JPH1148471A - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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Publication number
JPH1148471A
JPH1148471A JP22582397A JP22582397A JPH1148471A JP H1148471 A JPH1148471 A JP H1148471A JP 22582397 A JP22582397 A JP 22582397A JP 22582397 A JP22582397 A JP 22582397A JP H1148471 A JPH1148471 A JP H1148471A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
recording head
elastic member
vibration
jet recording
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP22582397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Asai
市郎 浅井
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP22582397A priority Critical patent/JPH1148471A/en
Publication of JPH1148471A publication Critical patent/JPH1148471A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet recording head performing printing by ejecting ink fly droplets to a surface to be printed and capable of stably ejecting ink drops of a small diameter without using a nozzle. SOLUTION: A vibration generating part 200 is formed on one surface of a vibration plate 1 to be bonded to a vibration support plate 201 and an elastic member 5 is arranged to the other surface of the vibration plate 1. An ink chamber 25 constituted of an ink reservoir 103 storing ink 6 and an ink chamber forming member 26 and having ink ejecting apertures 27 is connected thereto. The vibration generating part 200 is vibrated and the elastic member 5 connected thereto is subjected to bending vibration. Ink drops 8 are ejected from the vicinity of the leading end of the elastic member 5. A vapor generating chamber 202 is arranged in the vicinity of the elastic member of the space above the ink surface 7 in the ink chamber 25 and supplies vapor of at least one component of ink components to the space.

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、インク飛翔滴を被
印字面に吐出させて印字を行うインクジェット記録ヘッ
ドに関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an ink jet recording head for performing printing by ejecting flying ink droplets onto a surface to be printed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ノズルからインク滴を吐出させて
印字を行なうインクジェット式記録方式が知られてお
り、吐出するインクのドロップ径は主にノズル径によっ
て決まる。これらインクジェット技術においては従来解
像度が300ドット/インチ程度であったが、昨今その
解像度が600乃至720ドット/インチと高解像度化
されてきた。それに伴い、高解像度化による効果を有効
に発揮するためには解像度に応じて印字するドット径を
小さくする必要が生じている。そこで上記従来の方式で
ドット径を小さくする手段として、ノズル径を小さくし
て吐出ドロップ径を小さくする方法があるが、ノズル径
を小さくすると、ゴミやノズル内のインク表面の乾燥に
よるノズル詰まり、あるいはノズル円周部へのインク残
滓の付着によりインク吐出方向の変化が発生しやすくな
り、記録紙上の画質に欠陥が発生してしまう。このた
め、本来の解像度に対応したドット径を印字するために
必要なノズル径を採用できないという問題があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an ink jet recording system in which ink droplets are ejected from a nozzle to perform printing, and the diameter of a drop of ejected ink is mainly determined by the diameter of the nozzle. Conventionally, in these ink jet technologies, the resolution was about 300 dots / inch, but recently the resolution has been increased to 600 to 720 dots / inch. Accordingly, it is necessary to reduce the diameter of a dot to be printed in accordance with the resolution in order to effectively exhibit the effect of high resolution. Therefore, as a means for reducing the dot diameter in the above conventional method, there is a method of reducing the nozzle diameter to reduce the ejection drop diameter.However, when the nozzle diameter is reduced, nozzle clogging due to dust and drying of the ink surface in the nozzle, Alternatively, a change in the ink discharge direction is likely to occur due to the adhesion of the ink residue to the nozzle circumference, and a defect occurs in the image quality on the recording paper. Therefore, there is a problem that a nozzle diameter required for printing a dot diameter corresponding to the original resolution cannot be adopted.

【0003】一方、このようなノズルに起因する問題を
解決する方法として、吐出ドロップ径がノズル径で支配
されない振動や音響波などを用いたノズルレスのインク
ジェット記録方法が提案されている。
On the other hand, as a method for solving the problem caused by such a nozzle, a nozzleless ink jet recording method using vibration, acoustic wave, or the like, in which the diameter of a discharge drop is not controlled by the nozzle diameter, has been proposed.

【0004】ノズルを用いない第1の従来技術の一例と
しては、例えば米国特許第4308547号があり、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通して電圧を印加する
ものがある。この圧電体シェルからインク中に放射され
た縦波はインク自由表面の一点に集められ、インク自由
表面からドロップが吐出される。さらに、この種の従来
技術の生産性や構造の精密さを向上できるものとして特
公平6−45233号公報や特開平3−200199号
公報が知られている。このような従来技術においては、
振動子で発生した振動を音響レンズでインク自由表面の
一点に集束しドロップを吐出させている。しかし、小さ
なドロップを吐出させるためには100MHz前後の高
周波数で駆動するため、駆動手段が一般に高価になると
いうコスト上の問題とともに、発熱によりインク粘度が
上昇しドロップ径が変動したり、印字ヘッド内でインク
自体の乾燥・固化が起こり吐出できなくなるという重大
な問題が生じやすかった。
As an example of a first prior art which does not use a nozzle, there is, for example, US Pat. No. 4,308,547, in which a concavely curved spherical piezoelectric shell is arranged in ink, and an electrode is passed through the piezoelectric shell. Some apply a voltage. Longitudinal waves emitted from the piezoelectric shell into the ink are collected at one point on the free surface of the ink, and a drop is ejected from the free surface of the ink. Further, Japanese Patent Publication No. Hei 6-45233 and Japanese Patent Laid-Open Publication No. 3-200199 are known as those capable of improving the productivity and the precision of the structure of this kind of conventional technology. In such prior art,
The vibration generated by the vibrator is focused on a point on the free surface of the ink by an acoustic lens, and a drop is ejected. However, in order to eject a small drop, since driving is performed at a high frequency of about 100 MHz, the driving means is generally expensive, and in addition to the cost problem, the ink viscosity increases due to heat generation and the drop diameter fluctuates. In such a case, a serious problem that the ink itself is dried and solidified and cannot be ejected easily occurs.

【0005】これは、インク中を伝搬する縦波は高周波
数駆動ほどインク中で減衰しやすく、インク中に吸収さ
れるエネルギー量が増大し、発熱量も増加するからであ
る。従って、この問題を解決するためにヘッドに冷却機
構を設けるなどするしかなく、インクジェット記録ヘッ
ドのコストやサイズが大きくなり問題であった。
[0005] This is because longitudinal waves propagating in the ink are more likely to be attenuated in the ink as driving at a higher frequency, the amount of energy absorbed in the ink increases, and the amount of heat generated also increases. Therefore, in order to solve this problem, there is no other way but to provide a cooling mechanism in the head, and the cost and size of the ink jet recording head increase, which is a problem.

【0006】さらにノズルを用いない第2のインクジェ
ット記録技術としては、振動子で発生した振動を音響ホ
ーンでインク自由表面の一点に集束しドロップを吐出さ
せる方法がある。米国特許第4308547号は、凹状
レンズのかわりに振動子の上に形成された音響ホーンに
より振動を集束し、音響ホーン先端に接触したベルト上
を搬送されてくるインク薄膜にこの振動が作用してイン
クドロップを吐出させるものである。
Further, as a second ink jet recording technique without using a nozzle, there is a method in which vibration generated by a vibrator is focused on one point of an ink free surface by an acoustic horn and a drop is ejected. U.S. Pat. No. 4,308,547 discloses that an acoustic horn formed on a vibrator instead of a concave lens focuses vibration, and the vibration acts on an ink thin film conveyed on a belt in contact with the tip of the acoustic horn. This is to discharge ink drops.

