JP3422230B2 - Inkjet recording head - Google Patents

Inkjet recording head

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JP3422230B2
JP3422230B2 JP21573197A JP21573197A JP3422230B2 JP 3422230 B2 JP3422230 B2 JP 3422230B2 JP 21573197 A JP21573197 A JP 21573197A JP 21573197 A JP21573197 A JP 21573197A JP 3422230 B2 JP3422230 B2 JP 3422230B2
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recording
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進 平潟
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被記録体にインク
ドロップを付着させることによって印字を行うインクジ
ェット記録ヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head that prints by depositing ink drops on a recording medium.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、簡易に微小なドットを形成し高画
質を得ることができる記録装置の一つとして、ノズルか
らインク滴を必要に応じて吐出させて印字を行なう、い
わゆるオンデマンド型のインクジェット記録方式が知ら
れている。そのオンデマンド型のインクジェット式記録
方式の中の代表的な方式としては、ピエゾ振動子方式や
サーマル方式などがある。
2. Description of the Related Art In recent years, as one of recording devices capable of easily forming fine dots to obtain high image quality, so-called on-demand type ink-jet printers that eject ink droplets from nozzles as necessary to print. Ink jet recording methods are known. Typical methods of the on-demand type ink jet recording method include a piezoelectric vibrator method and a thermal method.

【0003】ピエゾ振動子方式は、ノズルに通じるイン
ク室に設けられた圧電素子にパルス電圧を印加し、圧電
素子を変形させることによりインク室のインク液圧を変
化させ、これによりノズルからインク滴を吐出させて記
録用紙にドットを記録する方式である。また、サーマル
方式は、インク室内に設けられた加熱機構によりインク
を加熱し、その加熱によって発生したバブルによりイン
ク滴をノズルから吐出させ、記録用紙にドットを記録す
るものである。
In the piezoelectric vibrator method, a pulse voltage is applied to a piezoelectric element provided in an ink chamber leading to a nozzle to deform the piezoelectric element to change the ink liquid pressure in the ink chamber, thereby causing an ink drop from the nozzle. Is a method of recording dots on a recording paper by ejecting. In the thermal system, ink is heated by a heating mechanism provided in the ink chamber, ink droplets are ejected from nozzles by bubbles generated by the heating, and dots are recorded on recording paper.

【0004】これらのインクジェット記録方式では、従
来、解像度が300ドット/インチ程度であったが、近
年ではその解像度が600ないし720ドット/インチ
と高解像度化されており、さらに高解像度化が望まれて
いる。このような、高解像度化を実現するためには、そ
の解像度に応じて、記録するドット径を小さくする必要
がある。
Conventionally, these ink jet recording systems have a resolution of about 300 dots / inch, but in recent years, the resolution has been increased to 600 to 720 dots / inch, and further higher resolution is desired. ing. In order to realize such high resolution, it is necessary to reduce the dot diameter to be recorded according to the resolution.

【0005】しかし、これらの記録方式は、吐出するイ
ンクのドロップ径がノズル径によって決まるため、イン
クのドロップ径を小さくするためにノズル径を小さくす
ると、ゴミやチリによるノズル詰まりや、ノズル内のイ
ンク表面の乾燥によるノズル詰まりや、ノズル円周部へ
のインク残滓の付着によるインク吐出方向の変化を生じ
やすくなり、記録紙上の画質に欠陥を生じる。そのた
め、要求される解像度に対応したドット径にするのに必
要な程度にノズル径を小さくすることができないという
問題点があった。
However, in these recording methods, the drop diameter of the ejected ink is determined by the nozzle diameter. Therefore, if the nozzle diameter is reduced in order to reduce the ink drop diameter, nozzle clogging due to dust or dust, and nozzle inside Nozzle clogging due to drying of the ink surface and change in the ink ejection direction due to the deposition of ink residue on the circumference of the nozzle are likely to occur, causing defects in the image quality on recording paper. Therefore, there is a problem that the nozzle diameter cannot be reduced to the extent necessary to make the dot diameter correspond to the required resolution.

【0006】そこで、このようなノズルに起因する問題
を解決する方法として、ノズルを用いないで、振動また
は音響波を用いて、被印字面にインクドロップを吐出し
て印字を行う記録方式が、いくつか提案されている。
Therefore, as a method of solving the problem caused by such a nozzle, there is a recording method in which the ink is ejected onto the surface to be printed by using vibration or acoustic waves without using the nozzle to perform printing. Several have been proposed.

【0007】ノズルを用いない記録方式の第1として
は、米国特許第4308547号明細書で開示されてい
るように、振動子で発生した振動を音響レンズでインク
自由表面の一点に集束させてインクドロップを吐出させ
る。そして、音響レンズとしては、圧電体自体をレンズ
状に形成したり、もしくは特開平3−200199号公
報で開示されているように、位相を多重に重ねる位相フ
レネルレンズを用いたり、凹状の形状のものを用いたり
する。しかし、これらの方法により吐出させるドロップ
径をより小さくしようとすると、一般にはより高い周波
数で振動子を駆動することになる。例えば、ドロップ径
15μmのインクを吐出させるには、100MHz前後
の高い周波数で複数の振動子を駆動しなければならない
ため、一般に駆動機構が高価になるというコスト上の問
題を生じるとともに、発熱によりインク粘度が変化して
ドロップ径が変動したり、記録素子内でインク自体の乾
燥や固化を生じてインクを吐出できなくなることがある
という重大な問題を生じる。
As a first recording method which does not use a nozzle, as disclosed in US Pat. No. 4,308,547, the vibration generated by a vibrator is focused on a point on the ink free surface by an acoustic lens, and the ink is discharged. Discharge the drop. As the acoustic lens, the piezoelectric body itself is formed into a lens shape, or as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-200199, a phase Fresnel lens for superimposing phases is used, or a concave shape is used. I use things. However, if the drop diameter to be ejected is reduced by these methods, the vibrator is generally driven at a higher frequency. For example, in order to eject an ink having a drop diameter of 15 μm, it is necessary to drive a plurality of vibrators at a high frequency of around 100 MHz, which causes a cost problem that a driving mechanism is generally expensive, and heat generation causes ink to be generated. There is a serious problem that the viscosity may change to change the drop diameter, or the ink itself may be dried or solidified in the recording element to make it impossible to eject the ink.

【0008】ノズルを用いない第2の記録方式として、
吐出力として静電力を用いる、いわゆる静電吸引方式が
あり、さらにそのインクメニスカス(インク隆起)を形
成するために振動を用いるものが知られている。
As a second recording method which does not use nozzles,
There is a so-called electrostatic attraction method that uses an electrostatic force as the ejection force, and a method that uses vibration to form the ink meniscus (ink protrusion) is known.

【0009】例えば、特開昭62−222853号公報
には、記録針をインク表面から突出させて、これに軸方
向に伝搬する超音波エネルギーを与えることが示されて
いる。これによると、超音波流動(acoustic
streaming)現象により、記録針に接するイン
クは記録針の先端方向に移動して、記録針の先端に凸状
のインクメニスカスが形成される。その状態で、記録針
と背面電極との間に静電界を印加してインクを引きちぎ
り、記録針と背面電極との間に配置された記録媒体上に
インクドロップを着弾させる。この方式によれば、記録
針の先端にインクメニスカスを形成するため、従来の静
電吸引方式に比べて、より小さいインクドロップを形成
できる。
For example, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 62-222853 discloses that a recording needle is projected from the ink surface and ultrasonic energy propagating in the axial direction is applied to the recording needle. According to this, ultrasonic flow (acoustic)
Due to the streaming phenomenon, the ink in contact with the recording needle moves toward the tip of the recording needle, and a convex ink meniscus is formed at the tip of the recording needle. In that state, an electrostatic field is applied between the recording needle and the back electrode to tear off the ink, and an ink drop is landed on the recording medium arranged between the recording needle and the back electrode. According to this method, an ink meniscus is formed at the tip of the recording needle, so that a smaller ink drop can be formed as compared with the conventional electrostatic suction method.

【0010】また、特開昭56−28867号公報に
も、針電極と背面電極との間に静電界を印加した状態
で、針電極に画像信号を印加すると同時に、針電極を振
動させる静電吸引方式が示されている。このようにする
と、インクを安定に粒子化できる。
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-28867, an electrostatic signal for vibrating the needle electrode at the same time as applying an image signal to the needle electrode in a state where an electrostatic field is applied between the needle electrode and the back electrode. The suction method is shown. By doing so, the ink can be stably made into particles.

【0011】しかしながら、静電吸引方式では、湿度な
どによる記録媒体の誘電体の厚みの変動や、記録媒体の
表面の荒さのばらつきなどによって、形成されるドロッ
プ径が変動するという問題を生じる。さらに、ドロップ
径の変動により、記録媒体上でのドット位置ばらつきも
生じる。
However, the electrostatic attraction method has a problem in that the formed drop diameter fluctuates due to fluctuations in the thickness of the dielectric of the recording medium due to humidity and the like, and variations in the roughness of the surface of the recording medium. Further, variations in the drop diameter also cause variations in dot position on the recording medium.

【0012】以上のように、ノズルを使わない従来技術
では、大きなエネルギーを必要としたり、環境変動に不
安定であったりするという問題があった。
As described above, the prior art which does not use a nozzle has a problem that it requires a large amount of energy and is unstable to environmental changes.

【0013】また、従来の技術では、高画質の画像を得
るために、小さいドット径を形成する記録素子を用いて
印字するためには、この記録素子を高密度に配列する必
要がある。
Further, in the conventional technique, in order to obtain a high-quality image, in order to print using a recording element having a small dot diameter, it is necessary to arrange the recording elements at a high density.

