JPH1044400A - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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JPH1044400A
JPH1044400A JP20177396A JP20177396A JPH1044400A JP H1044400 A JPH1044400 A JP H1044400A JP 20177396 A JP20177396 A JP 20177396A JP 20177396 A JP20177396 A JP 20177396A JP H1044400 A JPH1044400 A JP H1044400A
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JP
Japan
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head
ink
diameter
partition
wall
Prior art date
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JP20177396A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Yasutomi
英雄 保富
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a smooth image having high gradability like a photograph image by differentiating elastic moduli or thicknesses of partition walls of a plurality of heads. SOLUTION: Elastic moduli and thicknesses of partition wall 18a of a large- diameter head 12 and partition wall 18b of a small-diameter head 14 are differentiated. That is, in the case of the modulus, the wall 1a of the head 12 is reduced as compared with the wall 18b of the head 14. In the case of the thickness, the wall 18a of the head 12 is reduced smaller as compared with the wall 18b of the head 14. As a result, even if the same print signal is applied to a common electrode and individual electrodes, ink droplet discharged from a nozzle 28 if the head 12 is larger than that discharged from a nozzle 28 of the head 14. Accordingly, the head 12 or 14 is suitably selected in response to conditions of the image to be formed, and a voltage applied to the common electrode and the individual electrodes is altered, and hence gradability can be widely changed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
ヘッドに関する。
The present invention relates to an 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て高画
質でかつ高速印字を行うには、印字ドット径を変えるこ
とにより階調性を表現することが有効である。そのため
にはノズルから吐出するインク量を階調段階に応じて変
化させることが必要であり、従来より、例えば圧電部材
を用いたものにおいては圧電部材への印加電圧を変える
ことによりノズルから吐出するインク量を変化させる方
法が知られている。
2. Description of the Related Art In order to perform high-quality printing at high speed using an ink jet recording head, it is effective to express gradation by changing the diameter of printing dots. For this purpose, it is necessary to change the amount of ink ejected from the nozzle in accordance with the gradation level. Conventionally, for example, in the case of using a piezoelectric member, the ink ejected from the nozzle is changed by changing the voltage applied to the piezoelectric member. A method for changing the amount of ink is known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、圧電部材へ
の印加電圧を変えるだけでは、ノズルから吐出されるイ
ンク柱の太さやノズルにおけるインクのメニスカス形状
があまり変わらないことなどに起因して、安定して吐出
できるインク量及び吐出したインクにより形成されるド
ットの大きさの可変幅は限られており、例えば、写真画
像のような階調性の高い滑らかな画像を得ることが困難
であった。
However, by simply changing the voltage applied to the piezoelectric member, the stability of the ink column ejected from the nozzles and the meniscus shape of the ink at the nozzles do not change much. The amount of ink that can be ejected and ejected and the variable width of the size of the dot formed by the ejected ink are limited, and for example, it was difficult to obtain a smooth image with high gradation such as a photographic image. .

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
みてなされたものであり、インクジェット記録ヘッドに
複数のヘッド部を設け、それぞれのヘッド部から異なる
範囲の大きさを有するインク滴を吐出できるようにした
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a plurality of head portions provided in an ink jet recording head, and ink droplets having a different size range from each head portion. It is designed to be able to discharge.

【0005】具体的に、本発明のインクジェット記録ヘ
ッドは、隔壁を介して圧電部材の変形をインクに伝えて
これを飛翔させる複数のヘッド部からなり、それぞれの
ヘッド部の隔壁は弾性率又は厚さが異なるものである。
More specifically, the ink jet recording head of the present invention comprises a plurality of head portions for transmitting the deformation of the piezoelectric member to the ink through the partition walls and causing the ink to fly, and the partition walls of each head portion have an elastic modulus or thickness. Are different.

【0006】[0006]

