JPH04299148A - Ink jet head - Google Patents
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Landscapes
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は印写装置のインクジェッ
トヘッドに関し、詳しくは、液状のインクを選択的に吐
出させ、記録媒体上に記録を得る印写装置のインクジェ
ットヘッドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inkjet head for a printing device, and more particularly to an inkjet head for a printing device that selectively ejects liquid ink to form a record on a recording medium.
【0002】0002
【従来の技術】従来の液状のインクを吐出させて記録を
得るインクジェットヘッドとしては、図6(a)、図6
(b)に示すようなインクジェット型のインクジェット
ヘッドがある。このタイプのインクジェットヘッドは、
バイモルフ型のピエゾ素子21を振動させてインクを吐
出させている。図6(a)の様にインク室22が収縮し
たときに、オリフィス23よりインク滴24を吐出させ
、図6(b)の様にインク室22が膨張したときには、
インクをインクタンク(図示せず)より補給して、次の
インク吐出の準備がなされるものである。図6(a)ま
たは図6(b)の構成を1素子とし、数〜数十素子を並
べて配置する事でマルチヘッドを構成して、記録媒体上
の任意の位置にインクを付着させて記録を得ることがで
きる。2. Description of the Related Art Conventional inkjet heads that eject liquid ink to obtain recordings are shown in FIGS.
There is an inkjet head as shown in (b). This type of inkjet head is
The bimorph type piezo element 21 is vibrated to eject ink. When the ink chamber 22 contracts as shown in FIG. 6(a), ink droplets 24 are ejected from the orifice 23, and when the ink chamber 22 expands as shown in FIG. 6(b),
Ink is replenished from an ink tank (not shown) to prepare for the next ink discharge. Using the configuration shown in Figure 6(a) or 6(b) as one element, a multi-head is constructed by arranging several to several dozen elements in line, and the ink is deposited on any position on the recording medium to record. can be obtained.
【0003】またこのほかに、インク室に気泡を生じさ
せ、気泡の膨張する圧力によりインクを吐出させるタイ
プのヘッドもある。[0003] In addition, there is a type of head that generates air bubbles in an ink chamber and discharges ink by the pressure of the expanding air bubbles.
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】上述したような印写装
置のインクジェットヘッドでは、ピエゾ素子の1回の振
動や、気泡の1回の膨張で吐出するインク粒子の大きさ
が、100μm〜200μm程度である。この粒径だと
文字情報の様な2値記録の場合では、150dpiから
300dpi程度の高解像度の記録が可能である。しか
し、写真や絵等の画像情報では濃度情報が含まれる為、
これを記録媒体上に表現するためには、ディザマトリク
ス等の面積階調で表現する必要がある。従って、1つの
データを複数のインク粒子で表現しなくてはならず、階
調性を向上させると解像度が下がるという問題が生ずる
。このため高解像度と高階調性を両立させることは困難
であった。[Problems to be Solved by the Invention] In the inkjet head of the printing device as described above, the size of ink particles ejected by one vibration of a piezo element or one expansion of a bubble is approximately 100 μm to 200 μm. It is. With this particle size, in the case of binary recording such as character information, high resolution recording of about 150 dpi to 300 dpi is possible. However, since image information such as photographs and paintings includes density information,
In order to express this on a recording medium, it is necessary to express it using area gradation such as a dither matrix. Therefore, one data must be expressed by a plurality of ink particles, and a problem arises in that resolution decreases when gradation is improved. For this reason, it has been difficult to achieve both high resolution and high gradation.
【0005】また各オリフィス23ごとにピエゾ素子2
1を形成する必要があるために、形成に高精度と高い集
積化が必要である。従って、大型のライン状インクジェ
ットヘッドや、さらに高解像度インクジェットヘッドを
安価に製造することは非常に困難であった。[0005] Also, a piezo element 2 is provided for each orifice 23.