【0007】また、特開平4−168050号公報で
は、集音体を圧電体上に設けた構成が提案されている。
集音体は、圧電体およびこれに電圧を印加するための電
極からなる振動子の上に形成され、インクを保持したイ
ンクリザーバー中に配置されている。集音体は先細りの
形状で、集音体の底部から入射した歪みが集音体内部を
伝搬するに伴ってその振幅を増幅し、集音体で集められ
た大振幅の波がインクをたたき、そこで生じた縦波がイ
ンク自由表面を押し上げインクドロップ吐出させるよう
にしている。音響学の分野においては一般に、共振によ
り集音体(もしくは音響ホーン)の先端を大振幅に振動
させて吐出力を得ようとした場合、集音体中を振動波が
伝搬するためには、集音体の垂直断面方向の長さ(高
さ)は振動波の波長の1/2波長の整数倍の大きさを持
つものでなければならないことが知られている。従っ
て、集音体の大きさを小さくし高密度なインクジェット
ヘッドを作製するためには、振動波の波長も小さく、つ
まり振動子を振動させる駆動周波数を大きくしなければ
ならない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-168050 proposes a configuration in which a sound collector is provided on a piezoelectric body.
The sound collector is formed on a vibrator composed of a piezoelectric body and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric body, and is arranged in an ink reservoir holding ink. The sound collector has a tapered shape, and as the distortion incident from the bottom of the sound collector propagates inside the sound collector, its amplitude is amplified, and the large-amplitude waves collected by the sound collector strike ink. The longitudinal wave generated thereby pushes up the free surface of the ink and causes the ink drop to be ejected. In the field of acoustics, generally, when the tip of a sound collector (or an acoustic horn) is vibrated to a large amplitude by resonance to obtain a discharge force, in order for the vibration wave to propagate through the sound collector, It is known that the length (height) of the sound collector in the vertical sectional direction must have a size that is an integral multiple of half the wavelength of the vibration wave. Therefore, in order to reduce the size of the sound collector and manufacture a high-density inkjet head, the wavelength of the vibration wave must be small, that is, the driving frequency for vibrating the vibrator must be increased.

【0008】従って、このような従来技術においては、
インク中のエネルギー減衰を抑え、かつ比較的安価な駆
動回路ですむように低周波数で駆動させようとすると集
音体が著しく大きくなり高密度なインクジェットヘッド
を作製できないという問題があった。従って、現実的な
密度のインクジェットヘッドを作製するためには、先の
第1の従来技術同様に数10Mから数100MHzとい
う高い周波数で駆動させる必要があった。また、音響ホ
ーンに接触したベルトでインク薄膜を安定に搬送するこ
とは実際上は困難であり、吐出ドロップ径がばらつきや
すく問題であった。
[0008] Therefore, in such prior art,
Attempting to drive the ink at a low frequency so as to suppress the energy attenuation in the ink and to use a relatively inexpensive drive circuit has a problem that the sound collecting body becomes extremely large and a high-density inkjet head cannot be manufactured. Therefore, in order to manufacture an ink jet head having a realistic density, it is necessary to drive the ink jet head at a high frequency of several tens of megahertz to several hundreds of megahertz as in the first prior art. In addition, it is practically difficult to stably transport the ink thin film by the belt in contact with the acoustic horn, and the diameter of the ejection drop tends to vary, which is a problem.

【0009】さらにノズルを用いない第3のインクジェ
ット記録技術としては、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が、さらにそのインクメニ
スカスを形成するために振動を用いるものが知られてい
る。例えば、特開昭62−222853号公報では、記
録針をインク表面から突出させ、これに軸方向に伝搬す
る超音波エネルギーを与える。超音波流動(acous
tic 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、記録針の先端
に凸状のインク隆起(インクメニスカス)を形成する。
そこで、記録針と背面電極との間に静電界を印加し、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滴を着弾させる。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、より小さいインクドロップを形成できる。ま
た、特開昭56−28867号公報でも、針電極と背面
電極との間に静電界を印加しておき、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
が提案されている。このようにすると、インクジェット
の粒子化が安定にできる。しかし、静電吸引方式では、
湿度などによる記録媒体の誘電体厚みの変動や記録媒体
の表面荒さのばらつきなどによって、形成されるドロッ
プ径が変動しやすく、さらにこのような構成では、静電
界のみならず、超音波も生成する必要があるため装置が
大きくかつ高価になりやすいという欠点があった。
Further, as a third ink jet recording technique without using a nozzle, an electrostatic force is used as an ejection force.
There is a so-called electrostatic suction method, and a method using vibration to form an ink meniscus is also known. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-222853, a recording needle is made to protrude from the ink surface, and ultrasonic energy that propagates in the axial direction is applied to the recording needle. Ultrasonic flow (acous
Due to the tic streaming phenomenon, the ink in contact with the recording needle moves toward the tip of the recording needle, forming a convex ink bulge (ink meniscus) at the tip of the recording needle.
Therefore, an electrostatic field is applied between the recording needle and the back electrode, the ink is torn off, and ink droplets land on a recording medium disposed between the recording needle and the back electrode. 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. JP-A-56-28867 also proposes an electrostatic attraction method in which an electrostatic field is applied between a needle electrode and a back electrode, an image signal is applied to the needle electrode, and the needle electrode is vibrated at the same time. Have been. This makes it possible to stabilize the inkjet particles. However, in the electrostatic suction method,
Due to variations in the dielectric thickness of the recording medium due to humidity or variations in the surface roughness of the recording medium, the diameter of the formed drop tends to fluctuate, and such a configuration generates not only an electrostatic field but also an ultrasonic wave. There is a drawback that the device is large and expensive due to the necessity.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ノズ
ルを用いずに小径インクドロップを吐出でき、かつ、発
熱などが生じにくくコストも安価な低周波数駆動でエネ
ルギー効率の良いインクジェット記録ヘッドを提供する
ことにある。つまり、高解像度化に対応した微少ドロッ
プを吐出でき、インク詰まりやドロップ径の変動などと
いったインク吐出の不安定さがない高信頼で高画質な印
字が可能である新規なインクジェット記録ヘッドを提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ink jet recording head which can discharge a small-diameter ink drop without using a nozzle, is low in cost, and does not generate heat, and is energy efficient with low frequency driving. To provide. In other words, the present invention provides a novel ink jet recording head capable of ejecting a minute drop corresponding to high resolution and performing high-reliability and high-quality printing without instability of ink ejection such as ink clogging and fluctuation of a drop diameter. It is in.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的は、画素信号に
対応して振動する振動発生手段と、振動発生手段の励振
に応じて曲げ振動する片持ち梁構造の弾性部材と、弾性
部材近傍に配置される蒸気発生手段とを備え、蒸気発生
手段によりインクの蒸発を抑制しつつ、弾性部材の振動
によりインク表面にキャピラリ波を生成してインクを飛
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。蒸気発生手段
は、インクの少なくとも1成分を含む蒸気を発生するこ
とを特徴とする。また、インクが水性インクであれば、
蒸気発生手段から水蒸気を発生するようにしてもよい。
また、蒸気発生手段は、多孔性部材を含むことを特徴と
する。さらに、蒸気発生手段は、蒸気を発生する表面の
少なくとも一部に凹凸が形成されているようにしてもよ
い。
The object of the present invention is to provide a vibration generating means which vibrates in response to a pixel signal, an elastic member having a cantilever structure which bends and vibrates in response to excitation of the vibration generating means, and A vapor generating means disposed, wherein the vapor generating means suppresses the evaporation of the ink, and generates a capillary wave on the ink surface by the vibration of the elastic member to cause the ink to fly and adhere to the recording medium. This is achieved by an inkjet recording head that performs The steam generating means generates steam containing at least one component of the ink. Also, if the ink is a water-based ink,
Steam may be generated from the steam generating means.
Further, the steam generating means includes a porous member. Further, the steam generating means may be configured so that at least a part of a surface for generating steam has irregularities.

