JPH1120163A - Ink-jet recording head - Google Patents

Ink-jet recording head

Info

Publication number
JPH1120163A
JPH1120163A JP19195297A JP19195297A JPH1120163A JP H1120163 A JPH1120163 A JP H1120163A JP 19195297 A JP19195297 A JP 19195297A JP 19195297 A JP19195297 A JP 19195297A JP H1120163 A JPH1120163 A JP H1120163A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
elastic member
vibration
recording head
jet recording
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP19195297A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Shiratsuki
好之 白附
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.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP19195297A priority Critical patent/JPH1120163A/en
Publication of JPH1120163A publication Critical patent/JPH1120163A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To discharge minute liquid drops without using a nozzle by providing an elastic member which has a vibration generation part vibrating in response to pixel signals and projecting parts formed at a predetermined distance, and vibrates correspondingly to the vibration of the vibration generation part, and generating capillary waves by the vibration of the elastic member. SOLUTION: An elastic member 1 has projecting parts bonded so that a common part is held by a substrate and formed sharp at leading ends to conform to a pitch whereby ink drops are discharged. A plurality of vibration generation parts 4a-4c are formed at positions corresponding to the projecting parts of the elastic member 1. When an alternation voltage is applied to the vibration generation part 4 from an external driving mechanism thereby driving the vibration generation part 4, the elastic member 1 connected to the substrate vibrates. In consequence, the projecting parts of the elastic member bend and vibrate, and leading end parts of the projecting parts vibrate greatly right and left, with generating capillary waves at an ink surface. Crests of the capillary waves are torn when an amplitude of the leading end parts is made large enough, thus forming and flying ink drops.

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、被印字面にインク
ドロップなどの液滴を吐出して印字を行うインクジェッ
ト記録ヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head for performing printing by discharging droplets such as ink drops on a surface to be printed.

【0002】[0002]

【従来の技術】被印字面にインクドロップなどの液滴を
吐出して印字を行うインクジェット記録方式としてはノ
ズルを用いる方式が代表的である。ノズル式の記録方式
にはオンデマンド型と連続流型とがある。
2. Description of the Related Art A typical example of an ink jet recording system for performing printing by discharging droplets such as ink drops on a surface to be printed is a system using a nozzle. Nozzle-type recording methods include an on-demand type and a continuous flow type.

【0003】オンデマンド型は記録情報に対応してノズ
ルから間欠的にインクを吐出させて印字を行う方式であ
る。オンデマンド型の代表的なものとしてピエゾ振動子
型とサーマル型とがある。ピエゾ振動子型はインク室に
付設した圧電素子にパルス電圧を印加して圧電素子を変
形させることにより、インク室内のインク液圧を変化さ
せ、ノズルからインクドロップを吐出させて記録紙上に
ドットを記録するものである。サーマル型はインク室内
に設けた加熱素子によりインクを加熱し、これにより発
生したバブルによりノズルからインクドロップを吐出さ
せて記録紙上にドットを記録するものである。
The on-demand type is a system in which printing is performed by intermittently ejecting ink from nozzles in accordance with recording information. Representative examples of the on-demand type include a piezo oscillator type and a thermal type. The piezo vibrator type applies a pulse voltage to a piezoelectric element attached to the ink chamber to deform the piezoelectric element, thereby changing the ink liquid pressure in the ink chamber and discharging ink drops from nozzles to form dots on recording paper. It is to be recorded. In the thermal type, ink is heated by a heating element provided in an ink chamber, and ink droplets are ejected from nozzles by bubbles generated thereby to record dots on recording paper.

【0004】一方、連続流型はインクに圧力を加えてノ
ズルから連続的にインクを吐出させると同時にピエゾ振
動子などにより振動を加えて吐出インク柱を液滴化し、
液滴に対して選択的に帯電、偏向を行うことによって記
録を行うものである。
On the other hand, in the continuous flow type, ink is continuously ejected from a nozzle by applying pressure to the ink, and at the same time, a vibration is applied by a piezo vibrator or the like to form a droplet of the ejected ink,
Recording is performed by selectively charging and deflecting droplets.

【0005】これらの各方式においてはインクのドロッ
プ径は主としてノズルの径によって決まる。そして、ノ
ズル径を小さくすると、ゴミ・チリやノズル部のインク
表面の乾燥によるノズル詰まりが発生したり、ノズル円
周部へのインク残滓の付着によるインク吐出方向の変化
が生じたりするなどの問題が発生する。
In each of these methods, the diameter of the ink drop is determined mainly by the diameter of the nozzle. When the nozzle diameter is reduced, the nozzle may be clogged due to dust and dirt or the drying of the ink surface of the nozzle portion, and the ink discharge direction may change due to the adhesion of the ink residue to the nozzle circumference. Occurs.

【0006】これに対して、ノズルを用いないで被印字
面にインクドロップを吐出して印字を行う記録方式がい
くつか提案されている。
[0006] On the other hand, there have been proposed some recording systems for performing printing by ejecting ink drops onto a printing surface without using a nozzle.

【0007】米国特許第4308547号明細書には凹
状にカーブした球面形状の圧電体シェルをインク中に配
置し、この圧電体シェルに電極を介して電圧を印加する
方式が示されている。この方式では圧電体シェルからイ
ンク中に放射された縦波がインク自由表面の一点に集め
られ、インク自由表面からインクドロップが吐出する。
[0007] US Pat. No. 4,308,547 discloses a method in which a concavely curved spherical piezoelectric shell is arranged in ink and a voltage is applied to the piezoelectric shell via an electrode. In this method, longitudinal waves radiated into the ink from the piezoelectric shell are collected at one point on the free ink surface, and ink drops are ejected from the free ink surface.