1, high precision and high integration are required for the formation. Therefore, it has been extremely difficult to manufacture large linear inkjet heads and even high-resolution inkjet heads at low cost.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、両面に電極が形成された圧電体からなる共振
子と、該共振子に平行で、前記共振子との間に間隙が生
じるように形成されたスリット部材と、前記電極に接続
され、前記圧電体内の電界を周期的に変動させ、共振子
を振動させる信号を発生する駆動回路を備え、前記間隙
からインクを霧状に選択的に吐出させることにより記録
を行うことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] An inkjet head of the present invention includes a resonator made of a piezoelectric material having electrodes formed on both sides, and a resonator parallel to the resonator such that a gap is created between the resonator and the resonator. a drive circuit connected to the formed slit member and the electrode to generate a signal that periodically varies the electric field in the piezoelectric body and vibrates the resonator, selectively spraying ink from the gap in the form of a mist. It is characterized by recording by ejecting it.
【0007】さらに、前記共振子のインク吐出端面から
前記各電極間に溝、あるいは切り込みを入れることを特
徴とする。[0007]Furthermore, it is characterized in that a groove or a notch is formed between each of the electrodes from the ink ejection end face of the resonator.
【0008】[0008]
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0009】図1、図2を用いて本発明の実施例のイン
クジェットヘッドのインク吐出の原理を説明する。The principle of ink ejection by an inkjet head according to an embodiment of the present invention will be explained using FIGS. 1 and 2.
【0010】1は共振子で、図1に示すように圧電体3
の両面に、それぞれ駆動電極4、共通電極5をパターニ
ングした構造となっている。駆動電極4、共通電極5は
それぞれ駆動回路(図示せず)に接続されている。駆動
回路は圧電体3を厚さ方向の共振振動を起こすような周
波数の駆動信号を発生させる。圧電体3は厚さ方向に分
極されており、駆動電極4中のいずれかと共通電極5の
間に電界を加えることにより圧電体3を12の部位で厚
み方向に伸縮させることができる。1 is a resonator, and as shown in FIG.
It has a structure in which a drive electrode 4 and a common electrode 5 are patterned on both surfaces, respectively. The drive electrode 4 and the common electrode 5 are each connected to a drive circuit (not shown). The drive circuit generates a drive signal with a frequency that causes the piezoelectric body 3 to resonate in the thickness direction. The piezoelectric body 3 is polarized in the thickness direction, and by applying an electric field between one of the drive electrodes 4 and the common electrode 5, the piezoelectric body 3 can be expanded and contracted in the thickness direction at 12 portions.
【0011】2はスリット部材で共振子1との間に数μ
mから十数μmの間隙を形成し、その間隙がインク吐出
室7となる。インク吐出室7の厚さは十数μm以下であ
り、つねにインク供給室9のインクは毛管現象によりイ
ンク吐出室7のインク吐出孔11までインクで満たして
いる。インク吐出室7に充填されたインクには共振子1
が接している。この共振子1は駆動回路により厚さ方向
の共振振動を加えられ、その振動エネルギーがインクに
伝搬する。2 is a slit member with a distance of several μ between it and the resonator 1.
A gap of more than ten μm is formed from m to 100 μm, and this gap becomes the ink ejection chamber 7. The thickness of the ink discharge chamber 7 is less than ten-odd micrometers, and the ink in the ink supply chamber 9 is always filled up to the ink discharge holes 11 of the ink discharge chamber 7 due to capillary action. The ink filled in the ink discharge chamber 7 has a resonator 1
are in contact with each other. This resonator 1 is subjected to resonant vibration in the thickness direction by a drive circuit, and the vibration energy is transmitted to the ink.
【0012】インクに伝搬した振動エネルギーは、最終
的にインク吐出孔11のインク界面に表面波を形成し、
共振子1に入力する電気的エネルギーが一定値を越えて
大きくなると、表面波からインク粒子が剥離する。そし
て、共振子1の振動周波数に応じた粒径をもつインク粒
子がD方向に吐出することになる。The vibrational energy propagated to the ink finally forms a surface wave at the ink interface of the ink discharge hole 11,
When the electrical energy input to the resonator 1 increases beyond a certain value, ink particles separate from the surface waves. Then, ink particles having a particle size corresponding to the vibration frequency of the resonator 1 are ejected in the D direction.
