JPH02297445A - Ink discharger of ink jet printer - Google Patents
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- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明はインクジェットプリンタのインク吐出装置に関
し、特に、インク室およびオリフィスの微細化により記
録の高密度化を図るインクジエ・ソトプリンタのインク
吐出装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an ink ejection device for an inkjet printer, and particularly to an ink ejection device for an inkjet printer that achieves high density recording by miniaturizing ink chambers and orifices. It is related to.
[従来の技術]
インクジェットプリンタは、高速記録が可能でしかも普
通紙に特別な定着処理をせずに記録できるため、有力な
記録装置として活用されている。[Prior Art] Inkjet printers are used as powerful recording devices because they are capable of high-speed recording and can also record on plain paper without special fixing processing.
インクジ2エツトプリンタの記録画像の画質を向上する
ためには、記録の高密度化が要求される。In order to improve the quality of images recorded by inkjet printers, higher density recording is required.
記録密度を高めるための重要な要素として、まず第1に
記録のドツト形状が小さいことが要求される。また、記
録のドツト形状が小さくなると、所望の記録速度を得る
ために、インクを突出するノズル自体の高集積化が容易
でなければならない。As an important factor for increasing recording density, first of all, it is required that the recording dot shape be small. Furthermore, as the dot shape of recording becomes smaller, in order to obtain a desired recording speed, the nozzles themselves that eject ink must be easily highly integrated.
記録の高専密度化を図るための従来のインクジェットプ
リンタのインク吐出装置として、第5図〜第7図に示す
ようなものがある。2. Description of the Related Art Conventional inkjet printer ink ejecting apparatuses for increasing the printing density include those shown in FIGS. 5 to 7.
第5図に示す従来のインク吐出装置は、圧電セラミクス
からなりノズル1が形成された圧電アクチュエータ2を
その本体とする。圧電アクチュエータ2は、接合層3で
重ね合わせた上下の圧電体ブロック2a、2.bからな
り、ノズル1は接合層3の上下にまたがって、横に複数
個並んで形成されている。インク室1の内壁には、第6
図に示すように薄膜の電極4が形成されている。また、
下の圧電体ブロック2bの後部上面には、薄膜電極パタ
ーン4が形成され、その上に圧電アクチュエータの駆動
用IC5がボンディングされている。The conventional ink ejecting device shown in FIG. 5 has a piezoelectric actuator 2 made of piezoelectric ceramics and having a nozzle 1 formed therein as its main body. The piezoelectric actuator 2 includes upper and lower piezoelectric blocks 2a, 2. b, and a plurality of nozzles 1 are formed side by side across the top and bottom of the bonding layer 3. On the inner wall of the ink chamber 1, there is a sixth
As shown in the figure, a thin film electrode 4 is formed. Also,
A thin film electrode pattern 4 is formed on the rear upper surface of the lower piezoelectric block 2b, and a piezoelectric actuator driving IC 5 is bonded thereon.
このように形成された従来のインク吐出装置の動作につ
いて、以下に説明する。圧電アクチュエータ2の駆動は
、第6図に示す圧電ぜん断モードを利用したものである
。同図を参照して、矢印A方向に分極した圧電体6の左
右側壁7,8間に電圧を印加すると、図に2点鎖線で示
すモードの変形が生じる。圧電アクチュエータ2のイン
ク室]においては、電極間に電圧が印加されることによ
って、この圧電せん断モードによる変形が第7図に示す
ように接合層3の上下対称に生じる。その結果インク室
1の側壁がくの字状に変形し、第7図の中央のインク室
1aのように側壁が内側に変形したインク室1からイン
クが押出されることになる。押出されるインクは、圧電
アクチュエータ2の前端面を覆うオリフィスプレート(
図示せず)に形成された、各インク室]に対応するオリ
フィスを通って外部に吐出される。このような動作が、
記録信号に応じて駆動回路5によって各インク室1にお
いて選択的に起こり、インク室1の出口に対向する記録
紙(図示せず)上に記録画像が形成される。The operation of the conventional ink ejection device formed in this way will be described below. The piezoelectric actuator 2 is driven using the piezoelectric shear mode shown in FIG. Referring to the figure, when a voltage is applied between the left and right side walls 7 and 8 of the piezoelectric body 6 polarized in the direction of arrow A, a mode deformation occurs as indicated by a two-dot chain line in the figure. In the ink chamber of the piezoelectric actuator 2, by applying a voltage between the electrodes, deformation due to this piezoelectric shear mode occurs vertically symmetrically in the bonding layer 3, as shown in FIG. As a result, the side wall of the ink chamber 1 is deformed into a dogleg shape, and ink is forced out of the ink chamber 1 whose side wall is deformed inward, as in the ink chamber 1a in the center of FIG. The extruded ink flows through an orifice plate (
The ink is discharged to the outside through an orifice corresponding to each ink chamber formed in the ink chamber (not shown). This kind of behavior
This occurs selectively in each ink chamber 1 by the drive circuit 5 in response to a recording signal, and a recorded image is formed on a recording paper (not shown) facing the outlet of the ink chamber 1.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、上記従来のインク吐出装置には次のよう
な問題がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, the above conventional ink ejection device has the following problems.
