JPH08230183A - Ink jet record head and recording device equipped with head - Google Patents

Ink jet record head and recording device equipped with head

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JPH08230183A
JPH08230183A JP4147895A JP4147895A JPH08230183A JP H08230183 A JPH08230183 A JP H08230183A JP 4147895 A JP4147895 A JP 4147895A JP 4147895 A JP4147895 A JP 4147895A JP H08230183 A JPH08230183 A JP H08230183A
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JP
Japan
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ink jet
electric field
recording head
piezoelectric
jet recording
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Application number
JP4147895A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Tamura
孝司 田村
Katsunori Suzuki
克紀 鈴木
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH08230183A publication Critical patent/JPH08230183A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To lessen misregistration of dot and difference in density so as to improve printing function by aligning directions of dielectric polarizations of a plurality of piezoelectric elements consisting of piezoelectric ceramics based on the electric field cooling method in a state that the piezoelectric elements are fixed to an ink jet record head. CONSTITUTION: Temperature of the whole of a drop-on-demand type ink jet record head 21 is heated to a Curie point or higher of piezoelectric ceramic. In this state, an electric field having a given strength is applied in between a pair of electrodes 27 of a piezoelectric element 24. In a process to gradually cool the temperature of the record head to room temperature in the state that the electric field is held, polarization treatment is performed based on the electric field cooling method which aligns directions of polarizations with the direction of the electric field. As a result, increase of electrostatic volume of the piezoelectric element, improving effects of ink discharge speed and ink discharge quantity are verified. By improving the polarization treatment method of the piezoelectric element, a drop-on-demand type ink jet record head having an ink discharge force higher than that of a conventional one can be obtained, and misregistration of dot in printing line is reduced and Macbeth density is also improved.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、通称ドロップオンデ
ィマンド型と呼ばれるインクジェット記録ヘッド、およ
びこのインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェッ
ト記録装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head generally called a drop-on-demand type, and an ink jet recording apparatus equipped with this ink jet recording head.

【0002】[0002]

【従来の技術】インクジェット記録ヘッドを用いた記録
装置には構成が簡素であるという利点があり、小型軽量
性が要求される卓上プリンタやファックスなどの分野に
広く用いられている。インクジェット記録ヘッドの機構
には幾つかの方式が提案されている。その中で、ドロッ
プオンディマンド型インクジェット記録ヘッドは、圧電
素子を振動板に接着し、圧電素子に電界を印加したとき
圧電素子に生ずる二次圧電効果を利用して振動板を湾曲
させ、このときインク流路に生ずる圧力を駆動源として
ノズルからインクを吐出させるものであり、ヘッド寿命
が半永久的でランニングコストが低いなどの点に特長が
あり、広く用いられようとしている。
2. Description of the Related Art A recording apparatus using an ink jet recording head has an advantage that it has a simple structure, and is widely used in fields such as desktop printers and fax machines, which are required to be compact and lightweight. Several methods have been proposed for the mechanism of the inkjet recording head. Among them, the drop-on-demand type ink jet recording head is configured such that a piezoelectric element is bonded to a vibrating plate, and the vibrating plate is curved by utilizing a secondary piezoelectric effect generated in the piezoelectric element when an electric field is applied to the piezoelectric element. Ink is ejected from a nozzle by using a pressure generated in a flow path as a driving source, and it has a feature of a semi-permanent head life and a low running cost, and is being widely used.

【0003】図3はインクジェット記録装置の内部構造
の一例を簡略化して示す斜視図であり、インクジェット
記録装置1は、U字状の枠9の底板と並行に二条の案内
レール4でキャリッジ2が直進走行可能に案内され、キ
ャリッジ2は図示しない制御部により制御されるベルト
駆動部5により走行駆動される。また、記録紙7をキャ
リッジ2の走行方向と直交する方向に送りだす紙送りロ
ーラを含む紙送り機構部6を備え、記録紙7を平板状の
プラテン8上に送りだす。インクジェット記録ヘッド3
はキャリッジ2の下面に複数のノズルがプラテン8上の
記録紙面に対向し,かつ複数のノズルがキャリッジ2の
直進走行方向と直交する方向(記録紙の送り方向)に一
直線に並ぶよう取り付けられる。さらに、インクジェッ
ト記録ヘッド3のインク流路には、インクタンク10か
らキャリッジ2を介してインクが供給される。
FIG. 3 is a simplified perspective view showing an example of the internal structure of the ink jet recording apparatus. In the ink jet recording apparatus 1, the carriage 2 is provided with two guide rails 4 in parallel with the bottom plate of the U-shaped frame 9. The carriage 2 is guided so that it can travel straight ahead, and the carriage 2 is driven to travel by a belt drive unit 5 controlled by a control unit (not shown). Further, a paper feeding mechanism portion 6 including a paper feeding roller that feeds the recording paper 7 in a direction orthogonal to the traveling direction of the carriage 2 is provided, and the recording paper 7 is fed onto a plate-shaped platen 8. Inkjet recording head 3
Is mounted on the lower surface of the carriage 2 such that a plurality of nozzles face the recording paper surface on the platen 8 and a plurality of nozzles are aligned in a direction orthogonal to the straight traveling direction of the carriage 2 (recording paper feeding direction). Further, ink is supplied from the ink tank 10 to the ink flow path of the inkjet recording head 3 via the carriage 2.