【0013】本発明の実施例のインクジェットヘッドと
して、記録密度100dpi(dot/inch)イン
ク吐出孔数120個のライン型のインクジェットヘッド
を作成した。As an inkjet head according to an embodiment of the present invention, a line type inkjet head with a recording density of 100 dpi (dot/inch) and 120 ink ejection holes was prepared.
【0014】本実施例では共振子1にPZTセラミック
スを用い、スパッタリング法とフォトリソ工程によりド
ットピッチに合わせて駆動電極4と共通電極5を形成し
た。スリット部材2には共振子1とスリット部材2との
間隔を一定に保つためのギャップ部材6が各インク吐出
孔ごとに形成されている。形成方法はスリット部材2に
スパッタリング法により厚さ数〜数十μmのアルミ薄膜
層を形成させ、そのアルミ薄膜層をフォトリソ工程によ
りインク吐出孔のピッチでエッチングを行いインク吐出
室7を形成する。In this embodiment, PZT ceramics was used for the resonator 1, and the drive electrode 4 and common electrode 5 were formed in accordance with the dot pitch by sputtering and photolithography. A gap member 6 for maintaining a constant distance between the resonator 1 and the slit member 2 is formed in the slit member 2 for each ink ejection hole. The formation method is to form an aluminum thin film layer with a thickness of several to several tens of micrometers on the slit member 2 by sputtering, and to form the ink discharge chambers 7 by etching the aluminum thin film layer at the pitch of the ink discharge holes by a photolithography process.
【0015】ギャップ部材6を設けたスリット部材2を
共振子1に接着することにより、インク吐出室3、イン
ク吐出孔11、インク供給室9が形成され、インクジェ
ットヘッドを形成する。By bonding the slit member 2 provided with the gap member 6 to the resonator 1, an ink discharge chamber 3, an ink discharge hole 11, and an ink supply chamber 9 are formed, thereby forming an ink jet head.
【0016】本実施例では上記工程により製造したイン
クジェットヘッドを用いて評価を行った。本実施例に共
振子として使用したPZTセラミクスでは、約2.2M
Hzで厚さ方向の共振振動が起こり、共振子1に入力す
る駆動電圧の振幅が30(v)以上で、粒径10μm以
下の霧状のインク粒子がインク吐出孔11から吐出され
た。In this example, an inkjet head manufactured by the above process was used for evaluation. In the PZT ceramics used as the resonator in this example, approximately 2.2M
Resonant vibration in the thickness direction occurred at Hz, and when the amplitude of the drive voltage input to the resonator 1 was 30 (v) or more, atomized ink particles with a particle size of 10 μm or less were ejected from the ink ejection holes 11.
【0017】実際にインク画像を形成した場合、霧状の
インクのために記録媒体状のインクの被覆率の変化によ
り印字濃度の極めてなめらかな変化の様子が確認された
。これは、従来のインクジェットヘッドと違い、駆動電
極4、共通電極5の間に電界のかかっている間にインク
吐出が連続的に行われるので、この時間を制御する事に
より、インク吐出量の制御が可能なためである。従って
、本発明のインクジェットヘッドを用いれば、個々の印
字ドット濃度を変調可能であり、解像度を低下させるこ
となく、画像情報等の階調情報を含む情報の記録が可能
となる。When an ink image was actually formed, it was confirmed that the printing density changed extremely smoothly due to the change in the coverage of the ink on the recording medium due to the atomized ink. Unlike conventional inkjet heads, ink is ejected continuously while an electric field is applied between the drive electrode 4 and the common electrode 5, so by controlling this time, the amount of ink ejected can be controlled. This is because it is possible. Therefore, by using the inkjet head of the present invention, it is possible to modulate the density of each printed dot, and it is possible to record information including gradation information such as image information without reducing resolution.