圧電体ブロック2a、2bにインク室]を形成する方法
として、ダイシングソーによる切削加工、エレクトロフ
ォーミングによる金属膜形成、レーザ加工、ウェットエ
ツチングなどがある。しかしながら、これらのいずれの
加工方法を用いても、加工精度と量産性の点から見て、
30ミクロン程度の幅の溝加工が実用上の限界である。Methods for forming the ink chambers in the piezoelectric blocks 2a and 2b include cutting with a dicing saw, metal film formation by electroforming, laser processing, and wet etching. However, no matter which of these processing methods is used, in terms of processing accuracy and mass productivity,
Grooving with a width of about 30 microns is the practical limit.
したがってインク吐出装置に適用した場合、記録密度と
しては400dpi (dots per 1n
ch)が限度であり、良好な画質を得ることができない
。Therefore, when applied to an ink ejection device, the recording density is 400 dpi (dots per 1n
ch) is the limit, and good image quality cannot be obtained.
また、インク室の側壁に電極を形成し、それにパルス電
圧を印加してクーロン力によってインク室の体積を収縮
させ、インクを吐出させるという考え方は従来から存在
した。この方法は、圧電素子を用いることなくしかも比
較、的低いエネルギで応答性良く駆動できるというメリ
ットがある。しかし、クーロン力を適用して所定の記録
密度を得るためには、極めて細長い断面形状でかつ微細
なインク室を形成することが要求されるため、従来の加
工方法では実現が困難であるという問題がある。Furthermore, there has been a conventional concept of forming an electrode on the side wall of the ink chamber and applying a pulse voltage thereto to cause the volume of the ink chamber to contract due to Coulomb force, thereby causing ink to be ejected. This method has the advantage that it can be driven with good responsiveness without using a piezoelectric element and with comparatively low energy. However, in order to obtain a predetermined recording density by applying Coulomb force, it is necessary to form an extremely elongated cross-sectional shape and a fine ink chamber, which is difficult to achieve using conventional processing methods. There is.
本発明は上記従来の問題点を解消するため、クーロン力
を適用しかつ高い記録密度を得るための微細構造を有す
るインクジェットプリンタのインク吐出装置を提供する
ことを目的とする。In order to solve the above-mentioned conventional problems, it is an object of the present invention to provide an ink ejection device for an ink jet printer that applies Coulomb force and has a fine structure for obtaining high recording density.
[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のインク吐出装置は、
共に(111)結晶面の方向に左右両側の側壁を有する
インク室およびオリフィスを設はたシリコン単結晶のブ
ロックからなるものである。[Means for Solving the Problems] The ink ejection device of the inkjet printer of the present invention has the following features:
Both are made of a silicon single crystal block having an ink chamber and an orifice having left and right side walls in the direction of the (111) crystal plane.
インク室には、その左右両側壁にそれぞれ薄膜電極が形
成されている。Thin film electrodes are formed on both left and right walls of the ink chamber.
また本発明のインクジェットプリンタのインク吐出装置
には、シリコン単結晶のブロックのいずれかの端面に、
インク室の駆動を制御するための駆動回路を直接形成し
たものが含まれる。In addition, the ink ejection device of the inkjet printer of the present invention includes a silicon monocrystalline block on either end surface.
This includes those in which a drive circuit for controlling the drive of the ink chamber is directly formed.