【0012】[0012]

【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14を用いて説明す
る。まずはじめに、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および基本的動作原理を説明す
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. First, a basic configuration and a basic operation principle of the ink jet recording head according to the present embodiment will be described.

【0013】本実施の形態によるインクジェット記録ヘ
ッドはキャピラリ波によるドロップ吐出現象を用いてい
る。キャピラリ波による液滴形成は、例えば『超音波噴
霧』、山海堂、p168、1990年に述べられている
いるように、超音波噴霧などの発生機構として知られて
いる。図1に示すように、キャピラリ(毛細表面)波は
振動面上の薄い液膜に見られる現象であり、液体6の表
面張力を復元力とする振動体9上の薄液層の表面波であ
る。振動体9の振動振幅が十分にあれば、徐々に波頭が
成長してゆき波頭から液滴が引きちぎれる形態をとる。
波頭と波頭の間隔はキャピラリー波の波長λであり次の
ように求まる。
The ink jet recording head according to the present embodiment uses a drop discharge phenomenon by a capillary wave. Droplet formation by capillary waves is known as a generating mechanism of ultrasonic spraying as described in, for example, "Ultrasonic Spraying", Sankaido, p.168, 1990. As shown in FIG. 1, a capillary (capillary surface) wave is a phenomenon that is observed in a thin liquid film on a vibrating surface, and is a surface wave of a thin liquid layer on a vibrating body 9 that uses the surface tension of the liquid 6 as a restoring force. is there. If the vibration amplitude of the vibrating body 9 is sufficient, the wave front gradually grows and the liquid droplets are torn off from the wave front.
The interval between the wave fronts is the wavelength λ of the capillary wave and is obtained as follows.

【0014】λ=(8πσ/ρfe21/3 Λ = (8πσ / ρfe 2 ) 1/3

【0015】ここでσ、ρは液体の表面張力、および密
度であり、feは励振(駆動)周波数である。励振周波
数feが高いほど、波長λは小さく、いわゆるキャピラ
リ波は細かくなり、その波頭から分裂する液滴径も小さ
くなる傾向がある。キャピラリ波の作用により飛翔する
液滴はその波長以下の微小滴とすることができる。数k
Hzから数MHzと比較的駆動周波数が低くても小さな
ドロップを吐出できるため従来インクジェット記録ヘッ
ドへの適応が検討されてきた。しかし、複数滴が発生し
やすい、各滴の直径がばらつくなどの理由から単一滴に
よる印字は実現されておらず、このため複数滴発生を前
提として、上部に配したノズル孔で印字ドット径を制御
する方式がとられていた。なお、ノズル孔に起因する問
題のみならず、複数滴を発生させるため印字ドット径が
広がり(大きくなり)やすく、またドット周辺にも飛沫
が飛び画像を劣化させやすかった。
Here, σ and ρ are the surface tension and density of the liquid, and fe is the excitation (drive) frequency. The higher the excitation frequency fe, the smaller the wavelength λ, the smaller the so-called capillary wave, and the smaller the diameter of the droplet splitting from the wave front. The droplet that flies by the action of the capillary wave can be a minute droplet having a wavelength equal to or less than the wavelength. Number k
Since a small drop can be ejected even at a relatively low driving frequency from Hz to several MHz, application to an ink jet recording head has been conventionally studied. However, printing with a single drop has not been realized because multiple drops are likely to occur and the diameter of each drop varies.Therefore, on the assumption that multiple drops are generated, the print dot diameter is set using the nozzle hole arranged at the top. A control method was used. In addition, not only the problem due to the nozzle hole, but also a plurality of droplets were generated, so that the print dot diameter was likely to be widened (increased), and the droplets also scattered around the dots to easily deteriorate the image.

【0016】図2、図3は本実施の形態によるインクジ
ェット記録ヘッドのドロップ吐出機構の概要について説
明するもので、図2は吐出ヘッドの断面図であり、図3
はその正面図である(吐出ドロップは省略している)。
FIGS. 2 and 3 explain the outline of the drop ejection mechanism of the ink jet recording head according to the present embodiment. FIG. 2 is a sectional view of the ejection head.
Is a front view thereof (discharge drops are omitted).

【0017】振動発生部(振動子)9は電歪素子、磁歪
素子、機械式アクチュエータなどが適用可能であり、こ
こでは基板1上に圧電セラミック薄膜2、およびこれを
駆動するための電極3、4を形成し振動子9として用い
ている。振動子9の上に、金属薄膜などから成る弾性部
材5を形成し配置してある。
As the vibration generator (vibrator) 9, an electrostrictive element, a magnetostrictive element, a mechanical actuator or the like can be applied. Here, the piezoelectric ceramic thin film 2 on the substrate 1 and the electrodes 3 for driving the piezoelectric ceramic thin film 2, 4 is used as the vibrator 9. On the vibrator 9, an elastic member 5 made of a metal thin film or the like is formed and arranged.

【0018】振動子9は、基板1の剛性や圧電セラミッ
ク薄膜2の厚さなどから決まる固有の共振周波数f0を
持つため、外部駆動部120からこの振動子9に共振周
波数f0と同じもしくはその整数倍の周波数fで電圧を
印加して励振する(以下の実施例ではこの外部駆動部は
省略している)。このとき、振動子9に接続された弾性
部材の共振周波数f1がf0と同じになるように弾性部
材の大きさや剛性、インク6の高さや量などを調整して
おくと、振動子9の振動に共振し、片持ち梁構造の弾性
部材5を曲げ振動させることができる。ここでは、弾性
部材5は、振動子9の主たる振動方向(a−a’)と略
垂直方向(b−b’)に曲げ振動させた。片持ち梁構造
の弾性部材は、基端部より先端部の方が、曲げこわさを
小さくすることによって、弾性部材の先端近傍でより効
率よく曲げ振動し振幅を得ることができる。曲げこわさ
は、弾性部材の(断面2次モーメント)×(ヤング率)
で表されるものである。
Since the vibrator 9 has a unique resonance frequency f0 determined by the rigidity of the substrate 1, the thickness of the piezoelectric ceramic thin film 2, and the like, the external drive unit 120 applies the same or an integer of the resonance frequency f0 to the vibrator 9. Excitation is performed by applying a voltage at twice the frequency f (the external drive unit is omitted in the following embodiments). At this time, if the size and rigidity of the elastic member and the height and amount of the ink 6 are adjusted so that the resonance frequency f1 of the elastic member connected to the vibrator 9 becomes the same as f0, the vibration of the vibrator 9 , And the elastic member 5 having the cantilever structure can be bent and vibrated. Here, the elastic member 5 was subjected to bending vibration in a direction (bb ′) substantially perpendicular to the main vibration direction (aa ′) of the vibrator 9. In the elastic member having the cantilever structure, the bending stiffness is smaller at the distal end portion than at the base end portion, so that the bending vibration can be more efficiently performed near the distal end of the elastic member and the amplitude can be obtained. The bending stiffness is (second moment of area) x (Young's modulus) of the elastic member.
It is represented by

【0019】サイン波状の交流電圧を一定期間だけバー
スト波として振動子9に印加して図2のようにa−a’
方向に振動させ、弾性部材5に曲げ振動させる。なお、
振動子をa−a’方向以外に振動させて弾性部材を曲げ
振動させてももちろんよい。バースト波とは、振動子を
駆動する際、周波数は一定のまま、1個から複数個の波
から成る交流電圧が断続的に振動子に印加されるものを
いう。バースト波駆動により振動子を一定時間駆動し印
字する。
A sinusoidal AC voltage is applied to the vibrator 9 as a burst wave for a certain period of time, and aa ′ is applied as shown in FIG.
And the elastic member 5 is caused to bend and vibrate. In addition,
The elastic member may be bent and vibrated by vibrating the vibrator in directions other than the aa ′ direction. A burst wave refers to one in which an alternating voltage consisting of one or more waves is applied to the vibrator intermittently while the frequency is kept constant when the vibrator is driven. The vibrator is driven for a certain period of time by burst wave driving to print.