【発明の効果】上記インクジェット記録ヘッドでは、各
ヘッド部における隔壁の弾性率が異なる。弾性率の違い
は、圧電部材からインクに伝わる力、さらにはインク滴
の大きさの差となって現れる。したがって、本発明のイ
ンクジェット記録ヘッドによれば、それぞれのヘッド部
から安定して吐出するインク滴の大きさ範囲が異なり、
これら複数のヘッド部を適宜組み合わせて駆動すること
により高階調性の滑らかな画像を作成することができ
る。
In the above-mentioned ink jet recording head, the elastic modulus of the partition wall in each head portion is different. The difference in the elastic modulus appears as a force transmitted from the piezoelectric member to the ink and a difference in the size of the ink droplet. Therefore, according to the inkjet recording head of the present invention, the size range of the ink droplet that is stably ejected from each head portion is different,
By appropriately combining and driving the plurality of head units, a smooth image with high gradation can be created.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について説明する。図1から図3は
本発明に係るインクジェット記録装置用マルチヘッドを
示す。このマルチヘッド10は大径インク滴吐出用ヘッ
ド部12(以下「大径ヘッド部12」という。)と小径
インク滴吐出用ヘッド部14(以下「小径ヘッド部1
4」という。)からなり、これら大径ヘッド部12と小
径ヘッド部14は、天板16、隔壁18、振動板20、
基板22を重ねて一体的に構成されている。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 to 3 show a multi-head for an ink jet recording apparatus according to the present invention. The multi-head 10 includes a large-diameter ink droplet ejection head unit 12 (hereinafter, referred to as a “large-diameter head unit 12”) and a small-diameter ink droplet ejection head unit 14 (hereinafter, a “small-diameter head unit 1”).
4 ". ), The large-diameter head portion 12 and the small-diameter head portion 14 include a top plate 16, a partition 18, a diaphragm 20,
The substrates 22 are integrally formed by stacking them.

【0008】天板16は金属又は合成樹脂などからな
り、隔壁18との対向部(対向面)を電鋳又はフォトリ
ソグラフィ等により微細加工して、大径ヘッド部12と
小径ヘッド部14とにそれぞれインク24を収容する複
数のインクキャビティ26と、各インクキャビティ26
のインク24を吐出するテーパ状のノズル28と、補給
用インク24を収容するインク供給室30と、各インク
キャビティ26をインク供給室30に連結するインクイ
ンレット32とが形成されている。図1に示すように、
大径ヘッド部12と小径ヘッド部14の各インクキャビ
ティ26は、これらヘッド部12、14が対向する方向
に向かって延びる長溝状にかつ平行に形成されている。
また、各インク供給室30は、インクキャビティ26を
挟んで中央線34の反対側に形成されており、図示しな
いインクタンクに接続してある。なお、本実施形態で
は、大径ヘッド部12のノズル28と小径ヘッド部14
のそれは同一の径としてある。
The top plate 16 is made of a metal or a synthetic resin, and the facing portion (facing surface) to the partition 18 is finely processed by electroforming or photolithography to form the large-diameter head portion 12 and the small-diameter head portion 14. A plurality of ink cavities 26 each containing ink 24;
Are formed, a tapered nozzle 28 for ejecting the ink 24, an ink supply chamber 30 for accommodating the supply ink 24, and an ink inlet 32 for connecting each ink cavity 26 to the ink supply chamber 30. As shown in FIG.
Each of the ink cavities 26 of the large-diameter head portion 12 and the small-diameter head portion 14 is formed in a long groove shape extending in the direction in which the head portions 12 and 14 face each other and in parallel.
Each ink supply chamber 30 is formed on the opposite side of the center line 34 across the ink cavity 26, and is connected to an ink tank (not shown). In this embodiment, the nozzle 28 of the large diameter head 12 and the small diameter head 14
It is of the same diameter.

【0009】隔壁18は金属又は合成樹脂の薄肉フィル
ムが使用されており、天板16と振動板20との間に固
定されている。なお、隔壁18はこれに所定の張力が加
わった状態で固定するのが望ましい。また、隔壁18は
大径ヘッド部12と小径ヘッド部14とでは異なる弾性
率、厚みのフィルムが使用されており、弾性率について
は大径ヘッド部12の隔壁18(18a)の方が小径ヘ
ッド部14の隔壁18(18b)よりも小さく、厚みに
ついても大径ヘッド部12の隔壁18(18a)の方が
小径ヘッド部14の隔壁18(18b)よりも小さくし
てある。
The partition 18 is made of a thin film of metal or synthetic resin, and is fixed between the top plate 16 and the diaphragm 20. It is desirable that the partition wall 18 be fixed with a predetermined tension applied thereto. The bulkhead 18 is made of a film having a different elastic modulus and thickness between the large-diameter head portion 12 and the small-diameter head portion 14. The elastic modulus of the bulkhead 18 (18a) of the large-diameter head portion 12 is smaller than that of the small-diameter head portion. The partition wall 18 (18b) of the large diameter head section 12 is smaller than the partition wall 18 (18b) of the small diameter head section 14 in thickness.