【0004】図4はドロップオンディマンド型インクジ
ェット記録ヘッドにおける圧電素子の印加電圧の経時変
化を示す図、図5はドロップオンディマンド型インクジ
ェット記録ヘッドの動作状態を(a),(b),
(c),(d),の4つの図に分解して示す動作原理図
であり、各図の動作状態は図4における印加電圧のA時
点,B時点,C時点,D時点,に対応させてある。図に
おいて、(a)はインク吐出動作が終了した状態を示し
ており、ドロップオンディマンド型インクジェット記録
ヘッド11は、基板12と振動板13との積層体の内部
に振動板に沿って加圧室部16を含むインク流路15が
形成され、積層端面にノズル17が開口するとともに、
加圧室部16に対向する振動板の表面に固着した圧電性
セラミックスからなる複数の圧電素子14を備える。圧
電素子14の図示しない一対の電極間に電圧を印加する
(印加電圧のA時点)と、圧電素子はその二次圧電効果
により振動板側に凸に撓み、(a)に示すように加圧室
部16を圧縮する。印加電圧がB時点で低下すると、撓
んでいた圧電素子は(b)のように平坦な状態に戻り、
この時加圧室部が膨張してインク19を吸入する。さら
にC時点で印加電圧が上昇すると、(c)に示すように
圧電素子14は再び振動板側に凸に撓み、加圧室部16
が瞬間的に収縮してノズル17からインク19が細い柱
状となって吐出され、加圧室部16の収縮が終了するD
時点で(d)に示すように柱状のインクが切れてインク
滴19dに変化し、一定の速度で図示しない記録紙の表
面に付着し、例えば印字ドットとして情報を記録する。
また、インク滴の吐出動作の終了したヘッドは(a)の
状態に戻り、インク吸入動作(b)の待機状態となる。
FIG. 4 is a diagram showing the change over time of the voltage applied to the piezoelectric element in the drop-on-demand type ink jet recording head, and FIG. 5 shows the operating states of the drop-on-demand type ink jet recording head (a), (b),
FIG. 6 is an operation principle diagram disassembled and shown in four diagrams of (c) and (d), and the operating states of each diagram correspond to A time, B time, C time, and D time of the applied voltage in FIG. There is. In the figure, (a) shows a state in which the ink ejection operation is completed, and the drop-on-demand type inkjet recording head 11 has a pressurizing chamber portion along the vibrating plate inside the laminated body of the substrate 12 and the vibrating plate 13. An ink flow path 15 including 16 is formed, and a nozzle 17 is opened on the end face of the stack,
A plurality of piezoelectric elements 14 made of piezoelectric ceramics are fixed to the surface of the diaphragm facing the pressure chamber 16. When a voltage is applied between a pair of electrodes (not shown) of the piezoelectric element 14 (at time A of the applied voltage), the piezoelectric element bends convexly toward the diaphragm due to the secondary piezoelectric effect, and the piezoelectric element 14 is pressed as shown in (a). The chamber 16 is compressed. When the applied voltage decreases at time B, the bent piezoelectric element returns to a flat state as shown in (b),
At this time, the pressurizing chamber portion expands and sucks the ink 19. When the applied voltage further rises at time C, the piezoelectric element 14 again bends to the diaphragm side as shown in FIG.
Instantaneously contract and the ink 19 is ejected from the nozzle 17 in the form of a thin column, and the contraction of the pressure chamber 16 ends.
At this point in time, as shown in (d), the columnar ink runs out and changes into an ink droplet 19d, which adheres to the surface of the recording paper (not shown) at a constant speed and records information as, for example, a print dot.
Further, the head that has completed the ink droplet ejection operation returns to the state of (a) and enters the standby state of the ink suction operation (b).

【0005】ところで、ドロップオンディマンド型イン
クジェット記録ヘッドに圧電素子14として多く使用さ
れる圧電性セラミックス,例えばジルコン酸チタン酸鉛
(略号PZT),チタン酸バリウムなどは多結晶の焼結
体であり、各流体の誘電分極の向きがバラバラであるた
め、そのままでは電圧を印加しても大きな2次圧電効果
による撓みを生じない。そこで、圧電性セラミックスか
らなる圧電素子の電極間に使用電界より大幅に高い高電
界を一定時間印加して誘電分極の向きを電界方向に揃え
るポーリングと呼ばれる前処理が行われる。
By the way, piezoelectric ceramics often used as the piezoelectric element 14 in the drop-on-demand type ink jet recording head, such as lead zirconate titanate (abbreviated as PZT) and barium titanate, are polycrystalline sintered bodies. Since the directions of the dielectric polarization of the fluid are different, the bending due to the large secondary piezoelectric effect does not occur even if a voltage is applied as it is. Therefore, a pretreatment called poling is performed in which a high electric field significantly higher than the electric field used is applied between the electrodes of the piezoelectric element made of piezoelectric ceramics for a certain period of time to align the direction of dielectric polarization with the electric field direction.