【0014】これを図11を用いて説明する。高画質な
印字を可能にするためには階調再現ができることが必要
であるが、インクジェット技術では一般に図11(a)
に示すように最小画素のマトリックスに印字する同一径
のドットの数を変えることで階調再現を得る。このよう
に、2値の印字しかできない従来の技術では最小画素面
積よりも小さいドット径を印字できるように小さいノズ
ル径を有する記録素子20を用い、複数のドットを形成
しなければならない。しかし、最小画素内に複数ドット
を形成するためには、ノズル間隔を狭めて高密度に配列
する必要があるし、それができなければ千鳥配列等によ
りノズル間隔を離す工夫が必要である。そして、このよ
うに記録素子20を高密度に配列していくに従い、高密
度化のため歩留りが悪く、隣接間のクロストークも問題
となり画質の劣化が起こる問題点が発生する。また、千
鳥配列等のノズル間隔が離れた設計にすると、装置が大
型化するという新たな問題点が出てくる。
This will be described with reference to FIG. To enable high-quality printing, it is necessary to be able to reproduce gradations.
As shown in, gradation reproduction is obtained by changing the number of dots of the same diameter printed in the matrix of the minimum pixels. As described above, in the conventional technique that can only print in binary, a plurality of dots must be formed by using the recording element 20 having a small nozzle diameter so that a dot diameter smaller than the minimum pixel area can be printed. However, in order to form a plurality of dots in the minimum pixel, it is necessary to narrow the nozzle interval and arrange them at a high density. If this is not possible, it is necessary to devise a nozzle interval such as a staggered arrangement. As the recording elements 20 are arranged in a high density in this manner, the yield is low due to the high density, and the crosstalk between adjacent parts also becomes a problem, which causes the problem of deterioration of image quality. In addition, if the nozzles are designed to be spaced apart from each other such as a staggered arrangement, a new problem arises in that the device becomes large.

【0015】さらに、同じ記録素子数のままであると、
図11(a)のパターンを印字するには、時刻T1では
印字が完了できず、記録素子もしくは被記録体を移動さ
せたのち時刻T3まで印字する必要がある。すなわち、
印字するドット径が小さいので、最小画素単位を1ドッ
トで印字する方法に比べて3倍以上の時間がかかること
になる。これを補うために記録素子数を増やすといった
改良もあるが、反面、コストがかかるなどの問題点がで
てくる。
Further, if the number of recording elements remains the same,
To print the pattern of FIG. 11A, printing cannot be completed at time T1, and it is necessary to print until time T3 after moving the recording element or the recording medium. That is,
Since the dot diameter to be printed is small, it takes three times or more time as compared with the method in which the minimum pixel unit is printed with one dot. Although there is an improvement in which the number of recording elements is increased to compensate for this, on the other hand, there are problems such as high cost.

【0016】これに対して、図11(b)に示すように
出力画像を形成する1最小画素単位に一つの記録素子2
1のみを対応させて、この記録素子21から大きさの異
なるインクドロップ22を飛翔させることで、ドットの
面積を可変にして階調再現を得る方法がある。この方法
を用いることで、記録素子の高密度化を避け、高速に印
字させることができる。すなわち図11の例において従
来技術では最小画素を印字するのに最大9つのドットを
印字する必要があったが、この方法では、1回のインク
ドロップ飛翔でよいので、時刻T1で印字が完了する。
また、隣接する記録素子との間隔を最小画素単位分だけ
離すことができるので、高速、高信頼、低コストの記録
技術を提供できる。
On the other hand, as shown in FIG. 11B, one recording element 2 is formed for each minimum pixel unit that forms an output image.
There is a method in which only the area corresponding to 1 is made to fly and the ink drops 22 having different sizes are ejected from the recording element 21 to make the area of the dot variable to obtain gradation reproduction. By using this method, high density printing of the recording elements can be avoided and printing can be performed at high speed. That is, in the example of FIG. 11, it was necessary to print a maximum of 9 dots to print the smallest pixel in the prior art, but this method requires only one ink drop flight, so printing is completed at time T1. .
Further, since the distance between the adjacent recording elements can be separated by the minimum pixel unit, it is possible to provide a high-speed, high-reliability and low-cost recording technique.

【0017】ところで、一つの記録画素から大きさのこ
となるインクドロップを飛翔させる記録技術は、霧化器
などに用いられる技術を応用した例が多い。例えば、特
開平5−184993号公報には圧電体の両振動面にそ
れぞれ片持ち梁を設置し、その片持ち梁の先端に開けた
多孔穴の穴の径を変化させることによって飛翔する液滴
の大きさを変える霧化器が開示されている。また、特開
平5−277413号公報には圧電体とこれに接した多
孔板による霧化器で、駆動するバースト波の繰り返し周
波数を上げることで液滴を大きくする技術が開示されて
いる。
By the way, as a recording technique for ejecting an ink drop having a different size from one recording pixel, there are many examples in which a technique used for an atomizer is applied. For example, in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 5-184993, a cantilever is provided on each of both vibrating surfaces of a piezoelectric body, and droplets fly by changing the diameter of a perforated hole formed at the tip of the cantilever. An atomizer of varying size is disclosed. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 5-277413 discloses a technique in which a droplet is enlarged by increasing the repetition frequency of a burst wave to be driven by an atomizer including a piezoelectric body and a porous plate in contact with the piezoelectric body.

【0018】このような霧化器の技術を応用し液滴の大
きさを変える印字装置としては特開平2−141250
号公報に、駆動周波数を上げて霧径を小さくすることに
より霧を拡がらせてドット径を大きくする技術が開示さ
れている。しかし、この方法では霧の拡がりによるドッ
トは濃度が低くなり画質のコントラストを下げるので高
画質が困難であるし、駆動周波数を下げても多数のイン
ク滴が飛翔するので小さいドット径の形成は困難であ
る。つまり、この例のように霧化器の構成をそのまま記
録装置に用いても、インク滴は霧状に無数に発生し、ド
ロップ数もドロップが飛翔する方向性も制御が難しく、
小さいインクドロップを1滴づつ制御して印字する記録
技術に用いるのは困難である。
As a printing device which changes the size of a droplet by applying the technique of such an atomizer, Japanese Patent Laid-Open No. 2-141250.
Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2003-242242 discloses a technique of increasing the driving frequency to reduce the fog diameter to spread the fog and increase the dot diameter. However, with this method, the density of dots due to the spread of fog is low and the contrast of the image quality is lowered, so high image quality is difficult, and even if the driving frequency is lowered, many ink droplets fly and it is difficult to form a small dot diameter. Is. That is, even if the structure of the atomizer is used as it is in the recording apparatus as in this example, an infinite number of ink droplets are generated in a mist state, and it is difficult to control the number of drops and the direction in which the drops fly.
It is difficult to use for a recording technique for printing by controlling small ink drops one by one.

【0019】インクドロップ径を変化させる技術は、他
にも前述した米国特許第4308547号明細書で開示
されている振動子で発生した振動を音響レンズで収束さ
せインク自由表面の一点に集束させてインクドロップを
吐出させる記録装置や、静電吸引式による記録装置があ
るが、先程も述べたようにそれぞれ、高エネルギーが必
要であったり、環境安定性が悪い欠点がある。
Another technique for changing the diameter of the ink drop is that the vibration generated by the vibrator disclosed in the above-mentioned US Pat. No. 4,308,547 is converged by an acoustic lens and focused on one point on the ink free surface. There are recording devices for ejecting ink drops and recording devices of electrostatic attraction type, but as described above, they each have the drawbacks of requiring high energy and poor environmental stability.

【0020】そこで、吐出する大きさの異なる記録素子
を1画素に対し複数割当てる記録装置が容易に考えられ
るが、やはり記録素子の配列密度がさらに高くなり、歩
留りが悪くなったり、クロストークによる画質の劣化が
生じたり、駆動のスイッチングが煩雑になったりする等
の欠点がある。
Therefore, it is easy to think of a recording apparatus in which a plurality of recording elements having different ejection sizes are assigned to one pixel, but the array density of the recording elements is further increased, the yield is deteriorated, and the image quality due to crosstalk is increased. There are drawbacks such as deterioration of the device and complication of driving switching.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、目づ
まりによる画質の劣化や信頼性の低下といった欠点や、
高密度化による画質や記録速度の劣化といった欠点を解
消したインクジェット記録ヘッドを提供することであ
る。また、本発明の目的は、高画質化、高速化、小型
化、省エネルギー化、低コスト化を図ることのできるイ
ンクジェット記録ヘッドを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce defects such as deterioration of image quality and reliability due to clogging, and
It is an object of the present invention to provide an inkjet recording head that solves the drawbacks such as deterioration of image quality and recording speed due to high density. Another object of the present invention is to provide an inkjet recording head capable of achieving high image quality, high speed, small size, energy saving, and cost reduction.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的は、画素信号に
対応して振動する振動発生手段と、振動発生手段の発生
する複数の励振周波数のいずれかに応じて曲げ振動する
片持ち梁構造を有し、励振周波数に対応してインクの表
面にキャピラリ波を発生させインクをそれぞれ異なるド
ロップ径で飛翔させて記録媒体に付着させる弾性部材と
を備えたことを特徴とするインクジェット記録ヘッドに
よって達成することができる。
The above object is to provide a vibration generating means that vibrates in response to a pixel signal and a cantilever structure that bends and vibrates in accordance with any of a plurality of excitation frequencies generated by the vibration generating means. And an elastic member for generating a capillary wave on the surface of the ink corresponding to the excitation frequency to cause the ink to fly with different drop diameters and adhere to the recording medium. be able to.

