JP3551603B2 - Ink jet printer head and ink jet recording apparatus - Google Patents

Ink jet printer head and ink jet recording apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP3551603B2
JP3551603B2 JP3845896A JP3845896A JP3551603B2 JP 3551603 B2 JP3551603 B2 JP 3551603B2 JP 3845896 A JP3845896 A JP 3845896A JP 3845896 A JP3845896 A JP 3845896A JP 3551603 B2 JP3551603 B2 JP 3551603B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
printer head
ink jet
nozzle
ink tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP3845896A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH09226114A (en
Inventor
達也 下田
悟 宮下
隆寛 臼井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP3845896A priority Critical patent/JP3551603B2/en
Publication of JPH09226114A publication Critical patent/JPH09226114A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3551603B2 publication Critical patent/JP3551603B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンタヘッドに関する。更に詳しくは、インク液滴適を圧電素子の変形により選択的に記録媒体に付着させるインクジェットプリンタヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、プリンタはパソコンの普及と歩調を合わせて急激に普及している。なかでもインクジェットプリンタは高速印字、低騒音、高印字品位、カラー印刷の対応が良好であり、かつ安価に市場に提供できる等の利点により、他の印字方式を抑えて、急速に発展している。
【0003】
しかしながらインクジェットプリンタに於いても、カラー印刷に長時間を要するという課題が顕在化してきた。これはパソコン等で扱う情報が、インターネットやマルチメデアの発展により、従来のモノクロのキャラクターベースからフルカラーのグラフィックベースに変化し、さらにグラフィックスの表示もより高解像度に進化し、情報量が飛躍的に増加していることによる。したがって仮に1024*756ドットのフルカラーのグラフィクスの印刷に要する時間は、従来のモノクロのキャラクターベースのそれの100倍以上を要してしまう。将来的に10000*10000ドット以上の高解像度になると、印刷時間は10000倍以上を要してしまう。
【0004】
ここで従来のインクジェットプリンタヘッドの構造、インク滴の吐出動作、複数のノズル列をもつインクジェットプリンタヘッドのインクタンクの配置の一例を、図を用いて説明する。
【0005】
まず従来のインクジェットプリンタヘッドの構造を、第4図をもとに説明する。第4図はインクジェットプリンタヘッドの部分斜視図である。第4図に於いて、1はノズル穴、2はノズル板、3は隔壁、4は圧力室、5は振動板、6は圧電素子、7は供給口、8はリザーバ、9はインクタンク口を示す。複数の圧力室4が平行に一定間隔をもって配列している。圧力室4の一面には、圧電素子6が配接された振動板5が形成されている。圧電素子6には図示されていない信号回路より電気信号が送られる。圧力室4の振動板5の反対面は、隔壁3をはさんでノズル穴1が形成されたノズル板2からなっている。圧力室4の配列方向と垂直にリザーバ8が形成されている。個々の圧力室4とリザーバ8は細長いスリット状の供給口7により接続される。リザーバ8は、リザーバ8上にある図示されていないインクタンクとインクタンク口9により接続されている。インクタンクのインクはリザーバ8に満たされる。インクはリザーバ8から供給口7を通り、圧力室4に満たされる。
【0006】
次に従来のインクジェットプリンタヘッドのインク滴の吐出動作を第5図をもとに説明する。第5図はインクジェットプリンタヘッドの圧力室の断面図である。第5図に於いて、1はノズル穴、2はノズル板、4は圧力室、5は振動板、6は圧電素子、7は供給口、8はリザーバ、9はインクタンク口を示す。
【0007】
圧電素子6に図示されていない信号回路より電気信号が送られると圧電素子6は伸縮し、振動板5は変形する。圧力室4に体積変化が起き、圧力室4内に満たされたインクはノズル穴1と供給口7へ逃げようとする。供給口7側にはインクタンクからのインクが存在するため、ノズル穴1側により多く逃げようとする。結果として、ノズル穴1から、インク滴となって吐出する。
【0008】
次に複数のノズル列をもつインクジェットプリンタヘッドのインクタンクの配置を第6図をもとに説明する。第6図は、第4図のインクジェットプリンタヘッドを4ノズル列つないだインクジェットプリンタヘッドに、4ヶのインクタンクを配置した様子を示す斜視図である。第6図に於いて、9はインクタンク口、10はノズル列A、11はノズル列B、12はノズル列C、13はノズル列D、14はインクタンクA、15はインクタンクB、16はインクタンクC、17はインクタンクD、18はノズル列の並び方向を示す。カラー印刷をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの四色で行うと、ノズル列も四列必要となる。イエローのノズル列をノズル列A10、マゼンタのノズル列をノズル列B11、シアンのノズル列をノズル列C12、ブラックのノズル列をノズル列D13とする。イエローのインクタンクをインクタンクA14、マゼンタのインクタンクをインクタンクB15、シアンのインクタンクをインクタンクC16、ブラックのインクタンクをインクタンクD17とする。各ノズル列にはそれぞれインクタンク口9があり、このうえにそれぞれのインクタンクが配置される。インクタンクはノズル列の並び方向18と同じ方向に、並んでいる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、飛躍的に増加した情報を、短時間で印刷できるインクジェットプリンタヘッドの出現が待ち望まれている。
【0010】
以下にインクジェットプリンタの印刷時間を短くする、すなわち印刷速度を速くする方法を具体的に述べ、従来技術の課題を明確にしてみる。
【0011】
印刷速度を速くするには、以下に述べる二方法がある。第一の方法はインクジェットプリンタヘッドの駆動周波数を高くすることである。駆動周波数を倍にすると、印刷速度も倍にできる。第二の方法はインクジェットプリンタのヘッドのノズル数を増やすことである。ノズル数を倍に増やせば、印刷速度も倍にできる。
【0012】
第一の方法は技術的に限界に近づいており、飛躍的な向上は期待できない。そこで、第二の方法すなわちノズル数を増やす方向での開発がなされている。この場合には単にノズル数を増やせばよいのではなく、ノズル密度もあわせて高くする必要がある。この理由を以下に述べる。前述のように高解像度のグラフィックス表示を印刷する場合に、ノズル密度が低いと、ノズル列を増やさなければならない。またフルカラー印刷をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色でおこなうと、それぞれの色に対応するノズルが必要となる。結果としてインクジェットヘッドが大きくなり、ノズル列間の位置合わせに高精度を要求され、高価で大きなインクジェットプリンタになってしまう。例として180DPI(ドット/インチ)のノズル密度のインクジェットプリンタヘッドで1440DPIのフルカラー印刷を行おうとすると、ノズル列は1色あたり8列必要となり、4色で32列必要となる。ノズル列の間隔が5mmであれば、ノズル列の総長さは5*31=155mm以上を要する。したがってインクジェットプリンタヘッド自体が大きく、高価なものとなる。さらにプリンタもそれに合わせて大きくなってしまう。
【0013】
また圧力室の横にリーザバを持つため、複数のノズル列を持つインクジェットプリンタヘッドでは、ノズル列の間隔をリザーバの長さぶん余分に持たなければならない。先程に例としてあげた180DPI(ドット/インチ)のノズル密度のインクジェットプリンタヘッドで1440DPIのフルカラー印刷を行おうとすると、ノズル列は32列必要となる。リザーバをもうけることにより3mm必要とすると、ノズル列の間隔が8mmとなり、ノズル列の総長さは8*31=248mm以上を必要としてしまう。
【0014】
ノズル密度を高くするには、インクジェットプリンタヘッドの圧力室を微小にしなければならない。さらにインクタンクから圧力室への経路も同様である。圧力室、経路が微小になるとインクの毛細間力の影響が大きくなり、円滑にインクがインクタンクから圧力室に移動しにくくなる。またインク中で発生した気泡の排除も困難となる。これらにより、良好な吐出性能が選られないという問題が発現する。
【0015】
以下にこの問題を具体的に説明する。従来のインクジェットプリンタヘッドのインクの流れは、第5図の矢印に示すようなものとなる。インクタンク中のインクの直下にあるリザーバへ流れる。リザーバのインクは水平方向に圧力室へ流れる。リザーバでインクの流れが90度変わる。この部分でインク流れが悪くなり、インク中で発生する気泡が滞留しやすくなる。気泡が滞留するとインクが流れにくくなり、吐出性能が劣化する。甚だしくはインクが流れなくなり、吐出しなくなる。従来の180DPIのノズル列は141ミクロンピッチであり、仮に流路の幅をその半分の70ミクロンとすると、1440DPIは17.6ミクロンピッチとなり、流路幅は8.8ミクロンとなる。ミクロンオーダの微小な管の中をインクが移動することになる。毛細管力の影響が大きくなり、インクが動きにくくなる。
【0016】
インクが動きにくくなると、駆動周波数を遅くしなければならない。第5図の振動板5が変形し、圧力室4の体積が変化し、ノズル穴からインク滴吐出された後に、圧力室4は元に戻る。インク滴の体積分のインクが供給口7から圧力室4に移動し、充填される。インクが動きにくいと、充填される時間が長くなり、結果として駆動周波数が遅くなる。結果的に印刷速度も遅くなる。
【0017】
したがってインクタンクから圧力室までのインクの経路は短く、直線的であることが望ましい。
【0018】
本発明はかかる問題を解決するもので、高ノズル密度で、且つ高駆動周波数を両立できるインクジェットプリンタヘッドを実現し、高解像度のフルカラーグラフィックの印刷に適したコンパクトなインクジェットプリンタを提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットプリンタヘッドは、複数のノズルを有し、振動板が形成されてなる圧力室を有する複数のノズル列と、
前記圧力室にインクを供給するインク供給路とからなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記インク供給路が前記振動板に形成されてなり、
前記複数のノズル列は夫々前記複数のノズル列に対応して形成されてなるインクタンク口によってインクタンクと接続されてなり、