[作用]
本発明によれば、シリコン単結晶のブロックの(111
)結晶面方向に側壁を有するようにインク室およびオリ
フィスを設けた構成とすることにより、インク室および
オリフィスの形成にいわゆる異方性エツチングを適用す
ることができる。すなわち、シリコン単結晶の(111
/)結晶面方向のエツチング速度が他の結晶面方向の数
10倍以上であることを利用して、(111)結晶面方
向に深くかつ微細な溝加工を施すことによってインク室
およびオリフィスが形成される。その結果、インク室側
壁に形成した薄膜電極にパルス電圧を印加したときのク
ーロン力によって、インクを吐出するに必要な結晶室の
収縮が生じる程度の、深く細長い断面形状のインク室の
加工が可能になる。[Operation] According to the present invention, (111
) By configuring the ink chamber and orifice to have side walls in the direction of the crystal plane, so-called anisotropic etching can be applied to the formation of the ink chamber and orifice. In other words, (111
/) Taking advantage of the fact that the etching rate in the crystal plane direction is several tens of times higher than in other crystal plane directions, ink chambers and orifices are formed by processing deep and fine grooves in the (111) crystal plane direction. be done. As a result, it is possible to fabricate an ink chamber with a deep and elongated cross-sectional shape that causes the contraction of the crystal chamber necessary to eject ink due to the Coulomb force when a pulse voltage is applied to the thin film electrode formed on the side wall of the ink chamber. become.
また、シリコン単結晶のブロックにインク室およびオリ
フィスを形成するため、ブロックそのものの端面に、イ
ンク室の駆動を制御する駆動回路を直接形成することが
可能となる。Furthermore, since the ink chamber and orifice are formed in a silicon single crystal block, it is possible to directly form a drive circuit for controlling the drive of the ink chamber on the end face of the block itself.
[実施例]
以下本発明の一実施例について、第1図〜第4図に基づ
いて説明する。[Example] An example of the present invention will be described below based on FIGS. 1 to 4.
本実施例のインク吐出装置の本体は、第1図に示すよう
になっている。同図を参照して、シリコン単結晶のウェ
ハを直方体に切出したシリコンブロック11に複数のイ
ンク室12とオリフィス13が並列に形成されている。The main body of the ink ejection device of this embodiment is as shown in FIG. Referring to the figure, a plurality of ink chambers 12 and orifices 13 are formed in parallel in a silicon block 11 obtained by cutting a silicon single crystal wafer into a rectangular parallelepiped.
シリコンブロック11は、その上端面1.1 aが(1
10)結晶面、インク室12の側壁に平行な側面1 l
bが(1,:1.:l−)結晶面となるように、(1
1,0)ウェハから切出したものを用いる。このように
シリコンブロック11の結晶方位を選ぶのは、インク室
12およびオリフィス13を形成するための溝加工を、
シリコンの結晶方位によるエツチング特性の相違を利用
したいわゆる異方性エツチングによって行なうためであ
る。すなわち、(111)結晶面方向のエツチング速度
が、(110)面方向のエツチング速度に比べて数10
倍も速いことを利用するものである。インク室12およ
びオリフィス13の溝加工は、インク室12およびオリ
フィス13の溝加工は、その水平断面形状に対応したマ
スクをシリコンブロック11の上端面1 ]、 a上に
形成し、ウェットエツチングなどによって行なうことが
できる。The silicon block 11 has an upper end surface 1.1 a of (1
10) Crystal plane, side surface 1 l parallel to the side wall of the ink chamber 12
(1,:1.:l-) so that b is the (1,:1.:l-) crystal plane.
1,0) Use a material cut out from a wafer. The reason why the crystal orientation of the silicon block 11 is selected in this way is that the grooves for forming the ink chamber 12 and the orifice 13 are
This is because so-called anisotropic etching takes advantage of the difference in etching characteristics depending on the crystal orientation of silicon. In other words, the etching rate in the (111) crystal plane direction is several tens of times faster than the etching rate in the (110) plane direction.
This takes advantage of the fact that it is twice as fast. Grooving of the ink chamber 12 and orifice 13 is carried out by forming a mask corresponding to the horizontal cross-sectional shape on the upper end surface 1 of the silicon block 11, and performing wet etching or the like. can be done.
このような異方性エツチングを用いることにより、幅1
0ミクロン、深さ100ミクロン、ピッチ40ミクロン
程度の溝加工が可能である。これにより、オリフィスの
集積度を600dp i程度まで高めることができる。By using such anisotropic etching, the width 1
It is possible to process grooves with a diameter of 0 microns, a depth of 100 microns, and a pitch of about 40 microns. Thereby, the degree of integration of orifices can be increased to about 600 dpi.