【0023】ここで、弾性部材は、2以上の異なる実効
共振周波数のいずれかで駆動されるようにしてもよい。
さらに、弾性部材は、実効共振周波数が異なる複数の片
持ち梁構造を有しているようにしてもよい。
Here, the elastic member may be driven at any of two or more different effective resonance frequencies.
Further, the elastic member may have a plurality of cantilever structures having different effective resonance frequencies.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施の形
態によるインクジェット記録ヘッドの基本的構成の一例
を示す。図1(a)は本実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドの正面図を、図1(b)は同側面図を示し
ている。また、図1(c)は、図1(b)の破線で示し
たブロックcを拡大した弾性部材7先端部近傍の側面図
であり、インク飛翔の動作を示している。本実施の形態
によるインクジェット記録ヘッドは、基板1、振動子2
からなる振動発生機構および外部駆動機構12、弾性部
材7を有している。振動子2は圧電体3を二つの電極
4、5で挟んだ形状となっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an example of the basic structure of an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a front view of the ink jet recording head according to this embodiment, and FIG. 1B is a side view of the same. Further, FIG. 1C is a side view in the vicinity of the tip of the elastic member 7 in which the block c shown by the broken line in FIG. 1B is enlarged, and shows the operation of ink ejection. The ink jet recording head according to the present embodiment includes a substrate 1 and a vibrator 2.
The vibration generating mechanism, the external driving mechanism 12, and the elastic member 7 are included. The vibrator 2 has a shape in which the piezoelectric body 3 is sandwiched between two electrodes 4 and 5.

【0025】この例では、基板1上に振動子2を形成し
た振動発生機構上に弾性部材7を接続して、インク8を
弾性部材7が接するように装填し、振動発生機構を外部
駆動機構12によって弾性部材7が曲げ振動で共振する
周波数で励振駆動するものである。なお、振動発生機構
としては、振動子2を担持可能な構成とすれば基板1を
用いなくてよい。
In this example, the elastic member 7 is connected to the vibration generating mechanism in which the vibrator 2 is formed on the substrate 1, and the ink 8 is loaded so that the elastic member 7 contacts the vibration generating mechanism. The elastic member 7 is driven to be excited by the frequency 12 at which the elastic member 7 resonates due to bending vibration. As the vibration generating mechanism, the substrate 1 may not be used as long as the vibrator 2 can be carried.

【0026】次に本実施の形態によるインクジェット記
録装置の基本的な動作を説明する。弾性部材7はその一
端が振動発生機構に接続され、他方が自由端である片持
ち梁を構成しており、弾性部材7にはインク8が接する
ように充填されている。外部駆動機構12により発生す
る信号は振動発生機構で振動子2により機械的振動に変
換され、弾性部材7に振動エネルギーを伝える。この振
動エネルギーにより弾性部材7は曲げ振動を起こすが、
外部駆動機構12は弾性部材7が曲げ振動で共振する周
波数で励振駆動しているので、この共振により弾性部材
の先端近傍は大きな振幅を有することになる。一方、図
1(c)に示すように弾性部材7に接しているインク8
の曲げ振動の振動方向のインク厚は、弾性部材7の先端
近傍において、インク8と弾性部材7の濡れと重力の効
果により、数μm〜数百μmに形成されているので、弾
性部材7からの振動を受けて、インク表面8aにキャピ
ラリ波が生じる。このキャピラリ波の作用により、微小
滴の生成が可能となり、振動発生機構は、その駆動条件
を所定の値に設定することによって、1インク滴9の飛
翔が可能となる。
Next, the basic operation of the ink jet recording apparatus according to this embodiment will be described. One end of the elastic member 7 is connected to the vibration generating mechanism and the other end constitutes a cantilever beam, and the other end is a cantilever, and the elastic member 7 is filled with the ink 8 in contact therewith. A signal generated by the external drive mechanism 12 is converted into mechanical vibration by the vibrator 2 by the vibration generating mechanism, and the vibration energy is transmitted to the elastic member 7. Due to this vibration energy, the elastic member 7 causes bending vibration,
Since the external drive mechanism 12 is excited and driven at a frequency at which the elastic member 7 resonates with bending vibration, this resonance causes a large amplitude in the vicinity of the tip of the elastic member. On the other hand, as shown in FIG. 1C, the ink 8 in contact with the elastic member 7
The ink thickness in the vibration direction of the bending vibration is formed to be several μm to several hundreds μm in the vicinity of the tip of the elastic member 7 due to the wetting of the ink 8 and the elastic member 7 and the effect of gravity. And a capillary wave is generated on the ink surface 8a. Due to the action of this capillary wave, it is possible to generate minute droplets, and the vibration generating mechanism can fly one ink droplet 9 by setting its driving condition to a predetermined value.

【0027】また弾性部材7は、弾性部材7の片持ち梁
構造の自由端の先端部近傍における曲げ振動の振動方向
に対して垂直な面の幅W(図1(a)参照)が、ほぼ2
λの長さとなる領域を有している。但し、λは以下の式
1で与えられる。 λ={8πσ/(ρfe2)}1/3×104(μm) ・・・式1 ここで、σは、インク表面張力(mN/m) ρは、インク密度(g/cm3) feは、励振周波数(Hz) である。こうすることにより、幅Wにおいて2山のキャ
ピラリ波を生成でき、その後1山のインク隆起部が形成
されて次の瞬間これが分離して正確に1インク滴を飛翔
させることができるようになる。
In the elastic member 7, the width W (see FIG. 1A) of the surface perpendicular to the vibration direction of the bending vibration in the vicinity of the free end of the cantilever structure of the elastic member 7 is almost the same. Two
It has a region with a length of λ. However, λ is given by the following Expression 1. λ = {8πσ / (ρfe 2 )} 1/3 × 10 4 (μm) Equation 1 where σ is the ink surface tension (mN / m) ρ is the ink density (g / cm 3 ) fe Is the excitation frequency (Hz). By doing so, it is possible to generate two ridges of the capillary wave in the width W, and then one ridge of the ink ridge is formed and separated at the next moment so that one ink drop can be accurately ejected.

【0028】図2に振動発生機構を励振するために電極
4、5に付与する電圧のパターンを示す。振動発生機構
の励振は1画素信号に応じて1インク滴の飛翔を実現す
るように、1インク滴の飛翔に必要な励振数を終了する
ごとに間欠的に励振を区切るものである。これらによ
り、ノズルなしで微小滴が生成され、インク目詰まりの
ない記録ができる。
FIG. 2 shows a pattern of voltage applied to the electrodes 4 and 5 for exciting the vibration generating mechanism. The excitation of the vibration generating mechanism is such that the excitation is intermittently divided every time the number of excitations required for the flight of one ink droplet is completed so that the flight of one ink droplet is realized according to one pixel signal. With these, minute droplets are generated without nozzles, and recording can be performed without ink clogging.

【0029】このようにインク8をドロップ化し弾性部
材7から飛翔させるためには、外部駆動機構12によっ
て印加される駆動周波数は、弾性部材7の共振周波数に
等しいか極近傍でなければならないが、インク8の物性
やインク8と弾性部材7の関係により、しばしば、イン
ク8を含む弾性部材7の共振周波数が弾性部材7のみの
共振周波数からずれる場合があるので、好ましくは、弾
性部材7のみならず弾性部材7に接したインク8を含ん
だ共振周波数を用いたほうがよい。このような共振周波
数をここでは実効共振周波数と呼ぶことにする。また、
システムによっては基板1、振動子2など振動発生機構
を含んだ系での共振周波数を実効共振周波数として用い
る場合がより好ましい場合がある。
In order to drop the ink 8 and fly it from the elastic member 7 as described above, the drive frequency applied by the external drive mechanism 12 must be equal to or very close to the resonance frequency of the elastic member 7. Depending on the physical properties of the ink 8 and the relationship between the ink 8 and the elastic member 7, the resonance frequency of the elastic member 7 including the ink 8 may often deviate from the resonance frequency of the elastic member 7 only. Instead, it is better to use a resonance frequency including the ink 8 in contact with the elastic member 7. Such a resonance frequency will be referred to as an effective resonance frequency here. Also,
Depending on the system, it may be more preferable to use the resonance frequency in the system including the vibration generating mechanism such as the substrate 1 and the vibrator 2 as the effective resonance frequency.

【0030】図3に本発明の第1の実施の形態によるイ
ンクジェット記録ヘッドを複数組み込んだ記録装置の一
例を示す。弾性部材71、72、73は、2つ以上のド
ロップ飛翔可能な実効共振周波数をもつ単独の突起で構
成されている。駆動周波数fAは弾性部材71、72、
73の実効共振周波数の一つであるが、この周波数によ
りインク8はあるドロップ径を持つインクドロップ9a
で飛翔する。また、前記駆動周波数1と異なる駆動周波
数fBも弾性部材7の実効共振周波数であり、この周波
数により記録部材は駆動周波数1印加時のドロップ径よ
りも小さいドロップ9bで飛翔する。
FIG. 3 shows an example of a recording apparatus incorporating a plurality of ink jet recording heads according to the first embodiment of the present invention. The elastic members 71, 72, 73 are each composed of a single protrusion having two or more effective drop resonance frequencies. The driving frequency fA is the elastic members 71, 72,
It is one of the effective resonance frequencies of 73, and the ink 8 has an ink drop 9a having a certain drop diameter due to this frequency.
Fly in. The drive frequency fB different from the drive frequency 1 is also the effective resonance frequency of the elastic member 7, and the frequency causes the recording member to fly with the drop 9b smaller than the drop diameter when the drive frequency 1 is applied.

【0031】このような構成により、印字する画像情報
により濃度が高い部分では、外部駆動機構12は駆動周
波数fAを振動発生機構に送ることで、弾性部材7は大
きいインクドロップ9aを飛翔させ、また、印字する画
像情報により濃度が低い部分では、外部駆動機構12は
駆動周波数fAより高い駆動周波数fBを振動発生機構
に送ることによって、弾性部材7は小さいインクドロッ
プ9bを飛翔させることができ、ドット面積階調による
階調再現により高画質な画像を得ることができる。
With such a configuration, in the portion where the density of the image information to be printed is high, the external driving mechanism 12 sends the driving frequency fA to the vibration generating mechanism, so that the elastic member 7 causes the large ink drop 9a to fly, and The external driving mechanism 12 sends a driving frequency fB higher than the driving frequency fA to the vibration generating mechanism in the portion where the density is low due to the image information to be printed, so that the elastic member 7 can fly the small ink drop 9b, and the dot It is possible to obtain a high-quality image by gradation reproduction by area gradation.