複数の前記インクタンク口は前記ノズル列の並び方向に対して、斜めに配置され、複数の前記インクタンクは前記ノズル列に対して交差し、且つ重なり合うように配置されてなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドである。
本発明のインクジェットプリンタヘッドは、前記インク供給路がノズル列に形成されてなるリザーバに形成されてなり、前記リザーバが前記振動板を挟んで前記圧力室と向かい合って形成されてなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドである。
本発明のインクジェットプリンタヘッドは、前記リザーバにインクタンクと接続するインクタンク口が設けられてなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドである。
本発明のインクジェット記録装置は、前記インクジェットプリンタヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置である。
【0020】
【発明の実施の形態】
まず本発明のインクジェットプリンタヘッドの一例を第1図をもとに説明する。第1図はインクジェットプリンタヘッドの構造を示す部分斜視図である。第1図に於いて、1はノズル穴、2はノズル板、3は隔壁、4は圧力室、5は振動板、6は圧電素子、7は供給口、8はリザーバ、9はインクタンク口を示す。本図では4ノズル列あるインクジェットプリンタヘッドを示す。圧力室4は対向する隔壁3をはさんで、対向するノズル板2と振動板5により形成される。圧力室4は一定の間隔で配列される。1440DPIのノズル列であれば17.6mmの間隔で配列される。ノズル板2には個々の圧力室4に対応するノズル穴1が形成される。振動板5には圧力室4に対応する圧電素子6が配接される。振動板5には供給口7が形成される。リザーバ8は振動板5をはさんで圧力室4と向かい合う。リザーバ8にはインクタンク口9が設けられ、図示されてないインクタンクと接続される。
【0021】
次に本発明のインクジェットプリンタヘッドのインク滴の吐出動作とインクの流れを第2図をもとに説明する。第2図は第1図中の“第2図の断面線”に沿ったインクジェットプリンタヘッドの断面図である。第2図に於いて1はノズル穴、2はノズル板、4は圧力室、5は振動板、6は圧電素子、7は供給口、8はリザーバ、9はインクタンク口を示す。矢印は三種類有り、インクの流れ、圧電素子6の伸縮方向、振動板5の変形方向を示す。インクは、インクの流れ矢印に示されるように、図示されないインクタンクからインクタンク口9を経て、リザーバ8に満たされる。リザーバ8のインクは供給口7を経て圧力室4に満たされる。次にインク滴の吐出動作を説明する。圧電素子6に図示されていない信号回路より電気信号が送られると、圧電素子6は、圧電素子の“伸縮方向の矢印”に変形する。そうすると、振動板5も“振動板の変形方向1”に変形する。電気信号が解除されると、圧電素子6は元に戻り、振動板5ももとに戻るが、振動板5自体の質量と剛性により、“振動板の変形方向2”に変形する。圧力室4の体積が小さくなり、圧力波が発生する。圧力波はノズル口と供給口に伝わる。これにより、インクはノズル口からインク滴となって吐出する。
【0022】
次に本発明のインクジェットプリンタヘッドのインクタンクの配置を第3図をもとに説明する。第3図は、第1図のインクジェットプリンタヘッドにインクタンクを配置した様子を示す斜視図である。第3図に於いて、9はインクタンク口、10はノズル列A、11はノズル列B、12はノズル列C、13はノズル列D、14はインクタンクA、15はインクタンクB、16はインクタンクC、17はインクタンクD、18はノズル列の並び方向を示す。マゼンタ、シアン、ブラックの四色を印刷するとして、イエローのノズル列をノズル列A10、マゼンタのノズル列をノズル列B11、シアンのノズル列をノズル列C12、ブラックのノズル列をノズル列D13とする。イエローのインクタンクをインクタンクA14、マゼンタのインクタンクをインクタンクB15、シアンのインクタンクをインクタンクC16、ブラックのインクタンクをインクタンクD17とする。各ノズル列にはそれぞれインクタンク口9があり、このうえにそれぞれのインクタンクが配置される。四つのインクタンク口9(二つはインクタンクに隠れて図示されない)はノズル列の並び方向18にたいして、斜めに配置される。インクタンクはノズル列の並び方向と逆方向に配置される。 本発明で実現できるようにノズル列の間隔を短くできると、従来のノズル列の並び方向に配置するインクタンクだと以下に述べる問題がある、仮にインクジェットプリンタヘッドの幅をA4サイズを印刷する200mm、ノズル列の幅を2mmとすると、インクタンクの寸法は200*2mmとなる。細長いインクタンクにすると、インクタンク内の端の部分のインクがインクタンク口9へ移動し難くくなり、吐出性能に悪影響を与える。さらにインクジェットプリンタヘッドに供給できるインクの量が減ってしまう。また細長い形状の為、インクジェットプリンタヘッドにインクタンクを接続する作業が困難となる。インクタンクをノズル列の並び方向と逆方向に配置することにより、寸法は50*8mmとなり、前述の問題を解決できる。
【0023】
本発明のインクジェットプリンタヘッドの製造方法の一例を挙げ、これを説明する。厚さ200μmのシリコンウェハー上に、スパッタ法により白金膜を1μm形成する。その上に圧電体膜を以下の方法により形成する。
【0024】
酢酸鉛0.105モル、ジルコニウムアセチルアセトナート0.045モル、酢酸マグネシウム0.005モルと30ミリリットルの酢酸を、100℃に加熱して溶解させた。室温まで冷却し、チタンテトライソプロポキシド0.040モル、ペンタエトキシニオブ0.010モルをエチルセラソルブ50ミリリットルに溶解させて添加した。アセチルアセトンを30ミリリットル添加して安定化させた後、ポリエチレングリコールをゾル中の金属酸化物に対し30重量%添加し、よく攪拌して均質なゾルとした。
【0025】
白金膜上に調製したゾルをスピンコートで塗布し、400℃で仮焼成した。クラックを生じることなく、0.3μmの膜厚の非晶質の多孔質ゲル薄膜を形成できた。更にゾルの塗布と400℃の仮焼成を2度繰り返し、0.9μmの膜厚の多孔質ゲル薄膜を形成した。次にRTA(Rapid Thermal Annealing)を用いて酸素雰囲気中、5秒間で650℃に加熱して1分間保持しプレアニールを行い、0.6μmの膜厚の緻密な薄膜とした。
【0026】
再び該ゾルをスピンコートで塗布して400℃に仮焼成する工程を3度繰り返し、0.9μmの膜厚の非晶質の多孔質ゲル薄膜を積層した。次にRTAを用いて650℃でプレアニールして1分間保持することにより、1.2μm厚の結晶質の緻密な薄膜とした。フォトレジストを介してホウフッ酸でエッチングし、レジストを剥離した後、RTAを用いて酸素雰囲気中900℃に加熱し1分間保持してアニールした。1.2μm厚と厚みが変わらない圧電体薄膜が得られた。圧電体薄膜上にアルミニウム電極を蒸着法で形成し、分極後、物性を測定したところ比誘電率2000、圧電ひずみ定数150pC/Nと優れた特性を示した。この圧電体膜をフォトエッチングにより幅4μm、長さ0.9mm、ピッチ17.6μm(1440DPI)にパターニングし、複数の圧電素子を形成した。
【0027】
シリコンウエハーの圧電素子を形成した面の反対面にに異方性エッチングにより幅8μm、長さ1mm、ピッチ17.6μmの溝を、それぞれの圧電素子に対応する位置に形成した。金の上電極を形成した後、圧電素子上にエキシマレーザにより径3μmの供給口を形成した。さらにこの上に絶縁膜とするSiO2膜をスパッタ法により0.2μm形成した。この圧電素子を形成したシリコンウェハーにノズル穴を形成したノズル板、リザーバ部材、信号回路を組み合わせ、インクジェットヘッドを作成した。インクを吐出させたところ、充分な吐出力が得られた。インクジェット記録装置に組み込んで印字すると、良好な印字品質が得られた。
【0028】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明のインクジェットプリンタヘッドによれば、高解像度のフルカラー印刷を短時間にでき、インクジェットプリンタヘッド自体も小型にでき、コンパクトなインクジェットプリンタを提供できるという優れた効果がある。
【0029】
さらに高ノズル密度の圧電素子、圧力室をシリコンウェハーのフォトエッチングにより容易に作成できる。これによりノズル密度が高ければ高いほど、シリコンウェハーからの取り数を増やすことができ、安価なインクジェットプリンタヘッドを提供できるという優れた効果がある。
【0030】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインクジェットプリンタヘッドの構造を説明する部分斜視図。
【図2】本発明のインクジェットプリンタヘッドのインク滴の吐出動作とインクの流れを説明する断面図。
【図3】本発明のインクジェットプリンタヘッドのインクタンクを配置した様子を示す斜視図。
【図4】従来のインクジェットプリンタヘッドの構造を説明する部分斜視図。
【図5】従来のインクジェットプリンタヘッドのインク滴の吐出動作とインクの流れを説明する断面図。
【図6】従来のインクジェットプリンタヘッドのインクタンクを配置した様子を示す斜視図。
【符号の説明】
1 ノズル穴
2 ノズル板
3 隔壁
4 圧力室
5 振動板
6 圧電素子
7 供給口
8 リザーバ
9 インクタンク口
10 ノズル列A
11 ノズル列B
12 ノズル列C
13 ノズル列D
14 インクタンクA
15 インクタンクB
16 インクタンクC
17 インクタンクD
18 ノズル列の並び方向
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet printer head. More specifically, the present invention relates to an ink jet printer head for selectively applying ink droplets to a recording medium by deforming a piezoelectric element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, printers have rapidly spread in step with the spread of personal computers. Above all, inkjet printers are rapidly developing with the advantages of high-speed printing, low noise, high printing quality, good color printing, low cost printing, and other advantages. .
[0003]
However, the problem that a long time is required for color printing has also become apparent in an ink jet printer. This is because the information handled by personal computers changes from the conventional monochrome character base to a full-color graphic base due to the development of the Internet and multimedia, and the display of graphics has also evolved to higher resolution, dramatically increasing the amount of information Due to the increase. Therefore, the time required for printing 1024 * 756-dot full-color graphics is more than 100 times that of a conventional monochrome character base. If the resolution becomes 10,000 × 10000 dots or more in the future, the printing time will need to be 10,000 times or more.