【0020】駆動電圧が適当に大きいと、弾性部材の先
端付近にインクの薄液層6’が下から持ち上げられて形
成される。さらに引き続く弾性部材の振動によりその薄
液層6’にキャピラリ波が形成され、最終的には、キャ
ピラリ波の波頭から微小なインク・ドロップ8が形成さ
れる。弾性部材の先端近傍表面におけるインク厚は、そ
の表面にキャピラリ波を生じるためには、インクと弾性
部材の濡れと重力の効果および流動作用を勘案して数μ
m〜数百μmに形成されるべきである。また、1kHz
から10MHzの範囲の駆動周波数においてキャピラリ
波によるドロップ飛翔ができる。
When the driving voltage is appropriately high, a thin liquid layer 6 'of ink is formed near the tip of the elastic member by being lifted from below. Further, a capillary wave is formed in the thin liquid layer 6 'by the subsequent vibration of the elastic member, and finally, a minute ink drop 8 is formed from the wave front of the capillary wave. In order to generate a capillary wave on the surface near the tip of the elastic member, the thickness of the ink should be several μm in consideration of the effects of wetting of ink and the elastic member, the effect of gravity, and the flow action.
m to hundreds of μm. In addition, 1kHz
A drop flight by a capillary wave can be performed at a driving frequency in a range from 10 MHz to 10 MHz.

【0021】弾性部材の材料としてはシアノアクリレー
ト系樹脂やエポキシ系樹脂あるいはフッ素系樹脂やポリ
イミドなどの各種樹脂を用いることができる。特にポリ
イミドなどのように精密に形状を加工できる樹脂を用い
ることは重要である。共振を用いて弾性部材先端に大き
な変位を実現したい場合には、その寸法を精密に形成で
きる材質と加工方法を選択すべきであり、先のポリイミ
ドなどではエキシマレーザーやフォトリソグラフィー技
術を使ってこれを実現できる。また、SiO2、SiO
NあるいはSiNやAlNやAl23などといった各種
無機材料で弾性部材を形成してもよい。また、Al、F
e、Ti、Cr、Au、Mo、TiWなど、あるいはそ
れらの各種合金で弾性部材を形成してもよい。ただし、
インクと接する間に腐食しないようにSiO2などの無
機膜でそれらの表面を保護してもよい。もちろん、樹脂
と無機材料と金属のうち、2つ以上の材料を用いて構成
してもよいのはもちろんである。また、振動エネルギー
が効率的に伝搬できるのなら、弾性部材の先端と基端部
を別な材料で構成してよいのはもちろんである。
As the material of the elastic member, various resins such as a cyanoacrylate resin, an epoxy resin, a fluorine resin, and polyimide can be used. In particular, it is important to use a resin whose shape can be precisely processed, such as polyimide. If you want to achieve a large displacement at the tip of the elastic member using resonance, you should select a material and processing method that can precisely form the dimensions of the elastic member. Can be realized. In addition, SiO 2 , SiO
The elastic member may be formed of N or various inorganic materials such as SiN, AlN, and Al 2 O 3 . Al, F
The elastic member may be formed of e, Ti, Cr, Au, Mo, TiW, or the like, or various alloys thereof. However,
These surfaces may be protected with an inorganic film such as SiO 2 so that they do not corrode while in contact with the ink. Of course, it is needless to say that two or more of the resin, the inorganic material, and the metal may be used. In addition, if the vibration energy can be efficiently transmitted, the distal end and the proximal end of the elastic member may be made of different materials.

【0022】また、振動子として圧電体を用いる場合に
は、圧電基板で構成しても圧電薄膜で構成してもよい。
また、圧電体として、水晶、ジルコン酸・チタン酸鉛
(PZT)やチタン酸バリウムBaTiO3、ニオブ酸
鉛PbNb26、ビスマスゲルマネートBi12Ge
20、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、あるいは
ZnOやAlNなどの圧電薄膜、あるいはポリ尿素、P
VDF(ポリフッ化ビニリデン)やPVDFの共重合体
などの圧電性高分子またはPZTなどの無機圧電物質と
圧電性高分子との複合体などでもよい。
When a piezoelectric body is used as the vibrator, it may be constituted by a piezoelectric substrate or a piezoelectric thin film.
As the piezoelectric material, quartz, lead zirconate / titanate (PZT), barium titanate BaTiO 3 , lead niobate PbNb 2 O 6 , bismuth germanate Bi 12 Ge
O 20 , lithium niobate LiNbO 3 , lithium tantalate LiTaO 3, etc., a polycrystalline or single crystal, or a piezoelectric thin film such as ZnO or AlN, or polyurea, P
A piezoelectric polymer such as a copolymer of VDF (polyvinylidene fluoride) and PVDF, or a composite of an inorganic piezoelectric substance such as PZT and a piezoelectric polymer may be used.

【0023】以上の説明から明らかなように、本実施の
形態によるインクジェット記録ヘッドは、駆動周波数が
比較的低いこともあり発熱は少なく安定した印字が可能
となり、また、ドロップ径を規定するためにいわゆるノ
ズルを用いる必要はなく、さらには単一で小さなインク
ドロップを吐出することができるので像保持体上に安定
に高い画質を形成することができる。
As is apparent from the above description, the ink jet recording head according to the present embodiment has a relatively low driving frequency, generates little heat, and enables stable printing. It is not necessary to use a so-called nozzle, and a single small ink drop can be ejected, so that high image quality can be stably formed on the image holding member.

【0024】ところが以上の構成だけの記録ヘッドを印
字装置として用いると、次のような点に留意する必要が
ある。弾性部材が静止している状態でも、弾性部材の先
端近傍には表面張力によりインクの厚さが薄い部位があ
る。静止状態が比較的長時間にわたると、特にこの弾性
部材先端近傍ではインクの乾きによりインクの物性に変
化が生じやすい。インクの乾きが激しい場合や乾きやす
いインクを用いる場合には、先端近傍にインクが固化し
付着する場合があり、弾性部材の先端の振動量が変わ
り、吐出ドロップ径や吐出方向が著しく変化し画質が劣
化してしまう、あるいは吐出できなくなる。印字が完了
し記録ヘッドを停止した際には、インク面を弾性部材の
先端より上に配置したり、あるいはインクドロップが吐
出する装置の吐出開口部にキャップ材を押し当ててキャ
ッピングしインク成分の蒸発を押さえることでこの問題
は回避できる。しかし、印字中には先の問題が発生しや
すい。これは、印字中であっても画像信号によってはた
またま比較的長い間吐出せずに待機状態となるイジェク
タが存在するためである。
However, when a recording head having only the above configuration is used as a printing device, the following points must be noted. Even when the elastic member is stationary, there is a portion near the tip of the elastic member where the thickness of the ink is thin due to surface tension. If the stationary state is kept for a relatively long time, the physical properties of the ink are likely to change due to drying of the ink, especially near the tip of the elastic member. When the ink dries very quickly or when ink that dries easily is used, the ink may solidify and adhere to the vicinity of the tip, the amount of vibration at the tip of the elastic member changes, and the ejection drop diameter and ejection direction change significantly, resulting in poor image quality. Is deteriorated, or the ink cannot be ejected. When printing is completed and the recording head is stopped, the ink surface is placed above the tip of the elastic member, or capping is performed by pressing a cap material against the ejection opening of the device from which the ink drop is ejected and capping the ink component. This problem can be avoided by suppressing evaporation. However, the above problem tends to occur during printing. This is because there is an ejector that does not eject for a relatively long time and enters a standby state depending on the image signal even during printing.