【0032】また、このような構成をとることにより、
図11のような印字を行うときを例にとると、従来の2
値の印字しかできない印字方法と比較して、記録素子の
数も少なく、時刻T1で一度に印字できるので、印字時
間も少なくできる。よって、高画質で高速な記録装置を
安価に提供できる。
Further, by adopting such a configuration,
For example, when printing as shown in FIG.
Compared with a printing method that can only print values, the number of recording elements is small, and printing can be performed at one time at time T1, so the printing time can be shortened. Therefore, a high-quality and high-speed recording device can be provided at low cost.

【0033】以下、各構成部材の材料と具体例について
述べる。基板1に用いられる材料としては黄銅、銅、N
i、ステンレスを初め各種金属が使用できる。つまり剛
性が高く、振動を弾性部材7に伝えられるものであれば
よく、金属を用いない場合はセラミックなどでもよい
し、それらを合わせたものでもよい。
The materials and specific examples of each component will be described below. The material used for the substrate 1 is brass, copper, N
Various metals such as i and stainless steel can be used. That is, as long as the rigidity is high and the vibration can be transmitted to the elastic member 7, ceramic may be used when metal is not used, or a combination thereof may be used.

【0034】振動子2で最も重要な圧電体3は、圧電基
板で構成しても、圧電薄膜で構成してもよい。また、圧
電体は単層で構成されても、多層で構成されてもよい。
圧電体3としては、水晶、PZT、チタン酸バリウムB
aTiO3、ニオブ酸鉛PbNb26、ビスマスゲルマ
ネイトBi12GeO20、ニオブ酸リチウムLiNb
3、タンタル酸リチウムLiTaO3などの多結晶体や
単結晶体、またはZnOやAlNなどの圧電薄膜、また
はポリ尿素、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)やPV
DFの共重合体などの圧電性高分子、またはPZTなど
の無機圧電物質と圧電性高分子との複合体などを用いる
ことができる。もちろん、インクジェット記録ヘッドを
設計する際に設定する駆動周波数に応じて、最適な圧電
材料を選択しなければならない。印加する交流の周波数
が数10kHzから1MHzの間であれば、PZTのよ
うなセラミックでもよいが、より高い周波数で駆動する
場合にはZnOなどのように高周波に対応する圧電薄膜
などを選択しなければならない。いずれにしろ、安定
し、かつ十分な振動を振動子2にもたせられる振動特性
を持つものである必要がある。なお、振動子2を構成す
る圧電材料自体で弾性部材7を形成してもよい。また、
振動子2がインク8に接し、ショートする可能性がある
場合は、各種絶縁材料による絶縁保護膜10をつけると
よい。
The most important piezoelectric body 3 of the vibrator 2 may be a piezoelectric substrate or a piezoelectric thin film. The piezoelectric body may be composed of a single layer or multiple layers.
As the piezoelectric body 3, quartz, PZT, barium titanate B
aTiO 3 , lead niobate PbNb 2 O 6 , bismuth germanate Bi 12 GeO 20 , lithium niobate LiNb
Polycrystalline or single crystalline materials such as O 3 and lithium tantalate LiTaO 3 , piezoelectric thin films such as ZnO and AlN, polyurea, PVDF (polyvinylidene fluoride) and PV
A piezoelectric polymer such as a DF copolymer or a composite of an inorganic piezoelectric substance such as PZT and a piezoelectric polymer can be used. Of course, the optimum piezoelectric material must be selected according to the drive frequency set when designing the inkjet recording head. A ceramic such as PZT may be used as long as the frequency of the applied alternating current is between several tens of kHz and 1 MHz, but when driving at a higher frequency, a piezoelectric thin film such as ZnO that supports high frequencies must be selected. I have to. In any case, it is necessary to have a vibration characteristic that allows stable and sufficient vibration to be applied to the vibrator 2. The elastic member 7 may be formed of the piezoelectric material itself that forms the vibrator 2. Also,
When the vibrator 2 may come into contact with the ink 8 and cause a short circuit, an insulating protective film 10 made of various insulating materials may be attached.

【0035】この振動子2を振動させるために外部駆動
機構12から振動子2に印加される信号は、図2に示す
ように実効共振周波数を1周期とする波形が少なくとも
1つ以上連なった波形信号を持ち、これらを印字周波数
の周期で断続的に印加するバースト波を用いる。ただ
し、バースト波は、図示した矩形波に限らず、サイン波
や三角波でもよい。
A signal applied to the vibrator 2 from the external drive mechanism 12 to vibrate the vibrator 2 is a waveform in which at least one waveform having an effective resonance frequency as one cycle is continuous as shown in FIG. A burst wave that has signals and is applied intermittently at the cycle of the printing frequency is used. However, the burst wave is not limited to the illustrated rectangular wave and may be a sine wave or a triangular wave.

【0036】弾性部材7の材料としてはシアノアクリレ
ート系樹脂やエポキシ系樹脂、またはフッ素系樹脂など
の各種樹脂を用いることができる。また、SiO2,S
iONまたはSiNや、AlNや、Al23などといっ
た各種無機材料で弾性体部材7を形成してもよい。ま
た、Al、Fe、Ti、Cr、Au、Mo、TiWな
ど、またはそれらの各種合金で弾性体部材7を形成して
もよい。ただし、各種樹脂や金属と異なり、インク8と
接する間に腐食しないように、SiO2などの無機膜
で、それらの表面を保護することが望ましい。もちろ
ん、樹脂、無機材料および金属のうち、2つ以上の材料
を用いてもよい。また、振動エネルギーが効率的に伝搬
できるなら、弾性部材7の先端部と底部を別な材料で構
成してもよい。
As the material of the elastic member 7, various resins such as cyanoacrylate resin, epoxy resin, and fluorine resin can be used. In addition, SiO 2 , S
The elastic member 7 may be formed of various inorganic materials such as iON, SiN, AlN, and Al 2 O 3 . Further, the elastic body member 7 may be formed of Al, Fe, Ti, Cr, Au, Mo, TiW or the like, or various alloys thereof. However, unlike various resins and metals, it is desirable to protect their surface with an inorganic film such as SiO 2 so as not to corrode during contact with the ink 8. Of course, two or more materials may be used among resins, inorganic materials and metals. Further, if the vibration energy can be efficiently propagated, the tip and bottom of the elastic member 7 may be made of different materials.

【0037】また、本実施の形態によるインクジェット
記録ヘッドでは、単一の微小インクドロップを安定的に
吐出させる上で、弾性部材7の形状と、弾性体部材7の
先端7aとインク表面8aとの相対的な位置関係が重要
である。以下に、これらを詳細に示す。
Further, in the ink jet recording head according to the present embodiment, in order to stably eject a single minute ink drop, the shape of the elastic member 7, the tip 7a of the elastic member 7 and the ink surface 8a are formed. Relative positional relationship is important. These are shown in detail below.

【0038】弾性部材7の形状について図4を用いて説
明する。図4(a)〜(g)は弾性部材として適するも
のを側面から見た断面形状の例である。図4(h)は弾
性部材として適するものを斜視図として示したものであ
る。弾性部材7は、先端7aを含む先端部の曲げこわさ
を固定端部(基端部)より小さくすることが好ましい。
これにより、弾性部材7の先端近傍でより効率よく曲げ
振動の振幅を得ることができる。曲げこわさは、弾性部
材7の(断面2次モーメント)×(ヤング率)で表され
る。従って、曲げ振動が生じる振幅方向の幅が基端部か
ら先端部まで一様な図4(a)を基本として、基端部よ
り先端部の方の曲げこわさを小さくするために図4
(b)、(c)、(e)、(f)、(g)、(h)のよ
うに、弾性部材7の基端部の曲げ振動が生じる振幅方向
の幅よりも、先端部の曲げ振動が生じる振幅方向の幅を
小さくする、または、基端部の曲げ振動が生じる振幅方
向と垂直な方向の幅よりも、先端部の曲げ振動が生じる
振幅方向と垂直な方向の幅を小さくすることが望まし
い。同様に、弾性部材7の基端部に使用する材質よりも
柔らかい材質を先端部に使用することによってもこれを
実現できる。
The shape of the elastic member 7 will be described with reference to FIG. FIGS. 4A to 4G are examples of cross-sectional shapes when viewed from the side, which are suitable as the elastic member. FIG. 4 (h) is a perspective view showing a suitable elastic member. In the elastic member 7, it is preferable that the bending stiffness of the tip portion including the tip 7a is smaller than that of the fixed end portion (base end portion).
As a result, the bending vibration amplitude can be obtained more efficiently near the tip of the elastic member 7. The bending stiffness is represented by (second moment of area) × (Young's modulus) of the elastic member 7. Therefore, on the basis of FIG. 4A in which the width in the amplitude direction where bending vibration occurs is uniform from the base end to the tip, in order to reduce the bending stiffness of the tip from the base, FIG.
As in (b), (c), (e), (f), (g), and (h), the bending of the distal end portion is larger than the width in the amplitude direction in which bending vibration of the proximal end portion of the elastic member 7 occurs. Decrease the width in the amplitude direction in which vibration occurs, or make the width in the direction perpendicular to the amplitude direction in which bending vibration occurs at the tip end smaller than the width in the direction perpendicular to the amplitude direction in which bending vibration occurs at the base end. Is desirable. Similarly, this can be achieved by using a material that is softer than the material used for the base end of the elastic member 7 for the tip.

