JP3438544B2 - Inkjet recording head - Google Patents

Inkjet recording head

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JP3438544B2
JP3438544B2 JP22582197A JP22582197A JP3438544B2 JP 3438544 B2 JP3438544 B2 JP 3438544B2 JP 22582197 A JP22582197 A JP 22582197A JP 22582197 A JP22582197 A JP 22582197A JP 3438544 B2 JP3438544 B2 JP 3438544B2
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体上にイン
クドロップなどの液滴を吐出して印字を行うインクジェ
ット記録ヘッドに関する。 【0002】 【従来の技術】記録媒体上に液滴、特にインクドロップ
を吐出して印字を行う記録方式の代表的なものとしてノ
ズルを用いる方式がある。ここで、ノズル式の記録方式
には、オンデマンド型と連続流型とがある。 【0003】オンデマンド型は、記録情報に対応してノ
ズルから間欠的にインクを吐出させて印字を行う方式
で、代表的なものとして、ピエゾ振動子型とサーマル型
とがある。ピエゾ振動子型は、インク室に付設した圧電
素子にパルス電圧を印加して圧電素子を変形させること
により、インク室内のインク液圧を変化させ、ノズルか
らインクドロップを吐出させて、記録媒体上にドットを
記録するものである。サーマル型は、インク室内に設け
た加熱素子によりインクを加熱し、これにより発生した
バブルによりノズルからインクドロップを吐出させて、
記録媒体上にドットを記録するものである。 【0004】一方、連続流型は、インクに圧力を加えて
ノズルから連続的にインクを吐出させると同時に、ピエ
ゾ振動子などにより振動を加えて吐出インク柱を液滴化
し、さらに液滴に対して選択的に帯電、偏向を行うこと
によって、記録を行うものである。 【0005】ところが、近年600〜720ドット/イ
ンチ程度の高解像度の印字が要求されてきており、その
ような要求を満たすためには、記録媒体上のドット径を
小さくする必要が生じ、従来のノズル式の記録方式で
は、ノズル径を小さくして吐出されるインクドロップ径
を小さくさせる必要がある。 【0006】しかしながら、ノズル径を小さくすると、
ゴミ・チリ、ノズル内のインク表面の乾燥によるノズル
詰まりやこれらを原因とするインク吐出方向の変化を生
じやすく、記録媒体上の画質に欠陥を生じる。そのた
め、ノズル径を小さくすることによって、要求される解
像度に対応したドット径を達成することは困難である。 【0007】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、ノズルを用いずに、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。 【0008】ノズルを用いない第1の記録方式として
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
る方式がある。音響レンズとしては、圧電体自体をレン
ズ状にしたもの、特開平3−200199号公報に開示
されているように、位相を多重に重ねる位相フレネルレ
ンズを用いたものを用いる。音響レンズは、形状と波動
の集束・発散との関係が光学レンズとは逆になり、凸状
レンズでは波動が発散してしまうため凹状レンズを用い
ることが望ましい。 【0009】インクドロップ径は、インク中を伝搬して
きた縦波がインク自由表面に集束されるときの集束径に
ほぼ等しく、その集束径dは、振動子の駆動周波数を
f、レンズのF値をFとすると、d〜F/fとなる。な
お、インク中を伝搬する縦波の波長をλ、その伝搬速度
をvとすると、これらと振動子の駆動周波数fとの間に
は、v=f・λの関係がある。 【0010】したがって、例えば、ドロップ径(集束
径)d=15μm程度の非常に小さなインクドロップを
吐出させようとする場合には、レンズのF値を1とする
と、従来の低粘度・水性インク中の縦波の伝搬速度vは
ほぼ1500m/秒となる。これに対応するために、振
動子の駆動周波数fを約100MHzというような非常
に高い周波数にしなければならない。レンズのF値は、
種々の問題から著しく小さくすることは実際上困難であ
るため、ドロップ径dをより小さくしようとすると、一
般には極めて高い周波数で振動子を駆動することにな
る。 【0011】このように、第1の記録方式では、100
MHz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、一般に駆動手段が高価になるというコ
スト上の問題を生じる。また、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、記録装置内でインク
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
とがあるという品質上の問題も生じる。 【0012】ノズルを用いない第2の記録方式として
は、振動発生機構で発生した振動を音響ホーンでインク
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
る方式がある。例えば、上記の米国特許第430854
7号明細書には、凹状レンズの代わりに振動発生機構上
に形成した音響ホーンにより振動を集束させ、音響ホー
ン先端に接触させたベルト上を搬送されてくるインク薄
膜に、この振動を作用させてインクドロップを吐出させ
ることが示されている。ここでは、音響ホーン先端に吐
出力が生成されることになる。 【0013】また、同様の技術として、特開平4−16
8050号公報には、図11に示すように、集音体95
を圧電体91上に設けることが示されている。集音体9
5は、圧電体91およびこれに電圧を印加するための電
極92,93からなる振動発生機構94上に形成され、
インク96を保持したインクリザーバ99中に配され
る。集音体95は、図11に示すように、先細りの形状
をとる。この場合、集音体95の底部から入射した歪み
が集音体95内を伝搬するのに伴って、その振幅が増幅
され、集音体95で集められた大振幅の波がインク96
を叩いて、そこで生じた縦波がインク自由表面97を押
し上げ、インクドロップ98が吐出されるようになって
いる。 【0014】ただし、米国特許第4308547号明細
書や、特開平4−168050号公報では、集音体また
は音響ホーンを用いるとするものの、その大きさや駆動
条件、あるいは振動モード、さらには小径ドロップを形
成できるか否かについては、述べられていない。 【0015】音響ホーンに関しては、一般に音響学の分
野においては、共振により集音体(または音響ホーン)
の先端を大振幅に振動させて吐出力を得ようとする場
合、集音体の垂直断面方向の長さ(高さ)は振動波の波
長の1/2の整数倍でなければならないことが知られて
いる。このことから、図11に示した方式において、高
密度の記録素子を作製するために集音体15を小さくし
ようとすると、振動波の波長も短くしなければならず、
振動発生機構2の駆動周波数を高くしなければならな
い。 【0016】したがって、現実的な密度の記録素子を作
製するためには、第1の記録方式と同様に、数10MH
zから100MHz前後という高い周波数で振動発生機
構を駆動する必要がある。このため、インク中のエネル
ギー減衰が大きいとともに、駆動回路が高価なものとな
る。また、米国特許第4308547号明細書に開示さ
れているように音響ホーン先端に接触させたベルトでイ
ンク薄膜を安定に搬送することは実際上困難であり、吐
出ドロップ径もばらつきやすい。 【0017】ノズルを用いない第3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。 【0018】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。 【0019】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。 【0020】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
表面の粗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。 【0021】 【発明が解決しようとする課題】これらの問題点を解決
する新しい記録装置として、図12に示すようなインク
ジェット記録装置が本出願人によって提案されている。
図12(a)は、提案されたインクジェット記録装置の
概略の側面図であり、図12(b)は、同正面図であ
る。このインクジェット記録装置は、先鋭状の弾性部材
を図12(a)に示すa−a’方向に振動させることに
より、その先端部7aに接する自由表面8aに振動エネ
ルギ−を伝えて液滴9を吐出させるようにしている。こ
のインクジェット記録ヘッドを用いれば、ノズルに依存