【0006】図6は常温でのポーリングを行う前後のジ
ルコン酸チタン酸鉛結晶の誘電分極の向きを模式化して
示す拡大図であり、(a)はポーリングを行う前の状態
を、(b)はポーリング終了後の状態を示す。図におい
て、ポーリングを行う前バラバラであった誘電分極の向
きが、ポーリングを行うことにより印加電界の方向にあ
る程度揃ってくることが分かる。
FIG. 6 is an enlarged view schematically showing the direction of the dielectric polarization of the lead zirconate titanate crystal before and after poling at room temperature. (A) shows the state before poling, (b) Indicates the status after polling is completed. In the figure, it can be seen that the directions of the dielectric polarization, which were different before the poling, are aligned to the direction of the applied electric field to some extent by the poling.

【0007】図7はドロップオンディマンド型インクジ
ェット記録装置ヘッドの流路構造の一例を模式化して示
す平面図であり、基板12に凹溝として複数条(例えば
48条)形成されたインク流路15は、記録紙7の表面
上で一定ドット密度(例えば200ドット/インチ)の
直線状の印字ライン20を形成するよう、ノズル17か
ら吐出するインク滴19dの噴射方向が加圧室部16か
らノズル17に至るノズル流路の方向によって制御され
る。
FIG. 7 is a plan view schematically showing an example of the flow channel structure of the drop-on-demand type ink jet recording apparatus head. The ink flow channel 15 formed with a plurality of grooves (for example, 48 grooves) as concave grooves on the substrate 12 is shown in FIG. In order to form a linear print line 20 having a constant dot density (for example, 200 dots / inch) on the surface of the recording paper 7, the ejection direction of the ink droplet 19d ejected from the nozzle 17 is from the pressure chamber 16 to the nozzle 17. Is controlled by the direction of the nozzle flow path leading to.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図8は従来のインクジ
ェット記録装置で得られた印字ラインを模式化して示す
拡大図であり、記録ヘッドの振動板に圧電素子14を固
着した後、一対の電極間に高電圧(3000V/cm)
を印加して常温でポーリングを行ったドロップオンディ
マンド型インクジェット記録ヘッドを用いた。図におい
て、記録紙7の表面上で一定ドット密度(この場合ドッ
ト密度200ドット/インチ,0.127mm/ドッ
ト)の直線状にドット列を形成すべき印字ライン20
が、1ドット(0.127mm)の2/3に及ぶドット
の位置ずれδを示すことが判明した。また、ドット相互
間に印字濃度の差が目立つことも判明した。ドットの位
置ずれδが1/4ドット(約30μm)を越えると肉眼
でも印字ライン20の乱れが目立ち、これに濃度の濃淡
が加わることによって印字ラインの品質が著しく低下す
る。このため、印字ラインの品質を向上するためにドッ
トの位置ずれδの縮小,および濃度差の縮小が重要な課
題となっている。
FIG. 8 is an enlarged view schematically showing a printing line obtained by a conventional ink jet recording apparatus. After the piezoelectric element 14 is fixed to the vibration plate of the recording head, a pair of electrodes is formed. High voltage between (3000V / cm)
A drop-on-demand type inkjet recording head was used which was subjected to poling at room temperature. In the figure, a print line 20 on which a dot row is to be formed in a straight line on the surface of the recording paper 7 with a constant dot density (in this case, a dot density of 200 dots / inch, 0.127 mm / dot)
Was found to show a dot misalignment δ of 2/3 of 1 dot (0.127 mm). It was also found that the difference in print density between the dots was noticeable. When the dot positional deviation δ exceeds 1/4 dot (about 30 μm), the disturbance of the print line 20 is noticeable even with the naked eye, and the density of the density is added to this, so that the quality of the print line is significantly deteriorated. Therefore, in order to improve the quality of the print line, it is important to reduce the dot positional deviation δ and the density difference.

【0009】この発明の目的は、印字ラインにおけるド
ットの位置ずれおよび濃度差が少なく印字性能に優れた
ドロップオンディマンド型インクジェット記録ヘッド、
およびこれを備えたインクジェット記録装置を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a drop-on-demand type ink jet recording head which has a small amount of dot positional deviation and a density difference in a printing line and is excellent in printing performance.
Another object of the present invention is to provide an inkjet recording apparatus including the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、この発明のインクジェット記録ヘッドは、基板と
振動板との積層端面に開口した複数のノズルと、各ノズ
ルに連通するよう前記積層体内に振動板に沿って形成さ
れた複数条のインク流路と、各インク流路の加圧室部に
対向する前記振動板の表面に固着した圧電性セラミック
スからなる複数の圧電素子とを備え、前記圧電素子の二
次圧電効果による前記振動板の撓みを駆動源としてノズ
ルからインクを吐出するインクジェット記録ヘッドにお
いて、前記圧電素子をインクジェット記録ヘッドに固着
した状態で、電界冷却法に基づき前記圧電性セラミック
スからなる複数の圧電素子の誘電分極の向きを揃える。
In order to solve the above-mentioned problems, an ink jet recording head according to the present invention is provided with a plurality of nozzles that are opened at the end faces of the substrate and the vibrating plate, and the above-mentioned lamination so as to communicate with each nozzle. A plurality of ink flow paths formed along the vibration plate inside the body, and a plurality of piezoelectric elements made of piezoelectric ceramics fixed to the surface of the vibration plate facing the pressure chamber portion of each ink flow path. In an ink jet recording head that ejects ink from nozzles by using the bending of the vibration plate due to the secondary piezoelectric effect of the piezoelectric element as a drive source, the piezoelectric element is fixed to the ink jet recording head by the electric field cooling method. The directions of the dielectric polarization of a plurality of piezoelectric elements made of a conductive ceramic are aligned.