【0039】また、弾性部材7の先端部は曲げ振動が生
じる振幅方向と垂直な方向の形状が先鋭状に形成される
のが好ましい。これにより、キャピラリ波が生成される
領域を限定することができ、1滴ドロップをより安定に
吐出することが可能になる。さらに、弾性部材7は、図
4(d)、(e)、(f)、(g)、(h)のように、
弾性部材7の基端部側と先端7aを別部材あるいは別材
料で構成してもよい。これにより、上記曲げこわさを所
定の値に形成したり、先鋭状の先端7aを高精度に形成
する上で、設計の自由度が広がり、作製方法の選択範囲
を拡大することもできる。その結果、より高精度のデバ
イスをより低価格で作製することが可能になる。
Further, it is preferable that the tip of the elastic member 7 is formed in a sharp shape in a direction perpendicular to the amplitude direction in which bending vibration occurs. As a result, it is possible to limit the region where the capillary wave is generated, and it is possible to more stably eject one drop. Further, the elastic member 7 is, as shown in FIGS. 4 (d), (e), (f), (g) and (h),
The proximal end portion side and the distal end 7a of the elastic member 7 may be made of different members or different materials. As a result, in forming the bending stiffness to a predetermined value or forming the sharpened tip 7a with high accuracy, the degree of freedom in design can be expanded and the selection range of the manufacturing method can be expanded. As a result, it becomes possible to manufacture a device with higher precision at a lower price.

【0040】さらに、弾性部材7は、図4(g)に示す
ように、先端7aが複数の部材7b、7cで構成されて
もよい。部材7b、7cは共振周波数が異なるよう形成
されており、駆動周波数を切り替えることによって、大
きさの異なるドロップを吐出することができるものであ
る。この場合、図4(h)に示すように、先端7b、7
cを弾性部材7の奥行き方向に1列に配置してもよい。
Further, as shown in FIG. 4 (g), the elastic member 7 may have a tip 7a composed of a plurality of members 7b and 7c. The members 7b and 7c are formed so as to have different resonance frequencies, and by switching the driving frequency, it is possible to eject drops of different sizes. In this case, as shown in FIG. 4 (h), the tips 7b, 7
The c may be arranged in one row in the depth direction of the elastic member 7.

【0041】弾性部材7とインク表面8aとの相対的な
位置関係については、本実施の形態によってインク表面
8a上にキャピラリ波を発生させ単一の微小インクドロ
ップを吐出させる上で、図5(a)に示すように少なく
とも弾性部材7の曲げ振動の振動方向のインク厚が、イ
ンク8と弾性部材7の濡れと重力の効果により、数μm
〜数百μmに形成されるように、インク8を弾性部材7
に配置させることが重要である。なぜなら、図5
(b)、(c)のように弾性体部材7がインク8に埋没
するような構成にすると、液厚が厚すぎてキャピラリ波
を発生させることが困難となる。また、吐出可能なエネ
ルギーを与えるとインクの供給過多でドロップが大きく
なってしまい望ましくない。
The relative positional relationship between the elastic member 7 and the ink surface 8a is shown in FIG. 5 when a capillary wave is generated on the ink surface 8a to eject a single minute ink drop according to this embodiment. As shown in a), at least the ink thickness of the elastic member 7 in the vibration direction of the bending vibration is several μm due to the wetting of the ink 8 and the elastic member 7 and the effect of gravity.
The ink 8 is applied to the elastic member 7 so that
It is important to place them in. Because Figure 5
When the elastic member 7 is embedded in the ink 8 as shown in (b) and (c), the liquid thickness becomes too thick and it becomes difficult to generate a capillary wave. In addition, if the energy that can be ejected is applied, the amount of ink is excessively supplied, which causes a large drop, which is not desirable.

【0042】なお、弾性体部材7の表面が、インクと適
度なヌレ性を有することも、安定したキャピラリ波を形
成させ、安定したインクドロップを吐出させる上で重要
である。弾性体部材7の表面がインクとヌレにくいと、
供給方法によってはその先端7aへのインク供給が困難
になりやすいからである。インクとのヌレ性に関して
は、弾性体部材7の表面状態をインクに対応するように
制御してもよいし、弾性体部材7の表面に合わせてイン
ク物性を制御してもよい。
The fact that the surface of the elastic member 7 has a proper wetting property with the ink is also important for forming a stable capillary wave and ejecting a stable ink drop. If the surface of the elastic member 7 does not easily get wet with ink,
This is because it may be difficult to supply the ink to the tip 7a depending on the supply method. Regarding the wettability with the ink, the surface state of the elastic member 7 may be controlled so as to correspond to the ink, or the physical properties of the ink may be controlled according to the surface of the elastic member 7.

【0043】また、図1、3に示した構成例は、弾性部
材7の両側にインクが充填およびインク表面が形成され
ているが、これに限らず図6(a)に示すように弾性部
材7の片側だけにインク8の充填およびインク8の表面
が形成されていてもよい。
Further, in the configuration examples shown in FIGS. 1 and 3, the ink is filled and the ink surface is formed on both sides of the elastic member 7. However, the present invention is not limited to this, and the elastic member as shown in FIG. 6A is used. The filling of the ink 8 and the surface of the ink 8 may be formed on only one side of 7.

【0044】更に、図6(b)、(c)、(d)に示す
ように、重力が作用している方向に直交する角度もしく
は任意の角度に傾けてもよく、さらに、図6(e)に示
すように弾性部材7は振動子2の面方向に垂直以外の角
度をもって接続されていてもよい。
Further, as shown in FIGS. 6 (b), 6 (c) and 6 (d), it may be tilted at an angle orthogonal to the direction in which gravity acts, or at an arbitrary angle. ), The elastic member 7 may be connected to the surface of the vibrator 2 at an angle other than perpendicular.

【0045】また、この実施の形態では、ドロップ径を
規定するためにノズルを用いる必要はないが、インク液
面を安定化させたり、インクの乾燥を抑制するために、
吐出ドロップ径より大きな開口を持つものであれば、な
んらかの部材がインク表面8aの一部に配置されていて
もよい。
Further, in this embodiment, it is not necessary to use a nozzle for defining the drop diameter, but in order to stabilize the ink liquid surface and suppress the drying of the ink,
Some member may be disposed on a part of the ink surface 8a as long as it has an opening larger than the ejection drop diameter.

【0046】そして、本実施の形態では実際に使用する
駆動周波数域内に実効共振周波数を少なくとも2つ以上
持つように、弾性部材7の材料、物性、サイズを選ぶこ
とが重要である。
In the present embodiment, it is important to select the material, physical properties and size of the elastic member 7 so as to have at least two effective resonance frequencies within the actually used driving frequency range.

【0047】ここで、実際に使用する駆動周波数域は、
インクジェット記録ヘッドの仕様や振動子の性能によ
り、駆動周波数の下限はドロップ飛翔のバースト波の長
さやドロップ飛翔の間隔である印字周波数によって決ま
り、上限は振動子2の共振周波数や性能限界、駆動周波
数が高周波数になると大きくなるエネルギーロス等を鑑
みて決定されるものである。
Here, the drive frequency range actually used is
Depending on the specifications of the inkjet recording head and the performance of the vibrator, the lower limit of the drive frequency is determined by the length of the burst wave of the drop flight and the print frequency which is the interval of the drop flight, and the upper limit is the resonance frequency of the vibrator 2, the performance limit, and the drive frequency. Is determined in consideration of energy loss and the like which become large at high frequencies.

【0048】その駆動周波数域の中で弾性部材7自体の
共振周波数を所望の値になるようにするには、適切な材
料、サイズ、形状を選択する。すなわち、複数の異なる
次数iに対して所望の共振周波数を持つように、弾性
率、断面2次モーメント、密度、梁の長さ、幅、厚さ、
形を調整する。もちろん、インク8を充填することによ
って実効共振周波数が共振周波数とずれる場合は、この
実効共振周波数に一致するように作成することが重要で
ある。
In order to bring the resonance frequency of the elastic member 7 itself to a desired value within the driving frequency range, an appropriate material, size and shape are selected. That is, the elastic modulus, the second moment of area, the density, the length, the width, the thickness of the beam, the desired resonance frequency for a plurality of different orders i,
Adjust the shape. Of course, when the effective resonance frequency deviates from the resonance frequency by filling the ink 8, it is important to make it so as to match the effective resonance frequency.

【0049】この例では、振動子2にセラミック圧電素
子を使用した。使用した圧電素子は20Hzから500
KHzがエネルギーロスが少なく実用的な周波数域をも
つ。この実用周波数域のなかに、振動子2はそれぞれ、
90.5kHz、162.3kHz、195.6kH
z、302.0kHz、440.3kHz、540.8
kHzで共振周波数を有することが測定によりわかっ
た。
In this example, a ceramic piezoelectric element is used for the vibrator 2. The piezoelectric element used is 20 Hz to 500
KHz has a practical frequency range with little energy loss. In this practical frequency range, the vibrator 2 is
90.5kHz, 162.3kHz, 195.6kHz
z, 302.0 kHz, 440.3 kHz, 540.8
Measurements have shown to have a resonant frequency at kHz.

【0050】弾性部材に厚さ7μmのSUSを1052
μm×486μmに成型した箔を用い、インク8を含め
た実効共振周波数を測定した結果、5.2kHz、2
4.1kHz、32.6kHz、77.8kHz、9
0.5kHz、147.3kHz、162.3kHz、
182.1kHz、195.6kHz、215.5kH
z、240.2kHz、295.3kHz、302.0
kHz、309.2kHz、340.0kHz、40
6.2kHz、442.2kHzの共振周波数を持つこ
とがわかった。
SUS 1052 having a thickness of 7 μm is formed on the elastic member.
As a result of measuring the effective resonance frequency including the ink 8 using a foil molded to a size of μm × 486 μm, 5.2 kHz, 2
4.1kHz, 32.6kHz, 77.8kHz, 9
0.5 kHz, 147.3 kHz, 162.3 kHz,
182.1 kHz, 195.6 kHz, 215.5 kHz
z, 240.2 kHz, 295.3 kHz, 302.0
kHz, 309.2 kHz, 340.0 kHz, 40
It was found that the resonant frequencies were 6.2 kHz and 442.2 kHz.