せずにインク液滴のサイズを制御可能であるうえ、エネ
ルギ−効率にも優れ、使用できるインク物性も広いとい
う特徴を有している。 【0022】しかしながら、この提案されたインクジェ
ット記録ヘッドは、図12(a)に示すように弾性部材
7の側断面形状が、曲げ変形の中立面に対して左右非対
称になっているため、画像信号が入力された際の振動開
始方向が一定せず、インク滴の吐出タイミング、および
位置にばらつきを生じるという安定性上の問題点を有し
ている。この問題点は、被記録体上にドットを記録した
場合に、ドット位置ずれとして現れてしまい、記録画像
に対して、エッジの先鋭性や色ずれなどの劣化を生じさ
せる原因となってしまう。 【0023】本発明の目的は、ノズルの目詰まりや乾燥
による吐出不良が起こらないこと、エネルギー効率が良
いこと、吐出履歴や隣接するノズルの影響を受けずイン
クドロップ吐出安定性に優れること、記録媒体上でのド
ット径のばらつきが小さくかつドットの位置精度が良い
こと、等の特性を有するインクジェット記録ヘッドを提
供することである。 【0024】 【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、振動発生手段の励振
に応じて曲げ振動する片持ち梁構造を有し、当該片持ち
梁構造を、曲げ変形の中立軸に対して垂直な面によって
切断した断面形状が、曲げ変形の中立面に対して非対称
になる弾性部材とインクの表面にキャピラリ波を発生さ
せ、インクを飛翔させて記録媒体に付着させることを特
徴とするインクジェット記録ヘッドによって達成され
る。ここで、中立軸と中立面について図13乃至図15
を用いて説明する。図13乃至図15は、片持ち梁が曲
げ変形している様子を模式的に示したものであり、図1
3は曲げ変形している片持ち梁の側面図、図14は図A
のN−N線で切った横断面図、図15は曲げ変形してい
る片持ち梁の斜視図である。梁が図13のように曲げ変
形する場合、図14に示すように梁の横断面にはその垂
直方向に曲げ応力が作用している。図13におけるN−
N断面の場合、曲がった梁の凸表面(図中、梁の右側)
には引っ張りひずみが生じ、凹表面(図中、梁の左側)
には圧縮ひずみが生じており、この中間に伸縮のない面
が存在する。これを中立面という。そして、図15に示
すように、中立面と横断面が交差する軸を中立軸とい
う。 【0025】本発明のインクジェット記録ヘッドは、弾
性部材が振動発生機構(以下、振動子という)に接続さ
れ、弾性部材はその接続部を基端部とする片持ち梁構造
をしている。弾性部材の少なくとも先端近傍がインク表
面と接触している。振動子は、弾性部材を曲げ振動モー
ドで共振させる周波数によって励振し、この共振によっ
て弾性部材の先端近傍は大きな振幅を有することにな
る。曲げ振動の振動方向のインク厚は、弾性部材の先端
近傍において、インクと弾性部材の濡れと重力の効果に
より、数μm〜数百μmに形成される。これによって、
インクは振動の作用を強く受け、弾性部材の先端の極め
て近傍のインク表面にキャピラリ波を生じる。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る。 【0026】キャピラリ波によるインク液面の振動を利
用して、単一のインク滴を飛翔させるためには、振動子
の駆動条件を所定の値に設定する必要がある。振動子に
対しては、二つから数十個の連続した波を与えるごとに
励振を終了するような態様の波(バースト波)が、画像
信号に応じた断続的な駆動信号として与えられる。単一
のインク滴の飛翔を実現するのに必要な波数は、インク
の粘度や表面張力、与える振動の振幅、周波数などによ
って適宜選ぶことができる。以上のような原理により、
ノズルなしで微小滴が生成され、インク目詰まりのない
高画質なインクジェット記録ヘッドの実現が可能とな
る。 【0027】特に、本発明では片持ち梁構造を、曲げ変
形の中立軸に対して垂直な面によって切断した断面形状
が、曲げ変形の中立面に対して左右非対称にしているの
で、片持ち梁の曲げこわさが曲げの方向によって異な
る。したがって、曲げ振動を開始する場合、複数の弾性
部材が最初に曲がりを開始する向きがすべて同一の向き
に定まる。このため、液滴の吐出のタイミングが複数の
素子間で同一となり、記録体上に形成されるドットの位
置の安定性が向上する。 【0028】 【発明の実施の形態】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図1および図2を用いて説
明する。図1に示すように、振動を発生させるための機
構として基板1上に複数の振動子2を1列に並べて形成
し、それぞれの振動子2上に弾性部材7を形成した。な
お、振動子を担持可能な構成とすれば、基板1を用いな
くてもよい。 【0029】また、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、Si
2,SiONまたはSiNや、AlNや、Al23
どといった各種無機材料で弾性部材7を形成してもよ
い。また、Al、Fe、Ti、Cr、Au、Mo、Ti
Wなど、またはそれらの各種合金で弾性部材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。 【0030】図2は、図1におけるX−X’切断線によ
る側断面図である。図2に示すように、弾性部材7を振
動させる振動子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BaT
iO3、ニオブ酸鉛PbNb26、ビスマスゲルマネー
トBi12GeO20、ニオブ酸リチウムLiNbO3、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PVDF
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に発生できる特性を持つもので
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。 【0031】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は、基板1の剛性や、圧電セラミック薄
膜3の厚さおよび圧電特性、および接続される弾性部材
7の大きさや剛性などから決まる固有の共振周波数fo
を有する。そのため、外部駆動手段12から、この振動
子2にfoと同じ、またはその整数倍の周波数fの電圧
を印加して、振動子2を励振する。ここでは、190k
Hzで励振した。なお、駆動周波数はいかなる値でもよ
いが、共振周波数fo、またはその整数倍の周波数fで
駆動すると効率よく弾性部材7を加振することができ
る。 【0032】本実施の形態では、交流電圧を連続して印
加した場合には、比較的大きな連続したインク滴が吐出
され続け、バースト波を印加した場合には微小なインク
滴が吐出される。ここで、バースト波とは図3(b)に
示すように、複数周期の波からなる電圧変化を一束の波
とし、これを断続的に生じさせるものである。バースト
波を用いることで、共振周波数foを振動子2に短時間
だけ印加することができる。ただし、バースト波は、図
3(b)のような方形波に限らず、サイン波や三角波で
もよい。 【0033】また、本実施の形態においては、各々の弾
性部材を隔壁で仕切って配置しても構わない。また、弾
性部材の片側にのみインクを供給する構造であっても構
わない。 【0034】本実施の形態では、図2に示すように、弾
性部材7の厚さを片持ち梁の先端方向に向かって薄く
し、かつ、板状の弾性部材7の片側の表面を振動子2の
表面に対して垂直になるように取り付けている。弾性部
材7の底面は一辺が400μm、厚さ50μmの長方形
であり、高さは、400μmである。先端7aでは、一
辺が400μm、厚さは20μmである。 【0035】振動子2は、黄銅の基板1上に、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、およびこれに電圧を印加するための電極4,5を形
成し、その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上に、SiO2からなる保護膜6を介し
て、シアノアクリレート系樹脂からなる弾性部材7を形
成した。さらに図2のように、弾性部材7の先端7aの
近傍で、インク表面8aと接するように、インク8を装
填した。保護層6は、振動子2とインク8との絶縁をは
かるものである。インク8は、2mPa・sの粘度の黒
色水性インクである。ただし、インクはこの特性のもの
に限らず、一般のプリンタなどに用いられるものであれ
ば、粘度、密度、表面張力などは任意の特性のものを選
ぶことができる。また、油性、二液性のインクを利用し
てもよい。 【0036】本実施の形態では、弾性部材7は振動子2
に対して垂直になるように取り付けているが、弾性部材
7と振動子2の関係はこの形態に限るものではなく、基
板1の面に対して傾けても、基板1の面と平行に設置し
てもよい。また、弾性部材7そのものを振動子で構成し
ても構わない。 【0037】以上の構成の装置に、190kHzのサイ
ン波状の交流電圧を、6周期分だけバースト波として振