【0025】そこで、インクジェット記録ヘッドにおい
ては、一連の印字動作が完了する前に1回もしくは複数
回にわたって、あるいは一連の印字動作が完了した後
に、弾性部材の先端を洗浄し、弾性部材の先端近傍に付
着した固化物あるいは粘度上昇したインク物を除去する
ことが望ましい。しかし、ノズル径によってインク吐出
径が支配される従来の記録ヘッドでは、ノズル孔周辺に
付着したインクやその固化物を比較的容易にワイピング
などにより除去できるが、図2乃至図3に示した記録ヘ
ッドにおいては、弾性部材の曲げ振動がインク吐出径を
支配しており、この繊細な構造の弾性部材を変形させた
り破損することなしにワイピングするなどしてクリーニ
ングすることはかなり困難である。従って、図2乃至図
3に示した構造の記録ヘッドでは、弾性部材先端近傍で
生じたインク物性の変化により画質が劣化する可能性が
残されている。
Therefore, in the ink jet recording head, the tip of the elastic member is washed once or plural times before the series of printing operations is completed, or after the series of printing operations is completed, and the vicinity of the tip of the elastic member is cleaned. It is desirable to remove solid matter adhered to the ink or ink matter having increased viscosity. However, in a conventional recording head in which the ink ejection diameter is governed by the nozzle diameter, the ink or the solidified substance adhering around the nozzle hole can be relatively easily removed by wiping or the like, but the recording shown in FIGS. In the head, the bending vibration of the elastic member governs the ink ejection diameter, and it is very difficult to clean the delicate elastic member by wiping it without deforming or damaging it. Therefore, in the recording head having the structure shown in FIGS. 2 and 3, there is a possibility that the image quality may be degraded due to a change in physical properties of the ink generated near the tip of the elastic member.

【0026】本実施の形態では、本実施の形態によるイ
ンクジェット記録ヘッドがノズル径によってインク吐出
径が支配されないという吐出原理に基づいて上記留意点
を解決している。具体的には、エジェクタの各インク室
に蒸気発生部を設け、インク室内のインクからのインク
成分の蒸発を抑制するものである。特に、蒸気発生部
が、インクの少なくとも1成分以上の蒸気を供給するこ
とが効果的である。以下に、その機能と基本的な構成に
ついて述べる。
In the present embodiment, the above-mentioned points to be considered are solved on the basis of the ejection principle that the ink ejection diameter of the ink jet recording head according to the embodiment is not controlled by the nozzle diameter. Specifically, a vapor generation section is provided in each ink chamber of the ejector to suppress evaporation of ink components from ink in the ink chamber. In particular, it is effective that the steam generator supplies steam of at least one component of the ink. The function and basic configuration will be described below.

【0027】図4、図5は本実施の形態によるインクジ
ェット記録ヘッドの主要構成図である。図4は装置の断
面図を、図5は正面図(吐出ドロップは図示を省略して
いる)を示している。振動板1の一面に振動発生部20
0を形成し振動支持部材201に接着し、振動板1の他
面に弾性部材5を配置する。これに、インク6の入った
インクリザーバー103、インク室形成部材26で構成
され吐出開口27を有するインク室25を接続する。振
動発生部200を振動し、これに接続された弾性部材5
を曲げ振動させる。弾性部材5の先端近傍からインクド
ロップ8が吐出する。なお、吐出ドロップ径がノズルを
用いずに決まるため、吐出開口27は吐出ドロップ径よ
り大きければよい。
FIGS. 4 and 5 are main structural views of the ink jet recording head according to the present embodiment. 4 is a sectional view of the apparatus, and FIG. 5 is a front view (discharge drops are not shown). A vibration generating unit 20 is provided on one surface of the diaphragm 1.
Then, the elastic member 5 is disposed on the other surface of the diaphragm 1. The ink reservoir 103 containing the ink 6 and the ink chamber 25 having the ejection opening 27 formed by the ink chamber forming member 26 are connected to the ink reservoir 103. The vibration member 200 vibrates and the elastic member 5 connected thereto
Bend and vibrate. An ink drop 8 is ejected from near the tip of the elastic member 5. Since the discharge drop diameter is determined without using a nozzle, the discharge opening 27 may be larger than the discharge drop diameter.

【0028】本実施の形態によるインクジェット記録ヘ
ッドでは、吐出ドロップ径がノズルを用いずに決まるた
め、インク室25内ではインク面7上に空間を持つ。そ
こで、この空間を利用して弾性部材の近傍に蒸気発生部
202を配置することができる。蒸気発生部202は、
インク成分の少なくとも1つ以上の成分の蒸気をこの空
間に供給することができる。インク室25内の飽和蒸気
圧はインク6からの分圧P1と蒸気発生部から供給され
る分圧P2の和であるから、インク6のインク面7から
の蒸発が抑制され、その結果、弾性部材先端近傍でのイ
ンクの乾きによるインク物性の変化が起こりにくくな
る。従って、本実施の形態のインクジェット記録ヘッド
によれば、吐出ドロップ径や吐出方向が安定し、高画質
を印字することができる。また、より高画質にするため
に、蒸発しやすい成分を持つインクを支障なく用いるこ
とができる。
In the ink jet recording head according to the present embodiment, since the ejection drop diameter is determined without using a nozzle, the ink chamber 25 has a space above the ink surface 7. Therefore, the steam generation section 202 can be arranged near the elastic member by utilizing this space. The steam generation unit 202
Vapors of at least one or more of the ink components can be supplied to this space. Since the saturated vapor pressure in the ink chamber 25 is the sum of the partial pressure P1 from the ink 6 and the partial pressure P2 supplied from the vapor generator, the evaporation of the ink 6 from the ink surface 7 is suppressed, and as a result, the elasticity is reduced. Changes in physical properties of the ink due to drying of the ink near the tip of the member are less likely to occur. Therefore, according to the ink jet recording head of the present embodiment, the ejection drop diameter and the ejection direction are stable, and high-quality printing can be performed. In addition, in order to achieve higher image quality, ink having a component that easily evaporates can be used without any trouble.

【0029】まず、蒸気発生部202の構成について図
6を用いて説明する。図6(a)は蒸気発生部が多孔質
の部材からなる場合で、図6(b)は中空物の表面に多
数の穴を有する場合である。ともに直方体の場合であ
り、その断面図を示している。もちろん、蒸気発生部2
02の形状はこれに限るものではない。
First, the configuration of the steam generator 202 will be described with reference to FIG. FIG. 6A shows the case where the steam generating section is made of a porous member, and FIG. 6B shows the case where the hollow object has many holes on the surface. Both cases are rectangular parallelepipeds, and their cross-sectional views are shown. Of course, steam generator 2
The shape of 02 is not limited to this.

