip of the nozzle 5a, in which the center of the ink surface is concave due to the negative pressure of the ink. Then, when a drive voltage is applied to the heating element 3a, the heating element 3a generates heat and locally heats the ink. In the ink jet recording head 1, this heating generates nuclear bubbles on the side surfaces of the heating elements 3a of the ink chambers 4a, and the bubbles combine to grow into film bubbles. Due to the increase in pressure due to the bubbles, ink droplets are ejected from the nozzles 5a and fly and adhere to the inkjet recording paper. Thereby, an ink image is formed on the ink jet recording paper.
[0030]
Note that as the ink ejected by the inkjet recording head of the present invention, conventionally known inkjet inks can be used.
[0031]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples.
[0032]
Example 1
A surface treatment liquid for surface treatment of a heating element was prepared by dissolving the organic phosphonic acid compound of formula (1) (Chillest PH430, Chillest) in water so as to have a concentration of 0.05% by weight. This surface treatment liquid was filled into an ink chamber of an unused inkjet recording head of an inkjet printer (MPR-501, Sony Corporation), and the heating element was subjected to surface treatment.
[0033]
Example 2
A surface treatment liquid for a heating element was prepared in the same manner as in Example 1, except that the organic phosphonic acid compound of the formula (1) (Chillest PH430, Chillest) was dissolved in water so as to have a concentration of 0.1% by weight. The surface treatment of the heating element of the ink jet recording head was performed.
[0034]
Example 3
A surface treatment liquid for a heating element was prepared in the same manner as in Example 1, except that the organic phosphonic acid compound of the formula (1) (Chillest PH430, manufactured by Chillest) was dissolved in water so as to have a concentration of 5.0% by weight. The surface treatment of the heating element of the ink jet recording head was performed.
[0035]
Example 4
A surface treatment liquid for a heating element was prepared in the same manner as in Example 1, except that the organic phosphonic acid compound of the formula (1) (Chillest PH430, Chillest) was dissolved in water so as to be 10.0% by weight. The surface treatment of the heating element of the ink jet recording head was performed.
[0036]
Reference Example 1
A surface treatment liquid for a heating element was prepared in the same manner as in Example 1, except that the organic phosphonic acid compound of the formula (1) (Chillest PH430, Chillest) was dissolved in water so as to be 0.01% by weight. The surface treatment of the heating element of the ink jet recording head was performed.
[0037]
(Evaluation)
The ink jet recording heads of Examples 1 to 4, the ink jet recording head of Reference Example 1, and the ink jet recording head in which the surface treatment of the heating element was not performed with the organic phosphonic acid compound of formula (1) (Chillest PH430, manufactured by Kyrest Co., Ltd.) Using an inkjet printer (MPR-501, Sony Corporation) equipped with an example), inks A and B in Tables 1 and 2 and a commercially available ink C (PM750C, Epson Corporation) were converted to commercially available inkjet recording paper (PM (Photo paper, Epson Corporation) to perform inkjet recording.
[0038]
[Table 1]

[0039]
[Table 2]

[0040]
First, the ejection speed of ink droplets at the beginning of ink jet recording and the ejection speed of ink droplets after 100 million pulse ejection were measured, and the decrease rate of the ink droplet ejection speed after 100 million pulse ejection to the initial ink droplet ejection speed ( %) Was calculated. Table 3 shows the obtained results.
[0041]
Further, the surface of the heating element after 100 million pulse ejection was observed, and the presence of deposits, that is, the presence or absence of kogation was confirmed. Note that, on the surface of the heating element, a state in which almost no deposits were observed was evaluated as “〇”, a state in which some deposits were observed was evaluated as “△”, and a state in which deposits were observed was evaluated as “x”. Further, the thickness of the deposit was measured using a color laser microscope (trade name: VK-8500, manufactured by Keyence Corporation). Table 3 below shows the above measurement results and evaluation results.
[0042]
[Table 3]

[0043]
From Table 3, it is found that the ink jet recording heads of Examples 1 to 4 which were subjected to the surface treatment with the surface treatment solution containing the organic phosphonic acid compound of the formula (1) had a change in the ejection speed after printing 100 million pulses of 20%. The results are as follows, and it can be seen that the rate of reduction is within a practical range. Further, the thickness of the deposits adhered to the surface of the heating element is 0.8 μm or less in each case, and it can be seen that the amount of the deposit on the surface of the heating element is extremely small. In particular, in Example 1, only a small amount of deposit was confirmed, in Example 2, almost no deposit was observed, and in Examples 3 and 4, almost no deposit was observed. Was confirmed.
[0044]
The results of Reference Example 1 and Example 1 show that the concentration of the organic phosphonic acid compound in the surface treatment solution containing the organic phosphonic acid compound of the formula (1) is preferably 0.05% by weight or more.
[0045]
On the other hand, when the ink jet recording head of the comparative example not subjected to the surface treatment with the surface treating solution containing the organic phosphonic acid compound of the formula (1) is used, the change in the ejection speed after printing 100 million pulses exceeds 20%. This indicates that the rate of decrease in the discharge speed is too large to be practical. In addition, the thickness of the deposit adhered to the surface of the heating element exceeded 0.8 μm, which indicates that the amount of the deposit on the surface of the heating element was extremely large.
[0046]
【The invention's effect】
In the ink jet recording head of the present invention, since the surface of the heating element is surface-treated with the organic phosphonic acid compound of the formula (1), the occurrence of kogation can be sufficiently suppressed at a low cost. In this case, the ejection of the ink droplets from the nozzles can be favorably maintained for a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an ink jet recording head of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view of the inkjet recording head of the present invention.
FIG. 3 is a partially enlarged perspective view of the ink jet recording head of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 inkjet recording head, 2 head frame, 2a ink supply hole, 3 head chip, 3a heating element, 4 ink chamber member, 4a ink chamber, 4b ink flow path, 5 nozzle plate, 5a nozzle, 6 filter, 7 ink tank, 7a bag, 7b outer casing, 8 electrical wiring

Claims

In an ink jet recording head for discharging ink from a nozzle by heating ink in an ink chamber with heat from a heating element, the heating element is expressed by the formula (1).

An ink jet recording head, which has been surface-treated with an organic phosphonic acid compound as described above.

In the ink chamber of the ink jet recording head which discharges from the nozzle by heating the ink in the ink chamber by the heat from the heat generating element, the formula (1)

Ink-jet recording, wherein a surface treatment liquid containing an organic phosphonic acid compound is introduced, and the heating element in contact with the surface treatment liquid is heated to perform a surface treatment of the heat generation element with the organic phosphonic acid compound. Head manufacturing method.

Before filling the ink chamber of the ink jet recording head that discharges from the nozzle by heating the ink in the ink chamber with the heat from the heating element, the formula (1) is used.

Ink-jet recording, wherein a surface treatment liquid containing an organic phosphonic acid compound is introduced, and the heating element in contact with the surface treatment liquid is heated to perform a surface treatment of the heat generation element with the organic phosphonic acid compound. Head surface treatment method.

An inkjet printer comprising the inkjet recording head according to claim 1.