動子2に印加して、振動子2を図2のb−b’方向に振
動させ、弾性部材7にa−a’方向に振動を与えた。こ
の様子を高速カメラを使って観察したところ、弾性部材
7は片持ち梁の曲げ振動が支配的なモードで振動してお
り、弾性部材7の先端の近傍に接するインク表面8aに
は、キャピラリ波(表面張力波)が生じているのが確認
された。そして、振幅30Vp−p(最高最低振幅)の
駆動電圧において、図2に示すように、弾性部材7の先
端の片側に接するインク表面から、インクドロップ9が
吐出されるのが観察された。このときのインクドロップ
9の直径は、20μmであった。 【0038】また、図1のインクジェット記録ヘッドを
用いて、弾性部材の先端から1mmの間隔をあけて配置
した記録紙にインク8を飛翔させて記録したところ、同
一の弾性部材7から連続印字した50ドットのドット径
の平均は40μm、標準偏差は1μm、並びの中心線に
対する、ドット重心の位置ずれの二乗平均は3μmであ
り、ノズル並び方向のドット位置の相対位置ずれの二乗
平均は3μmであった。 【0039】これに対し、図12に示した従来例による
インクジェット記録ヘッドによって、記録紙に印字した
ドットを調べた。その結果、同一の記録素子から連続印
字した50ドットのドット径の平均は40μm、標準偏
差は1μmであったが、並びの中心線に対する、ドット
重心の位置ずれの二乗平均は10μmであり、ノズル並
び方向のドット位置の相対位置ずれの二乗平均も10μ
mであった。このように、実際の印字によっても本実施
の形態の効果が確認された。 【0040】以上に述べてきた現象は、本発明者らの観
察と実験によって初めて見いだされたものであるが、こ
れは図1及び図2に示すように弾性部材7を曲げ変形の
中立軸に対して垂直な面によって切断した断面形状が、
曲げ変形の中立面に対して左右非対称(以下、「弾性部
材が非対称」という)になっていることが主要因であ
る。図1のように、基板1上に複数の振動子2と弾性部
材7の組を並べて配置し、それぞれに接続された外部駆
動手段12によって同時に振動を励起した場合、各々の
弾性部材7は同時に同じ側から振動を始める。これは、
弾性部材が非対称であることから、曲げ易い方向が全て
の弾性部材で一致しており、すべての弾性部材で同一の
向きに曲げ振動が開始することに起因している。弾性部
材7の振動開始にずれがないため、複数のインク滴は同
時に同方向へ飛翔し、ほぼ同時に被記録媒体に到達す
る。このため、ヘッドと被記録媒体が相対的に速度をも
って移動している時には、この相対移動方向でドットの
位置にずれが生じないこととなり、結果として高画質化
が実現できる。つまり、この効果は、弾性部材7に振動
が加えられた場合、複数の弾性部材において曲がり始め
の方向が同一だから得られるものである。 【0041】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の弾性部材の側断面を図4に示
す。本実施の形態では、振動子2上に接続された弾性部
材7は、その片持ち梁構造の途中からa−a’方向に折
り曲げられてL型断面形状になっている。つまり、弾性
部材7を曲げ変形の中立軸に対して垂直な面によって切
断した断面形状が、曲げ変形の中立面に対して左右非対
称になっている。第2の実施の形態の場合、振動子2に
励振電圧が入力されれば弾性部材7は倒れやすい方向か
ら必ず振動を開始する。振動子2が弾性部材7を押し上
げる方向(図中B方向)に振動を開始した場合、図4中
のa方向から曲げ振動を開始することになる。 【0042】本発明の第3の実施の形態によるインクジ
ェット記録ヘッドの弾性部材の断面図を図5に示す。図
5(a)は、本実施の形態によるインクジェット記録装
置の側断面図であり、図5(b)は、同正面側の断面図
である。本実施の形態では、弾性部材7の先端に特異点
となる端部を設けた点に特徴を有している。板状の弾性
部材7の片側の面は振動子2の表面に対して垂直になる
ように取り付けられている。その他の構成は第1の実施
の形態と同様であるので説明を省略する。 【0043】弾性部材7の厚さは底面から先端7aに向
かって薄くなっている。本実施の形態においては、底面
は一辺が400μm、厚さ50μmの長方形であり、高
さは、400μmである。先端7aでは、厚さは20μ
mであるが、辺の中心で90度の角度の先鋭状の先端部
を形成している。この弾性部材7の材料は、シアノアク
リレート系樹脂で、振動子2の表面にフッ素樹脂製の型
を使って成型した後、幅が400μmになるように加工
したものである。 【0044】本実施の形態では、第1の実施の形態にお
ける弾性部材の先端を先鋭状に構成したことで、弾性部
材の振動を局所的にインク液面に作用させることができ
るため、インクの吐出領域をさらに狭い範囲に限定でき
るという利点を有している。 【0045】次に、本発明の第4の実施の形態によるイ
ンクジェット記録ヘッドの弾性部材の断面図を図6に示
す。図6(a)は、本実施の形態によるインクジェット
記録装置の側断面図であり、図6(b)は、同正面側の
断面図である。本実施の形態のインクジェット記録ヘッ
ドは、弾性部材7の片側の面は振動子2の表面に対して
垂直になるように取り付けられ、他方の面は曲面である
ように構成した点に特徴を有している。この場合にも、
弾性部材7を曲げ変形の中立軸に対して垂直な面によっ
て切断した断面形状が、曲げ変形の中立面に対して左右
非対称になる。 【0046】本発明の第5の実施の形態によるインクジ
ェット記録ヘッドの弾性部材の断面図を図7に示す。図
7(a)は、本実施の形態によるインクジェット記録装
置の側断面図であり、図7(b)は、同正面側の断面図
である。本実施の形態のインクジェット記録ヘッドは、
弾性部材7の片側の面は振動子2の表面に対して垂直に
なるように取り付けられ、他方の面は振動子2の表面に
接する部分で傾斜をもたせるように構成した点に特徴を
有している。この場合にも、弾性部材7を曲げ変形の中
立軸に対して垂直な面によって切断した断面形状が、曲
げ変形の中立面に対して左右非対称になる。 【0047】次に、本発明の第6の実施の形態によるイ
ンクジェット記録ヘッドの弾性部材の断面図を図8に示
す。図8(a)は、本実施の形態によるインクジェット
記録装置の側断面図であり、図8(b)は、同正面側の
断面図である。本実施の形態のインクジェット記録ヘッ
ドは、弾性部材7の片側の面は振動子2の表面に対して
垂直になるように取り付けられ、他方の面は弾性部材7
の厚さが振動子2の取付け部分に向かって曲線的に厚く
なるように変化させるように構成したことが特徴であ
る。この場合にも、弾性部材7を曲げ変形の中立軸に対
して垂直な面によって切断した断面形状が、曲げ変形の
中立面に対して左右非対称になる。 【0048】本発明の第7の実施の形態によるインクジ
ェット記録ヘッドの弾性部材の断面図を図9に示す。図
9(a)は、本実施の形態によるインクジェット記録装
置の側断面図であり、図9(b)は、同正面側の断面図
である。本実施の形態のインクジェット記録ヘッドは、
弾性部材7の片側の面は振動子2の表面に対して垂直に
なるように取り付けられ、他方の面は弾性部材7の厚さ
が振動子2の取付け部分に向かって不連続に厚くなるよ
うに変化させるように構成した点に特徴を有している。
この場合にも、弾性部材7を曲げ変形の中立軸に対して
垂直な面によって切断した断面形状が、曲げ変形の中立
面に対して左右非対称になる。 【0049】さらに、本発明の第8の実施の形態による
インクジェット記録ヘッドの弾性部材の断面図を図10
に示す。図10(a)は、本実施の形態によるインクジ
ェット記録装置の側断面図であり、図10(b)は、同
正面側の断面図である。本実施の形態のインクジェット
記録ヘッドは、弾性部材7の両側の面が振動子2の表面
に対して垂直になるように取り付けられているが、一方
の面に凹凸を複数形成した点に特徴を有している。この
凹凸は、たがいに接触する程度に近接していても、ラン
ダムに配置されていても、また列状であっても、溝や峰
状であってもよく、弾性部材7の曲げのバランスを偏ら
せるように配置されており、弾性部材7の振動の開始時
の曲がり始めの方向が特定される構造になっていれば適
宜選択してよい。この例のように、弾性部材7の、曲げ
変形の中立軸に対して垂直な面によって切断した断面形
状は、少なくとも一部が左右非対称になっていれば、そ
の効果にかわりはない。 【0050】以上説明したように、本発明の根幹は、片
持ち梁構造の弾性部材の曲げ振動により、弾性部材の先
端近傍のインク表面にキャピラリ波を生成して、インク
を飛翔させるインクジェット記録ヘッドにおいて、弾性
部材の、曲げ変形の中立軸に対して垂直な面によって切
断した断面形状を左右非対称にすることによって、イン
クの飛翔現象を安定化させる効果を見いだしたことであ
る。すなわち、断面形状が非対称な弾性部材を用いれ
ば、本発明が目的とした作用/効果が得られ、弾性部材
の断面形状は以上の実施の形態のように多数見いだされ
る。 【0051】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、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が、ほぼW=2λの長さとなる領域