【0008】また、特公平6−45233号公報にはガ
ラスなどの基板上に球面状の凹部を設けてこれを音響レ
ンズとし、基板の裏面に圧電体と、圧電体に電圧を印加
するための電極からなる振動子とを形成して、この振動
子をインク中に配置する方式が示されている。
In Japanese Patent Publication No. 6-45233, a concave portion having a spherical shape is provided on a substrate such as glass, which is used as an acoustic lens. A piezoelectric member is provided on the back surface of the substrate, and a voltage is applied to the piezoelectric member. A method of forming a vibrator made of electrodes and disposing the vibrator in ink is shown.

【0009】さらに、特開平3−200199号公報に
は、凹状レンズの代わりにより安価、かつ、シャープに
焦点を合わせられる薄膜平板状の位相フレネルレンズを
基板上に設けることが示されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-200199 discloses that instead of a concave lens, a thin-plate flat phase Fresnel lens which can be sharply focused at a lower cost is provided on a substrate.

【0010】ノズルを用いない他の記録方式の例として
は、吐出力として静電力を用いるいわゆる静電吸引方式
がある。静電吸引方式の一例として、インクメニスカス
(インク隆起)を形成するために振動を用いるものが知
られている。
As another example of a recording method that does not use a nozzle, there is a so-called electrostatic suction method that uses an electrostatic force as a discharge force. As an example of the electrostatic suction method, a method using vibration to form an ink meniscus (ink protrusion) is known.

【0011】例えば、特開昭62−222853号公報
には記録針をインク表面から突出させて、記録針に対し
て軸方向に伝搬する超音波エネルギーを与える方式が示
されている。これによると超音波流動(acousti
c streaming)現象により、記録針に接する
インクは記録針の先端方向に移動して、記録針の先端に
凸状のインクメニスカスが形成される。その状態で記録
針と背面電極との間に静電界を印加してインクを引きち
ぎり、記録針と背面電極との間に配置された記録媒体上
にインクドロップを着弾させる。この方式によれば、記
録針の先端にインクメニスカスを形成するため、従来の
静電吸引方式に比べてより小さいインクドロップを形成
できる。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-222853 discloses a method in which a recording needle is projected from the ink surface to apply ultrasonic energy propagating in the axial direction to the recording needle. According to this, ultrasonic flow (acousti)
Due to the c-streaming phenomenon, the ink in contact with the recording needle moves toward the tip of the recording needle, and a convex ink meniscus is formed at the tip of the recording needle. In this state, an electrostatic field is applied between the recording needle and the back electrode to tear off the ink, and an ink drop lands on a recording medium disposed between the recording needle and the back electrode. According to this method, since an ink meniscus is formed at the tip of the recording needle, a smaller ink drop can be formed as compared with the conventional electrostatic suction method.

【0012】また、特開昭56−28867号公報に
も、針電極と背面電極との間に静電界を印加した状態で
針電極に画像信号を印加すると同時に、針電極を振動さ
せる静電吸引方式が示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-28867 also discloses an electrostatic attraction in which an image signal is applied to a needle electrode while an electrostatic field is applied between the needle electrode and the back electrode, and at the same time, the needle electrode is vibrated. The scheme is shown.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】縦波をインク自由表面
に集束させて、インク自由表面からインクドロップを吐
出させる方式では、インクドロップ径は縦波の集束径に
ほぼ等しい。ここで、インクドロップ径または縦波の集
束径dは、振動子の駆動周波数をf、レンズのF値をF
とすると、略d=F/fとなる。なお、インク中を伝搬
する縦波の波長をλ、その伝搬速度をvとすると、これ
らと振動子の駆動周波数fとの間には、v=f・λの関
係がある。
In a system in which longitudinal waves are focused on the free ink surface and ink drops are ejected from the free ink surface, the diameter of the ink drop is substantially equal to the focused diameter of the longitudinal waves. Here, the ink drop diameter or the focusing diameter d of the longitudinal wave is represented by f: the driving frequency of the vibrator and F: the F value of the lens.
Then, approximately d = F / f. When the wavelength of the longitudinal wave propagating in the ink is λ and the propagation speed is v, there is a relation v = f · λ between these and the driving frequency f of the vibrator.

【0014】例えば、インクドロップ径dが15μm程
度の非常に小さなインクドロップを吐出させたい場合
に、レンズのF値を1と仮定すると、縦波の伝搬速度v
=1500m/秒程度である従来の低粘度・水性インク
を用いれば、振動子の駆動に必要な駆動周波数fは約1
00MHzという非常に高い値になる。レンズのF値
は、種々の問題から上記の仮定した値よりも著しく小さ
くすることは実際上困難であるため、インクドロップ径
dを小さくしようとすると、一般的には極めて高い周波
数で振動子を駆動しなければならないことになる。
For example, when it is desired to eject a very small ink drop having an ink drop diameter d of about 15 μm, assuming that the F value of the lens is 1, the longitudinal wave propagation velocity v
Using a conventional low-viscosity, water-based ink of about 1500 m / sec, the driving frequency f required for driving the vibrator is about 1
This is a very high value of 00 MHz. Since it is practically difficult to make the F value of the lens significantly smaller than the above assumed value due to various problems, generally, when trying to reduce the ink drop diameter d, the vibrator is required to be driven at an extremely high frequency. You have to drive.