【0010】振動板20は周知の圧電材料からなり、そ
の上面と下面にはそれぞれ共通電極、個別電極として利
用される導電性金属層(図示せず)が設けてあり、隔壁
18と基板22との間に固定されている。各共通電極お
よび個別電極は図示しない印字信号制御回路に接続され
ており、共通電極と個別電極との間に所定の電圧が印加
されるようになっている。なお、各電極の引き出し方法
は特に限定されず各種の方法を採用可能であるが、例え
ば、導電性の隔壁18を共通電極として使用し、基板2
2表面に個別電極をパターニングするなどの方法により
電極の引き出しを行うことができる。また、振動板20
はダイシング加工により縦方向溝58と横方向溝60を
形成して分断し、各インクキャビティ26に対応する圧
電部材42と、隣接する圧電部材42の間に位置する仕
切壁44と、大径ヘッド部12と小径ヘッド部14との
間に中央線34に沿って位置する仕切壁45よ、これら
を囲む壁46とに分離されている。そして、圧電部材4
2は高温下で共通電極と個別電極との間に高電圧を印加
して分極処理されている。圧電部材42は単層型のもの
であってもよいし、圧電材料と電極とをそれぞれ複数交
互に重ね合わせた積層型のものであってもよい。
The vibration plate 20 is made of a well-known piezoelectric material, and its upper and lower surfaces are provided with a conductive metal layer (not shown) used as a common electrode and an individual electrode, respectively. Is fixed between. Each common electrode and individual electrode are connected to a print signal control circuit (not shown) so that a predetermined voltage is applied between the common electrode and the individual electrode. The method of extracting each electrode is not particularly limited, and various methods can be adopted. For example, the conductive partition 18 may be used as a common electrode and the substrate 2 may be used.
The electrodes can be drawn out by a method such as patterning individual electrodes on the two surfaces. Further, the diaphragm 20
A vertical groove 58 and a horizontal groove 60 are formed and divided by dicing, and a piezoelectric member 42 corresponding to each ink cavity 26, a partition wall 44 located between the adjacent piezoelectric members 42, and a large-diameter head A partition wall 45 located along the center line 34 between the section 12 and the small-diameter head section 14 is separated into a wall 46 surrounding them. And the piezoelectric member 4
No. 2 is polarized by applying a high voltage between the common electrode and the individual electrodes at a high temperature. The piezoelectric member 42 may be a single layer type, or may be a stacked type in which a plurality of piezoelectric materials and electrodes are alternately stacked.

【0011】基板22はセラミック、金属、又は合成樹
脂等からなり、振動板20に接着剤で固定されている。
The substrate 22 is made of ceramic, metal, synthetic resin, or the like, and is fixed to the diaphragm 20 with an adhesive.

【0012】上記構成のマルチヘッド10では、図示し
ないインクタンクからインク供給室30にインク24が
供給される。インク供給室30のインク24は、インク
インレット32を介して各インクキャビティ26に分配
される。そして、印字信号制御回路(図示せず)から共
通電極と個別電極との間に所定の電圧(印字信号)が印
加されると圧電部材42がインクキャビティ26に向か
って変形する。また、圧電部材42の変形は隔壁18に
伝えられ、これによりインクキャビティ26内のインク
24が加圧されて、インクノズル28を介してインク滴
が飛翔する。
In the multi-head 10 configured as described above, the ink 24 is supplied to the ink supply chamber 30 from an ink tank (not shown). The ink 24 in the ink supply chamber 30 is distributed to each ink cavity 26 via the ink inlet 32. When a predetermined voltage (print signal) is applied between the common electrode and the individual electrode from a print signal control circuit (not shown), the piezoelectric member 42 is deformed toward the ink cavity 26. The deformation of the piezoelectric member 42 is transmitted to the partition wall 18, whereby the ink 24 in the ink cavity 26 is pressurized, and the ink droplet flies through the ink nozzle 28.