を有するようにしてもよい。但し、λは以下の式で与え
られる。 λ={8πσ/(ρfe2)}1/3×104(μm) 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より正確に1インク滴を
飛翔させることができるようになる。 【0052】 【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、ノズルを
用いずに、微小な液滴を吐出することができ、特に画像
の高解像度化の要求を満たすような小さい液滴を安定に
吐出することができる。特に、片持ち梁構造の弾性部材
の曲げ振動により、弾性部材の先端近傍のインク表面に
キャピラリ波を生成して、インクを飛翔させるインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、弾性部材の、曲げ振動の方
向に垂直な断面の形状の少なくとも一部を左右非対称に
することによって、インクの飛翔現象を安定化させるこ
とができるようになる。しかも、低周波かつ低電力で駆
動することができるので、エネルギー効率がよく、使用
可能な液体の物性範囲も広くなる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] 1. Field of the Invention
Ink jet for printing by discharging droplets such as droplets
Print head. 2. Description of the Related Art Droplets, particularly ink drops, on a recording medium
Is a typical recording method for printing by discharging
There is a method that uses chirping. Here, the nozzle type recording method
Are on-demand type and continuous flow type. [0003] The on-demand type is a type that responds to recorded information.
A method for printing by intermittently ejecting ink from the nozzle
Typical examples are the piezo oscillator type and the thermal type.
There is. The piezo oscillator type uses a piezoelectric
Deformation of a piezoelectric element by applying a pulse voltage to the element
Changes the ink pressure in the ink chamber
And eject ink drops to form dots on the recording medium.
It is to be recorded. Thermal type is installed in the ink chamber
Heating the ink with a heating element
Discharge ink drop from nozzle by bubble,
This is to record dots on a recording medium. On the other hand, the continuous flow type applies pressure to ink
While continuously ejecting ink from the nozzle,
Vibration is applied to the ink column by the oscillating element, etc.
And selectively charge and deflect droplets
The recording is performed by However, recently, 600 to 720 dots / a
And high-resolution printing of about
In order to satisfy such requirements, the dot diameter on the recording medium must be adjusted.
It is necessary to reduce the size, and the conventional nozzle-type printing method
Is the diameter of the ink drop ejected by reducing the nozzle diameter
Need to be smaller. However, when the nozzle diameter is reduced,
Nozzle due to dust and dust, drying of ink surface inside nozzle
Clogging and changes in ink ejection direction due to these
And the image quality on the recording medium is defective. That
The required solution by reducing the nozzle diameter.
It is difficult to achieve a dot diameter corresponding to the image resolution. [0007] Therefore, a problem caused by such a nozzle.
As a solution to the problem, vibration or
Using acoustic waves, eject ink drops on the surface to be printed
Several recording methods for performing printing have been proposed. [0008] As a first recording method without using a nozzle,
Is disclosed in U.S. Pat. No. 4,308,547.
The vibration generated by the vibrator is
Focus on one point on the free surface and eject ink drop
There is a method. As an acoustic lens, the piezoelectric body itself is
And disclosed in JP-A-3-200199.
As shown in the figure, the phase Fresnel
The one using a lens is used. Acoustic lens has shape and wave
Convergence and divergence are opposite to those of optical lenses, and
Since the wave diverges in the lens, use a concave lens
Is desirable. [0009] The diameter of the ink drop propagates through the ink.
To the focused diameter when the vertical waves are focused on the free surface of the ink
The focusing diameter d is substantially equal to the driving frequency of the vibrator.
f, if the F value of the lens is F, d to F / f. What
The wavelength of the longitudinal wave propagating in the ink is λ, and its propagation speed
Is v, between these and the driving frequency f of the vibrator
Has a relationship of v = f · λ. Therefore, for example, the drop diameter (convergence
Diameter) d = 15μm very small ink drop
When trying to discharge, the F value of the lens is set to 1.