【0015】このように、縦波をインク自由表面に集束
させて、インク自由表面からインクドロップを吐出させ
る方式では100MHz前後の高い周波数で複数の振動
子を駆動しなければならないため、駆動手段が高価にな
るというコスト上の問題を生じる。また、吸収による発
熱でインク粘度が変化してドロップ径が変動したり、記
録素子内でインク自体の乾燥や固化を生じてインクを吐
出できなくなるという問題がある。
As described above, in the method in which longitudinal waves are focused on the free ink surface and ink drops are ejected from the free ink surface, a plurality of vibrators must be driven at a high frequency of about 100 MHz. This raises the cost problem of being expensive. In addition, there is a problem that the ink viscosity changes due to the heat generated by the absorption and the drop diameter fluctuates, and the ink itself is dried or solidified in the recording element, so that the ink cannot be ejected.

【0016】一方、静電吸引方式では湿度などによる記
録媒体の誘電体の厚みの変動や、記録媒体の表面の粗さ
のばらつきなどによって、形成されるドロップ径が変動
しやすいといった欠点がある。
On the other hand, the electrostatic suction method has a drawback that the diameter of the formed drop is apt to fluctuate due to fluctuations in the thickness of the dielectric material of the recording medium due to humidity or variations in the surface roughness of the recording medium.

【0017】そこで、本発明の目的は、ノズルを用い
ず、かつ、発熱などを生じにくい低周波低電圧駆動方式
により、微小な液滴を吐出することができるインクジェ
ット記録ヘッドを提供することである。
An object of the present invention is to provide an ink jet recording head capable of discharging fine liquid droplets by using a low-frequency low-voltage driving method which does not use a nozzle and does not easily generate heat. .

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、画
素信号に対応して振動する振動発生部と、所定の間隔で
形成された突出部を有し、振動発生部の振動に応じて振
動する弾性部材とを備え、弾性部材の振動によりインク
の表面にキャピラリ波を発生させ、インクを飛翔させて
記録媒体に付着させることを特徴とするインクジェット
記録ヘッドによって達成される。本発明のインクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、突出部の先端部の曲げこわさ
は、突出部の基端部の曲げこわさより小さいことが望ま
しい。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a vibration generating section which vibrates in response to a pixel signal, and a projection formed at a predetermined interval. An ink jet recording head is provided, comprising: a vibrating elastic member; generating a capillary wave on the surface of the ink by vibrating the elastic member; and causing the ink to fly and adhere to a recording medium. In the ink jet recording head of the present invention, it is desirable that the bending stiffness of the distal end of the projection is smaller than the bending stiffness of the base end of the projection.

【0019】弾性部材は所定の間隔で突出部を有してお
り、その突出部に対応した部分で振動発生部に接続され
ている。弾性部材の突出部は少なくともその先端近傍が
インクと接触している。弾性部材の突出部が曲げ振動で
共振する周波数で振動発生部が弾性部材を励振すると、
弾性部材の突出部の先端近傍は共振により大きな振幅で
振動する。突出部と接触している曲げ振動の振動方向の
インク液厚は、弾性部材の突出部の先端近傍において、
インクと突出部の濡れと重力の効果により数μm〜数百
μmとなる。これによって、インクは振動の作用を強く
受け、キャピラリ波がインクの表面に発生する。このキ
ャピラリ波の作用により、微小滴の生成が可能となる。
振動発生部の駆動条件を所定の値に設定することによっ
て、1インク滴毎の飛翔が可能となる。振動発生部の励
振は1画素信号に応じて1インク滴の飛翔を実現するよ
うに、1インク滴の飛翔に必要な励振数を終了するごと
に間欠的に励振を区切るものである。これにより、ノズ
ルなしでインクの微小滴が生成され、インク目詰まりが
なく、高画質を実現可能な記録ヘッドが実現できる。
The elastic member has protrusions at predetermined intervals, and a portion corresponding to the protrusion is connected to the vibration generator. At least the vicinity of the tip of the protrusion of the elastic member is in contact with the ink. When the vibration generator excites the elastic member at a frequency at which the protrusion of the elastic member resonates with bending vibration,
The vicinity of the tip of the protrusion of the elastic member vibrates with a large amplitude due to resonance. The ink liquid thickness in the vibration direction of the bending vibration that is in contact with the protrusion is near the tip of the protrusion of the elastic member.
The thickness is several μm to several hundred μm due to the effects of ink and the wetting of the protrusions and the effect of gravity. As a result, the ink is strongly affected by the vibration, and a capillary wave is generated on the surface of the ink. By the action of the capillary wave, it is possible to generate fine droplets.
By setting the driving condition of the vibration generating unit to a predetermined value, it is possible to fly for each ink droplet. The excitation of the vibration generating section intermittently separates the excitation every time the number of excitations required for the flight of one ink droplet is completed so as to realize the flight of one ink droplet according to one pixel signal. Accordingly, a recording head capable of producing high image quality without ink clogging without generating nozzles without ink nozzles can be realized.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態によるイン
クジェット記録ヘッドを図1乃至図7を用いて説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An ink jet recording head according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0021】図1は本実施の形態によるインクジェット
記録ヘッドの基本的構成を示した側面図である。弾性部
材1としては、エレクトロフォーミングによって形成さ
れたおよそ7μm厚のニッケルを用いた。弾性部材1は
およそ100μm厚のセラミック基板2a、2bとの間
に挟まれるように接着され、その先端の少なくとも一部
がインク3中に埋没するように構成される。振動発生部
4はジルコン酸チタン酸鉛(PZT)からなる圧電セラ
ミック薄膜5と、これに電圧を印加するための電極6
a、6bからなり、弾性部材1と対応する位置に、セラ
ミック基板2a、2bのインク3側の面と反対側の面に
接着される。PZTからなる圧電セラミック薄膜5は分
極処理が施されており、電極6a、6b間に電圧が印加
されたとき、セラミック基板2a、2bの面に対して垂
直な方向に振動する。なお、電極6a、6bは0.05
μmの厚さのクロムと、1μmの厚さの金の2層からな
る。インク室7はセラミック材料で作成されたインク室
壁8a、8bおよび天板9により形成される。インク3
はインク供給路10を通して、図示しないインクタンク
からインク室7に供給される。このとき、インク3によ
って弾性部材1の先端部分までが濡れるようにする。イ
ンク滴吐出口11はインク室壁8aと天板9により形成
される。
FIG. 1 is a side view showing the basic structure of the ink jet recording head according to the present embodiment. As the elastic member 1, nickel having a thickness of about 7 μm formed by electroforming was used. The elastic member 1 is adhered so as to be sandwiched between the ceramic substrates 2a and 2b having a thickness of about 100 μm, and at least a part of the tip is buried in the ink 3. The vibration generator 4 includes a piezoelectric ceramic thin film 5 made of lead zirconate titanate (PZT) and an electrode 6 for applying a voltage to the piezoelectric ceramic thin film 5.
a, 6b, which are bonded to the surfaces of the ceramic substrates 2a, 2b opposite to the surface on the ink 3 side at positions corresponding to the elastic members 1. The piezoelectric ceramic thin film 5 made of PZT has been subjected to polarization processing, and vibrates in a direction perpendicular to the surfaces of the ceramic substrates 2a and 2b when a voltage is applied between the electrodes 6a and 6b. The electrodes 6a and 6b are 0.05
It consists of two layers of chrome with a thickness of μm and gold with a thickness of 1 μm. The ink chamber 7 is formed by ink chamber walls 8a and 8b made of a ceramic material and a top plate 9. Ink 3
Is supplied from an ink tank (not shown) to the ink chamber 7 through an ink supply path 10. At this time, the tip of the elastic member 1 is wetted by the ink 3. The ink droplet ejection port 11 is formed by the ink chamber wall 8a and the top plate 9.

