JP2857423B2 - Ink jet recording device - Google Patents

Ink jet recording device

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JP2857423B2 JP20405989A JP20405989A JP2857423B2 JP 2857423 B2 JP2857423 B2 JP 2857423B2 JP 20405989 A JP20405989 A JP 20405989A JP 20405989 A JP20405989 A JP 20405989A JP 2857423 B2 JP2857423 B2 JP 2857423B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、インクジェット記録装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ink jet recording apparatus.

従来技術 記録液体を所定の方向に吐出するための吐出口と、該
吐出口に連通した直状部分を有する液路と、該液路に連
通し記録液体を供給するための流入口と、熱エネルギー
供給手段とを有し、該エネルギー供給手段により、前記
液路の直状部分にある記録液体に熱を加えて該熱による
状態変化を生起させ、該状態変化に基いて記憶液体を前
記吐出口より吐出させて飛翔液滴を形成して記録液滴と
する所謂バブルジェット記録装置は公知であり(特公昭
61−59911号公報参照)、更には、斯様なバブルジェッ
ト記録装置における中間調(滴径変化)表現方式とし
て、例えば、高周波パルスで微小インク滴を発生させ濃
度情報に応じて複数滴印写するもの(米国特許第450344
4号)、複数個の発熱体から所定の数の発熱体を選択し
て気泡の大きさを変えるもの(特公昭62−46358号公
報)、発熱量の異なる複数個の発熱体から1個を選択し
て気泡の大きさを変えるもの(特公昭62−46359号公
報)、加熱素子と圧電素子とを組合せるもの(特開昭60
−27548号公報)、発熱体に厚さ分布を持たせ入力エネ
ルギーを変えて気泡量を変えるもの(特開昭63−42872
号公報)等があるが、いずれも駆動回路、発熱体構成が
複雑で製造上の歩溜りが低下しコスト高となる欠点があ
る。
2. Description of the Related Art A discharge port for discharging a recording liquid in a predetermined direction, a liquid path having a straight portion communicating with the discharge port, an inlet for supplying the recording liquid through the liquid path, Energy supply means for applying heat to the recording liquid in the straight portion of the liquid path to cause a state change due to the heat, and discharging the storage liquid based on the state change. A so-called bubble jet recording apparatus which forms flying droplets by discharging from an outlet to form recording droplets is known (Japanese Patent Publication No.
Further, as a method for expressing halftone (change in droplet diameter) in such a bubble jet recording apparatus, for example, a plurality of droplets are printed in accordance with density information by generating minute ink droplets with a high frequency pulse. (US Patent No. 450344)
No. 4), a method in which a predetermined number of heating elements are selected from a plurality of heating elements and the size of bubbles is changed (Japanese Patent Publication No. Sho 62-46358). One that selectively changes the size of bubbles (Japanese Patent Publication No. Sho 62-46359), one that combines a heating element and a piezoelectric element (Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-46359).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-42872), in which a heating element has a thickness distribution to change the amount of bubbles by changing input energy.
However, both have the disadvantage that the drive circuit and the heating element configuration are complicated, the production yield is reduced, and the cost is increased.

また、記録液体を吐出するために設けられた吐出口に
連通する液路中に供給された記録液体の一部に該記録液
体が吸収する電磁波エネルギーを吸収させて発熱するこ
とにより、前記液路中に記録液体の一部に熱による状態
変化を与え、該状態変化に基づいて記録液体の一部を前
記吐出口より吐出して飛翔液滴を形成し、該液滴を記録
部材に付着させて記録するインクジェット記録装置は、
例えば、特公昭61−61984号公報、米国特許第3655379号
明細書等において公知である。而して、この電磁波エネ
ルギーを利用する記録装置において、実用化可能な半導
体レーザー(低価格,最大50mW)を用いて液体を発熱状
態変化させるには、光吸収層の吸収係数以外に液層の厚
みを薄くする必要があるが、上記公知例にはこれらの概
念を見られない、また、中間調表現の概念もない。
Further, a part of the recording liquid supplied to a liquid path communicating with a discharge port provided for discharging the recording liquid absorbs electromagnetic wave energy absorbed by the recording liquid and generates heat, thereby generating the liquid path. A part of the recording liquid undergoes a state change due to heat therein, and based on the state change, a part of the recording liquid is discharged from the discharge port to form flying droplets, and the droplets adhere to the recording member. The inkjet recording device that records by
For example, it is known in Japanese Patent Publication No. 61-61984 and U.S. Pat. No. 3,655,379. Thus, in a recording device utilizing this electromagnetic wave energy, in order to change the heat generation state of a liquid using a practically-available semiconductor laser (low-cost, maximum 50 mW), in addition to the absorption coefficient of the light absorption layer, Although it is necessary to reduce the thickness, the above-mentioned known examples do not show these concepts, and there is no concept of halftone expression.