And the propagation velocity v of the longitudinal wave in the conventional low-viscosity aqueous ink is
It is almost 1500 m / sec. To respond to this,
When the driving frequency f of the rotor is about 100 MHz,
To a higher frequency. The F value of the lens is
It is practically difficult to make it extremely small due to various problems.
Therefore, when trying to make the drop diameter d smaller,
Generally, it is necessary to drive the vibrator at an extremely high frequency.
You. As described above, in the first recording method, 100
Must drive multiple transducers at high frequencies around MHz
That the driving means is generally expensive.
This causes a problem on the strike. In addition, the viscosity of the ink is
Changes, the drop diameter fluctuates, or ink drops
If ink cannot be ejected due to drying or solidification of itself
There is a quality problem. As a second recording method without using a nozzle,
Uses the acoustic horn to ink the vibrations generated by the vibration generation mechanism.
Focus on one point on the free surface and eject ink drop
There is a method. For example, see the above-mentioned US Pat.
In the specification of No. 7, the vibration generating mechanism is used instead of the concave lens.
The vibration is focused by the acoustic horn formed in the
Thin ink that is transported on the belt
This vibration is applied to the film to eject ink drops.
Is shown. Here, the discharge
Output will be generated. A similar technique is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
No. 8050 discloses a sound collector 95 as shown in FIG.
Is provided on the piezoelectric body 91. Sound collector 9
5 is a piezoelectric body 91 and an electrode for applying a voltage thereto.
Formed on a vibration generating mechanism 94 composed of poles 92 and 93,
It is arranged in an ink reservoir 99 holding the ink 96.
You. The sound collector 95 has a tapered shape as shown in FIG.
Take. In this case, the distortion incident from the bottom of the sound collector 95
As the sound propagates through the sound collector 95, its amplitude is amplified.
The large-amplitude wave collected by the sound collector 95 is
And the generated longitudinal waves push the ink free surface 97
And the ink drop 98 is ejected
I have. However, US Pat. No. 4,308,547
And Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-168050, the sound collector or
Uses an acoustic horn, but its size and drive
Conditions, or vibration modes, and even small diameter drops
It does not say whether this can be achieved. With respect to the acoustic horn, generally speaking,
In the field, a sound collector (or acoustic horn) due to resonance
When the tip of the nozzle is vibrated to a large amplitude to obtain the discharge force
In this case, the length (height) of the sound collector in the vertical section direction is the vibration wave
It is known that the length must be an integral multiple of 1/2
I have. Therefore, in the method shown in FIG.
In order to produce a high density recording element, the sound collector 15 was made smaller.
If you try to do so, the wavelength of the vibration wave must also be shortened,
The driving frequency of the vibration generating mechanism 2 must be increased.
No. Therefore, a recording element having a realistic density can be manufactured.
In order to manufacture, as in the first recording method, several tens of MH
Vibration generator with high frequency of about 100MHz from z
It is necessary to drive the structure. Therefore, the energy in the ink
Energy attenuation and drive circuits are expensive.
You. Also disclosed in U.S. Pat. No. 4,308,547.
With a belt in contact with the tip of the acoustic horn as
It is practically difficult to transport the ink thin film stably,
Outgoing drop diameter is also easy to vary. As a third recording method using no nozzle,
The so-called electrostatic suction method that uses electrostatic force as the ejection force
Yes, and further form the ink meniscus (ink bump)
One that uses vibration to achieve this is known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-222853
To make the recording needle protrude from the ink surface,
Has been shown to give ultrasonic energy that propagates in
I have. According to this, ultrasonic flow (acoustic)
(streaming) phenomena, the in contact with the recording needle
The needle moves toward the tip of the recording needle, and a convex
Is formed. In that state,
Apply an electrostatic field between the substrate and the back electrode to tear off the ink
On the recording medium placed between the recording needle and the back electrode.
Land the ink drop. According to this method, recording
To form an ink meniscus at the tip of the needle, a conventional static
Form smaller ink drops than electro-suction method
it can. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-28867 discloses
With the electrostatic field applied between the needle electrode and the back electrode.
When the image signal is applied to the needle electrode,
An electrostatic attraction method is shown. This way,
Ink can be stably formed into particles. However, in the electrostatic suction method, humidity
Fluctuations in the dielectric thickness of the recording medium due to
Drops formed due to variations in surface roughness, etc.
This causes a problem that the diameter of the probe varies. In addition, drop
Variations in diameter also cause variations in dot position on the recording medium
Occurs. [0021] These problems are solved.
As a new recording apparatus, an ink as shown in FIG.
A jet recording device has been proposed by the applicant.
FIG. 12A shows the proposed inkjet recording apparatus.
FIG. 12B is a schematic side view, and FIG.
You. This ink jet recording apparatus has a sharp elastic member.
Is vibrated in the direction of aa ′ shown in FIG.
The vibration energy is applied to the free surface 8a in contact with the tip 7a.
The droplets 9 are discharged by transmitting the energy. This
Depends on the nozzle when using an inkjet recording head
Control the size of the ink droplets without using
It is said that it has excellent lugi efficiency and wide ink properties that can be used.
It has the following features. However, the proposed ink jet
The recording head has an elastic member as shown in FIG.
The side cross-sectional shape of No. 7 is the right and left
The vibration when the image signal is input.
The start direction is not constant, the ejection timing of ink droplets, and
There is a stability problem that the position may vary.
ing. The problem was that dots were recorded on the recording medium
Appears as dot misalignment in
May cause deterioration such as sharpness of edge and color shift.
Cause it to An object of the present invention is to prevent clogging and drying of a nozzle.
No discharge failure due to energy efficiency
And the nozzles are not affected by the ejection history or adjacent nozzles.
Excellent drop ejection stability, and
Small variation in dot diameter and good dot position accuracy
Inkjet recording head with characteristics such as
Is to provide. The object of the present invention is to provide a pixel signal.
Vibration generating means that vibrates correspondingly, and excitation of the vibration generating means
Has a cantilever structure that bends and vibrates according to the
Beam structure is defined by a plane perpendicular to the neutral axis of bending deformation
Cut cross section is asymmetric with respect to the neutral plane of bending deformation
Capillary waves are generated on the surface of the elastic member and ink.
To fly the ink and attach it to the recording medium.
Achieved by the inkjet recording head
You. Here, the neutral axis and the neutral plane are shown in FIGS.
This will be described with reference to FIG. 13 to 15 show that the cantilever is bent.
FIG. 1 is a schematic view showing a state of deformed deformation.
3 is a side view of the bending cantilever, and FIG.
15 is a cross-sectional view taken along the line NN of FIG.
FIG. 3 is a perspective view of a cantilever beam. The beam is bent as shown in Fig. 13.
When it is shaped, as shown in FIG.
Bending stress is acting in the vertical direction. N- in FIG.
In the case of N cross section, the convex surface of the bent beam (right side of the beam in the figure)
Has a tensile strain on the concave surface (left side of the beam in the figure)
Has a compressive strain, and there is no stretch
Exists. This is called the neutral plane. Then, as shown in FIG.