【0013】上述のように、大径ヘッド部12の隔壁1
8(18a)と小径ヘッド部14の隔壁18(18b)
は弾性率、厚みが異なり、弾性率については大径ヘッド
部12の隔壁18(18a)の方が小径ヘッド部14の
隔壁18(18b)よりも小さく、厚みについても大径
ヘッド部12の隔壁18(18a)の方が小径ヘッド部
14の隔壁18(18b)よりも小さくしてある。した
がって、同一の印字信号を共通電極と個別電極との間に
印加しても、大径ヘッド12のノズル28から吐出する
インク滴の大きさは小径ヘッド部14のノズル28から
吐出するインク滴よりも大きい。したがって、作成すべ
き画像の条件に応じて大径ヘッド部12と小径ヘッド部
14を適宜選択すると共に、共通電極と個別電極との間
に印加する電圧を変えることで、幅広く階調性を変化さ
せることができ、写真のような滑らかな画像も作成でき
る。なお、本実施形態では、大径ヘッド部12のノズル
28と小径ヘッド部14のそれは同一径としたが、大径
ヘッド部12のノズル28を小径ヘッド部14のそれよ
りも大きくすれば、さらに階調幅が広くなる。なお、イ
ンクの飛翔を安定化させるため、隔壁の材料を大径ヘッ
ド部と小径ヘッド部とでそれぞれ異なるものを用いて最
適化してもよい。逆に、コストダウン等を目的として、
大径ヘッド部と小径ヘッド部とで同じ材料の隔壁を用い
てもよい。この場合、隔壁の厚みを変えることによりや
はり弾性は変化するので、隔壁の材料を変えるのと同様
の効果を奏することができる。
As described above, the partition wall 1 of the large diameter head portion 12
8 (18a) and the partition 18 (18b) of the small-diameter head portion 14
Are different in elastic modulus and thickness. Regarding the elastic modulus, the partition wall 18 (18a) of the large diameter head section 12 is smaller than the partition wall 18 (18b) of the small diameter head section 14, and the partition wall of the large diameter head section 12 is also different in thickness. The partition 18 (18a) is smaller than the partition 18 (18b) of the small diameter head portion 14. Therefore, even if the same print signal is applied between the common electrode and the individual electrode, the size of the ink droplet ejected from the nozzle 28 of the large diameter head 12 is smaller than the size of the ink droplet ejected from the nozzle 28 of the small diameter head portion 14. Is also big. Therefore, by appropriately selecting the large-diameter head unit 12 and the small-diameter head unit 14 according to the conditions of the image to be created, and by changing the voltage applied between the common electrode and the individual electrodes, the gradation can be changed widely. And create a smooth image like a photo. In the present embodiment, the nozzle 28 of the large-diameter head section 12 and that of the small-diameter head section 14 have the same diameter. However, if the nozzle 28 of the large-diameter head section 12 is made larger than that of the small-diameter head section 14, furthermore, The gradation width becomes wider. In addition, in order to stabilize the flight of the ink, the material of the partition walls may be optimized using different materials for the large diameter head portion and the small diameter head portion. Conversely, for the purpose of cost reduction, etc.
The large-diameter head portion and the small-diameter head portion may use the same partition wall of the same material. In this case, since the elasticity also changes by changing the thickness of the partition, the same effect as when the material of the partition is changed can be obtained.

【0014】大径ヘッド部と小径ヘッド部の隔壁に各種
のフィルムを使用し、それぞれのヘッド部から吐出した
インク滴で形成されるドット径を調べた。実験には図1
から3に示す基本構成を有するヘッドを使用した。天板
はニッケル電鋳品を用い、インクキャビティは160×
80×4000μm、インクインレットは40×40×
200μm、ノズルピッチは250μm、ノズル径(内
側端部の径)は25μm、ノズルのテーパ角度は10
°、ノズル近傍の天板の厚さ150μmとした。圧電部
材には、厚さ25μmの圧電板を20層重ねた積層型圧
電部材(100×600×3000μm)を使用した。
圧電部材に印加するパルスは、電圧を2〜65Vまで変
化させ、パルス幅も1〜100μsecの範囲で変化さ
せた。なお、パルスの立ち上がり速度は50V/μse
cとした。インクはDIC社のMAT−1003(B
k)を使用した。記録紙はエプソン社SF紙を使用し
た。
Various films were used for the partition walls of the large-diameter head portion and the small-diameter head portion, and the dot diameter formed by ink droplets discharged from each head portion was examined. Figure 1 for the experiment
A head having the basic configuration shown in FIGS. Top plate is made of nickel electroformed product, ink cavity is 160 ×
80 × 4000 μm, ink inlet 40 × 40 ×
200 μm, nozzle pitch 250 μm, nozzle diameter (diameter of inner end) 25 μm, nozzle taper angle 10
°, the thickness of the top plate near the nozzle was 150 μm. As the piezoelectric member, a laminated piezoelectric member (100 × 600 × 3000 μm) in which 20 piezoelectric plates each having a thickness of 25 μm were stacked was used.
The voltage applied to the piezoelectric member was varied from 2 to 65 V, and the pulse width was also varied from 1 to 100 μsec. The pulse rising speed was 50 V / μsec.
c. The ink was DIC's MAT-1003 (B
k) was used. The recording paper used was Epson SF paper.