【0030】図6(a)の多孔質部材は、スポンジ様の
構造であり、樹脂に限らず、セラミックを焼き固めた焼
結体や金属粉を固めたものなどが適用できる。供給すべ
き成分液は毛管力によって多孔質部材の内部を浸透し、
各インク室では、多孔質部材の表面積と温度に応じて蒸
発し供給されることになる。図6(b)の中空物の場合
は、中空物の内部を通って供給すべき成分液(例えば水
など)が各インク室まで運ばれ、多数の穴を通して各イ
ンク室で、多数の穴の総面積と温度に応じて蒸発し供給
される。ただし、穴が大きすぎると、液滴としてインク
面7に滴下され不都合を生じる。なお、蒸気発生部は、
インク室の多孔質部材や中空物表面の多数の穴から蒸気
成分を蒸発する構成に限らない。例えば、蒸気状態にし
て伝達し、直接、インク室にそのまま蒸気を供給しても
よい。いずれにしろ、蒸気発生部の構成はインク室内に
主たる蒸気成分を供給できるものであればよく、インク
ドロップの吐出に支障がない限りにおいて、かつ安価に
提供できるものであればどのようなものでもよい。
The porous member shown in FIG. 6A has a sponge-like structure, and is not limited to a resin, but may be a sintered body obtained by sintering ceramic or a material obtained by solidifying metal powder. The component liquid to be supplied penetrates the inside of the porous member by capillary force,
In each ink chamber, the ink is evaporated and supplied according to the surface area and temperature of the porous member. In the case of the hollow object shown in FIG. 6B, a component liquid (for example, water) to be supplied through the inside of the hollow object is carried to each ink chamber, and through each of the ink chambers through a number of holes. Evaporated and supplied according to the total area and temperature. However, if the holes are too large, they are dropped on the ink surface 7 as droplets, which causes inconvenience. The steam generator is
The present invention is not limited to the configuration in which the vapor component is evaporated from the porous member of the ink chamber or a number of holes in the surface of the hollow object. For example, the ink may be transmitted in a vapor state, and the vapor may be directly supplied to the ink chamber. In any case, the configuration of the steam generating section may be any as long as it can supply a main steam component into the ink chamber, and any configuration can be provided at low cost as long as it does not hinder the ejection of ink drops. Good.

【0031】蒸気発生部と各インク室との関係の一例を
図7に示す。これは先の図5の記録ヘッドの正面図と同
じものであるが、記録ヘッドのより広い部分、特にその
端部を示している。この場合、蒸気発生部202は一体
型で全てのインク室25を貫通して配置されている。こ
の蒸気発生部202は、記録ヘッドの端部において供給
すべき成分液206と成分液リザーバー205の内部で
接触している。なお、蒸気発生部202への蒸発成分を
どのように供給するかについては、このように一体型で
各インク室を貫通する構造に限るものではない。しか
し、このようにすると、蒸気発生部の端部で成分を容易
に送り込むことができるとともに、蒸気発生部および記
録ヘッドも安価に形成できる。なお、図6(b)の中空
物の場合は、供給される成分液にかける圧力を供給側で
勘案しておく必要があるが、図6(a)の多孔質部材の
場合は、毛管力によって成分液が自然に浸透するためそ
の必要はなくより簡易な構成となりやすい。
FIG. 7 shows an example of the relationship between the steam generator and each ink chamber. This is the same as the front view of the recording head of FIG. 5 above, but showing a wider portion of the recording head, especially its ends. In this case, the steam generation section 202 is integrated and is arranged so as to penetrate all the ink chambers 25. The vapor generating section 202 is in contact with the component liquid 206 to be supplied at the end of the recording head inside the component liquid reservoir 205. It should be noted that how to supply the evaporation component to the steam generation unit 202 is not limited to such a structure in which the evaporation component is integrated and penetrates each ink chamber. However, in this case, the components can be easily fed at the end of the steam generating section, and the steam generating section and the recording head can be formed at low cost. In the case of the hollow object shown in FIG. 6B, it is necessary to consider the pressure applied to the supplied component liquid on the supply side, but in the case of the porous member shown in FIG. Since the component liquid naturally penetrates, there is no need for this, and a simpler configuration is likely to be obtained.

【0032】インク6のインク面7からの蒸発が抑制さ
れる程度は、注目する成分のインク6からの分圧P1と
蒸気発生部から供給される分圧P2の比でほぼ与えられ
る。例えば、P1=P2なら、インク6からの蒸発は半
分に低減され、P1=(1/10)・P2なら、1/1
0に低減される。従って、蒸気発生部から供給される分
圧P2の量をなるべく多くするほど効果があることにな
る。
The extent to which the evaporation of the ink 6 from the ink surface 7 is suppressed is substantially given by the ratio of the partial pressure P1 of the component of interest from the ink 6 to the partial pressure P2 supplied from the steam generator. For example, if P1 = P2, the evaporation from the ink 6 is reduced by half, and if P1 = (1/10) · P2, 1/1
It is reduced to zero. Therefore, the effect is increased as the amount of the partial pressure P2 supplied from the steam generator is increased as much as possible.

【0033】ここで、インク面7からの蒸発量は、1つ
には、インク内に含まれる蒸発抑制成分の濃度で決ま
る。そこで、ドロップ吐出に支障がない限りにおいて、
インクにエチレングリコールなどの保湿材を含有させて
おくことができる。さらに、インク面7および蒸気発生
部202からの注目する成分の蒸発量は、インク室25
内の空間における対流の存在や温度あるいは気圧といっ
たもので決まる。蒸気発生部202内に圧電体を配置し
これを振動させ、成分液を霧化し蒸気として供給するこ
とも有効である。
Here, the amount of evaporation from the ink surface 7 is determined in part by the concentration of the evaporation suppression component contained in the ink. Therefore, as long as there is no problem in drop ejection,
The ink may contain a humectant such as ethylene glycol. Further, the evaporation amount of the component of interest from the ink surface 7 and the vapor generation unit 202 is determined by the ink chamber 25
It is determined by the existence of convection in the space inside, temperature, or atmospheric pressure. It is also effective to dispose a piezoelectric body in the steam generation section 202 and vibrate it to atomize the component liquid and supply it as steam.

【0034】そこで、インク面7からの分圧P1に比べ
て蒸気発生部から供給される分圧P2を増加させ大きく
するには、インク面7の面積に比べて蒸気発生部の蒸気
発生面積を相対的に大きなものにすることが効果的であ
る。そこで、次の2つの方法が有効である。
Therefore, in order to increase and increase the partial pressure P2 supplied from the steam generating portion as compared with the partial pressure P1 from the ink surface 7, the steam generating area of the steam generating portion is compared with the area of the ink surface 7. It is effective to make it relatively large. Therefore, the following two methods are effective.

【0035】第1の方法としては、図8の印字ヘッド断
面に示すように、インク面7に蒸発抑制部材203を配
置することでインク面7の蒸発面積を小さくできる。も
ちろん、インク面7に配置された蒸発抑制部材203の
形状はインク吐出に支障がないようにしておかなければ
ならず制限がある。第2には、蒸気発生部202自身の
蒸気発生を行う部位の面積をインク面7の面積に比べ大
きくすることである。第2の方法を実現するための構成
例を図9に示す。図9は蒸気発生部の断面図であるが、
図9の(a)、(b)共に蒸気発生部の表面積を、その
表面に凹凸をつけることにより実現している。図9
(a)は蒸気発生部の表面に突起を、図9(b)は凹部
を形成したものである。このように、インク面7の蒸発
面積に比べて蒸気発生部の表面積を凹凸をつけて増加さ
せることにより著しい効果が期待できる。
As a first method, the evaporation area of the ink surface 7 can be reduced by arranging the evaporation suppression member 203 on the ink surface 7 as shown in the print head section of FIG. Of course, the shape of the evaporation suppressing member 203 arranged on the ink surface 7 must be set so as not to hinder ink ejection, and there is a limit. Second, the area of the steam generation section 202 itself that generates steam is larger than the area of the ink surface 7. FIG. 9 shows a configuration example for realizing the second method. FIG. 9 is a cross-sectional view of the steam generator.
9 (a) and 9 (b), the surface area of the steam generating section is realized by making the surface uneven. FIG.
FIG. 9A shows a projection formed on the surface of the steam generator, and FIG. 9B shows a depression formed. As described above, a remarkable effect can be expected by increasing the surface area of the vapor generating portion with irregularities as compared with the evaporation area of the ink surface 7.