The axis at which the neutral plane and the cross section intersect is called the neutral axis.
U. The ink jet recording head of the present invention
Is connected to a vibration generating mechanism (hereinafter referred to as a vibrator).
The elastic member has a cantilever structure with its connection as the base end.
You are. At least near the tip of the elastic member
In contact with the surface. The vibrator bends the elastic member to a vibration mode.
Excitation is performed by the frequency that resonates at
Therefore, the vicinity of the tip of the elastic member has a large amplitude.
You. The ink thickness in the vibration direction of the bending vibration is the tip of the elastic member.
In the vicinity, wetting of ink and elastic members and the effect of gravity
Thus, the thickness is formed to several μm to several hundred μm. by this,
The ink is strongly affected by the vibration, and the tip of the elastic member is extremely small.
A capillary wave is generated on the nearby ink surface. This cap
By the action of the spiral wave, it is possible to generate fine droplets. The vibration of the ink liquid surface caused by the capillary wave is utilized.
Use a vibrator to fly a single ink drop
Needs to be set to a predetermined value. To the vibrator
For every two to dozens of continuous waves
A wave (burst wave) in a mode that terminates the excitation
It is provided as an intermittent drive signal according to the signal. single
The wave number required to achieve the flight of the ink drop
Viscosity, surface tension, amplitude of applied vibration, frequency, etc.
Can be appropriately selected. Based on the above principle,
Small droplets are generated without nozzles and ink is not clogged
High-quality inkjet recording heads can be realized.
You. In particular, in the present invention, the bending of the cantilever structure is changed.
Cross section cut by a plane perpendicular to the neutral axis of the shape
However, it is asymmetrical to the neutral plane of bending deformation
The bending stiffness of the cantilever varies depending on the bending direction.
You. Therefore, when starting the bending vibration, multiple elastic
All directions in which the member starts to bend initially are the same
Is determined. For this reason, the ejection timing of the droplet
It is the same between the elements, and the position of the dots formed on the recording medium
The stability of the installation is improved. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to a first embodiment of the present invention,
The ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
I will tell. As shown in FIG. 1, a machine for generating vibration
A plurality of transducers 2 are formed in a row on a substrate 1 as a structure
Then, the elastic members 7 were formed on the respective vibrators 2. What
If the configuration is such that the vibrator can be supported, the substrate 1 is not used.
You may not. The material of the elastic member 7 is cyano.
Acrylic resin, epoxy resin, or fluorine resin
Various resins such as resins can be used. In addition, Si
O Two , SiON or SiN, AlN, Al Two O Three What
The elastic member 7 may be formed of various inorganic materials such as
No. Also, Al, Fe, Ti, Cr, Au, Mo, Ti
The elastic member 7 is formed of W or the like or various alloys thereof.
You may. However, unlike various resins and metals, ink 8
To prevent corrosion during contact with Two Inorganic film such as
It is desirable to protect those surfaces. Rice cake
, Resin, inorganic material and metal
May be used. In addition, vibration energy propagates efficiently
If possible, the tip and bottom of the elastic member 7 are made of different materials.
May be implemented. FIG. 2 is a sectional view taken along the line XX ′ in FIG.
FIG. As shown in FIG.
The most important piezoelectric body 3 in the vibrator 2 to be moved is a piezoelectric substrate.
It may be composed of a piezoelectric thin film. Also, piezoelectric
May be composed of a single layer or a multilayer. Piezoelectric
As the body 3, quartz, PZT, barium titanate BaT
iO Three , Lead niobate PbNb Two O 6 , Bismuth gel money
Bi 12 GeO 20 , Lithium niobate LiNbO Three , Ta
Lithium tantalate LiTaO Three , Such as polycrystalline or single bond
Crystal, piezoelectric thin film such as ZnO or AlN, or
Liurea, PVDF (polyvinylidene fluoride) and PVDF
Piezoelectric polymer such as copolymer of
Using a composite of a piezoelectric material and a piezoelectric polymer
Can be. Of course, we design inkjet recording head
The optimal piezoelectric material according to the drive frequency set when performing
You have to choose. The frequency of the applied AC is a number
If it is between 10kHz and 1MHz, like PZT
Ceramic may be used, but when driving at higher frequency
Includes piezoelectric thin films such as ZnO that can handle high frequencies
You have to choose. Anyway, stable
It has a characteristic that can generate enough vibration in the vibrator 2.
Need to be. In addition, the piezoelectric material constituting the vibrator 2
The elastic member 7 may be formed by a body. The piezoelectric ceramic thin film 3 and the electrodes 4, 5
The vibrator 2 is made of a material such as the rigidity of the substrate 1 or the piezoelectric ceramic thin film.
Thickness and piezoelectric properties of membrane 3 and connected elastic members
7, a unique resonance frequency fo determined by the size, rigidity, etc.
Having. Therefore, the external driving means 12
Voltage of frequency f which is the same as fo or an integral multiple of fo is applied to child 2
To excite the vibrator 2. Here, 190k
Excited at Hz. The drive frequency can be any value.
However, at the resonance frequency fo or a frequency f that is an integral multiple thereof,
When driven, the elastic member 7 can be vibrated efficiently.
You. In this embodiment, the AC voltage is continuously applied.
Ink droplets, a relatively large continuous ink droplet is ejected.
When a burst wave is applied, minute ink
Drops are ejected. Here, the burst wave is shown in FIG.
As shown, a voltage change consisting of multiple cycles of waves is
This is caused intermittently. burst
By using the wave, the resonance frequency fo is applied to the vibrator 2 for a short time.
Can only be applied. However, the burst wave
Not only square wave like 3 (b) but also sine wave and triangle wave
Is also good. In this embodiment, each bullet
You may arrange | position and arrange | position the sexual member with a partition. Also ammunition
May be configured to supply ink to only one side of the conductive member.
I don't know. In this embodiment, as shown in FIG.
The thickness of the conductive member 7 decreases toward the tip of the cantilever.
And the surface of one side of the plate-like elastic member 7 is
It is mounted perpendicular to the surface. Elastic part
The bottom of the material 7 is a rectangle with a side of 400 μm and a thickness of 50 μm
And the height is 400 μm. At the tip 7a,
The side is 400 μm and the thickness is 20 μm. The vibrator 2 is made of PZT on a brass substrate 1.
Piezoelectric ceramic thin film composed of (lead zirconate titanate)
3 and electrodes 4 and 5 for applying a voltage to the
From the piezoelectric ceramic thin film 3 and the electrodes 4 and 5
On the vibrator 2 Two Through a protective film 6 made of
To form an elastic member 7 made of a cyanoacrylate resin.
Done. Further, as shown in FIG.
In the vicinity, the ink 8 is mounted so as to be in contact with the ink surface 8a.
I filled it. The protective layer 6 provides insulation between the vibrator 2 and the ink 8.
It is a thing. Ink 8 is black having a viscosity of 2 mPa · s.
It is a color water-based ink. However, the ink has this property
Not limited to this, it can be used for general printers, etc.
For example, select viscosity, density, surface tension, etc.