【0022】セラミック基板2a、2b、インク室壁8
a、8b、天板9、隔壁12は、全て同一のセラミック
材料で作製することが望ましく、一体形成による方法、
または、個別に形成してから接着する方法のいずれかで
作製することができる。セラミック基板の代わりにプラ
スチック基板を用いてもよい。
Ceramic substrates 2a, 2b, ink chamber wall 8
a, 8b, the top plate 9, and the partition 12 are desirably made of the same ceramic material.
Alternatively, it can be manufactured by any of the methods of individually forming and then bonding. A plastic substrate may be used instead of the ceramic substrate.

【0023】弾性部材1の材料としては各種金属材料ま
たはその合金で形成してもよい。また、弾性部材1は金
属材料ではなくポリイミドのような樹脂材料を用いても
よい。さらに、弾性部材1はSiO2、Al23などの
各種無機材料で形成してもよい。
The material of the elastic member 1 may be formed of various metallic materials or alloys thereof. The elastic member 1 may be made of a resin material such as polyimide instead of a metal material. Further, the elastic member 1 may be formed of various inorganic materials such as SiO 2 and Al 2 O 3 .

【0024】圧電セラミック薄膜5はPZT以外に、チ
タン酸バリウムBaTiO3や、ニオブ酸鉛PbNb2
6、ニオブ酸リチウムLiNbO3、タンタル酸リチウム
LiTaO3などの多結晶体や単結晶体、またはZnO
やAlNなどの圧電薄膜材料を用いてもよい。
The piezoelectric ceramic thin film 5 is made of barium titanate BaTiO 3 or lead niobate PbNb 2 O in addition to PZT.
6 , polycrystalline or single crystal such as lithium niobate LiNbO 3 and lithium tantalate LiTaO 3 , or ZnO
A piezoelectric thin film material such as AlN or AlN may be used.

【0025】図2は本実施の形態によるインクジェット
記録ヘッドの基本的構成を示した正面図である。理解を
容易にするため、図1で説明したインク室壁8aおよび
8bは図示を省略している。
FIG. 2 is a front view showing the basic configuration of the ink jet recording head according to the present embodiment. For easy understanding, illustration of the ink chamber walls 8a and 8b described with reference to FIG. 1 is omitted.

【0026】弾性部材1はインク滴が吐出するピッチに
対応して、突出部1aを有している。突出部1aの先端
は尖った先鋭形状に形成されている。複数の振動発生部
4a、4b、4cはそれぞれの弾性部材の突出部1a、
1b、1cに対応する位置に形成される。それぞれの振
動発生部4a、4b、4cは一体の圧電セラミック薄膜
5を電極6aおよび電極6bでそれぞれ挟んで形成され
ている。弾性部材1の突出部1a、1b、1cの間に
は、天板9とセラミック基板2a、2bとを接続する隔
壁12が配置されている。また、振動発生部4a、4
b、4cの間は、一の振動発生部で発生する振動が他の
振動発生部上の弾性部材を励振させてしまうことがない
ように、アルミ板からなる支持基板13に固定されてい
る。
The elastic member 1 has a projection 1a corresponding to the pitch at which ink droplets are ejected. The tip of the protruding portion 1a is formed in a sharp shape. The plurality of vibration generating parts 4a, 4b, 4c are respectively provided with protrusions 1a,
It is formed at a position corresponding to 1b and 1c. Each of the vibration generating parts 4a, 4b, 4c is formed by sandwiching the integral piezoelectric ceramic thin film 5 between the electrodes 6a and 6b. Between the protrusions 1a, 1b, 1c of the elastic member 1, a partition 12 connecting the top plate 9 and the ceramic substrates 2a, 2b is arranged. In addition, the vibration generating units 4a, 4
Between b and 4c, it is fixed to the support substrate 13 made of an aluminum plate so that the vibration generated in one vibration generating unit does not excite the elastic member on the other vibration generating unit.