【0036】なお、インクジェット記録ヘッドにおいて
は、人体などの環境への配慮から、インクとしては主に
水性インクが用いられる。水性インクを用いて印字する
場合には、蒸気発生部からは水を供給して水蒸気を発生
させればよい。蒸気発生部の端部は水が入った水リザー
バーに接続されることになるが、供給する水および蒸気
発生部自体が安価なものであるから、本実施の形態によ
り印字装置のコストおよびその維持費が著しく増加する
ことはない。
In the ink jet recording head, a water-based ink is mainly used as an ink in consideration of the environment such as a human body. When printing is performed using the aqueous ink, water may be supplied from the steam generating section to generate water vapor. The end of the steam generating section is connected to a water reservoir containing water. However, since the water to be supplied and the steam generating section itself are inexpensive, the cost of the printing apparatus and its maintenance can be maintained by this embodiment. The costs do not increase significantly.

【0037】以上のように、駆動周波数という観点から
は、レンズなどを用い数百MHzを必要とした従来技術
に比べ、本実施の形態では数百kHz前後と大幅に低い
周波数で微小インク滴を吐出でき、高周波駆動のための
高価な駆動系が不要になるとともに、インク中で発生す
る発熱量も低減され吐出ドロップ径の変動やヘッド内の
インク固化による信頼性低下といった問題も起こりにく
くなり、安定に印字できるとともに、小型で安価な印字
装置を提供できるようになる。
As described above, from the viewpoint of the driving frequency, in the present embodiment, minute ink droplets are generated at a frequency as low as about several hundred kHz as compared with the conventional technique which requires several hundred MHz using a lens or the like. In addition to eliminating the need for an expensive drive system for high-frequency driving, the amount of heat generated in the ink is reduced, and problems such as fluctuations in the discharge drop diameter and reduced reliability due to solidification of the ink in the head hardly occur. It is possible to provide a small and inexpensive printing device while being able to print stably.

【0038】以上説明した本実施の形態によるインクジ
ェット記録装置の基本的構成、および基本的動作原理に
基づき、より詳細で具体的な実施例を次に説明する。
A more detailed and specific example will be described below based on the basic configuration and basic operation principle of the ink jet recording apparatus according to the present embodiment described above.

【0039】〔実施例1〕図10、図11は本実施の形
態における実施例1を示すインクジェット記録ヘッドの
主要構成図である。概略を説明した先の図4、図5と同
じ部材には同じ番号を付している。図10は装置の断面
図を、図11は正面図(インクドロップの図示は省略し
ている)を示している。記録ヘッドは、主にはインクタ
ンク103と印字ヘッド33から構成される。
[Embodiment 1] FIGS. 10 and 11 are main structural views of an ink jet recording head showing Embodiment 1 in the present embodiment. The same members as those in FIGS. 4 and 5 described briefly above are denoted by the same reference numerals. FIG. 10 is a sectional view of the apparatus, and FIG. 11 is a front view (illustration of ink drops is omitted). The recording head mainly includes an ink tank 103 and a print head 33.

【0040】10μmの厚さのジルコニアからなる振動
板1上に0.5μmの厚さのAg電極3を堆積後パター
ンニングし、続いて30μmの厚さのジルコン酸・チタ
ン酸鉛(PZT)からなる圧電セラミック薄膜2を堆積
後パターンニングし、さらに0.05μmの厚さのCr
と1μmの厚さのAuの2層から成る電極4を堆積後パ
ターンニングし形成した。PZT薄膜は分極処理され、
両電極間に電圧が印加された場合に振動板に対して水平
方向に振動するが、振動板との関係において、結果的に
は圧電セラミック薄膜2および電極3、4から成る振動
子9は振動板に対して垂直方向に振動する。なお、電極
3は各振動子に共通するコモン電極であり、電極4は特
定の振動子のみを振動させるためのアドレス電極であ
る。図では省略されているが、これらの電極配線は振動
板の端部から接続コネクタ104を介して図示していな
い外部の駆動電源に接続されている。さらに、振動子9
を1μmの厚さのSiO2などからなる保護膜10で被
覆した。保護膜を被覆することにより、環境からもたら
されうる水分がPZT薄膜の分極率に変化を引き起こな
いようにしてある。なお、振動子へのインクからの悪影
響を生じなくできるのならば、弾性部材が形成される振
動板の一面と同一の面にこの振動子を形成してももちろ
んよい。
A 0.5 μm-thick Ag electrode 3 is deposited and patterned on a 10 μm-thick zirconia diaphragm 1, followed by 30 μm-thick zirconate / lead titanate (PZT). After depositing a piezoelectric ceramic thin film 2 having a thickness of 0.05 μm,
And an electrode 4 consisting of two layers of Au having a thickness of 1 μm was formed by patterning after deposition. The PZT thin film is polarized,
When a voltage is applied between both electrodes, the diaphragm vibrates in the horizontal direction with respect to the diaphragm. However, in relation to the diaphragm, as a result, the vibrator 9 including the piezoelectric ceramic thin film 2 and the electrodes 3 and 4 vibrates. Vibrates perpendicular to the plate. The electrode 3 is a common electrode common to the vibrators, and the electrode 4 is an address electrode for vibrating only a specific vibrator. Although not shown in the figure, these electrode wirings are connected from the ends of the diaphragm to an external drive power supply (not shown) via the connector 104. Further, the vibrator 9
Was covered with a protective film 10 made of SiO 2 or the like having a thickness of 1 μm. By coating the protective film, moisture that can be brought from the environment does not cause a change in the polarizability of the PZT thin film. If it is possible to prevent the vibrator from being adversely affected by the ink, the vibrator may be formed on the same surface as one surface of the diaphragm on which the elastic member is formed.

【0041】次に、振動子9が形成された振動板1の一
面をアルミナから成る保持部材20とその支持部21を
介して接着した。弾性部材5を持つ各振動子が吐出のた
めの一つのイジェクタを構成するが、印字時に各イジェ
クタが発生する振動が隣接イジェクタに影響を及ぼさな
いように、この支持部21で各イジェクタの振動をその
部位に限定する。
Next, one surface of the vibration plate 1 on which the vibrator 9 was formed was bonded via a holding member 20 made of alumina and a support portion 21 thereof. Each vibrator having the elastic member 5 constitutes one ejector for ejection. However, in order to prevent the vibration generated by each ejector at the time of printing from affecting the adjacent ejector, the vibration of each ejector is controlled by the support portion 21. Limit to that part.

【0042】さらに、各振動子9が形成された振動板1
の面とは異なる他面の上に、厚さ5μm、底辺が50μ
mで高さが250μmの図5のような形状のステンレス
合金からなる先鋭状の弾性部材5を形成した。弾性部材
5は、長方形板において先端から40μmまで70°に
先鋭化した。この作製工程は次のようである。長方形の
ステンレス合金を85°に折り曲げ、接着層厚が2μm
となるようエポキシ系樹脂を振動板1に塗布し、L字と
なったフィルムの1面を振動板1に接着する。続いて、
振動板1上に立った他面をその面に垂直となる方向から
YAGレーザを照射し先程の形状に加工した。
Further, the diaphragm 1 on which the vibrators 9 are formed
5 μm thick, 50 μm bottom on the other surface
A sharp elastic member 5 made of a stainless alloy and having a height of 250 μm and a shape as shown in FIG. 5 was formed. The elastic member 5 was sharpened to 70 μm from the tip to 40 μm in the rectangular plate. This manufacturing process is as follows. A rectangular stainless steel alloy is bent at 85 ° and the adhesive layer thickness is 2μm
Then, an epoxy resin is applied to the diaphragm 1 so that one surface of the L-shaped film is adhered to the diaphragm 1. continue,
The other surface standing on the diaphragm 1 was irradiated with a YAG laser from a direction perpendicular to the surface to be processed into the shape described above.