【0011】ここで、電界冷却法に基づく誘電分極が、
インクジェット記録ヘッド全体の温度を前記圧電性セラ
ミックスのキューリー点以上に加熱し、この状態で前記
圧電素子の一対の電極間に一定強度の電界を印加し、こ
の電界を保持した状態でインクジェット記録ヘッドの温
度を常温まで徐冷する過程で分極の向きを電界の方向に
揃えると良い。
Here, the dielectric polarization based on the electric field cooling method is
The temperature of the entire inkjet recording head is heated to the Curie point of the piezoelectric ceramics or above, an electric field of constant strength is applied between the pair of electrodes of the piezoelectric element in this state, and the inkjet recording head The direction of polarization may be aligned with the direction of the electric field during the process of gradually cooling the temperature to room temperature.

【0012】また、圧電素子がジルコン酸チタン酸鉛か
らなり、この圧電素子の静電容量の実測値をこれと電極
面積および電極間隔が等しい真空ギャップの幾何学的静
電容量で除して得られる見かけの比誘電率が5000以
上であると良い。一方、案内レールにより直進走行可能
に支持されたキャリッジと、このキャリッジに支持され
たインクジェット記録ヘッドと、記録紙を前記直進走行
方向に直交する方向に駆動する紙送り機構部とを備えた
インクジェット記録装置において、基板と振動板との積
層端面に開口した複数のノズルと、各ノズルに連通する
よう前記積層体内に振動板に沿って形成された複数条の
インク流路と、各インク流路の加圧室部に対向する前記
振動板の表面に固着した圧電性セラミックスからなる複
数の圧電素子とを備え、前記圧電素子をインクジェット
記録ヘッドに固着した状態で、電界冷却法に基づき前記
圧電性セラミックスからなる複数の圧電素子の誘電分極
の向きを揃えたインクジェット記録ヘッドが、前記複数
のノズル列の方向がキャリッジの直進走行方向と直交す
る方向に、かつ記録紙面に対向するようキャリッジに固
定する。
Further, the piezoelectric element is made of lead zirconate titanate, and the measured value of the electrostatic capacity of this piezoelectric element is divided by this and the geometrical capacity of the vacuum gap having the same electrode area and electrode spacing. The apparent relative dielectric constant is preferably 5000 or more. On the other hand, inkjet recording provided with a carriage supported by a guide rail so as to be capable of traveling straight, an inkjet recording head supported by the carriage, and a paper feeding mechanism unit for driving a recording paper in a direction orthogonal to the straight traveling direction. In the apparatus, a plurality of nozzles that are opened on the end face of the stack of the substrate and the vibration plate, a plurality of ink flow paths formed along the vibration plate in the stack so as to communicate with each nozzle, and a plurality of ink flow paths A plurality of piezoelectric elements made of piezoelectric ceramics fixed to the surface of the vibrating plate facing the pressurizing chamber, the piezoelectric ceramics being fixed to an ink jet recording head by the electric field cooling method. An ink jet recording head in which the directions of the dielectric polarization of a plurality of piezoelectric elements are aligned is In a direction perpendicular to the traveling direction, and is fixed to the carriage so as to face the recording paper.

【0013】[0013]

【作用】この発明のドロップオンディマンド型インクジ
ェット記録ヘッドは、圧電性セラミックスからなる圧電
素子をそのキューリー点以上に加熱し、この状態で圧電
素子の一対の電極間に一定強度の電界を印加し、この電
界を保持した状態でインクジェット記録ヘッドの温度を
常温まで徐冷する、いわゆる電界冷却法に基づくポーリ
ングを行うことにより、多結晶粒子の誘電分極の方向を
電界の印加方向により良く揃えることができ、圧電素子
を記録ヘッドの振動板に固着した状態で電界冷却法に基
づくポーリングを行うことにより、複数の圧電素子の誘
電分極を均等化することができる。多結晶粒子の誘電分
極の方向が揃うことによって圧電素子の変位量が増加す
るので、記録ヘッドのインク吐出力,言い換えれば複数
のノズルから吐出するインク滴の吐出速度および吐出量
を高いレベルで安定化することができる。
The drop-on-demand type ink jet recording head of the present invention heats the piezoelectric element made of piezoelectric ceramics to the Curie point or higher, and in this state, applies an electric field of a constant strength between the pair of electrodes of the piezoelectric element. By gradually cooling the temperature of the inkjet recording head to room temperature while maintaining the electric field, by performing poling based on the so-called electric field cooling method, the direction of dielectric polarization of the polycrystalline particles can be better aligned with the direction of application of the electric field. By performing poling based on the electric field cooling method with the piezoelectric element fixed to the vibration plate of the recording head, the dielectric polarization of the plurality of piezoelectric elements can be equalized. Since the displacement amount of the piezoelectric element is increased by aligning the directions of the dielectric polarization of the polycrystalline particles, the ink ejection force of the recording head, in other words, the ejection speed and ejection amount of ink droplets ejected from a plurality of nozzles are stabilized at a high level. Can be converted.