【0051】よって、振動子2の共振周波数とインク8
を含んだ弾性部材7の持つ実効共振周波数が一致してい
る90.5kHz、162.3kHz、195.6kH
z、302.0kHzの周波数を用いて、印字した所、
それぞれ、被記録体上で103μm、82μm、43μ
m、21μmの大きさが異なる印字を行うことができ
た。
Therefore, the resonance frequency of the vibrator 2 and the ink 8
90.5kHz, 162.3kHz, 195.6kHz in which the effective resonance frequencies of the elastic member 7 including
z, the place printed using the frequency of 302.0 kHz,
103μm, 82μm, 43μ on the recording medium, respectively
It was possible to print with different sizes of m and 21 μm.

【0052】このように駆動周波数により、大きさの異
なるドロップを飛翔させることができ、階調表現が可能
となり、従来の1種類の大きさのドロップしか飛翔させ
ることができなかったインクジェット記録ヘッドに比べ
て階調再現性に優れた高画質な画像を提供できる。
As described above, by using the driving frequency, it is possible to fly drops of different sizes, gradation expression becomes possible, and the conventional ink jet recording head which can fly only one kind of drop size. In comparison, it is possible to provide a high-quality image with excellent gradation reproducibility.

【0053】次に、本発明の第2の実施の形態によるイ
ンクジェット記録ヘッドを図7を用いて説明する。第1
の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドと共通す
る構成要素は同一の符号で示している。本実施の形態で
は1画素を形成するために少なくとも2つ以上の弾性部
材が割当てられる。お互いの弾性部材はそれぞれの異な
る実効共振周波数をもつ駆動周波数で駆動され、形成さ
れるドロップ径も異なる。印字する画像情報により濃度
が高い部分では、外部駆動機構12は駆動周波数faを
振動発生機構に送ることで、弾性部材7aは大きいイン
クドロップ9aを飛翔させ、また、印字する画像情報に
より濃度が低い部分では、外部駆動機構12は駆動周波
数fbを振動発生機構に送ることによって、弾性部材7
aと異なる弾性部材7bは小さいインクドロップ9bを
飛翔させることができ、ドットの面積階調による階調再
現により高画質な画像を得ることができる。
Next, an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First
The same components as those of the inkjet recording head according to the embodiment are shown by the same reference numerals. In this embodiment, at least two or more elastic members are assigned to form one pixel. The elastic members are driven at driving frequencies having different effective resonance frequencies, and the formed drop diameters are also different. In a portion where the image information to be printed has a high density, the external driving mechanism 12 sends the driving frequency fa to the vibration generating mechanism so that the elastic member 7a causes the large ink drop 9a to fly and the image information to be printed causes the density to be low. In part, the external drive mechanism 12 sends the drive frequency fb to the vibration generating mechanism, whereby the elastic member 7
The elastic member 7b different from a can fly a small ink drop 9b, and a high quality image can be obtained by gradation reproduction by dot area gradation.

【0054】本実施の形態でも、振動発生機構、弾性部
材7a、7bには先の例と同じ材料が使用できる。この
例の特徴は、画像を構成する最小単位の1画素に対し異
なる弾性部材を割当てていることである。すなわち、基
板1上に配置された異なる弾性部材7aおよび弾性部材
7bはそれぞれ異なる実効共振周波数faおよび実効共
振周波数fbをもつ。実効共振周波数faに等しい駆動
周波数が与えられたとき、弾性部材7aはある大きさの
ドロップを飛翔させることができる。また、実効共振周
波数fbに等しい駆動周波数が与えられたとき、弾性部
材7bは異なる大きさのドロップを飛翔させることがで
きる。よって、先の例でも説明したように従来の印字記
録装置と比べて、少ない記録素子数、短い記録時間で印
字することができる。
Also in this embodiment, the same material as in the previous example can be used for the vibration generating mechanism and the elastic members 7a and 7b. The feature of this example is that different elastic members are assigned to one pixel which is the minimum unit that constitutes an image. That is, the different elastic members 7a and 7b arranged on the substrate 1 have different effective resonance frequencies fa and fb, respectively. When a drive frequency equal to the effective resonance frequency fa is given, the elastic member 7a can fly a drop of a certain size. Further, when a drive frequency equal to the effective resonance frequency fb is given, the elastic member 7b can fly drops of different sizes. Therefore, as described in the previous example, it is possible to print with a smaller number of recording elements and a shorter recording time as compared with the conventional print recording apparatus.

【0055】更には、先に示したような弾性部材が1つ
で構成されている例では、異なるインクドロップを吐出
させるために一つの駆動周波数を与えた後、次の駆動周
波数を与えるには、弾性部材の残振動が収まるまで待つ
必要がある。しかし、本実施の形態では複数の異なる弾
性部材を持つので、一つの弾性部材から吐出させた後、
別の弾性部材を用いればよい。従って、すぐに駆動周波
数を与えることができ、結果として印字速度を早くでき
る。
Further, in the example in which one elastic member is formed as described above, in order to give the next driving frequency after giving one driving frequency to eject different ink drops. It is necessary to wait until the residual vibration of the elastic member subsides. However, since this embodiment has a plurality of different elastic members, after discharging from one elastic member,
Another elastic member may be used. Therefore, the drive frequency can be immediately applied, and as a result, the printing speed can be increased.

【0056】本実施の形態の弾性部材は互いに、材料や
サイズ、形状すなわち弾性率、断面2次モーメント、密
度、梁の長さ、幅、厚さ、形のうちのどれかもしくは複
数の組合せを異ならせることにより実現できる。
The elastic members of this embodiment are made of materials, sizes, shapes, that is, elastic moduli, second moments of area, densities, beam lengths, widths, thicknesses, shapes, or combinations thereof. It can be realized by making them different.

【0057】このとき、それぞれの弾性部材はそれぞれ
各次数の共振周波数をもつが、複数で構成される弾性部
材において、その中の少なくとも1組の弾性部材が共通
した共振周波数をもち、その共振周波数が一つの弾性部
材を実際に駆動する共振周波数であっても、その駆動共
振周波数を与えられたときに他の弾性部材からインクが
飛ばない範囲であれば同じ共振周波数を共有してもかま
わない。ただし、クロストークなどを少なくするため、
一つの弾性部材の実効共振周波数のいずれの一つも残り
の弾性部材の実効共振周波数と等しくないことが望まし
い。さらに、異なる実効共振周波数が整数倍の関係であ
ると共振を起こしやすくなるので一つの弾性部材の実効
共振周波数の中でいずれの一つの周波数の整数倍の周波
数に残りの弾性部材の実効共振周波数が等しくないこと
がより望ましい。
At this time, each elastic member has a resonance frequency of each order, but in a plurality of elastic members, at least one set of elastic members has a common resonance frequency, and the resonance frequency is the same. Even if it is the resonance frequency that actually drives one elastic member, the same resonance frequency may be shared as long as the drive resonance frequency is applied and ink does not fly from other elastic members. . However, to reduce crosstalk,
It is desirable that none of the effective resonance frequencies of one elastic member is equal to the effective resonance frequencies of the remaining elastic members. Furthermore, if different effective resonance frequencies are in an integral multiple relationship, resonance is likely to occur.Therefore, among the effective resonance frequencies of one elastic member, the effective resonance frequency of the remaining elastic member becomes a frequency that is an integer multiple of any one frequency. It is more desirable that the are not equal.

【0058】図7に示す例は、1画素に対応した2種類
の弾性部材7a、7bの例を示しているが、上述した条
件を満たせば図8に示すように2種類のみならず、3種
類以上の組合せでもよい。また、それぞれの弾性部材7
の形状は、先の例で示したように図4の形状がすべて使
用できる。また、図7に示す例では、1画素に対応した
2種類の弾性部材7a、7bは隣接されているが、これ
らは1画素に割当てられていれば離れて設置されていて
もよい。
The example shown in FIG. 7 shows an example of two kinds of elastic members 7a and 7b corresponding to one pixel, but if the above-mentioned conditions are satisfied, not only two kinds as shown in FIG. Combinations of more than one type may be used. Also, each elastic member 7
4 can be all the shapes shown in FIG. 4 as shown in the previous example. Further, in the example shown in FIG. 7, the two types of elastic members 7a and 7b corresponding to one pixel are adjacent to each other, but they may be installed separately if they are assigned to one pixel.

【0059】以上、主な2つの実施の形態を示したが、
もちろんこの2つの実施の形態を組み合せたものでもよ
い。すなわち、1画素に対応して、実効共振周波数のこ
となる複数種の弾性部材を持ち、更に、その1つ1つの
弾性部材が、異なる実効共振周波数で大きさの異なるイ
ンクドロップを吐出させることができる構成にすると、
インクドロップの大きさをより広く振ることができるの
で、より高階調の印字を行うことができる。
The two main embodiments have been described above.
Of course, a combination of these two embodiments may be used. That is, a plurality of types of elastic members having different effective resonance frequencies are provided corresponding to one pixel, and each of the elastic members can eject ink drops of different sizes at different effective resonance frequencies. With a configuration that allows
Since the size of the ink drop can be varied more widely, higher gradation printing can be performed.

【0060】次に上記2つの実施の形態によるインクジ
ェット記録ヘッドを組み込んだ記録装置について説明す
る。図9は異なる共振周波数で、異なる大きさのドロッ
プを吐出する単独の突起を用いた記録装置33の一例を
示す図である。
Next, a recording apparatus incorporating the ink jet recording head according to the above two embodiments will be described. FIG. 9 is a diagram showing an example of a recording device 33 using a single protrusion that ejects drops of different sizes at different resonance frequencies.

【0061】この例では、500μmの厚さの黄銅から
なる基板1上に、1μmの厚さのAg電極4を堆積後、
パターンニングし、続いて、100μmの厚さのPZT
(ジルコン酸・チタン酸鉛)からなる圧電セラミック薄
膜3を堆積後、パターンニングし、さらに、0.05μ
mの厚さのCrと1μmの厚さのAuの2層からなる電
極5を堆積後、パターンニングして、振動子2を形成す
る。
In this example, after the Ag electrode 4 having a thickness of 1 μm is deposited on the substrate 1 made of brass having a thickness of 500 μm,
Patterned, then 100 μm thick PZT
After depositing the piezoelectric ceramic thin film 3 made of (zirconic acid / lead titanate), patterning is performed, and further, 0.05 μm
After depositing an electrode 5 consisting of two layers of Cr having a thickness of m and Au having a thickness of 1 μm, patterning is performed to form the vibrator 2.