【0027】また弾性部材1は、弾性部材1の片持ち梁
構造の自由端の先端部近傍における曲げ振動の振動方向
に対して垂直な面の幅W(図2参照)が、ほぼ2λの長
さとなる領域を有している。但し、λは以下の式1で与
えられる。 λ={8πσ/(ρfe2)}1/3×104(μm) ・・・式1 ここで、σは、インク表面張力(mN/m) ρは、インク密度(g/cm3) feは、励振周波数(Hz) である。こうすることにより、幅Wにおいて2山のキャ
ピラリ波を生成でき、その後1山のインク隆起部が形成
されて次の瞬間これが分離して正確に1インク滴を飛翔
させることができるようになる。
The elastic member 1 has a width W (see FIG. 2) perpendicular to the vibration direction of the bending vibration near the free end of the free end of the cantilever structure of the elastic member 1 having a length of approximately 2λ. It has an area which becomes Here, λ is given by the following equation 1. λ = {8πσ / (ρfe 2 )} 1/3 × 10 4 (μm) Expression 1 where σ is the ink surface tension (mN / m) and ρ is the ink density (g / cm 3 ) fe Is the excitation frequency (Hz). By doing so, it is possible to generate two peaks of the capillary wave in the width W, and thereafter, one peak of the ink ridge is formed, and this is separated at the next moment, so that one ink droplet can fly accurately.

【0028】図3に弾性部材1の全形を示す。弾性部材
1は突出部21と、インク滴が吐出する突出部の先端部
分22、およびセラミック基板の厚みに対応する共通部
分23から構成される。突出部21だけを個別に形成し
て、図1および図2のような構成に組み立てることは可
能である。しかし、弾性部材の厚みが薄く、サイズも小
さいことから、個別の突出部21を精度よく並べて組み
立てることは非常に難しい。そこで、図3に示すように
一体のものとして形成するほうが、組み立て方法の簡易
性や組立精度の点ではるかに優れる。実際の形成方法と
しては、前述したエレクトロフォーミングの他に、レー
ザー加工、放電加工、プラスチック成型など、使用する
材料に応じた形成方法を用いることができる。
FIG. 3 shows the entire shape of the elastic member 1. The elastic member 1 includes a protruding portion 21, a tip portion 22 of the protruding portion from which ink droplets are ejected, and a common portion 23 corresponding to the thickness of the ceramic substrate. It is possible to form only the protrusions 21 individually and assemble them into the configuration as shown in FIGS. However, since the thickness and the size of the elastic member are small, it is very difficult to assemble the individual protrusions 21 with high precision. Therefore, as shown in FIG. 3, it is much better to form them as an integral unit in terms of simplicity of the assembling method and assembling accuracy. As an actual forming method, in addition to the above-described electroforming, a forming method according to a material to be used, such as laser processing, electric discharge processing, and plastic molding, can be used.

【0029】振動発生部4についても同様である。圧電
セラミック薄膜を一体に形成しなくても、個別に形成し
て個別に電極を形成すれば、同様の機能をもたせること
ができる。しかし、図2に示したような一体のものとし
て形成するほうが、組み立て方法の簡易性や組立精度の
点ではるかに優れる。
The same applies to the vibration generator 4. Even if the piezoelectric ceramic thin films are not integrally formed, similar functions can be provided by forming them individually and forming electrodes individually. However, it is much better to form them integrally as shown in FIG. 2 in terms of simplicity of the assembling method and assembling accuracy.

【0030】次に、本実施の形態のインクジェット記録
ヘッドの動作について図4を用いて説明する。図4は振
動発生部4で振動を発生させた時の弾性部材1の突出部
21の様子を示した側面図である。振動発生部4はセラ
ミック基板2a、2bの剛性、圧電セラミック薄膜5の
厚さ、圧電特性から決まる共振周波数foを有する。外
部駆動機構14から振動発生部4に対して、foまたは
その整数倍の周波数fの交番電圧を印加して振動発生部
4を励振する。なお、この駆動周波数はいかなる値でも
よいが、共振周波数foまたはその整数倍の周波数fで
駆動すると効率よく振動させられる。
Next, the operation of the ink jet recording head of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a side view showing the state of the protrusion 21 of the elastic member 1 when the vibration is generated by the vibration generator 4. The vibration generator 4 has a resonance frequency fo determined by the rigidity of the ceramic substrates 2a and 2b, the thickness of the piezoelectric ceramic thin film 5, and the piezoelectric characteristics. An external voltage is applied from the external drive mechanism 14 to the vibration generator 4 at fo or an integer multiple of the frequency f to excite the vibration generator 4. The driving frequency may be any value. However, when the driving is performed at the resonance frequency fo or a frequency f that is an integral multiple of the resonance frequency fo, the vibration is efficiently performed.