【0014】ここで、圧電素子にジルコン酸チタン酸鉛
を用いて電界冷却法に基づくポーリングを行うことによ
り、見かけの比誘電率を従来のポーリングで得られる比
誘電率より20%程度高い5000以上とすることがで
きる。したがって、この見かけの比誘電率により多結晶
粒子の誘電分極の方向の揃い方を評価することができ
る。
Here, by performing poling based on the electric field cooling method using lead zirconate titanate for the piezoelectric element, the apparent relative permittivity is higher than the relative permittivity obtained by conventional poling by about 20%, or more than 5000. Can be Therefore, it is possible to evaluate how to align the directions of the dielectric polarization of the polycrystalline particles based on this apparent relative permittivity.

【0015】また、この発明のドロップオンディマンド
型インクジェット記録ヘッドを用いてインクジェット記
録装置を構成すれば、複数のノズルから同時に吐出する
インク滴の吐出速度および吐出量を高いレベルで安定化
できるので、記録紙面に複数のインク滴が同時に点着し
てドット列からなる印字ラインを形成する。したがっ
て、ヘッドを支持するキャリッジが印字ラインに直交す
る方向に移動しても、互いに速度差の無い複数のインク
滴が記録紙面に同時に到着することによってキャリッジ
の移動の影響が排除されることになり、印字ラインにお
けるドットの位置ずれを縮小できるとともに、濃度ムラ
の無い印字ラインを形成することができる。
Further, if an ink jet recording apparatus is constructed using the drop-on-demand type ink jet recording head of the present invention, the ejection speed and ejection amount of ink droplets ejected simultaneously from a plurality of nozzles can be stabilized at a high level. A plurality of ink droplets are spotted on the paper surface at the same time to form a print line composed of a dot row. Therefore, even if the carriage that supports the head moves in the direction orthogonal to the print line, a plurality of ink droplets having no speed difference arrive at the recording paper surface at the same time, so that the influence of the movement of the carriage is eliminated. It is possible to reduce the positional deviation of dots in the print line and form a print line without density unevenness.

【0016】[0016]

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施例になるドロップオンディマンド
型インクジェット記録ヘッドを示すインク流路に沿った
方向の断面図、図2は分極処理後のジルコン酸チタン酸
鉛結晶の誘電分極の向きを模式化して示す拡大図であ
り、従来例と同じ参照符号を付けた部材は従来例のそれ
と同じ機能をもつので、その説明を省略する。図におい
て、ドロップオンディマンド型インクジェット記録ヘッ
ド21は、例えばポリエーテルイミド樹脂などからなる
基板12と振動板13とをシール面18で接着すること
により、その積層端面に開口した複数のノズル17と、
これに連通するよう積層体内に振動板に沿って形成され
た複数条のインク流路15と、各インク流路の加圧室部
16に対向する振動板13の表面に共通電極25,接着
剤層26を介して接着された圧電性セラミックスからな
る圧電素子24とを備える。
EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a drop-on-demand type ink jet recording head according to an embodiment of the present invention, taken along the ink flow path, and FIG. 2 is a schematic view showing the direction of dielectric polarization of lead zirconate titanate crystals after polarization treatment. Since the members having the same reference numerals as those of the conventional example have the same functions as those of the conventional example, the description thereof will be omitted. In the figure, a drop-on-demand type ink jet recording head 21 has a plurality of nozzles 17 that are opened at the end face of the stack formed by adhering a substrate 12 made of, for example, a polyetherimide resin and a diaphragm 13 with a sealing surface 18.
A plurality of ink flow paths 15 formed along the vibration plate in the laminated body so as to communicate therewith, and a common electrode 25 and an adhesive agent on the surface of the vibration plate 13 facing the pressure chamber portion 16 of each ink flow path. A piezoelectric element 24 made of piezoelectric ceramics and bonded via a layer 26.

【0017】このように構成された記録ヘッド21は全
体の温度を前記圧電性セラミックスのキューリー点以上
に加熱し、この状態で圧電素子24の一対の電極27間
に一定強度の電界を印加し、この電界を保持した状態で
インクジェット記録ヘッドの温度を常温まで徐冷する過
程で分極の向きを図2に示すように電界の方向に揃える
電界冷却法に基づく分極処理が行われる。
The recording head 21 thus constructed heats the entire temperature above the Curie point of the piezoelectric ceramic, and in this state an electric field of constant strength is applied between the pair of electrodes 27 of the piezoelectric element 24. In the process of gradually cooling the temperature of the inkjet recording head to room temperature while maintaining this electric field, a polarization process based on an electric field cooling method is performed in which the direction of polarization is aligned with the direction of the electric field as shown in FIG.