[0004]
Here, an example of the structure of a conventional ink jet printer head, an ink droplet ejection operation, and an arrangement of ink tanks of an ink jet printer head having a plurality of nozzle rows will be described with reference to the drawings.
[0005]
First, the structure of a conventional ink jet printer head will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a partial perspective view of the ink jet printer head. In FIG. 4, 1 is a nozzle hole, 2 is a nozzle plate, 3 is a partition, 4 is a pressure chamber, 5 is a vibration plate, 6 is a piezoelectric element, 7 is a supply port, 8 is a reservoir, and 9 is an ink tank port. Is shown. A plurality of pressure chambers 4 are arranged in parallel at regular intervals. On one surface of the pressure chamber 4, a vibration plate 5 on which a piezoelectric element 6 is disposed is formed. An electric signal is sent to the piezoelectric element 6 from a signal circuit (not shown). The surface of the pressure chamber 4 opposite to the vibration plate 5 is composed of a nozzle plate 2 having a nozzle hole 1 formed with a partition wall 3 interposed therebetween. A reservoir 8 is formed perpendicular to the direction in which the pressure chambers 4 are arranged. Each of the pressure chambers 4 and the reservoir 8 are connected by an elongated slit-shaped supply port 7. The reservoir 8 is connected to an ink tank (not shown) on the reservoir 8 by an ink tank port 9. The ink in the ink tank is filled in the reservoir 8. The ink passes through the supply port 7 from the reservoir 8 and fills the pressure chamber 4.
[0006]
Next, the operation of ejecting ink droplets of a conventional ink jet printer head will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a sectional view of a pressure chamber of the ink jet printer head. In FIG. 5, 1 is a nozzle hole, 2 is a nozzle plate, 4 is a pressure chamber, 5 is a vibration plate, 6 is a piezoelectric element, 7 is a supply port, 8 is a reservoir, and 9 is an ink tank port.
[0007]
When an electric signal is sent from a signal circuit (not shown) to the piezoelectric element 6, the piezoelectric element 6 expands and contracts, and the diaphragm 5 deforms. A volume change occurs in the pressure chamber 4, and the ink filled in the pressure chamber 4 tries to escape to the nozzle hole 1 and the supply port 7. Since the ink from the ink tank exists on the supply port 7 side, the ink tends to escape to the nozzle hole 1 side. As a result, ink droplets are ejected from the nozzle holes 1.
[0008]
Next, the arrangement of ink tanks of an ink jet printer head having a plurality of nozzle rows will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a perspective view showing a state in which four ink tanks are arranged in an ink jet printer head in which the ink jet printer head of FIG. 4 is connected to four nozzle rows. In FIG. 6, 9 is an ink tank port, 10 is a nozzle row A, 11 is a nozzle row B, 12 is a nozzle row C, 13 is a nozzle row D, 14 is an ink tank A, 15 is an ink tank B, 16 Indicates the ink tank C, 17 indicates the ink tank D, and 18 indicates the direction in which the nozzle rows are arranged. When color printing is performed in four colors of yellow, magenta, cyan, and black, four nozzle rows are required. The yellow nozzle row is referred to as a nozzle row A10, the magenta nozzle row is referred to as a nozzle row B11, the cyan nozzle row is referred to as a nozzle row C12, and the black nozzle row is referred to as a nozzle row D13. The yellow ink tank is ink tank A14, the magenta ink tank is ink tank B15, the cyan ink tank is ink tank C16, and the black ink tank is ink tank D17. Each nozzle row has an ink tank opening 9 on which each ink tank is arranged. The ink tanks are arranged in the same direction as the arrangement direction 18 of the nozzle rows.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the emergence of an ink jet printer head capable of printing dramatically increased information in a short time has been awaited.
[0010]
Hereinafter, a method of shortening the printing time of the ink jet printer, that is, a method of increasing the printing speed will be specifically described, and the problems of the related art will be clarified.
[0011]
There are two methods described below to increase the printing speed. The first method is to increase the driving frequency of the ink jet printer head. If the driving frequency is doubled, the printing speed can be doubled. A second method is to increase the number of nozzles of the ink jet printer head. If the number of nozzles is doubled, the printing speed can be doubled.
[0012]