【0062】PZTからなる圧電セラミック薄膜3は、
分極処理して、電極4,5間に電圧が印加されたとき、
その膜面に垂直な方向に振動するようにする。電極4
は、各振動子2に共通するコモン電極であり、電極5
は、特定の振動子のみを振動させるためのアドレス電極
である。
The piezoelectric ceramic thin film 3 made of PZT is
When polarization is applied and a voltage is applied between the electrodes 4 and 5,
It vibrates in the direction perpendicular to the film surface. Electrode 4
Is a common electrode common to each transducer 2, and the electrode 5
Is an address electrode for vibrating only a specific vibrator.

【0063】さらに、圧電セラミック薄膜3および電極
4,5からなる振動子2を、1μmの厚さのSiO2
どからなる保護膜10で被覆した。作成した基板を含む
圧電セラミック薄膜をインピーダンスアナライザにより
測定した結果、20Hzから500KHzがエネルギー
ロスが少なく実用的な周波数域をもち、その駆動周波数
域の中に90.5kHz、162.3kHz、195.
6kHz、302.0kHz、440.3kHz、54
0.8kHzの共振周波数を持つことが分かった。
Further, the vibrator 2 composed of the piezoelectric ceramic thin film 3 and the electrodes 4 and 5 was covered with a protective film 10 composed of SiO 2 having a thickness of 1 μm. As a result of measuring the piezoelectric ceramic thin film including the created substrate with an impedance analyzer, 20 Hz to 500 KHz has a practical frequency range with little energy loss, and 90.5 kHz, 162.3 kHz, 195.
6 kHz, 302.0 kHz, 440.3 kHz, 54
It was found to have a resonant frequency of 0.8 kHz.

【0064】続いて、各振動子2上に、弾性体部材7と
して厚さ7μmのSUSを高さ1052μm×幅486
μmの三角形状にレーザー切断して、エポキシ接着剤を
用い設置した。作製されたインクジェット記録ヘッド
は、支持部21により筐体100内に固定され、信号接
続コネクタ103と振動子2とが電気的に接続される。
また筐体100のインク吐出側面は、インク室構成部材
28が取り付けられている。
Subsequently, a SUS having a thickness of 7 μm is formed as an elastic member 7 on each vibrator 2 in a height of 1052 μm × width of 486.
It was laser-cut into a triangular shape of μm and set using an epoxy adhesive. The manufactured ink jet recording head is fixed in the housing 100 by the support portion 21, and the signal connection connector 103 and the vibrator 2 are electrically connected.
An ink chamber constituent member 28 is attached to the ink ejection side surface of the housing 100.

【0065】筐体100下方には、インク供給室6が設
けられ、インク供給口104から供給されたインクは、
インク供給室6からフィルタ102を介してインク室側
に供給される。そして、弾性体部材7の先端7aをぬら
すインク8の厚みが50μmとなるように図示しない圧
力供給機構をつかってインク供給口104から加圧し
た。
The ink supply chamber 6 is provided below the housing 100, and the ink supplied from the ink supply port 104 is
It is supplied from the ink supply chamber 6 to the ink chamber side via the filter 102. Then, pressure was applied from the ink supply port 104 using a pressure supply mechanism (not shown) so that the thickness of the ink 8 for wetting the tip 7a of the elastic member 7 would be 50 μm.

【0066】ここでインピーダンスアナライザによりイ
ンク8を含んだ弾性部材7の実効共振周波数を測定し
た。すると、弾性部材7は5.2kHz、24.1kH
z、32.6kHz、77.8kHz、90.5kH
z、147.3kHz、162.3kHz、182.1
kHz、195.6kHz、215.5kHz、24
0.2kHz、295.3kHz、302.0kHz、
309.2kHz、340.0kHz、406.2kH
z、442.2kHzの実効共振周波数を持つことが分
かった。
Here, the effective resonance frequency of the elastic member 7 containing the ink 8 was measured by an impedance analyzer. Then, the elastic member 7 has a frequency of 5.2 kHz, 24.1 kHz.
z, 32.6 kHz, 77.8 kHz, 90.5 kHz
z, 147.3 kHz, 162.3 kHz, 182.1
kHz, 195.6 kHz, 215.5 kHz, 24
0.2 kHz, 295.3 kHz, 302.0 kHz,
309.2 kHz, 340.0 kHz, 406.2 kHz
It was found to have an effective resonant frequency of z, 442.2 kHz.

【0067】そこで、外部駆動機構12を用いて、基板
1を含む振動子2の共振周波数とインク8を含んだ弾性
部材7の持つ実効共振周波数が一致している90.5k
Hzの周波数を持ちこの波が5回繰りかえされるバース
ト波を振動子2に印加したところ、弾性部材7からイン
ク8がドロップとなって吐出し被記録体36上で直径1
03μmのドットを形成した。次にやはり共通の周波数
である162.3kHzの周波数を持ちこの波が5回繰
りかえされるバースト波を振動子2に印加したところ、
弾性部材7からインク8がドロップとなって吐出し被記
録体36上で直径82μmのドットを形成した。同様
に、195.6kHz、302.0kHzの周波数を用
いて印字した所、それぞれ被記録体36上で43μm、
21μmの大きさが異なるドットを印字することができ
た。
Therefore, by using the external drive mechanism 12, the resonance frequency of the vibrator 2 including the substrate 1 and the effective resonance frequency of the elastic member 7 including the ink 8 are equal to each other 90.5 k.
When a burst wave having a frequency of Hz and repeating this wave 5 times is applied to the vibrator 2, the ink 8 is ejected as a drop from the elastic member 7 and has a diameter of 1 on the recording medium 36.
A dot of 03 μm was formed. Next, when a burst wave having a frequency of 162.3 kHz which is also a common frequency and this wave is repeated 5 times is applied to the vibrator 2,
The ink 8 was discharged as drops from the elastic member 7 to form dots having a diameter of 82 μm on the recording medium 36. Similarly, when printed using the frequencies of 195.6 kHz and 302.0 kHz, 43 μm on the recording medium 36,
It was possible to print dots having different sizes of 21 μm.

【0068】そこで、画像情報により濃度を4段階にわ
け、濃度が最も高いところでは90.5kHzのバース
ト波を、そして薄くなるに従って162.3kHz、1
95.6kHz、302.0kHz、のバースト波を発
生するように、外部駆動機構12をプログラミングし、
実際に印字させたところ、従来のように1つの駆動周波
数で2値で印字した画像に比べ階調再現性が豊かな高画
質の印字画像を得ることができた。
Therefore, the density is divided into four levels according to the image information, a burst wave of 90.5 kHz is generated at the highest density, and 162.3 kHz and 1 as the lightness decreases.
Programming the external drive mechanism 12 to generate a burst wave of 95.6 kHz, 302.0 kHz,
When actually printed, it was possible to obtain a high-quality printed image with rich gradation reproducibility as compared with the conventional binary printed image with one driving frequency.

【0069】さらに、同じ数の記録素子をもち同じ解像
度の印字ができ被記録体上で20μmのドット径のみ印
字できるインクジェット記録ヘッドと比較してみると、
印字速度が2から3倍早くなった。これは濃度の高い領
域の印字に必要なドロップ吐出回数が、20μmのドッ
ト径のみしか印字できない従来の装置に比べ、一吐出で
103μmのドット径を形成できる本実施の形態のイン
クジェット記録ヘッドでは格段に少なくなるからであ
る。
Further, when compared with an ink jet recording head having the same number of recording elements and capable of printing with the same resolution and capable of printing only a dot diameter of 20 μm on a recording medium,
Printing speed is 2-3 times faster. This is significantly different in the ink jet recording head of the present embodiment, which can form a dot diameter of 103 μm with one discharge, as compared with a conventional apparatus that can print only a dot diameter of 20 μm, which is necessary for printing a high density area. Because it will be less.

【0070】また、この例では、ノズルをインク表面に
配置していないため、ノズル内およびその周辺へのイン
クの固着はもちろんなく、微小ドロップを安定して吐出
させることができた。また、駆動周波数も低いので、発
熱もなく、インク8の粘度変化や固化といった問題も生
じなかった。なお、以下の例でも同様であるが、弾性体
部材7が先鋭状ではなく、板状または針状の先端部を有
するものについても、同様の結果が得られた。
Further, in this example, since the nozzles are not arranged on the ink surface, it is possible to eject the microdrops stably without needing to fix the ink in and around the nozzles. Further, since the driving frequency is low, there is no heat generation, and there is no problem such as viscosity change or solidification of the ink 8. Similar results were obtained in the following examples, but similar results were obtained when the elastic member 7 had a plate-shaped or needle-shaped tip instead of the sharpened shape.

【0071】図10に本発明の実施の形態によるインク
ジェット記録ヘッドを組み込んだ記録装置の別の例を示
す。この例では、500μmの厚さの黄銅からなる基板
1上に、1μmの厚さのAg電極4を堆積後、パターン
ニングし、続いて、100μmの厚さのPZT(ジルコ
ン酸チタン酸鉛)からなる圧電セラミック薄膜3を堆積
後、パターンニングし、さらに、0.05μmの厚さの
Crと1μmの厚さのAuの2層からなる電極5を堆積
後、パターンニングして、振動子2を形成する。
FIG. 10 shows another example of a recording apparatus incorporating the ink jet recording head according to the embodiment of the present invention. In this example, a substrate 1 made of brass having a thickness of 500 μm is deposited with a Ag electrode 4 having a thickness of 1 μm and then patterned, and then, a PZT (lead zirconate titanate zirconate) layer having a thickness of 100 μm is formed. The piezoelectric ceramic thin film 3 is deposited and then patterned, and the electrode 5 composed of two layers of 0.05 μm thick Cr and 1 μm Au is deposited and patterned to form the vibrator 2. Form.