インク室12の側壁と、上端面11a上の隣り合うイン
ク室12間には、第2図にその断面を示すように、厚さ
数ミクロンメータの薄膜電極14が蒸着によって形成さ
れている。インク室12の左右両側壁の薄膜電極14間
に、第2図のような曲成で電圧を印加すると、薄膜電極
14間にC方向のクーロン力か働き、側壁が変形してそ
の断面積か小さくなる。その結果インク室12内のイン
クが押し出され、オリフィス13から吐出される。この
電圧印加を記録信号に対応して行なわせることにより、
所望の記録画像が得られることになる。A thin film electrode 14 having a thickness of several micrometers is formed by vapor deposition on the side wall of the ink chamber 12 and between adjacent ink chambers 12 on the upper end surface 11a, as shown in the cross section of FIG. When a voltage is applied between the thin film electrodes 14 on the left and right side walls of the ink chamber 12 in a curved configuration as shown in FIG. becomes smaller. As a result, the ink in the ink chamber 12 is pushed out and ejected from the orifice 13. By applying this voltage in accordance with the recording signal,
A desired recorded image will be obtained.
本実施例のインク吐出装置の記録方式では、その記録に
必要なエネルギは、従来の圧電体を用いた方式に比べて
大幅に低減される。具体的には、従来方式の記録エネル
ギが1O−5Joule/dot以上必要であるのに対
し、本実施例では、10”−8〜10−’ Joule
/dot程度である。In the recording method of the ink ejection device of this embodiment, the energy required for recording is significantly reduced compared to a conventional method using a piezoelectric body. Specifically, whereas the conventional method requires recording energy of 10-5 Joule/dot or more, in this embodiment, recording energy of 10"-8 to 10-' Joule/dot or more is required.
/dot.
本実施例においては、記録信号を受けて各インク室12
の駆動を制御する駆動回路15が、シリコンブロック1
1の上端面11aに直接形成されている。このように駆
動回路15を直接形成できるのは、インク室12および
オリフィス13を有するインク吐出装置のアクチュエー
タ部をシリコンの結晶体で形成したことによるものであ
る。その結果、従来のように駆動回路ICをボンディン
グする必要もなくなり、コンパクト化およびアクチュエ
ータ部のユニット化を図ることができる。In this embodiment, each ink chamber 12 receives a recording signal.
A drive circuit 15 that controls the drive of the silicon block 1
1 is directly formed on the upper end surface 11a of 1. The reason why the drive circuit 15 can be directly formed in this manner is that the actuator portion of the ink discharge device having the ink chamber 12 and the orifice 13 is formed of silicon crystal. As a result, there is no need to bond the drive circuit IC as in the conventional case, and it is possible to achieve compactness and unitization of the actuator section.
本実施例のインク吐出装置は、その使用状態においては
、第3図に示すようにシリンダブロック11の上端面]
]−aをカバープレート]6で密着して覆われている
。またオリフィス13が開口する前面の一部をマスクプ
レート17で覆い、オリフィスの下方部分のみが開口し
て適切な大きさのインク滴を吐出できるようになってい
る。When the ink ejection device of this embodiment is in use, as shown in FIG. 3, the upper end surface of the cylinder block 11]
]-a is tightly covered with cover plate ]6. Further, a part of the front surface where the orifice 13 opens is covered with a mask plate 17, so that only the lower part of the orifice is opened so that ink droplets of an appropriate size can be ejected.
本実施例のインク吐出装置をインクジェットプリンタに
組込んだ状態では、その概略を第4図に示すように配置
されている。同図を参照して、まずインクカートリッジ
18からインクフィルタ19を介してインク室内にイン
ク20が供給される。When the ink ejection device of this embodiment is incorporated into an inkjet printer, it is arranged as schematically shown in FIG. Referring to the figure, first, ink 20 is supplied from the ink cartridge 18 through the ink filter 19 into the ink chamber.
信号端子21に記録信号が入力されると、それに応じて
駆動回路15か動作し、記録信号に対応してインク室1
2が駆動される。その結果オリフィス13から吐出した
インク滴がプラテン22に沿って走行する記録紙23上
に付着し、記録画像が形成される。When a recording signal is input to the signal terminal 21, the drive circuit 15 operates in response to the recording signal, and the ink chamber 1 is activated in response to the recording signal.
2 is driven. As a result, ink droplets ejected from the orifice 13 adhere to the recording paper 23 running along the platen 22, forming a recorded image.