The first method is technically approaching its limit, and no dramatic improvement can be expected. Then, the second method, that is, development in the direction of increasing the number of nozzles, has been performed. In this case, it is not only necessary to simply increase the number of nozzles, but also to increase the nozzle density. The reason will be described below. As described above, when printing a high-resolution graphics display, if the nozzle density is low, the number of nozzle rows must be increased. Further, when full-color printing is performed in four colors of yellow, magenta, cyan, and black, nozzles corresponding to each color are required. As a result, the size of the ink jet head becomes large, and high precision is required for positioning between nozzle rows, resulting in an expensive and large ink jet printer. As an example, when performing full-color printing at 1440 DPI with an inkjet printer head having a nozzle density of 180 DPI (dots / inch), eight nozzle rows are required for each color, and 32 nozzles are required for four colors. If the interval between the nozzle rows is 5 mm, the total length of the nozzle rows needs to be 5 * 31 = 155 mm or more. Therefore, the ink jet printer head itself is large and expensive. In addition, the printer becomes larger accordingly.
[0013]
In addition, since a reservoir is provided beside the pressure chamber, in an ink jet printer head having a plurality of nozzle rows, the interval between the nozzle rows must be longer than the length of the reservoir. When performing the full-color printing of 1440 DPI with the ink jet printer head having the nozzle density of 180 DPI (dot / inch) described above as an example, 32 nozzle rows are required. If 3 mm is required by providing a reservoir, the interval between the nozzle rows becomes 8 mm, and the total length of the nozzle rows needs to be 8 * 31 = 248 mm or more.
[0014]
In order to increase the nozzle density, the pressure chamber of the ink jet printer head must be minute. The same goes for the path from the ink tank to the pressure chamber. When the pressure chamber and the path are small, the influence of the capillary force of the ink becomes large, and it becomes difficult for the ink to smoothly move from the ink tank to the pressure chamber. Also, it is difficult to eliminate bubbles generated in the ink. Due to these, the problem that good ejection performance cannot be selected appears.
[0015]
The following specifically describes this problem. The flow of ink in the conventional ink jet printer head is as shown by the arrow in FIG. It flows to the reservoir just below the ink in the ink tank. The reservoir ink flows horizontally into the pressure chamber. The ink flow changes 90 degrees in the reservoir. In this portion, the ink flow becomes worse, and bubbles generated in the ink tend to stay. When the bubbles stay, the ink becomes difficult to flow, and the ejection performance deteriorates. Severely, the ink does not flow and does not discharge. The conventional 180 DPI nozzle array has a 141 micron pitch, and if the width of the flow path is half that of 70 microns, then the 1440 DPI has a 17.6 micron pitch and the flow path width is 8.8 microns. Ink moves in a microscopic tube on the order of microns. The effect of the capillary force increases, making it difficult for the ink to move.
[0016]
When the ink becomes difficult to move, the driving frequency must be reduced. After the diaphragm 5 in FIG. 5 is deformed, the volume of the pressure chamber 4 changes, and after the ink droplet is ejected from the nozzle hole, the pressure chamber 4 returns to its original state. The ink corresponding to the volume of the ink droplet moves from the supply port 7 to the pressure chamber 4 and is filled. If the ink is difficult to move, the filling time becomes longer, and as a result, the driving frequency becomes slower. As a result, the printing speed also decreases.
[0017]
Therefore, it is desirable that the path of the ink from the ink tank to the pressure chamber is short and straight.
[0018]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an ink jet printer head capable of achieving both a high nozzle density and a high driving frequency, and to provide a compact ink jet printer suitable for printing high-resolution full-color graphics. And
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The ink jet printer head of the present invention has a plurality of nozzles , a plurality of nozzle rows having a pressure chamber formed with a diaphragm ,
In an ink jet printer head comprising an ink supply path for supplying ink to the pressure chamber,
The ink supply path is formed in the diaphragm,
The plurality of nozzle rows are each connected to an ink tank by an ink tank opening formed corresponding to the plurality of nozzle rows,
The plurality of ink tank openings are arranged obliquely to the arrangement direction of the nozzle rows, and the plurality of ink tanks are arranged so as to intersect and overlap with the nozzle rows. This is an inkjet printer head.
The ink jet printer head according to the present invention is characterized in that the ink supply path is formed in a reservoir formed in a nozzle row, and the reservoir is formed to face the pressure chamber with the diaphragm interposed therebetween. This is an ink-jet printer head.
An ink jet printer head according to the present invention is characterized in that the reservoir is provided with an ink tank port connected to an ink tank.