【0072】PZTからなる圧電セラミック薄膜3は、
分極処理して、電極4,5間に電圧が印加されたとき、
その膜面に垂直な方向に振動するようにする。電極4
は、各振動子2に共通するコモン電極であり、電極5
は、特定の振動子のみを振動させるためのアドレス電極
である。
The piezoelectric ceramic thin film 3 made of PZT is
When polarization is applied and a voltage is applied between the electrodes 4 and 5,
It vibrates in the direction perpendicular to the film surface. Electrode 4
Is a common electrode common to each transducer 2, and the electrode 5
Is an address electrode for vibrating only a specific vibrator.

【0073】さらに、圧電セラミック薄膜3および電極
4,5からなる振動子2を、1μmの厚さのSiO2
どからなる保護膜6で被覆した。作成した基板を含む圧
電セラミック薄膜をインピーダンスアナライザにより測
定した結果、20Hzから300KHzがエネルギーロ
スが少なく実用的な周波数域をもち、その駆動周波数域
の中に90.5kHz、163.3kHz、195.6
kHz、207.3kHzの共振周波数を持つことが分
かった。
Further, the vibrator 2 composed of the piezoelectric ceramic thin film 3 and the electrodes 4 and 5 was covered with a protective film 6 composed of SiO 2 having a thickness of 1 μm. As a result of measuring the piezoelectric ceramic thin film including the created substrate with an impedance analyzer, 20 Hz to 300 KHz has a practical frequency range with little energy loss, and 90.5 kHz, 163.3 kHz, 195.6 are included in the driving frequency range.
It was found to have resonant frequencies of 20 kHz and 207.3 kHz.

【0074】そして、シアノアクリレート樹脂により作
成した厚さ7μm、幅486μm、高さ1052μmと
した弾性部材7aと、厚さ7μm、幅486μm、高さ
1152μmとした弾性部材7bを隣接して、基板1上
に設置した。
The elastic member 7a made of cyanoacrylate resin and having a thickness of 7 μm, a width of 486 μm and a height of 1052 μm and an elastic member 7b having a thickness of 7 μm, a width of 486 μm and a height of 1152 μm are adjacent to each other. Installed on top.

【0075】弾性体部材7は、シアノアクリレート系樹
脂とはヌレ性が悪く、接着しにくいフッ素樹脂に凹状部
を形成し、これを型にして形成する。ただし、弾性体部
材7の形成方法は、これに限らず、半導体プロセスで利
用されているリソグラフィー技術を利用した加工技術、
厚膜印刷技術、またはマイクロマシーンの作製プロセス
に利用されている各種形成技術(放電加工やメッキ技術
など)を、樹脂に限らず、無機材や金属材からなる弾性
体部材7の形成の際に用いることができる。
The elastic member 7 is formed by forming a concave portion in a fluororesin, which has poor wettability with a cyanoacrylate resin and is difficult to adhere to, and uses this as a mold. However, the method for forming the elastic member 7 is not limited to this, and a processing technique using the lithography technique used in the semiconductor process,
The thick film printing technique or various forming techniques (such as electric discharge machining and plating technique) used in the manufacturing process of the micromachine are not limited to the resin, but when forming the elastic member 7 made of an inorganic material or a metal material. Can be used.

【0076】このようにして作成した弾性部材7aの実
効共振周波数は、147.1kHz、163.3kH
z、181.8kHz、215.5kHz、240.0
kHzであった。また、同様に弾性部材7bの実効共振
周波数は129.1kHz、147.5kHz、16
5.3kHz、205.6kHz、207.3kHzで
あった。
The effective resonance frequencies of the elastic member 7a thus created are 147.1 kHz and 163.3 kHz.
z, 181.8 kHz, 215.5 kHz, 240.0
It was kHz. Similarly, the effective resonance frequencies of the elastic member 7b are 129.1 kHz, 147.5 kHz, 16
The frequencies were 5.3 kHz, 205.6 kHz and 207.3 kHz.

【0077】これらの中から、基板1を含む振動子2の
共振周波数の中の一つと同値で、かつお互い異なる実効
共振周波数として、弾性部材7aは163.3kHzを
弾性部材7bは207.3kHzをそれぞれの駆動周波
数として選択し、実際印加したところ、駆動周波数16
3.3kHzでは弾性部材7aからインクドロップが飛
翔し、被記録体36上に60μmのドットを形成し、駆
動周波数207.3kHzでは弾性部材7bからインク
ドロップが飛翔し、被記録体36上に20μmのドット
を形成することができた。
From among these, the elastic member 7a has an effective resonance frequency of 163.3 kHz and the elastic member 7b has an effective resonance frequency of 167.3 kHz, which is the same as one of the resonance frequencies of the oscillator 2 including the substrate 1 and is different from each other. When selected as each drive frequency and actually applied, drive frequency 16
At 3.3 kHz, an ink drop flies from the elastic member 7a to form a dot of 60 μm on the recording medium 36, and at a driving frequency of 207.3 kHz, an ink drop flies from the elastic member 7b and 20 μm on the recording medium 36. Of dots could be formed.

【0078】そこで、画像情報のうち濃度が高い領域で
は、163.3kHzのバースト波を画像情報のうち濃
度が低い領域では207.3kHzのバースト波を発生
するように外部駆動機構12をプログラミングし、印字
させたところ階調再現が豊かな高画質の印字サンプルを
作成できた。また、従来のインクジェット記録ヘッドに
比べ高速に印字することができた。
Therefore, the external drive mechanism 12 is programmed so as to generate a burst wave of 163.3 kHz in the high density area of the image information and a 207.3 kHz burst wave in the low density area of the image information. When printed, we were able to create high-quality printed samples with rich gradation reproduction. In addition, it was possible to print at a higher speed than the conventional ink jet recording head.

【0079】[0079]

【発明の効果】本発明によれば、一つの画素に対し大き
さのことなるドットを簡易に飛翔させることができるた
め、階調再現性に優れ、2値で記録を行う他の技術と比
べて、安価で小型にできかつ高速に印字することができ
る。
According to the present invention, since dots of different sizes can be easily ejected for one pixel, gradation reproducibility is excellent, and compared with other techniques that perform binary recording. In addition, it is inexpensive, can be made compact, and can be printed at high speed.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an inkjet recording head according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明のインクジェット記録ヘッドを駆動する
信号波形を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a signal waveform for driving the inkjet recording head of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドを組み込んだ記録装置の一例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a recording apparatus incorporating the inkjet recording head according to the first embodiment of the invention.

【図4】本発明のインクジェット記録ヘッドの弾性部材
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an elastic member of the inkjet recording head of the present invention.

【図5】本発明のインクジェット記録ヘッドの弾性部材
とインク液面の関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an elastic member and an ink liquid surface of the inkjet recording head of the present invention.

【図6】本発明のインクジェット記録ヘッドの弾性部材
とインクの分布の関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the elastic member of the inkjet recording head of the present invention and the distribution of ink.

【図7】本発明の第2の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an inkjet recording head according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an inkjet recording head according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明のインクジェット記録ヘッドを組み込ん
だ記録装置を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a recording apparatus incorporating the inkjet recording head of the present invention.

【図10】本発明のインクジェット記録ヘッドを組み込
んだ記録装置を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a recording apparatus incorporating the inkjet recording head of the present invention.

【図11】本発明と従来例の印字を比較するための模式
図である。
FIG. 11 is a schematic diagram for comparing printing of the present invention and a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 振動子 3 圧電体 4、5 電極 7 弾性部材 8 インク 9 インクドロップ 10 絶縁保護膜 12 外部駆動機構 22 インクドロップ 28 バッファ壁 33 インクジェット記録ヘッド 36 被記録体 71、72、73 弾性部材 1 substrate 2 oscillators 3 Piezoelectric body 4, 5 electrodes 7 Elastic member 8 ink 9 ink drop 10 Insulation protection film 12 External drive mechanism 22 ink drop 28 buffer walls 33 inkjet recording head 36 Recorded material 71, 72, 73 Elastic member

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−106723(JP,A) 特開 平5−57892(JP,A) 特開 平10−34916(JP,A) 特開 平11−34327(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/015 B41J 2/045 B41J 2/055 Continuation of front page (56) Reference JP-A-6-106723 (JP, A) JP-A-5-57892 (JP, A) JP-A-10-34916 (JP, A) JP-A-11-34327 (JP , A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/015 B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】画素信号に対応して振動する振動発生手段
と、 前記振動発生手段の発生する複数の励振周波数のいずれ
かに応じて曲げ振動する片持ち梁構造を有し、前記励振
周波数に対応してインクの表面にキャピラリ波を発生さ
せ前記インクをそれぞれ異なるドロップ径で飛翔させて
記録媒体に付着させる弾性部材とを備えたことを特徴と
するインクジェット記録ヘッド。
1. A vibration-generating unit that vibrates in response to a pixel signal, and a cantilever structure that bends and vibrates in accordance with any of a plurality of excitation frequencies generated by the vibration-generating unit. Correspondingly, an ink jet recording head is provided with an elastic member for generating a capillary wave on the surface of the ink to cause the ink to fly with different drop diameters and adhere to the recording medium.
【請求項2】請求項1記載のインクジェット記録ヘッド
において、 前記弾性部材は、2以上の異なる実効共振周波数のいず
れかで駆動されることを特徴とするインクジェット記録
ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the elastic member is driven at any one of two or more different effective resonance frequencies.
【請求項3】請求項2記載のインクジェット記録ヘッド
において、 前記弾性部材は、実効共振周波数が異なる複数の前記片
持ち梁構造を有していることを特徴とするインクジェッ
ト記録ヘッド。
3. The ink jet recording head according to claim 2, wherein the elastic member has a plurality of cantilever structures having different effective resonance frequencies.
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