【0018】以下、2つの実施例に基づいてこの発明の
ドロップオンディマンド型インクジェット記録ヘッドお
よびこれを用いたインクジェット記録装置の特徴を説明
する。 (実施例1)圧電素子24として電極面積4.5m
2 ,電極間距離0、15mmのジルコン酸チタン酸鉛
製の圧電素子を用い、振動板13に接着処理した後、記
録ヘッド21全体の温度をキューリー点(150°C)
を幾分越える温度に加熱し、この状態で圧電素子24の
一対の電極27間に3000V/cmの電界を印加し、
この電界を保持した状態で記録ヘッド21の温度を30
分かけて常温まで降下させ、しかる後電界を解く電界冷
却法に基づく分極処理を行った。表1は得られたドロッ
プオンディマンド型インクジェット記録ヘッド21につ
いて圧電素子の静電容量,見かけの誘電率,インク滴の
吐出速度,およびインク滴の吐出量の測定結果を示す表
であり、表には常温でポーリング処理を行った他は実施
例と同じ構成の従来のドロップオンディマンド型インク
ジェット記録ヘッド11についての測定結果を比較例と
して併記した。
The features of the drop-on-demand type ink jet recording head of the present invention and the ink jet recording apparatus using the same will be described below based on two embodiments. (Example 1) Electrode area of the piezoelectric element 24 is 4.5 m
After using a piezoelectric element made of lead zirconate titanate having a distance of m 2 and a distance between electrodes of 0 and 15 mm, the whole temperature of the recording head 21 was Curie point (150 ° C.) after being bonded to the vibration plate 13.
To a temperature slightly above, and in this state, an electric field of 3000 V / cm is applied between the pair of electrodes 27 of the piezoelectric element 24,
With the electric field held, the temperature of the recording head 21 is set to 30
The polarization treatment was performed based on the electric field cooling method in which the temperature was lowered to room temperature over a period of time, and then the electric field was released. Table 1 is a table showing the measurement results of the capacitance of the piezoelectric element, the apparent dielectric constant, the ink droplet ejection speed, and the ink droplet ejection amount of the obtained drop-on-demand type inkjet recording head 21. The measurement results of the conventional drop-on-demand type inkjet recording head 11 having the same configuration as that of the example except that the poling treatment was performed at room temperature are also shown as a comparative example.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】表1の結果から、電界冷却法による分極処
理を行った実施例では、圧電素子の静電容量が比較例の
1300pFより大きい1600pFへと約23%上昇
するとともに、これに伴ってインク吐出速度が7m/s
ecから10m/secへと上昇し、さらにインク滴の
吐出量も0.3μccから0.4μccへと上昇するこ
とが確認され、電界冷却法による分極処理により圧電素
子の静電容量が増加し、これに伴ってドロップオンディ
マンド型インクジェット記録ヘッドのインク吐出力が向
上することが実証された。
From the results shown in Table 1, in the example subjected to the polarization treatment by the electric field cooling method, the electrostatic capacity of the piezoelectric element increased by about 23% to 1600 pF, which is larger than the 1300 pF of the comparative example, and the ink was accompanied by this. Discharge speed is 7m / s
ec to 10 m / sec, and it was confirmed that the ejection amount of the ink droplets also increased from 0.3 μcc to 0.4 μcc, and the electrostatic capacity of the piezoelectric element increased due to the polarization treatment by the electric field cooling method. Along with this, it was demonstrated that the ink ejection force of the drop-on-demand type inkjet recording head was improved.

【0021】また、圧電素子の静電容量の実測値をこれ
と電極面積および電極間隔が等しい真空ギャップの幾何
学的静電容量で除して得られる見かけの比誘電率も比較
例の4900から実施例の6000へと上昇している。
この場合、静電容量の実測値が漂遊容量を含むのに対し
て、幾何学的静電容量は漂遊容量を含まないので、得ら
れる誘電率は真の誘電率よりやや大きい見かけの誘電率
であるが、この見かけの誘電率を用いることにより、電
極面積および電極間隔が互いに異なる圧電素子間のポー
リング効果を容易に相互比較することができる。
Also, the apparent relative permittivity obtained by dividing the measured value of the electrostatic capacity of the piezoelectric element by the measured electrostatic capacity of the piezoelectric element and the geometrical capacity of the vacuum gap having the same electrode area and electrode spacing is from 4900 of the comparative example. It has risen to 6000 in the example.
In this case, the measured value of capacitance includes stray capacitance, whereas geometric capacitance does not include stray capacitance, so the obtained permittivity is an apparent permittivity slightly larger than the true permittivity. However, by using this apparent dielectric constant, the poling effect between piezoelectric elements having different electrode areas and electrode intervals can be easily compared with each other.

【0022】(実施例2)実施例1および比較例になる
ドロップオンディマンド型インクジェット記録ヘッドを
図3に示すインクジェット記録装置1のキャリッジ2
に、ノズル列がキャリッジの直進走行方向と直交する方
向に、かつ記録紙7の面に対向するよう固定し、48個
の圧電素子に同時に電圧を印加してドット密度が200
ドット/in(0.127mm/ドット)の印字ライン
を記録し、得られた印字ラインのドットの位置ずれδ、
およびマクベス濃度を比較した。その結果を表2に示
す。
(Embodiment 2) A carriage 2 of an ink jet recording apparatus 1 in which a drop-on-demand type ink jet recording head according to Embodiment 1 and a comparative example is shown in FIG.
Then, the nozzle array is fixed in a direction orthogonal to the straight traveling direction of the carriage and opposite to the surface of the recording paper 7, and a voltage is applied to 48 piezoelectric elements at the same time to obtain a dot density of 200.
A printing line of dots / in (0.127 mm / dot) is recorded, and the positional deviation δ of the dots of the obtained printing line,
And Macbeth concentrations were compared. The results are shown in Table 2.