An inkjet recording apparatus according to the present invention is an inkjet recording apparatus including the inkjet printer head.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, an example of the ink jet printer head of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a partial perspective view showing the structure of the ink jet printer head. In FIG. 1, 1 is a nozzle hole, 2 is a nozzle plate, 3 is a partition, 4 is a pressure chamber, 5 is a vibration plate, 6 is a piezoelectric element, 7 is a supply port, 8 is a reservoir, and 9 is an ink tank port. Is shown. This figure shows an ink jet printer head having four nozzle arrays. The pressure chamber 4 is formed by the opposed nozzle plate 2 and the diaphragm 5 with the opposed partition wall 3 interposed therebetween. The pressure chambers 4 are arranged at regular intervals. In the case of a 1440 DPI nozzle array, they are arranged at an interval of 17.6 mm. Nozzle holes 1 corresponding to individual pressure chambers 4 are formed in the nozzle plate 2. A piezoelectric element 6 corresponding to the pressure chamber 4 is connected to the vibration plate 5. A supply port 7 is formed in the diaphragm 5. The reservoir 8 faces the pressure chamber 4 with the diaphragm 5 interposed therebetween. The reservoir 8 is provided with an ink tank port 9 and is connected to an ink tank (not shown).
[0021]
Next, the ink droplet ejection operation and the ink flow of the ink jet printer head of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet printer head taken along a "cross-sectional line in FIG. 2" in FIG. In FIG. 2, 1 is a nozzle hole, 2 is a nozzle plate, 4 is a pressure chamber, 5 is a vibration plate, 6 is a piezoelectric element, 7 is a supply port, 8 is a reservoir, and 9 is an ink tank port. There are three types of arrows, indicating the flow of ink, the direction in which the piezoelectric element 6 expands and contracts, and the direction in which the diaphragm 5 deforms. The ink is filled in the reservoir 8 from the ink tank (not shown) through the ink tank opening 9 as shown by the ink flow arrow. The ink in the reservoir 8 is filled in the pressure chamber 4 through the supply port 7. Next, the operation of ejecting ink droplets will be described. When an electric signal is sent from a signal circuit (not shown) to the piezoelectric element 6, the piezoelectric element 6 is deformed into an "arrow in the expansion and contraction direction" of the piezoelectric element. Then, the diaphragm 5 is also deformed in the “deformation direction 1 of the diaphragm”. When the electric signal is released, the piezoelectric element 6 returns to its original state, and the diaphragm 5 also returns to its original state. However, due to the mass and rigidity of the diaphragm 5, the diaphragm 5 is deformed in the "deformation direction 2 of the diaphragm". The volume of the pressure chamber 4 is reduced, and a pressure wave is generated. The pressure wave is transmitted to the nozzle port and the supply port. As a result, the ink is ejected from the nozzle openings as ink droplets.
[0022]
Next, the arrangement of the ink tank of the ink jet printer head of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a state in which an ink tank is arranged in the ink jet printer head of FIG. In FIG. 3, 9 is an ink tank port, 10 is a nozzle row A, 11 is a nozzle row B, 12 is a nozzle row C, 13 is a nozzle row D, 14 is an ink tank A, 15 is an ink tank B, 16 Indicates the ink tank C, 17 indicates the ink tank D, and 18 indicates the direction in which the nozzle rows are arranged. Assuming that four colors of magenta, cyan, and black are to be printed, the nozzle row of yellow is nozzle row A10, the nozzle row of magenta is nozzle row B11, the nozzle row of cyan is nozzle row C12, and the nozzle row of black is nozzle row D13. . The yellow ink tank is ink tank A14, the magenta ink tank is ink tank B15, the cyan ink tank is ink tank C16, and the black ink tank is ink tank D17. Each nozzle row has an ink tank opening 9 on which each ink tank is arranged. The four ink tank openings 9 (two are hidden by the ink tanks and not shown) are arranged obliquely with respect to the direction 18 in which the nozzle rows are arranged. The ink tank is arranged in a direction opposite to the direction in which the nozzle rows are arranged. If the interval between the nozzle rows can be shortened as can be realized by the present invention, the following problem occurs if the conventional ink tanks are arranged in the direction in which the nozzle rows are arranged. If the width of the nozzle row is 2 mm, the size of the ink tank is 200 * 2 mm. When the ink tank is elongated, it becomes difficult for the ink at the end of the ink tank to move to the ink tank port 9, and this has an adverse effect on the ejection performance. Further, the amount of ink that can be supplied to the ink jet printer head is reduced. In addition, because of the elongated shape, it is difficult to connect the ink tank to the ink jet printer head. By arranging the ink tanks in the direction opposite to the direction in which the nozzle rows are arranged, the size becomes 50 * 8 mm, and the above-described problem can be solved.