I can do it. Use oily, two-part inks
You may. In the present embodiment, the elastic member 7 is
Is mounted vertically so that the elastic member
The relationship between the vibrator 7 and the vibrator 2 is not limited to this mode.
Even if it is tilted with respect to the surface of the plate 1, it should be installed parallel to the surface of the substrate 1.
You may. Further, the elastic member 7 itself is constituted by a vibrator.
It does not matter. The apparatus having the above-described configuration is provided with a 190 kHz size.
Of the AC voltage as a burst wave for six periods.
The vibrator 2 is vibrated in the direction of bb ′ in FIG.
Then, the elastic member 7 was vibrated in the aa 'direction. This
Observing the state of using a high-speed camera, the elastic member
7 is a mode in which the bending vibration of the cantilever vibrates in a dominant mode.
And the ink surface 8a in contact with the vicinity of the tip of the elastic member 7
Confirms that capillary waves (surface tension waves) are generated
Was done. And an amplitude of 30 Vp-p (highest and lowest amplitude)
At the drive voltage, as shown in FIG.
From the ink surface that touches one side of the edge, the ink drop 9
Discharge was observed. Ink drop at this time
The diameter of 9 was 20 μm. Further, the ink jet recording head shown in FIG.
Use and place at a distance of 1 mm from the tip of the elastic member
When ink 8 was flying and recorded on the recording paper
Dot diameter of 50 dots continuously printed from one elastic member 7
Has an average of 40 μm and a standard deviation of 1 μm.
On the other hand, the root mean square of the dot center of gravity
And the square of the relative displacement of the dot position in the nozzle arrangement direction
The average was 3 μm. On the other hand, according to the conventional example shown in FIG.
Printed on recording paper by inkjet recording head
I examined the dots. As a result, continuous printing from the same recording element
The average dot diameter of the 50 dots is 40 μm,
The difference was 1 μm.
The mean square of the displacement of the center of gravity is 10 μm,
Mean of the relative displacement of the dot position in each direction is also 10μ
m. In this way, the actual printing
The effect of the form was confirmed. The phenomena described above are considered by the present inventors.
It was discovered for the first time by insight and experiment.
This is because the elastic member 7 is bent and deformed as shown in FIGS.
The cross-sectional shape cut by a plane perpendicular to the neutral axis,
Asymmetrical to the neutral plane of bending deformation (hereinafter referred to as “elastic
Material is asymmetric).
You. As shown in FIG. 1, a plurality of vibrators 2 and elastic portions are provided on a substrate 1.
The sets of materials 7 are arranged side by side, and the external drive connected to each
When the vibrations are simultaneously excited by the driving means 12,
The elastic member 7 starts vibrating from the same side at the same time. this is,
Since the elastic member is asymmetric, all directions that are easy to bend
Of the elastic members, and the same
This is due to the start of bending vibration in the direction. Elastic part
Since there is no shift in the vibration start of the material 7, a plurality of ink droplets
Sometimes fly in the same direction and reach the recording medium almost simultaneously
You. For this reason, the head and the recording medium also have a relative speed.
Is moving in this relative movement direction,
No misalignment occurs, resulting in higher image quality
Can be realized. That is, this effect is caused by the vibration of the elastic member 7.
Begins to bend in multiple elastic members when
Are obtained because the directions are the same. Next, according to the second embodiment of the present invention,
FIG. 4 shows a side cross section of the elastic member of the ink jet recording head.
You. In the present embodiment, the elastic part connected on the vibrator 2
The material 7 is folded in the aa 'direction from the middle of the cantilever structure.
Bent into an L-shaped cross section. In other words, elastic
The member 7 is cut by a plane perpendicular to the neutral axis of bending deformation.
The cross-sectional shape of the cut
It is called. In the case of the second embodiment, the vibrator 2
If the excitation voltage is input, does the elastic member 7 tend to fall down?
Start vibration. Vibrator 2 pushes elastic member 7 upward
In the case where the vibration starts in the shaking direction (direction B in the figure),
The bending vibration starts from the direction a. An ink jet printer according to a third embodiment of the present invention
FIG. 5 is a sectional view of the elastic member of the jet recording head. Figure
5 (a) is an inkjet recording apparatus according to the present embodiment.
FIG. 5B is a cross-sectional view of the same front side.
It is. In the present embodiment, a singular point is provided at the tip of the elastic member 7.
The feature is that an end portion is provided. Plate elasticity
One surface of the member 7 is perpendicular to the surface of the vibrator 2
So that it is attached. Other configurations are the first implementation
The description is omitted because it is the same as the embodiment. The thickness of the elastic member 7 is from the bottom to the tip 7a.
Once thin. In the present embodiment, the bottom
Is a rectangle with a side of 400 μm and a thickness of 50 μm,
The height is 400 μm. At the tip 7a, the thickness is 20μ
m, but a sharp tip at an angle of 90 degrees at the center of the side
Is formed. The material of the elastic member 7 is
A mold made of a fluorine-based resin on the surface of the vibrator 2 using a related resin.
After processing using, processing so that the width becomes 400μm
It was done. In this embodiment, the first embodiment will be described.
The tip of the elastic member is sharpened so that the elastic part
The material vibration can be locally applied to the ink liquid level.
Therefore, the ink ejection area can be limited to a narrower range.
The advantage is that Next, the fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a sectional view of the elastic member of the ink jet recording head.
You. FIG. 6A shows an ink jet according to the present embodiment.
FIG. 6B is a side sectional view of the recording apparatus, and FIG.
It is sectional drawing. The ink jet recording head according to the present embodiment.
The surface of one side of the elastic member 7 is opposed to the surface of the vibrator 2.
Mounted vertically, the other side is curved
It is characterized in that it is configured as described above. Again, in this case,
The elastic member 7 is bent by a plane perpendicular to the neutral axis of the bending deformation.
The cross-sectional shape cut right and left with respect to the neutral surface of bending deformation
Become asymmetric. An ink jet printer according to a fifth embodiment of the present invention
FIG. 7 is a sectional view of the elastic member of the jet recording head. Figure
7A illustrates an inkjet recording apparatus according to the present embodiment.
FIG. 7B is a cross-sectional view of the same front side.
It is. The ink jet recording head of the present embodiment
One surface of the elastic member 7 is perpendicular to the surface of the vibrator 2.
And the other surface is attached to the surface of the vibrator 2.
The feature is that it is configured to have a slope at the contacting part
Have. Also in this case, the elastic member 7 is
The cross-sectional shape cut by a plane perpendicular to the vertical axis
It becomes left-right asymmetric with respect to the neutral surface of the vertical deformation. Next, according to the sixth embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a sectional view of the elastic member of the ink jet recording head.
You. FIG. 8A illustrates an inkjet according to the present embodiment.
FIG. 8B is a side sectional view of the recording apparatus, and FIG.
It is sectional drawing. The ink jet recording head according to the present embodiment.
The surface of one side of the elastic member 7 is opposed to the surface of the vibrator 2.
It is mounted so as to be vertical, and the other surface is
Is curvedly thicker toward the mounting part of the vibrator 2
The feature is that it is configured to change
You. Also in this case, the elastic member 7 is bent against the neutral axis of the bending deformation.