【0023】[0023]

【表2】 [Table 2]

【0024】表2の結果から、実施例におけるドットの
位置ずれは比較例の±30μmから±15μmに減少し
て印字ラインの乱れが目立たなくなるとともに、印字濃
度の一般的な判断基準として用いられるマクベス濃度も
上昇し、圧電素子の分極処理方法の改善によって印字品
質が大幅に向上することが実証された。
From the results shown in Table 2, the dot misregistration in the example is reduced from ± 30 μm in the comparative example to ± 15 μm, the disturbance of the print line becomes inconspicuous, and Macbeth is used as a general criterion for the print density. It was demonstrated that the density also increased and the print quality was greatly improved by improving the polarization treatment method of the piezoelectric element.

【0025】[0025]

【発明の効果】この発明のドロップオンディマンド型イ
ンクジェット記録ヘッドは前述のように、組立を終了し
たインクジェット記録ヘッドを電界冷却法に基づく分極
処理するよう構成した。その結果、圧電素子の静電容量
の増加と、インク吐出速度,インク吐出量の向上効果が
実証され、圧電素子の分極処理方法の改善によりインク
吐出力が従来より高いドロップオンディマンド型インク
ジェット記録ヘッドを提供することができる。
As described above, the drop-on-demand type ink jet recording head of the present invention is constructed so that the assembled ink jet recording head is subjected to polarization treatment based on the electric field cooling method. As a result, the increase in the capacitance of the piezoelectric element and the effect of improving the ink ejection speed and the ink ejection amount have been demonstrated. Can be provided.

【0026】また、この発明のドロップオンディマンド
型インクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記
録装置は、インク吐出速度,インク吐出量の向上効果に
よって印字ラインのドットの位置ずれを従来1/2に減
少し、かつマクベス濃度も向上することが可能となり、
したがって印字品質の高いインクジェット記録装置を提
供することができる。
Further, the ink jet recording apparatus using the drop-on-demand type ink jet recording head according to the present invention reduces the positional deviation of the dots on the print line by half due to the effect of improving the ink ejection speed and the ink ejection amount, and It is possible to improve the Macbeth concentration,
Therefore, it is possible to provide an inkjet recording apparatus with high print quality.

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

【図1】この発明の実施例になるドロップオンディマン
ド型インクジェット記録ヘッドを示すインク流路に沿っ
た方向の断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view of a drop-on-demand type ink jet recording head according to an embodiment of the present invention in a direction along an ink flow path.

【図2】実施例における分極処理後のジルコン酸チタン
酸鉛結晶の誘電分極の向きを模式化して示す拡大図
FIG. 2 is an enlarged view schematically showing the direction of dielectric polarization of lead zirconate titanate crystals after polarization treatment in Examples.

【図3】インクジェット記録装置の内部構造の一例を簡
略化して示す斜視図
FIG. 3 is a perspective view showing a simplified example of the internal structure of an inkjet recording apparatus.

【図4】ドロップオンディマンド型インクジェット記録
ヘッドにおける圧電素子の印加電圧の経時変化を示す図
FIG. 4 is a diagram showing changes over time in applied voltage to a piezoelectric element in a drop-on-demand type inkjet recording head.

【図5】ドロップオンディマンド型インクジェット記録
ヘッドの動作状態を(a),(b),(c),(d),
の4つの図に分解して示す動作原理図
FIG. 5 shows the operating states of a drop-on-demand type ink jet recording head in (a), (b), (c), (d),
Figure of operation principle disassembled and shown in 4 figures

【図6】常温でのポーリングを行う前後のジルコン酸チ
タン酸鉛結晶の誘電分極の向きを模式化して示す拡大図
であり、(a)はポーリングを行う前の状態、(b)は
ポーリング終了後の状態
6A and 6B are enlarged views schematically showing the directions of the dielectric polarization of lead zirconate titanate crystals before and after poling at room temperature, where FIG. 6A is a state before poling and FIG. After state

【図7】ドロップオンディマンド型インクジェット記録
装置ヘッドの流路構造の一例を模式化して示す平面図
FIG. 7 is a plan view schematically showing an example of a flow path structure of a drop-on-demand type inkjet recording device head.

【図8】従来のインクジェット記録装置で得られた印字
ラインを模式化して示す拡大図
FIG. 8 is an enlarged view schematically showing a print line obtained by a conventional inkjet recording device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 インクジェット記録装置 2 キャリッジ 3 インクジェット記録ヘッド 4 案内レール 5 ベルト駆動部 6 紙送り機構部 7 記録紙 8 プラテン 9 枠 10 インクタンク 11 ドロップオンディマンド型インクジェット記録
装置ヘッド 12 基板 13 振動板 14 圧電素子 15 インク流路 16 加圧室部 17 ノズル 18 シール面 19 インク 19d インク滴 20 印字ライン(ドット列) 21 ドロップオンディマンド型インクジェット記録
装置ヘッド 24 圧電素子(電界冷却法による分極処理済) 25 共通電極 26 接着剤層 27 電極 δ ドットの位置ずれ量
1 Inkjet recording device 2 Carriage 3 Inkjet recording head 4 Guide rail 5 Belt drive unit 6 Paper feed mechanism unit 7 Recording paper 8 Platen 9 Frame 10 Ink tank 11 Drop-on-demand type inkjet recording device head 12 Substrate 13 Vibrating plate 14 Piezoelectric element 15 Ink Flow path 16 Pressurizing chamber 17 Nozzle 18 Sealing surface 19 Ink 19d Ink droplet 20 Printing line (dot row) 21 Drop-on-demand type inkjet recording device head 24 Piezoelectric element (polarized by electric field cooling method) 25 Common electrode 26 Adhesive Layer 27 Electrode δ Dot displacement amount