[0023]
An example of the method for manufacturing the ink jet printer head of the present invention will be described below. A 1 μm-thick platinum film is formed on a 200 μm-thick silicon wafer by a sputtering method. A piezoelectric film is formed thereon by the following method.
[0024]
0.105 mol of lead acetate, 0.045 mol of zirconium acetylacetonate, 0.005 mol of magnesium acetate and 30 ml of acetic acid were dissolved by heating to 100 ° C. After cooling to room temperature, 0.040 mol of titanium tetraisopropoxide and 0.010 mol of pentaethoxyniobium were dissolved in 50 ml of ethyl cerasolve and added. After 30 ml of acetylacetone was added to stabilize, 30% by weight of polyethylene glycol was added to the metal oxide in the sol, and the mixture was stirred well to obtain a homogeneous sol.
[0025]
The sol prepared on the platinum film was applied by spin coating, and calcined at 400 ° C. An amorphous porous gel thin film having a thickness of 0.3 μm could be formed without generating cracks. Further, the application of the sol and the preliminary baking at 400 ° C. were repeated twice to form a porous gel thin film having a thickness of 0.9 μm. Next, it was heated to 650 ° C. for 5 seconds in an oxygen atmosphere using RTA (Rapid Thermal Annealing) and held for 1 minute to perform pre-annealing, thereby forming a dense thin film having a thickness of 0.6 μm.
[0026]
The step of applying the sol again by spin coating and pre-baking at 400 ° C. was repeated three times, and an amorphous porous gel thin film having a thickness of 0.9 μm was laminated. Next, by pre-annealing at 650 ° C. using RTA and holding for 1 minute, a crystalline dense thin film having a thickness of 1.2 μm was obtained. After etching with borofluoric acid through the photoresist and stripping the resist, the substrate was annealed by heating to 900 ° C. in an oxygen atmosphere using RTA for 1 minute. A piezoelectric thin film whose thickness did not change from that of 1.2 μm was obtained. An aluminum electrode was formed on the piezoelectric thin film by a vapor deposition method, and after polarization, physical properties were measured. As a result, it was found that the dielectric constant was 2000, and the piezoelectric strain constant was 150 pC / N. This piezoelectric film was patterned by photoetching into a width of 4 μm, a length of 0.9 mm, and a pitch of 17.6 μm (1440 DPI) to form a plurality of piezoelectric elements.
[0027]
Grooves having a width of 8 μm, a length of 1 mm, and a pitch of 17.6 μm were formed on the surface of the silicon wafer opposite to the surface on which the piezoelectric elements were formed by anisotropic etching at positions corresponding to the respective piezoelectric elements. After forming the gold upper electrode, a supply port having a diameter of 3 μm was formed on the piezoelectric element by using an excimer laser. Further, an SiO2 film serving as an insulating film was formed thereon by a thickness of 0.2 μm by a sputtering method. A nozzle plate having a nozzle hole formed therein, a reservoir member, and a signal circuit were combined on the silicon wafer on which the piezoelectric element was formed to prepare an ink jet head. When the ink was ejected, a sufficient ejection force was obtained. When printing was performed by incorporating the ink jet recording apparatus into an ink jet recording apparatus, good printing quality was obtained.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the inkjet printer head of the present invention, there is an excellent effect that high-resolution full-color printing can be performed in a short time, the inkjet printer head itself can be reduced in size, and a compact inkjet printer can be provided.
[0029]
Further, a piezoelectric element and a pressure chamber having a high nozzle density can be easily formed by photoetching a silicon wafer. As a result, the higher the nozzle density is, the more the number of pieces taken from a silicon wafer can be increased, and there is an excellent effect that an inexpensive inkjet printer head can be provided.
[0030]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial perspective view illustrating the structure of an ink jet printer head according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an ink droplet ejection operation and ink flow of the ink jet printer head of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which ink tanks of the ink jet printer head of the present invention are arranged.
FIG. 4 is a partial perspective view illustrating the structure of a conventional inkjet printer head.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the operation of ejecting ink droplets and the flow of ink in a conventional inkjet printer head.
FIG. 6 is a perspective view showing a state in which ink tanks of a conventional ink jet printer head are arranged.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle hole 2 Nozzle plate 3 Partition wall 4 Pressure chamber 5 Vibration plate 6 Piezoelectric element 7 Supply port 8 Reservoir 9 Ink tank port 10 Nozzle row A
11 Nozzle row B
12 Nozzle row C
13 Nozzle row D
14 Ink tank A
15 Ink tank B
16 Ink tank C
17 Ink tank D
18 Nozzle row arrangement direction