【0018】また、高速印字に対しては即乾性が大きな
要素を占めるが、本発明のインクジェットヘッドではイ
ンクを粒径数μmの霧状にして記録媒体に付着させるた
め、紙への沈着が速く、従来のインクジェットヘッドに
比較してインク体積に対する表面積が大きいので、即乾
性が大幅に向上している。[0018]Also, quick drying is a major factor in high-speed printing, and since the inkjet head of the present invention deposits the ink on the recording medium in the form of a mist with a particle size of several micrometers, it is quickly deposited on the paper. Compared to conventional inkjet heads, the surface area relative to the ink volume is larger, so the quick drying properties are greatly improved.
【0019】さらに、図3、図4を用いて、本発明の他
の実施例を説明する。図3、図4はそれぞれ、切り込み
10を入れたもの、溝13を入れたものの共振子部分の
構造と形状の概略を示したものである。ここではダイシ
ングソウを用い、上記と同じ構成で電極間に切り込み1
0と溝13を入れ、共振子1とし、スリット部材2(図
示せず)と接着し、インクジェットヘッドとした。Further, another embodiment of the present invention will be explained using FIGS. 3 and 4. 3 and 4 schematically show the structure and shape of the resonator portion of the resonator with the cut 10 and the groove 13, respectively. Here, a dicing saw is used to make one cut between the electrodes with the same configuration as above.
0 and grooves 13 were inserted to form a resonator 1, and a slit member 2 (not shown) was bonded to form an inkjet head.
【0020】図5は図中央の電極に電界をかけた場合の
、吐出孔端面の振動振幅を示したものであり、それぞれ
、切り込みを入れたもの(曲線a)、溝を入れたもの(
曲線b)、手を加えないもの(曲線c)を示している。FIG. 5 shows the vibration amplitude of the end face of the ejection hole when an electric field is applied to the electrode in the center of the figure.
Curve b) and the one without any modification (curve c) are shown.
【0021】切り込み、あるいは溝を入れることにより
、振動部位に対する非振動部位の干渉が緩和されより大
きな伸縮振幅が得られている。0.6mmのPZTセラ
ミックスを圧電体に用いた場合、10Vの電圧を加えて
の振幅はそれぞれ、手を加えないもので8nm、溝入り
で12nm、切り込み入りで15nmとなった。また、
電極間に空間を設けることによりクロストークに対して
も大幅な改善が見られた。以上により、切り込みを加え
ないものに比して、電圧に対するインク霧化の効率が大
きく向上した。By providing the cuts or grooves, the interference of the non-vibrating portions with the vibrating portions is alleviated and a larger expansion/contraction amplitude is obtained. When a 0.6 mm PZT ceramic was used as the piezoelectric body, the amplitude when a voltage of 10 V was applied was 8 nm without any modification, 12 nm with grooves, and 15 nm with cuts. Also,
A significant improvement in crosstalk was also seen by providing a space between the electrodes. As a result of the above, the efficiency of ink atomization with respect to voltage was greatly improved compared to the case where no cuts were added.
【0022】なお、共振子とスリット部材の間隙に選択
的にインクを供給し霧化する機構に対しても、上記の効
果が同様に認められた。[0022] The same effect as described above was also observed for a mechanism that selectively supplies ink to the gap between the resonator and the slit member and atomizes it.