【0031】このようにして振動発生部4で発生した振
動は、セラミック基板2a、2bに接続された弾性部材
1を振動させ、その結果、弾性部材の突出部21は図4
に示すような曲げ振動をする。弾性部材1の突出部21
も弾性部材の剛性・大きさ、インクとの接し方などから
決まる固有の共振周波数feを有する。共振周波数fe
は図3に示す弾性部材の共通部分23を考慮しない突出
部だけの共振周波数である。弾性部材の共通部分23は
セラミック基板2a、2bによって挟むように接着して
あるためほとんど考慮する必要はない。固有の共振周波
数feまたはこの整数倍の値が、振動発生部4を励振す
る駆動周波数と一致するように、弾性部材の剛性、突出
部の大きさ、インクとの接し方などを決めることによっ
て、弾性部材1を効率よく曲げ振動させることができ
る。本実施の形態では、図2を参照して、弾性部材の突
出部は幅a=300μm、インク室内の高さb=260
μmとした。
The vibration generated by the vibration generating section 4 causes the elastic member 1 connected to the ceramic substrates 2a and 2b to vibrate. As a result, the protrusion 21 of the elastic member
Bending vibration as shown in Fig. 4 Projection 21 of elastic member 1
Also has a unique resonance frequency fe determined by the rigidity and size of the elastic member, the manner of contact with the ink, and the like. Resonance frequency fe
Is the resonance frequency of only the protruding portion without considering the common portion 23 of the elastic member shown in FIG. Since the common portion 23 of the elastic member is bonded so as to be sandwiched between the ceramic substrates 2a and 2b, there is almost no need to consider it. By determining the rigidity of the elastic member, the size of the protruding portion, the manner of contact with the ink, and the like, such that the unique resonance frequency fe or a value of an integral multiple thereof matches the drive frequency for exciting the vibration generating section 4. The elastic member 1 can be efficiently bent and vibrated. In the present embodiment, referring to FIG. 2, the protrusion of the elastic member has a width a = 300 μm and a height b = 260 in the ink chamber.
μm.

【0032】図5に外部駆動機構14から振動発生部4
に対して印加した交番電圧波形を示す。本実施の形態に
おいては、192kHz、40Vp−p(最高最低振
幅)のサイン波状の交番電圧を52μ秒の間だけ、バー
スト波として振動発生部に印加して励振した。従って、
192kHzのサイン波状の交番電圧を10バースト数
分印加したことになる。図5に示す波形はサイン波状で
あるが、矩形波や三角波でも駆動することができる。
FIG. 5 shows the structure of the external drive mechanism 14 to the vibration generator 4.
5 shows an alternating voltage waveform applied to the. In the present embodiment, a sinusoidal alternating voltage of 192 kHz and 40 Vp-p (maximum / lowest amplitude) was applied to the vibration generating section as a burst wave for only 52 μsec to excite. Therefore,
This means that a 192 kHz sinusoidal alternating voltage was applied for 10 bursts. Although the waveform shown in FIG. 5 is a sine wave, it can be driven by a rectangular wave or a triangular wave.

【0033】図6は曲げ振動している弾性部材1の突出
部21の先端部の側面の拡大図を示す。弾性部材の突出
部21が図4に示すような曲げ振動をしているとき、弾
性部材の突出部21の先端部は、破線矢印で示すように
左右に大きく振動する。先端部の振動方向に垂直な面に
対してインク3の表面までの距離t(以下、インク液厚
みという)を数μm〜数百μmにすると、インク表面に
キャピラリ波が発生する。インク3は例えば、粘度2m
Pa・sの黒色水性インクである。インク液厚みtは弾
性部材の突出部の先端部21の形状、インク高さ、先端
部のインクに対する濡れ性などを制御することで変える
ことができる。
FIG. 6 is an enlarged view of the side surface of the distal end of the protrusion 21 of the elastic member 1 that is bending and vibrating. When the protrusion 21 of the elastic member performs bending vibration as shown in FIG. 4, the tip of the protrusion 21 of the elastic member vibrates largely right and left as indicated by a dashed arrow. When the distance t (hereinafter referred to as ink liquid thickness) from the surface perpendicular to the vibration direction of the tip to the surface of the ink 3 is set to several μm to several hundred μm, a capillary wave is generated on the ink surface. The ink 3 has a viscosity of 2 m, for example.
Pa · s black aqueous ink. The ink liquid thickness t can be changed by controlling the shape of the tip 21 of the protrusion of the elastic member, the ink height, the wettability of the tip with ink, and the like.

【0034】先端部21の振幅を十分大きくすることに
よって、キャピラリ波の波頭はちぎれインク滴15とな
って飛翔する。本実施の形態では、インク滴15の直径
はおよそ20μmであった。振動発生部4に印加する交
番電圧の電圧値Vやバースト波の数は、使用するインク
の粘度、インク液厚み等、いくつかの条件によって決ま
る。これらの条件が適正な値からずれると、複数のイン
ク滴が吐出したり、インク滴が吐出しないなどの不具合
が発生する。
By making the amplitude of the tip 21 sufficiently large, the wave front of the capillary wave is torn off and fly as an ink droplet 15. In the present embodiment, the diameter of the ink droplet 15 was approximately 20 μm. The voltage value V of the alternating voltage applied to the vibration generating unit 4 and the number of burst waves are determined by several conditions such as the viscosity of the ink used and the thickness of the ink liquid. If these conditions deviate from appropriate values, problems such as ejection of a plurality of ink droplets or non-ejection of ink droplets occur.