【0015】実験の結果を図4の表に示す。この表から
明らかなように、隔壁の弾性率、厚みを変えると、その
他の条件が同一であっても、大径ヘッド部と小径ヘッド
部から吐出するインク滴及びそれにより形成されるドッ
トの大きさの範囲が異なることが分かる。したがって、
大径ヘッド部と小径ヘッド部に使用する隔壁の弾性率、
厚さを違えることで幅広くドット径を変化させ、それに
より階調性の高い画像を得ることが可能である。
The results of the experiment are shown in the table of FIG. As is clear from this table, when the elastic modulus and the thickness of the partition wall are changed, the ink droplets ejected from the large-diameter head portion and the small-diameter head portion and the size of the dot formed by the same are obtained even if the other conditions are the same. It can be seen that the range of the difference is different. Therefore,
The elastic modulus of the partition used for the large diameter head and the small diameter head,
By changing the thickness, the dot diameter can be changed widely, and thereby an image with high gradation can be obtained.

【0016】上記実施形態のインクジェット記録ヘッド
には2つのヘッド部を設けたが、3つ以上のヘッド部を
設け、それぞれの隔壁の弾性率や厚さを変えてもよい。
そのようにすれば、さらに階調性が高くなり、中間調の
再現性に優れたインクジェット記録ヘッドが得られる。
Although the ink jet recording head of the above embodiment is provided with two head portions, three or more head portions may be provided, and the elastic modulus and thickness of each partition may be changed.
By doing so, an ink jet recording head having further enhanced gradation and excellent halftone reproducibility can be obtained.

【0017】なお、上記実験のほかに、圧電部材の幅を
変更することにより、圧電部材と仕切壁との間のスリッ
トに対向する隔壁テント部180(図3参照)の幅を変
化させてインクの飛翔に及ぼす影響を調べた。その結
果、特にテント部の幅が10〜80μmの範囲において
良好にインクを飛翔させることができた。テント部18
0の幅が小さすぎるとインク飛翔ロスが大きく、また大
きすぎるとインクキャビティからの圧力により膨らみ、
飛翔ロスが大きくなった。
In addition to the above experiment, by changing the width of the piezoelectric member, the width of the partition tent portion 180 (see FIG. 3) facing the slit between the piezoelectric member and the partition wall is changed to change the width of the ink. The effect of flying on flight was investigated. As a result, the ink was able to fly favorably especially when the width of the tent portion was in the range of 10 to 80 μm. Tent part 18
If the width of 0 is too small, the ink flying loss is large, and if it is too large, it expands due to the pressure from the ink cavity,
Flight loss has increased.

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

【図1】 本発明に係るインクジェット記録ヘッドの一
部平面図である。
FIG. 1 is a partial plan view of an ink jet recording head according to the present invention.

【図2】 図1のII−II線断面図、及び部分拡大断
面図である。
FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1 and a partially enlarged sectional view.

【図3】 図2のIII−III線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG. 2;

【図4】 隔壁の弾性率、厚みとドット径との関係を示
す図表である。
FIG. 4 is a table showing a relationship between an elastic modulus, a thickness, and a dot diameter of a partition.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…マルチヘッド、12…大径ヘッド部、14…小径
ヘッド部、16…天板、18(18a、18b)…隔
壁、20…振動板、22…基板、24…インク、26…
インクキャビティ、28…ノズル、30…インク供給
室、42…圧電部材。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Multi head, 12 ... Large diameter head part, 14 ... Small diameter head part, 16 ... Top plate, 18 (18a, 18b) ... Partition wall, 20 ... Vibration plate, 22 ... Substrate, 24 ... Ink, 26 ...
Ink cavities, 28 nozzles, 30 ink supply chambers, 42 piezoelectric members.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 隔壁を介して圧電部材の変形をインクに
伝えてこれを飛翔させる複数のヘッド部からなり、それ
ぞれのヘッド部の隔壁は異なる弾性率を有するインクジ
ェット記録ヘッド。
1. An ink jet recording head comprising a plurality of heads for transmitting deformation of a piezoelectric member to ink via a partition and causing the ink to fly, wherein the partition of each head has a different elastic modulus.
【請求項2】 隔壁を介して圧電部材の変形をインクに
伝えてこれを飛翔させる複数のヘッド部からなり、それ
ぞれのヘッド部の隔壁は異なる厚みを有するインクジェ
ット記録ヘッド。
2. An ink jet recording head comprising a plurality of head portions for transmitting deformation of a piezoelectric member to ink via a partition wall and causing the ink to fly, wherein the partition walls of the respective head portions have different thicknesses.
JP20177396A 1996-07-31 1996-07-31 Ink jet recording head Pending JPH1044400A (en)

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