更に、オリフィスとインク溜りに絶えず連通している
圧力室をインク溜りからのインクで満たし、圧力室は、
その壁の少くとも一部を電気機械変換手段により変形せ
しめ得るように構成され、非記録時には、インク溜り内
のインクの静圧力とオリフィスにおけるインクの表面張
力とにより、インクを平衡状態に保ち、電気パルスが印
加された時に、電気機械変換手段の作動により前記圧力
室の壁を内方に変位させて、該圧力室の容積を急激に減
少せしめ、該圧力室内のインクの一部を一個のインク滴
としてオリフィスから記録媒体方向に噴射させ、一個の
インク小滴の噴射後に、圧力室の容積を復元させて、最
初のインクの平衡状態に復元せしめるようにしたインク
ジェット記録装置は、例えば特公昭53−12138号公報に
おいて公知である。而して、この圧電素子を利用した加
圧オンデマンドインクジェット記録装置においては、中
間調表現は駆動電圧パルスの波高値やパルス幅を変化さ
せることで可能であるが、中間調記録の幅が必ずしも十
分でなかった。
Further, the pressure chamber, which is in continuous communication with the orifice and the ink reservoir, is filled with ink from the ink reservoir, and the pressure chamber is
At least a part of the wall is configured to be deformed by the electromechanical conversion means, and at the time of non-recording, the ink is kept in an equilibrium state by the static pressure of the ink in the ink reservoir and the surface tension of the ink at the orifice, When the electric pulse is applied, the wall of the pressure chamber is displaced inward by the operation of the electromechanical conversion means to rapidly reduce the volume of the pressure chamber, and a part of the ink in the pressure chamber is reduced to one piece. An ink jet recording apparatus in which ink droplets are ejected from an orifice toward a recording medium, and after ejecting one ink droplet, the volume of the pressure chamber is restored to restore the initial ink equilibrium state is disclosed in, for example, It is known in JP-A-53-12138. Thus, in a pressurized on-demand ink jet recording apparatus using this piezoelectric element, halftone expression can be achieved by changing the peak value and pulse width of the drive voltage pulse, but the width of halftone recording is not necessarily limited. Was not enough.

目的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもの
で、特に、構成が簡単で歩溜りがよく、かつ、安価で、
中間調記録の幅の広い中間調記録が可能なインクジェッ
ト記録装置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 in particular, has a simple configuration, a good yield, and is inexpensive.
An object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus capable of performing halftone printing with a wide range of halftone printing.

構成 本発明は、上記目的を達成するために、1以上のノズ
ルを有するノズル構成体と、ノズルに連通し記録液を貯
える液室と、ノズルに対向した液室の壁の一部に設けら
れた記録液を該ノズルより吐出させるエネルギー付与手
段とからなるインクジェット記録装置において、前記エ
ネルギー付与手段を制御する手段と、前記ノズル構成体
とエネルギー付与手段との間隔を変え且つ一定に保つ制
御手段とを有することを特徴としたものである。以下、
本発明の実施例に基いて説明する。
Configuration In order to achieve the above object, the present invention provides a nozzle structure having one or more nozzles, a liquid chamber communicating with the nozzles for storing a recording liquid, and a part of a wall of the liquid chamber facing the nozzles. And an energy applying means for discharging the recording liquid from the nozzle, a means for controlling the energy applying means, and a control means for changing the distance between the nozzle structure and the energy applying means and keeping it constant. Which is characterized by having Less than,
A description will be given based on an embodiment of the present invention.

第1図乃至第3図は、それぞれ本発明によるインクジ
ェット記録装置の実施例を説明するための構成図で、図
中、1は上板、2はノズル、3は液室、4はスペーサ、
5は記録液、6は下板、7,8は絶縁膜、9は液室変形用
電圧パルス源、10は発熱体、11は発熱体駆動パルス源、
12は気泡、13は液滴、20は電極、21は光吸収層、22はレ
ーザ駆動パルス源、23は半導体レーザ、24,25はレン
ズ、26はレーザ光、30は圧電素子、31は圧電素子駆動パ
ルス源で、以下、各実施例について説明する。
1 to 3 are configuration diagrams for explaining an embodiment of an ink jet recording apparatus according to the present invention, wherein 1 is an upper plate, 2 is a nozzle, 3 is a liquid chamber, 4 is a spacer,
5 is a recording liquid, 6 is a lower plate, 7 and 8 are insulating films, 9 is a voltage pulse source for liquid chamber deformation, 10 is a heating element, 11 is a heating element drive pulse source,
12 is a bubble, 13 is a droplet, 20 is an electrode, 21 is a light absorbing layer, 22 is a laser drive pulse source, 23 is a semiconductor laser, 24 and 25 are lenses, 26 is a laser beam, 30 is a piezoelectric element, and 31 is a piezoelectric element. Each embodiment will be described below with reference to an element driving pulse source.