【0035】インク滴15の飛翔する方向は先端部の振
動する方向とほぼ等しい。本実施の形態では先端部に対
して一方向のみ(右方向)に飛翔させるため、飛翔させ
ない側(左側)のインク液厚みを厚くするようにしてキ
ャピラリ波の発生を抑制した。インク液厚みを片側だけ
厚くする方法としては、図1に示すインク室壁8bのイ
ンクの濡れ性を制御してもよいし、インクの高さを決め
るような部材を配置してもよい。インク滴15を一方向
のみに飛翔させるための他の方法として、飛翔させない
方向の弾性部材の先端部にインクが全く供給されない構
成にすることもできる。キャピラリ波が発生する領域を
制限するため、弾性部材の先端部21の形状は図3に示
すような先鋭状とし、一か所のキャピラリ波のみからイ
ンク滴が吐出するような構成とした。
The direction in which the ink droplet 15 flies is substantially equal to the direction in which the tip vibrates. In the present embodiment, since the ink is caused to fly only in one direction (rightward) with respect to the tip, the generation of the capillary wave is suppressed by increasing the thickness of the ink liquid on the non-flying side (left side). As a method of increasing the thickness of the ink liquid on one side, the wettability of the ink in the ink chamber wall 8b shown in FIG. 1 may be controlled, or a member for determining the height of the ink may be provided. As another method for causing the ink droplet 15 to fly only in one direction, a configuration in which no ink is supplied to the tip of the elastic member in the direction in which the ink droplet 15 does not fly can also be used. In order to limit the region where the capillary wave is generated, the shape of the distal end portion 21 of the elastic member is sharpened as shown in FIG. 3 so that ink droplets are ejected from only one capillary wave.

【0036】図5に示すように、交番電圧の印加はイン
ク滴が吐出した後に停止させる。そして所定の時間が経
過した後、再び交番電圧を印加して次のインク滴を吐出
させる。インク滴を吐出する時間間隔Tを短くすること
で高速印字が可能となる。本実施の形態ではインク滴を
吐出できる間隔はおよそ10kHzであった。
As shown in FIG. 5, the application of the alternating voltage is stopped after the ink droplet is ejected. After a lapse of a predetermined time, the alternating voltage is applied again to eject the next ink droplet. High-speed printing is possible by shortening the time interval T for ejecting ink droplets. In this embodiment, the interval at which ink droplets can be ejected is about 10 kHz.

【0037】次に、本実施の形態のインクジェット記録
ヘッドを設置した記録機構の主要部であるアレイヘッド
の一実施例を図7に示す。図7は、本実施例のアレイヘ
ッドの斜視図である。図7において、アレイヘッド17
は図中上下方向に4段に重ねられたインクジェット記録
ヘッド部17a〜17dと、インクジェット記録ヘッド
部17a〜17dの背面に取り付けられたインク供給部
16a〜16dとを有している。インクジェット記録ヘ
ッド部17a〜17dの間、およびインク供給部16a
〜16dの間には、上述の支持基板13が設けられてい
る。これらインクジェット記録ヘッド部17a〜17d
のそれぞれには、インク供給部16a〜16dのそれぞ
れに一色ずつ格納された黒、イエロー、マゼンタ、シア
ンのインクが供給され、上述の本実施の形態で説明した
動作に基づいて所定のインク滴吐出口11から所定の色
のインクを吐出する。
Next, FIG. 7 shows an example of an array head which is a main part of a recording mechanism provided with the ink jet recording head of the present embodiment. FIG. 7 is a perspective view of the array head of the present embodiment. In FIG. 7, the array head 17
Has four inkjet recording heads 17a to 17d vertically stacked in the figure, and ink supply units 16a to 16d attached to the back of the inkjet recording heads 17a to 17d. Between the inkjet recording heads 17a to 17d and the ink supply 16a
The support substrate 13 described above is provided between 16d. These ink jet recording heads 17a to 17d
Are supplied with black, yellow, magenta, and cyan inks, which are stored one by one in the ink supply units 16a to 16d, respectively, and discharge predetermined ink droplets based on the operation described in the present embodiment. A predetermined color ink is ejected from the outlet 11.

【0038】図8は本実施の形態のインクジェット記録
ヘッドを設置した記録機構の一実施例を示す。本実施例
の記録機構には、図7で示したアレイヘッド17がキャ
リッジ18に固定され、インクカートリッジ19と接続
される。インクカートリッジ19はその内部に黒、イエ
ロー、マゼンタ、シアンの4色のインクを保持したもの
である。キャリッジ18はガイド20に案内されて往復
移動する。印字紙31はローラ32のまわりに巻き付け
られ、ローラ32の回転とキャリッジの動きによって、
印字紙31の全面にわたって画像が印刷される。
FIG. 8 shows an example of a recording mechanism provided with the ink jet recording head of the present embodiment. In the recording mechanism of this embodiment, the array head 17 shown in FIG. 7 is fixed to the carriage 18 and connected to the ink cartridge 19. The ink cartridge 19 holds four color inks of black, yellow, magenta, and cyan. The carriage 18 reciprocates while being guided by the guide 20. The printing paper 31 is wound around a roller 32, and the rotation of the roller 32 and the movement of the carriage cause the printing paper 31 to rotate.
An image is printed over the entire surface of the printing paper 31.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、ノズルを用いずに、微
小なインク液滴を吐出することができるから、ノズル詰
まりなどの問題を生じることなく、画像の高解像度化の
要求を満たすことができる。本発明はキャピラリ波を利
用するので低周波による駆動ができ、かつ、圧電材料を
用いるため低電力で駆動することができる。従って、本
発明はエネルギー効率がよく、本発明に使用可能なイン
クの物性範囲も広い。さらに、構成する部品を一体形成
して組み立てるようにしたため、簡単な組立方法で、精
度の高いインクジェット記録ヘッドを安価に作ることが
できる。
According to the present invention, fine ink droplets can be ejected without using a nozzle, so that a demand for higher resolution of an image can be satisfied without causing a problem such as nozzle clogging. Can be. Since the present invention utilizes a capillary wave, it can be driven at a low frequency, and can be driven with low power because a piezoelectric material is used. Therefore, the present invention is energy efficient, and the range of physical properties of the ink that can be used in the present invention is wide. Further, since the constituent parts are integrally formed and assembled, a highly accurate inkjet recording head can be manufactured at a low cost by a simple assembling method.