なお、本実施例において駆動回路15はシリコンブロッ
ク11の上端面11aに設けたが、必要に応じ側面等の
他の端面に形成することも可能である。In this embodiment, the drive circuit 15 is provided on the upper end surface 11a of the silicon block 11, but it may be formed on other end surfaces such as the side surfaces as required.
[発明の効果]
以上述べたように本発明によれば、シリコン単結晶から
なるブロックの(111)結晶面方向に側壁を有するイ
ンク室およびオリフィスを設けた構成とすることにより
、インク室およびオリフィスの形成に異方性エツチング
による微細加工を適用することができる。これにより、
インク室の側壁に形成した薄膜電極間にパルス電圧を印
加して、クーロン力によりインク室を収縮させてインク
を吐出させる方式を、インクジェットプリンタのインク
吐出装置として適用することが可能となる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the ink chamber and the orifice are provided with the side wall in the direction of the (111) crystal plane of the block made of silicon single crystal. Microfabrication using anisotropic etching can be applied to the formation of. This results in
A method in which a pulse voltage is applied between thin film electrodes formed on the side wall of an ink chamber to cause the ink chamber to contract due to Coulomb force and eject ink can be applied as an ink ejection device of an inkjet printer.
したがって比較的低いエネルギで応答性良くインク吐出
制御ができるとともに、高密度かつ高速な記録が実現さ
れる。Therefore, ink ejection can be controlled with good responsiveness with relatively low energy, and high-density and high-speed recording can be realized.
また、シリコン単結晶からなるブロックのいずれかの端
面に、インク室の駆動を制御するための駆動回路を直接
形成することにより、従来のようにアクチュエータ部に
駆動回路ICを別途ボンディングする必要もなくなる。In addition, by directly forming a drive circuit for controlling the drive of the ink chamber on either end face of a block made of silicon single crystal, there is no need to separately bond a drive circuit IC to the actuator part as in the past. .
その結果、コンパクト化が図れるとともに、高集積化が
容易となり、記録の高密度化に伴なう画質の向上を図る
ことができる。As a result, it is possible to achieve compactness, facilitate high integration, and improve image quality as recording density increases.
第1図は本発明の一実施例におけるインクジェットプリ
ンタのインク吐出装置の構造を示す斜視図、第2図は第
1図のB−B断面図、第3図は同装置の使用状態での斜
視図、第4図は同装置をインクジェットプリンタに組込
んだ場合の概略構成を示す図である。
第5図は従来のインクジェットプリンタのインク吐出装
置の一例を示す斜視図、第6図および第7図は同装置の
動作原理を説明するための要部拡大断面図である。
図において、11はシリコンブロック、12はインク室
、13はオリフィス、14は薄膜電極、15は駆動回路
である。
= 13−Fig. 1 is a perspective view showing the structure of an ink ejection device of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view taken along line BB in Fig. 1, and Fig. 3 is a perspective view of the device in use. 4A and 4B are diagrams showing a schematic configuration of the same device when it is incorporated into an inkjet printer. FIG. 5 is a perspective view showing an example of an ink ejecting device of a conventional inkjet printer, and FIGS. 6 and 7 are enlarged sectional views of essential parts for explaining the operating principle of the device. In the figure, 11 is a silicon block, 12 is an ink chamber, 13 is an orifice, 14 is a thin film electrode, and 15 is a drive circuit. = 13-
Claims (2)
有するインク室およびオリフィスを設けたシリコン単結
晶のブロックからなり、 前記インク室の左右両側の側壁にそれぞれ薄膜電極を形
成したこと を特徴とするインクジェットプリンタのインク吐出装置
。(1) Consisting of a silicon single crystal block provided with an ink chamber and an orifice, both of which have left and right side walls in the direction of the (111) crystal plane, and thin film electrodes are formed on each of the left and right side walls of the ink chamber. Features of inkjet printer ink ejection device.
にパルス電圧を印加して前記インク室の駆動を制御する
駆動回路を直接形成したことを特徴とする請求項1記載
のインクジェットプリンタのインク吐出装置。(2) An inkjet printer according to claim 1, wherein a drive circuit for controlling the drive of the ink chamber by applying a pulse voltage to the thin film electrode is directly formed on one end face of the block. Discharge device.
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---|---|---|---|
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JP11843289A JPH02297445A (en) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | Ink discharger of ink jet printer |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH02297445A true JPH02297445A (en) | 1990-12-07 |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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JP (1) | JPH02297445A (en) |
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- 1989-05-11 JP JP11843289A patent/JPH02297445A/en active Pending
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