And the cross-sectional shape cut by the vertical surface
It becomes left-right asymmetric with respect to the neutral plane. An ink jet printer according to a seventh embodiment of the present invention
FIG. 9 is a sectional view of the elastic member of the jet recording head. Figure
9A shows an ink jet recording apparatus according to the present embodiment.
FIG. 9B is a cross-sectional view of the same front side.
It is. The ink jet recording head of the present embodiment
One surface of the elastic member 7 is perpendicular to the surface of the vibrator 2.
And the other surface is the thickness of the elastic member 7.
Becomes discontinuously thicker toward the mounting part of the vibrator 2.
It is characterized in that it is configured to change as follows.
Also in this case, the elastic member 7 is bent with respect to the neutral axis of the bending deformation.
The cross-sectional shape cut by a vertical surface is neutral for bending deformation
It becomes left-right asymmetric with respect to the surface. Further, according to the eighth embodiment of the present invention,
FIG. 10 is a sectional view of the elastic member of the ink jet recording head.
Shown in FIG. 10A shows an ink jet printer according to the present embodiment.
FIG. 10B is a side cross-sectional view of the jet recording apparatus, and FIG.
It is sectional drawing of a front side. Inkjet of this embodiment
In the recording head, both surfaces of the elastic member 7 are the surfaces of the vibrator 2.
Is mounted vertically to
Is characterized in that a plurality of irregularities are formed on the surface. this
Even if the bumps are close enough to touch each other,
Grooves and peaks, whether they are located in a dam or in a row
And may balance the bending of the elastic member 7.
At the start of vibration of the elastic member 7
If the structure is such that the starting direction of
You may choose any. As in this example, bending of the elastic member 7
Cross section cut by a plane perpendicular to the neutral axis of deformation
If the shape is at least partially asymmetric,
The effect of is not changed. As described above, the basis of the present invention is the following.
The bending vibration of the elastic member of the cantilever structure causes
A capillary wave is generated on the ink surface near the edge,
In the ink jet recording head that flies, the elasticity
Cut by a plane perpendicular to the neutral axis of the bending deformation of the member.
By making the cut cross section asymmetrical,
To stabilize the flight phenomena
You. That is, an elastic member having an asymmetric cross section is used.
If the operation / effect aimed at by the present invention is obtained, the elastic member
Many cross-sectional shapes are found as in the above embodiment.
You. The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various
Deformation is possible. For example, the cantilever structure of the elastic member 7
Of the bending vibration near the free end of the free end
Where the width W of the vertical plane is approximately W = 2λ
May be provided. Where λ is given by
Can be λ = {8πσ / (ρfe Two )} 1/3 × 10 Four (Μm) where σ is the ink surface tension (mN / m) ρ is the ink density (g / cm Three ) Fe is the excitation frequency (Hz). By doing so, two peaks in width W
Pillar waves can be generated, and then a single peak of ink is formed
The next moment this is separated and more precisely one ink drop
You will be able to fly. As described above, according to the present invention, the nozzle is
Small droplets can be ejected without using
Small droplets that meet the demand for higher resolution
Can be ejected. In particular, elastic members with a cantilever structure
Bending vibration causes the ink surface near the tip of the elastic member to
An ink jet that generates capillary waves and causes ink to fly
In a jet recording head, the direction of bending vibration of the elastic member
At least part of the cross section perpendicular to the direction is asymmetric
By doing so, it is possible to stabilize the ink flying phenomenon.
And be able to. In addition, driving at low frequency and low power
Energy efficient and use
The range of possible liquid properties also widens.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドの外観を示す斜視図である。 【図2】本発明の第1の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドの断面図である。 【図3】本発明の第1の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドの振動子に印加する信号を説明するための
図である。 【図4】本発明の第2の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドの弾性部材近傍の断面図である。 【図5】本発明の第3の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドの弾性部材近傍の断面図である。 【図6】本発明の第4の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドの弾性部材近傍の断面図である。 【図7】本発明の第5の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドの弾性部材近傍の断面図である。 【図8】本発明の第6の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドの弾性部材近傍の断面図である。 【図9】本発明の第7の実施の形態によるインクジェッ
ト記録ヘッドの弾性部材近傍の断面図である。 【図10】本発明の第8の実施の形態によるインクジェ
ット記録ヘッドの弾性部材近傍の断面図である。 【図11】従来技術に係わる印刷装置の説明図である。 【図12】従来技術に係わる印刷装置の説明図である。 【図13】中立軸、中立面を説明する図である。 【図14】中立軸、中立面を説明する図である。 【図15】中立軸、中立面を説明する図である。 【符号の説明】 1 基板 2 振動子 3 圧電体 4、5 電極 6 保護層 7 弾性部材 8 インク 9 インクドロップ 91 圧電体 92、93 電極 94 振動発生機構 95 集音体 96 インク 97 インク自由表面 98 インクドロップ 99 インクリザーバ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining signals applied to a vibrator of the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view near an elastic member of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing the vicinity of an elastic member of an ink jet recording head according to a third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a sectional view showing the vicinity of an elastic member of an inkjet recording head according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a sectional view near an elastic member of an inkjet recording head according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a sectional view near an elastic member of an ink jet recording head according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a sectional view near an elastic member of an ink jet recording head according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 10 is a sectional view near an elastic member of an ink jet recording head according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 11 is an explanatory diagram of a printing apparatus according to the related art. FIG. 12 is an explanatory diagram of a printing apparatus according to the related art. FIG. 13 is a diagram illustrating a neutral axis and a neutral surface. FIG. 14 is a diagram illustrating a neutral axis and a neutral surface. FIG. 15 is a diagram illustrating a neutral axis and a neutral surface. [Description of Signs] 1 Substrate 2 Vibrator 3 Piezoelectric 4, 5 Electrode 6 Protective layer 7 Elastic member 8 Ink 9 Ink drop 91 Piezoelectric 92, 93 Electrode 94 Vibration generating mechanism 95 Sound collector 96 Ink 97 Ink free surface 98 Ink drop 99 ink reservoir

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/01

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【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励振に応じて曲げ振動する片持ち梁
構造を有し、当該片持ち梁構造を、曲げ変形の中立軸に
対して垂直な面によって切断した断面形状が、曲げ変形
の中立面に対して非対称になる弾性部材とを備え、前記弾性部材の曲げ振動により、前記弾性部材の先端近
傍の インクの表面にキャピラリ波を発生させ、前記イン
クを飛翔させて記録媒体に付着させることを特徴とする
インクジェット記録ヘッド。
(57) Claims: 1. A vibration generating means that vibrates in response to a pixel signal, and a cantilever structure that bends and vibrates in response to excitation of the vibration generating means, the beam structure, the cross-sectional shape obtained by cutting by a plane perpendicular to the neutral axis of bending deformation, and an elastic member made asymmetrical with respect to the neutral plane of the bending deformation, the bending vibration of the elastic member, the elastic Near the tip of the member
An ink jet recording head, wherein a capillary wave is generated on the surface of ink next to the ink, and the ink is caused to fly and adhere to a recording medium.
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