Claims (4)

複数のノズルを有し、振動板が形成されてなる圧力室を有する複数のノズル列と、
前記圧力室にインクを供給するインク供給路とからなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記インク供給路が前記振動板に形成されてなり、
前記複数のノズル列は夫々前記複数のノズル列に対応して形成されてなるインクタンク口によってインクタンクと接続されてなり、
複数の前記インクタンク口は前記ノズル列の並び方向に対して、斜めに配置され、複数の前記インクタンクは前記ノズル列に対して交差し、且つ重なり合うように配置されてなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
A plurality of nozzle rows having a plurality of nozzles and having a pressure chamber formed with a diaphragm ,
In an ink jet printer head comprising an ink supply path for supplying ink to the pressure chamber,
The ink supply path is formed in the diaphragm,
The plurality of nozzle rows are each connected to an ink tank by an ink tank opening formed corresponding to the plurality of nozzle rows,
The plurality of ink tank openings are arranged obliquely to the arrangement direction of the nozzle rows, and the plurality of ink tanks are arranged so as to intersect and overlap with the nozzle rows. Inkjet printer head.
請求項1記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記インク供給路がノズル列に形成されてなるリザーバに形成されてなり、前記リザーバが前記振動版を挟んで前記圧力室と向かい合って形成されてなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。2. The ink jet printer head according to claim 1, wherein the ink supply path is formed in a reservoir formed in a nozzle row, and the reservoir is formed to face the pressure chamber with the vibration plate interposed therebetween. Characteristic inkjet printer head. 請求項2記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記リザーバにインクタンクと接続するインクタンク口が設けられてなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。3. An ink jet printer head according to claim 2, wherein said reservoir is provided with an ink tank port connected to an ink tank. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。An inkjet recording apparatus comprising the inkjet printer head according to claim 1.
JP3845896A 1996-02-26 1996-02-26 Ink jet printer head and ink jet recording apparatus Expired - Lifetime JP3551603B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3845896A JP3551603B2 (en) 1996-02-26 1996-02-26 Ink jet printer head and ink jet recording apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3845896A JP3551603B2 (en) 1996-02-26 1996-02-26 Ink jet printer head and ink jet recording apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09226114A JPH09226114A (en) 1997-09-02
JP3551603B2 true JP3551603B2 (en) 2004-08-11