第1図に示した実施例においては、ノズルを有するノ
ズル構成体である上板1は例えばSiの異方性エッチング
を利用しノズル2の周辺が薄肉化されてあり、ノズル2
自身も異方性エッチングで加工される。スペーサ4を挟
んで下板6が上板1に対向配置されて液室3を構成して
いる。下板6は上板1と同じくSiで構成され、ノズル2
に対向する部分が薄肉となっており、ノズル2から液滴
を吐出させるエネルギー付与手段として発熱体10が設け
られている。上板、下板間には液室変形用電圧パルス源
9からパルス電圧VEが印加され、両者の間の静電力によ
り上、下板は互に中央に変形する。この状態で発熱体10
に発熱体駆動パルス源11からパルスVp1が印加されると
いわゆるバブルジェットの原理で知られるような気泡12
が発生し液滴13を噴射する液室変形用電圧VEを制御する
ことで、上、下板間の距離、液室ギャップdを可変とで
きるため、発生気泡とノズル間の距離が変化する。この
ことは気泡とノズル間の液体量が可変であることを意味
し、液滴の吐出量を容易に変えることが可能で画像の中
間調表現が構成簡単にかつ低価格で実現できる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the periphery of the nozzle 2 is made thinner by using, for example, anisotropic etching of Si.
It is itself processed by anisotropic etching. The lower plate 6 is arranged to face the upper plate 1 with the spacer 4 interposed therebetween to constitute the liquid chamber 3. The lower plate 6 is made of Si similarly to the upper plate 1, and the nozzle 2
The heating element 10 is provided as an energy applying means for discharging the droplet from the nozzle 2. A pulse voltage VE is applied between the upper plate and the lower plate from the liquid chamber deforming voltage pulse source 9, and the upper and lower plates are mutually deformed to the center by the electrostatic force between the two. Heating element 10 in this state
When a pulse Vp 1 is applied from the heating element driving pulse source 11 to the air bubble 12 as known by the so-called bubble jet principle.
By but by controlling the generated liquid chamber deformed voltage V E for ejecting the droplets 13, on the distance between the lower plate, it is possible to variable liquid chambers gap d, the distance between the generated bubbles and the nozzle is changed . This means that the liquid amount between the bubble and the nozzle is variable, and the discharge amount of the liquid droplet can be easily changed, so that the halftone expression of the image can be realized with a simple configuration and at low cost.

第2図に示した実施例においては、エネルギー付与手
段としては電磁波エネルギーであるレーザー光が使用さ
れる。この様な装置の実用化には装置構成、価格の点で
レーザーとして、低出力の半導体レーザー(最高出力50
mW)を使う必要がある。このような半導体レーザーを使
用する場合には、内部に液室変形用の電極20を持ち液室
3側に半導体レーザーの波長に吸収スペクトルを持つ光
吸収層21を持つガラス等の透明な下板6を用い、この下
板6を通して光吸収層21に焦点を結ぶようにするが、低
出力の半導体レーザーのエネルギーで液滴をノズルより
吐出させるには、液室ギャップが数十μm以下である必
要があるが、このギャップを精度よく保って液室を構成
するのは困難である。このためレーザー駆動パルスVp2
の印加に先立って液室変形用電圧パルスVEが印加され、
液室ギャップが数十μmに保たれ、この時点でVp2が印
加され、光吸収層21の発熱に伴う状態変化により液滴が
吐出される。この時、VE,Vp2の両方の電圧パルスを同時
にあるいはVEをVp2よりわずかに遅れて印加すると液室
変形に伴う加圧力と発熱による熱的状態変化が重畳され
更に液滴吐出の効率が向上する。また、VEを制御するこ
とで第1図に示した実施例の場合と同様に液吐出量を変
化させることができる。
In the embodiment shown in FIG. 2, a laser beam which is electromagnetic wave energy is used as the energy applying means. In order to put such a device into practical use, a low-power semiconductor laser (maximum output 50
mW). When such a semiconductor laser is used, a transparent lower plate made of glass or the like having an electrode 20 for deforming the liquid chamber inside and having a light absorbing layer 21 having an absorption spectrum at the wavelength of the semiconductor laser on the liquid chamber 3 side. The lower chamber 6 is used to focus on the light absorbing layer 21. In order to discharge droplets from the nozzle with the energy of a low-power semiconductor laser, the liquid chamber gap is several tens μm or less. Although it is necessary, it is difficult to form the liquid chamber while maintaining this gap with high accuracy. Therefore, the laser drive pulse Vp 2
Prior to the application of the liquid chamber deformation voltage pulse VE is applied,
The liquid chamber gap is maintained at several tens of μm. At this time, Vp 2 is applied, and a droplet is ejected due to a state change accompanying the heat generation of the light absorbing layer 21. At this time, if both V E and Vp 2 voltage pulses are applied simultaneously or V E is applied slightly later than Vp 2 , the pressing force accompanying the deformation of the liquid chamber and the thermal state change due to heat generation are superimposed, and furthermore, the droplet discharge is Efficiency is improved. Further, it is possible to vary the liquid ejection amount as in the embodiment shown in Figure 1 by controlling the V E.