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

【図1】本発明の一実施の形態によるインクジェット記
録ヘッドの側面図である。
FIG. 1 is a side view of an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態によるインクジェット記
録ヘッドの正面図である。
FIG. 2 is a front view of the ink jet recording head according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施の形態によるインクジェット記
録ヘッドの弾性部材の全形を示す図である。
FIG. 3 is a view showing the entire shape of an elastic member of the ink jet recording head according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施の形態によるインクジェット記
録ヘッドの振動発生部により弾性部材を振動させたとき
の弾性部材の突出部の様子を示した側面図である。
FIG. 4 is a side view showing a state of a protrusion of the elastic member when the elastic member is vibrated by the vibration generating unit of the ink jet recording head according to one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施の形態によるインクジェット記
録ヘッドの振動発生部に対して外部駆動機構から印加さ
れた交番電圧波形を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an alternating voltage waveform applied from an external drive mechanism to a vibration generating unit of the inkjet recording head according to one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施の形態によるインクジェット記
録ヘッドの弾性部材の突出部が曲げ振動しているときの
側面の拡大図である。
FIG. 6 is an enlarged view of a side surface when a protrusion of an elastic member of the inkjet recording head according to the embodiment of the present invention is bending vibrating.

【図7】本発明の一実施の形態によるインクジェット記
録ヘッドを設置した記録機構のアレイヘッドの一実施例
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of an array head of a recording mechanism provided with an inkjet recording head according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施の形態によるインクジェット記
録ヘッドを設置した記録機構の一実施例を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a recording mechanism provided with an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 弾性部材 2 基板 3 インク 4 振動発生部 5 圧電セラミック薄膜 6 電極 7 インク室 8 インク室壁 9 天板 10 インク供給路 11 インク滴吐出口 12 隔壁 13 支持基板 14 外部駆動機構 15 インク滴 16 インク供給部 17 アレイヘッド 18 キャリッジ 19 インクカートリッジ 20 ガイド 21 突出部 22 先端部分 23 共通部分 31 印字紙 32 ローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Elastic member 2 Substrate 3 Ink 4 Vibration generation part 5 Piezoelectric ceramic thin film 6 Electrode 7 Ink chamber 8 Ink chamber wall 9 Top plate 10 Ink supply path 11 Ink droplet ejection port 12 Partition wall 13 Support substrate 14 External drive mechanism 15 Ink droplet 16 Ink Supply section 17 Array head 18 Carriage 19 Ink cartridge 20 Guide 21 Projection section 22 Tip section 23 Common section 31 Printing paper 32 Roller

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】画素信号に対応して振動する振動発生手段
と、 前記振動発生手段の励振に応じて曲げ振動する複数の突
出部が一体的に形成された弾性部材とを備え、 前記突出部のいずれかの振動によりインクの表面にキャ
ピラリ波を発生させ、前記インクを飛翔させて記録媒体
に付着させることを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ド。
A vibration generating means for vibrating in response to a pixel signal; and an elastic member integrally formed with a plurality of protrusions which bend and vibrate in response to excitation of the vibration generation means. An ink jet recording head, wherein a capillary wave is generated on the surface of the ink by any of the vibrations described above, and the ink is caused to fly and adhere to a recording medium.
【請求項2】請求項1記載のインクジェット記録ヘッド
において、 前記突出部の先端部は、前記突出部の基端部より曲げこ
わさが小さいことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the tip of the projecting portion has a smaller bending stiffness than the base end of the projecting portion.
【請求項3】請求項1または2に記載のインクジェット
記録ヘッドにおいて、 前記振動発生手段は、前記複数の突出部のそれぞれに対
応する複数の電極が1つの圧電材料に形成されているこ
とを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein said vibration generating means includes a plurality of electrodes corresponding to each of said plurality of projections formed on one piezoelectric material. Inkjet recording head.
JP19195297A 1997-07-01 1997-07-01 Ink-jet recording head Withdrawn JPH1120163A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19195297A JPH1120163A (en) 1997-07-01 1997-07-01 Ink-jet recording head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19195297A JPH1120163A (en) 1997-07-01 1997-07-01 Ink-jet recording head

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1120163A true JPH1120163A (en) 1999-01-26

Family

ID=16283193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19195297A Withdrawn JPH1120163A (en) 1997-07-01 1997-07-01 Ink-jet recording head

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1120163A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2965513B2 (en) Printing element and printing apparatus
JPH09226106A (en) Ink-jet recorder
JPH1044398A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JPH1120163A (en) Ink-jet recording head
JPH0557891A (en) Ink jet printing head
JP3438535B2 (en) Recording head
JPH11254666A (en) Recorder
JP3422230B2 (en) Inkjet recording head
JP3740791B2 (en) Droplet forming apparatus and image forming method
JPH1134314A (en) Ink jet recording head
JP3438544B2 (en) Inkjet recording head
JP3449187B2 (en) Inkjet recording head
JPH11227184A (en) Recording head
JPH09226111A (en) Recording method and recorder
JPH1120162A (en) Ink-jet recording apparatus
JPH11235825A (en) Recording head
JPH1134327A (en) Ink jet recording head
JPH11235819A (en) Recording head
JP3451895B2 (en) Recording head
JPH1134330A (en) Ink jet recorder
JPH1134315A (en) Ink jet recorder
JPH11235820A (en) Recording head
JPH1142778A (en) Ink-jet recording apparatus
JPH11235817A (en) Recording device
JPH11221916A (en) Recording head

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20040907