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板と振動板との積層端面に開口した複数
のノズルと、各ノズルに連通するよう前記積層体内に振
動板に沿って形成された複数条のインク流路と、各イン
ク流路の加圧室部に対向する前記振動板の表面に固着し
た圧電性セラミックスからなる複数の圧電素子とを備
え、前記圧電素子の二次圧電効果による前記振動板の撓
みを駆動源としてノズルからインクを吐出するインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、前記圧電素子をインクジェ
ット記録ヘッドに固着した状態で、電界冷却法に基づき
前記圧電性セラミックスからなる複数の圧電素子の誘電
分極の向きを揃えたことを特徴とするインクジェット記
録ヘッド。
1. A plurality of nozzles opened on the end face of the substrate and the vibrating plate laminated together, a plurality of ink flow paths formed along the vibrating plate in the laminated body so as to communicate with each nozzle, and each ink flow. A plurality of piezoelectric elements made of piezoelectric ceramics fixed to the surface of the vibrating plate facing the pressure chamber of the passage, and the deflection of the vibrating plate due to the secondary piezoelectric effect of the piezoelectric element is used as a drive source from the nozzle. In an ink jet recording head for ejecting ink, in a state where the piezoelectric element is fixed to the ink jet recording head, the directions of dielectric polarization of the plurality of piezoelectric elements made of the piezoelectric ceramic are aligned based on the electric field cooling method. Inkjet recording head.
【請求項2】電界冷却法に基づく誘電分極が、インクジ
ェット記録ヘッド全体の温度を前記圧電性セラミックス
のキューリー点以上に加熱し、この状態で前記圧電素子
の一対の電極間に一定強度の電界を印加し、この電界を
保持した状態でインクジェット記録ヘッドの温度を常温
まで徐冷する過程で分極の向きが電界の方向に揃えられ
たことを特徴とする請求項1記載のインクジェット記録
ヘッド。
2. A dielectric polarization based on an electric field cooling method heats the temperature of the entire ink jet recording head to a temperature not lower than the Curie point of the piezoelectric ceramic, and in this state, an electric field of constant strength is generated between a pair of electrodes of the piezoelectric element. 2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the direction of polarization is aligned with the direction of the electric field during the process of gradually cooling the temperature of the ink jet recording head to room temperature while applying the electric field.
【請求項3】圧電素子がジルコン酸チタン酸鉛からな
り、この圧電素子の静電容量の実測値をこれと電極面積
および電極間隔が等しい真空ギャップの幾何学的静電容
量で除して得られる見かけの比誘電率が5000以上で
あることを特徴とする請求項1記載のインクジェット記
録ヘッド。
3. The piezoelectric element is made of lead zirconate titanate and is obtained by dividing the actual measured value of the electrostatic capacity of the piezoelectric element by the geometrical capacity of a vacuum gap having the same electrode area and electrode spacing. The inkjet recording head according to claim 1, wherein the apparent relative dielectric constant is 5000 or more.
【請求項4】案内レールにより直進走行可能に支持され
たキャリッジと、このキャリッジに支持されたインクジ
ェット記録ヘッドと、記録紙を前記直進走行方向に直交
する方向に駆動する紙送り機構部とを備えたインクジェ
ット記録装置において、基板と振動板との積層端面に開
口した複数のノズルと、各ノズルに連通するよう前記積
層体内に振動板に沿って形成された複数条のインク流路
と、各インク流路の加圧室部に対向する前記振動板の表
面に固着した圧電性セラミックスからなる複数の圧電素
子とを備え、前記圧電素子をインクジェット記録ヘッド
に固着した状態で、電界冷却法に基づき前記圧電性セラ
ミックスからなる複数の圧電素子の誘電分極の向きを揃
えたインクジェット記録ヘッドが、前記複数のノズル列
の方向がキャリッジの直進走行方向と直交する方向に、
かつ記録紙面に対向するようキャリッジに固定されてな
ることを特徴とするインクジェット記録装置。
4. A carriage supported by a guide rail so as to be able to travel straight, an ink jet recording head supported by the carriage, and a paper feed mechanism portion for driving a recording paper in a direction orthogonal to the direction of straight travel. In the ink jet recording apparatus described above, a plurality of nozzles opened on the end face of the laminated substrate and the diaphragm, a plurality of ink flow paths formed along the diaphragm in the laminate so as to communicate with each nozzle, and each ink A plurality of piezoelectric elements made of piezoelectric ceramics fixed to the surface of the vibrating plate facing the pressure chamber portion of the flow path, and the piezoelectric elements being fixed to an ink jet recording head based on an electric field cooling method. In an ink jet recording head in which the directions of the dielectric polarization of a plurality of piezoelectric elements made of piezoelectric ceramics are aligned, the direction of the plurality of nozzle rows is a carriage. In the direction of the straight running direction of the perpendicular,
An ink jet recording apparatus characterized by being fixed to a carriage so as to face a recording paper surface.
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