第3図に示した実施例は、エネルギー付与手段とし
て、従来加圧オンデマンド方式で利用されている圧電素
子を利用したもので、液室変形用電圧パルスVEと圧電素
子31を駆動する駆動パルスVp3はほぼ同時に印加され
る。従来加圧オンデマンド方式の吐出液滴径の変化はVp
3の波高値、パルス幅を変えることで得られていたが、
変化の幅はそれほど大きくはない。本実施例では、Vp3
に加えてVEの波高値とパルス幅も変化させることにより
吐出液滴径の変化幅は著しく増加する。
The embodiment shown in FIG. 3 uses a piezoelectric element conventionally used in a pressurized on-demand system as an energy applying means, and drives the liquid crystal chamber deforming voltage pulse VE and the piezoelectric element 31. pulse Vp 3 is substantially simultaneously applied. The change in the droplet diameter of the conventional pressure-on-demand method is Vp
It was obtained by changing the peak value and pulse width of 3 ,
The range of change is not very large. In this embodiment, Vp 3
Variation in the ejected liquid droplet diameter by wave height and the pulse width also change in V E increases significantly in addition to.

効果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、ノ
ズル構成体とエネルギー付与手段との間隔を変化させる
ことにより従来にない中間調表現が可能となる。
Advantages As is clear from the above description, according to the present invention, by changing the distance between the nozzle structure and the energy applying means, an unprecedented halftone expression can be realized.

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

第1図乃至第3図は、それぞれ本発明の実施例を説明す
るための構成図である。 1……上板、2……ノズル、3……液室、4……スペー
サ、5……記録液、6……下板、7,8……絶縁膜、9…
…液室変形用電圧パルス源、10……発熱体、11……発熱
体駆動パルス源、20……電極、21……光吸収層、22……
レーザ駆動パルス源、23……半導体レーザ、24,25……
レンズ、26……レーザ光、30……圧電素子、31……圧電
素子駆動パルス源。
FIG. 1 to FIG. 3 are configuration diagrams for explaining an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Upper plate, 2 ... Nozzle, 3 ... Liquid chamber, 4 ... Spacer, 5 ... Recording liquid, 6 ... Lower plate, 7, 8 ... Insulating film, 9 ...
... voltage pulse source for liquid chamber deformation, 10 ... heating element, 11 ... heating element driving pulse source, 20 ... electrode, 21 ... light absorption layer, 22 ...
Laser drive pulse source, 23 ... Semiconductor laser, 24,25 ...
Lens, 26 laser light, 30 piezoelectric element, 31 piezoelectric element drive pulse source.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】1以上のノズルを有するノズル構成体と、
ノズルに連通し記録液を貯える液室と、ノズルに対向し
た液室の壁の一部に設けられた記憶液を該ノズルより吐
出させるエネルギー付与手段とからなるインクジェット
記録装置において、前記エネルギー付与手段を制御する
手段と、前記ノズル構成体とエネルギー付与手段との間
隔を変え且つ一定に保つ制御手段とを有することを特徴
とするインクジェット記録装置。
1. A nozzle structure having one or more nozzles,
An ink jet recording apparatus comprising: a liquid chamber that communicates with a nozzle and stores a recording liquid; and an energy applying unit that is provided on a part of a wall of the liquid chamber facing the nozzle and discharges the storage liquid from the nozzle. An ink jet recording apparatus comprising: means for controlling the distance between the nozzle structure and the energy applying means;
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