Family

ID=12525822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3845896A Expired - Lifetime JP3551603B2 (en) 1996-02-26 1996-02-26 Ink jet printer head and ink jet recording apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3551603B2 (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3521708B2 (en) 1997-09-30 2004-04-19 セイコーエプソン株式会社 Ink jet recording head and method of manufacturing the same
JP2002052702A (en) * 2000-08-09 2002-02-19 Mitsubishi Electric Corp Liquid ejector and liquid supply tube
KR100428793B1 (en) * 2002-06-26 2004-04-28 삼성전자주식회사 Ink Jet Printer Head And Method Of Fabricating The Same
JP2006007560A (en) * 2004-06-25 2006-01-12 Sony Corp Functional element, its manufacturing method, fluid discharging apparatus, and printer
JP2006082343A (en) 2004-09-15 2006-03-30 Fuji Photo Film Co Ltd Liquid jet head, image forming apparatus, and method of manufacturing liquid jet head
US7422315B2 (en) 2004-09-21 2008-09-09 Fujifilm Corporation Liquid ejection head and image forming apparatus comprising same
JP2006088476A (en) 2004-09-22 2006-04-06 Fuji Photo Film Co Ltd Liquid ejection head and image forming apparatus
US7651198B2 (en) 2004-09-22 2010-01-26 Fujifilm Corporation Liquid droplet ejection head and image forming apparatus
US7549223B2 (en) 2004-09-28 2009-06-23 Fujifilm Corporation Method for manufacturing a liquid ejection head
JP4569866B2 (en) 2004-09-30 2010-10-27 富士フイルム株式会社 Liquid ejection head and image forming apparatus
JP4135697B2 (en) 2004-09-30 2008-08-20 富士フイルム株式会社 Liquid ejection head and image forming apparatus
JP4474686B2 (en) 2005-02-21 2010-06-09 富士フイルム株式会社 Liquid ejection head and image forming apparatus
JP4022674B2 (en) 2005-03-17 2007-12-19 富士フイルム株式会社 Liquid discharge head, image forming apparatus, and method of manufacturing liquid discharge head

Also Published As

Publication number Publication date
JPH09226114A (en) 1997-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5754202A (en) Ink jet recording apparatus
JP3551603B2 (en) Ink jet printer head and ink jet recording apparatus
JP3408130B2 (en) Ink jet recording head and method of manufacturing the same
JPH10337868A (en) Magnetic operation ink jet print device and manufacture thereof
US6126277A (en) Non-kogating, low turn on energy thin film structure for very low drop volume thermal ink jet pens
KR100552660B1 (en) Bubble-jet type ink-jet print head
JP3851814B2 (en) Ink jet print head having hemispherical ink chamber and method of manufacturing the same
JPS59194860A (en) Liquid jet recording head
US6719410B2 (en) Ink jet head and manufacturing method thereof
US6652077B2 (en) High-density ink-jet printhead having a multi-arrayed structure
JPH05131622A (en) Ink-jet recording device
JPH0820110A (en) Thermal ink jet printer
JP2001180015A (en) Ink jet recorder, ink jet recording method, and ink jet recording head
EP1186418A1 (en) Manufacturing method for print head
JPS6135966A (en) Ink jet recording head
US6964469B2 (en) Liquid droplet ejection apparatus and ink jet recording head
JPH0447947A (en) Ink jet jprinter head
JP2680303B2 (en) Color inkjet head
KR100474838B1 (en) Ink-jet print head having semispherical ink chamber
JP3942810B2 (en) Electrostatic ink jet head and manufacturing method thereof
JP3221405B2 (en) Inkjet recording head
JP3046061B2 (en) Ink jet recording head and recording apparatus using the recording head
JPH0929962A (en) Ink jet printer
JP2000015816A (en) Ink jet head and manufacture thereof
JP2000127376A (en) Ink jet recording method, ink jet recording head and ink jet recorder

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040122

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040406

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040419

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080514

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090514

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100514

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110514

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120514

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140514

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term