【0023】[0023]
【発明の効果】本発明によれば、厚さエッジモードで共
振振動している共振子とスリット部材との間に、選択的
にインクを供給する事により、インクをミスト状にして
吐出できるため、1ドット内での濃度変調が可能になり
、解像度を低下することなく、画像情報を印写できるイ
ンクジェットヘッドが実現できるという効果を有する。
さらに本発明では各インク吐出室を容易に形成すること
が可能であるため、安価で高密度なライン状ヘッドも実
現できるという効果も有する。[Effects of the Invention] According to the present invention, by selectively supplying ink between the resonator and the slit member which are resonantly vibrating in the thickness edge mode, the ink can be ejected in the form of a mist. This has the effect that density modulation within one dot is possible, and an inkjet head that can print image information without reducing resolution can be realized. Furthermore, since each ink ejection chamber can be easily formed in the present invention, an inexpensive and high-density line-shaped head can also be realized.
【0024】さらに、本発明のインクジェットヘッドで
印写する事により、従来のインクジェットヘッドで印写
したものに比べて、インクの乾燥性が大幅に向上すると
いう効果も有する。Furthermore, by printing with the inkjet head of the present invention, there is also the effect that the drying properties of the ink are significantly improved compared to those printed with a conventional inkjet head.
【図1】本発明の実施例のインクジェットヘッドの構造
を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the structure of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明のインクジェットヘッドの断面図である
。FIG. 2 is a sectional view of the inkjet head of the present invention.
【図3】本発明の他の実施例のインクジェットヘッドの
概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of an inkjet head according to another embodiment of the present invention.
【図4】本発明の他の実施例のインクジェットヘッドの
概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an inkjet head according to another embodiment of the present invention.
【図5】本実施例のインクジェットヘッドの吐出端面の
振動振幅を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the vibration amplitude of the ejection end face of the inkjet head of this example.
【図6】従来のインクジェットヘッドの原理を示す断面
図。FIG. 6 is a sectional view showing the principle of a conventional inkjet head.
1 共振子 2 スリット部材 3 圧電体 4 駆動電極 5 共通電極 6 ギャップ部材 7 インク吐出室 8 インク 9 インク供給室 10 切り込み 11 インク吐出孔 13 溝 1 Resonator 2 Slit member 3 Piezoelectric body 4 Drive electrode 5 Common electrode 6 Gap member 7 Ink discharge chamber 8 Ink 9 Ink supply chamber 10 Notch 11 Ink discharge hole 13 Groove
Claims (2)
る共振子と、該共振子に平行で、前記共振子との間に間
隙が生じるように形成されたスリット部材と、前記電極
に接続され、前記圧電体内の電界を周期的に変動させ、
共振子を振動させる信号を発生する駆動回路を備え、前
記間隙からインクを霧状に選択的に吐出させることによ
り記録を行うことを特徴とするインクジェットヘッド。1. A resonator made of a piezoelectric material with electrodes formed on both sides; a slit member parallel to the resonator and formed so as to create a gap between the resonator; and a slit member connected to the electrode. and periodically varying the electric field within the piezoelectric body,
An inkjet head comprising a drive circuit that generates a signal to vibrate a resonator, and performs recording by selectively ejecting ink in the form of a mist from the gap.
各電極間に溝、あるいは切り込みを入れることを特徴と
する請求項1記載のインクジェットヘッド。2. The inkjet head according to claim 1, wherein a groove or notch is formed between each of the electrodes from an ink ejection end face of the resonator.
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JP3064864A Expired - Fee Related JP3064455B2 (en) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | Inkjet head |
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Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6196664B1 (en) | 1997-01-30 | 2001-03-06 | Nec Corporation | Ink droplet eject apparatus and method |
US6328421B1 (en) | 1995-08-22 | 2001-12-11 | Nec Corporation | Fluid drop projecting head using taper-shaped chamber for generating a converging surface wave |
US6450615B2 (en) | 1997-02-19 | 2002-09-17 | Nec Corporation | Ink jet printing apparatus and method using a pressure generating device to induce surface waves in an ink meniscus |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP3064864A patent/JP3064455B2/en not_active Expired - Fee Related
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US6450615B2 (en) | 1997-02-19 | 2002-09-17 | Nec Corporation | Ink jet printing apparatus and method using a pressure generating device to induce surface waves in an ink meniscus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3064455B2 (en) | 2000-07-12 |
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