【0043】続いて、吐出開口27を有するインク室2
5をプラスチック26により形成した。吐出開口27は
プラスチック26にエキシマレーザを照射して形成し
た。また、インク室25上部に蒸気発生部202を配置
した。蒸気発生部202はスポンジからできており、一
体型で全てのインク室25を貫通して配置されている。
この蒸気発生部202は、記録ヘッドの端部において、
供給すべき成分液206と図示していない成分液リザー
バーの内部で接触している。使用するインクが水性イン
クであるため、ここでは成分液206は水である。蒸気
発生部202によりインク室25上部に水蒸気が供給さ
れ、各インク室25はその温度と圧力で決まる飽和蒸気
圧になる。さらに、プラスチック26にはインク供給口
28が開けられており、異物を除去し供給を安定化する
インクフィルタ102を介してインク6が充填されたイ
ンクタンク103に接続されている。弾性部材5の先端
50μmがインク面7より突出するように、図示してい
ない外部のインク供給圧調製器によりインク圧を調整し
た。また、インク室25を形成するプラスチック26に
は、図のように、インク面7の高さを固定するようにイ
ンク室25の底面から約200μmの位置にインク面固
定部材29を取り付けてある。この材質はインクに侵さ
れずインク面を固定できるものならなんでもよいが、こ
こではインク室を構成する材質と同一のプラスチックを
用い安価に一体形成した。
Subsequently, the ink chamber 2 having the ejection opening 27
5 was made of plastic 26. The discharge opening 27 was formed by irradiating the plastic 26 with an excimer laser. In addition, a vapor generation unit 202 was disposed above the ink chamber 25. The steam generating section 202 is made of sponge, and is integrally provided so as to penetrate all the ink chambers 25.
The steam generating section 202 is provided at an end of the recording head.
The component liquid 206 to be supplied is in contact with a component liquid reservoir (not shown). Since the ink used is an aqueous ink, the component liquid 206 is water here. Water vapor is supplied to the upper portion of the ink chamber 25 by the vapor generation section 202, and each ink chamber 25 has a saturated vapor pressure determined by its temperature and pressure. Further, an ink supply port 28 is opened in the plastic 26 and connected to an ink tank 103 filled with the ink 6 via an ink filter 102 for removing foreign substances and stabilizing the supply. The ink pressure was adjusted by an external ink supply pressure adjuster (not shown) so that the tip 50 μm of the elastic member 5 protruded from the ink surface 7. Further, as shown in the figure, an ink surface fixing member 29 is attached to the plastic 26 forming the ink chamber 25 at a position approximately 200 μm from the bottom surface of the ink chamber 25 so as to fix the height of the ink surface 7. This material may be any material that can fix the ink surface without being affected by the ink, but here, the same plastic material as the material constituting the ink chamber is used and integrally formed at low cost.

【0044】印字時には、図示していない交流電源を用
いて、外部からこの振動子9に振動板1の剛性や形状な
どから決まる固有の共振周波数f0と同じ、もしくはそ
の整数倍の周波数fで、画像信号に応じて電圧を印加し
て励振した。印字時には、複数のイジェクタのうち一つ
もしくは複数のイジェクタに選択的に電圧を印加してい
る。本実施例では、一つの画素を形成するために、選択
したイジェクタに対して、200kHzで10Vp−p
(最高最低振幅)の電圧を印加時間50μsecの間バ
ースト的に印加した(バースト数は10)。アドレス電
極で選択されたイジェクタの弾性部材5の先端のみか
ら、弾性部材5にほぼ直角に15μm直径のインク・ド
ロップが吐出した。インク・ドロップは1mm離して配
置された印字紙36上に達し、画像信号に応じて複数の
ドット(画素)を生成し画像が形成される。
At the time of printing, an AC power source (not shown) is used to externally apply a vibration to the vibrator 9 at a frequency f which is the same as an inherent resonance frequency f0 determined by the rigidity and shape of the diaphragm 1 or an integral multiple thereof. Excitation was performed by applying a voltage according to the image signal. During printing, a voltage is selectively applied to one or more of the plurality of ejectors. In the present embodiment, in order to form one pixel, 10 Vp-p at 200 kHz is applied to the selected ejector.
A voltage of (maximum amplitude) was applied in bursts for an application time of 50 μsec (the number of bursts was 10). An ink drop having a diameter of 15 μm was ejected almost perpendicularly to the elastic member 5 from only the tip of the elastic member 5 of the ejector selected by the address electrode. The ink drops reach the printing paper 36 arranged at a distance of 1 mm, and a plurality of dots (pixels) are generated according to an image signal to form an image.

【0045】図12は本実施例のインクジェット記録装
置の主要部の構成図を示す。インクジェット記録装置3
7は、後述する各色に対応した数の複数のインクジェッ
ト記録ヘッド33がキャリッジ34に固定され、キャリ
ッジ34は印字紙36の紙幅方向に往復移動し、印字紙
36が移動することにより印字紙全面に文字および絵を
印字できるようになっている(図では成分液リザーバー
は省略してある)。なお、各インクジェット記録ヘッド
33内では振動子および弾性部材から成る複数のイジェ
クタが振動板上に配置されているが、外部から与えられ
る画像信号に応じてその時々で選択されたイジェクタの
みが駆動されインク・ドロップを吐出する。
FIG. 12 is a structural diagram of a main part of the ink jet recording apparatus of this embodiment. Inkjet recording device 3
Reference numeral 7 denotes a plurality of ink jet recording heads 33 of a number corresponding to each color, which will be described later, are fixed to the carriage 34, and the carriage 34 reciprocates in the paper width direction of the printing paper 36, and the printing paper 36 moves to cover the entire printing paper. Characters and pictures can be printed (the component liquid reservoir is omitted in the figure). In each ink jet recording head 33, a plurality of ejectors each composed of a vibrator and an elastic member are arranged on the diaphragm, but only the ejector selected at each time is driven according to an image signal given from the outside. Discharge ink drop.

【0046】さらに、印字紙36の移動はローラー35
を回転させることにより行った。キャリッジ34の送り
速度とインクジェット記録ヘッド33内の各振動子の配
置間隔は600dpi(dot per inch)に
対応するようにした。キャリッジ34に固定された各イ
ンクジェット記録ヘッド33は、黒、イエロー、マゼン
タ、シアンのインクタンク38のどれかに接続されてい
る。各インクは各インクジェット記録ヘッド33へ供給
され、画像信号に対応した振動子に電圧が加わると、そ
の選択された振動子上のインク面からインクドロップが
吐出され画像が形成される。なお、図示していないがイ
ンクジェット記録ヘッド33への電気的信号はキャリッ
ジ34を介して外部から送られる。インクジェット記録
ヘッド33の印字駆動条件は先に述べた。
Further, the printing paper 36 is moved by a roller 35.
Was rotated. The feed speed of the carriage 34 and the arrangement interval of each vibrator in the inkjet recording head 33 corresponded to 600 dpi (dot per inch). Each ink jet recording head 33 fixed to the carriage 34 is connected to one of black, yellow, magenta, and cyan ink tanks 38. Each ink is supplied to each ink jet recording head 33, and when a voltage is applied to a vibrator corresponding to an image signal, an ink drop is ejected from an ink surface on the selected vibrator to form an image. Although not shown, an electric signal to the inkjet recording head 33 is sent from outside via the carriage 34. The print driving conditions of the ink jet recording head 33 have been described above.

【0047】印字後の印字紙36上に形成された各ドッ
トは、各色インクともほぼ30μm径の円状に整った均
一小径ドットであった。蒸気発生部を設けたことによ
り、ドット径やドットの着弾位置精度に各色とも変動は
なく、小径ドロップを安定に吐出し印字することができ
ていた。
Each dot formed on the printing paper 36 after printing was a uniform small-diameter dot having a diameter of approximately 30 μm for each color ink. By providing the steam generating section, there was no variation in dot diameter or dot landing position accuracy for each color, and small diameter drops could be stably ejected and printed.

【0048】また、駆動周波数も低いので発熱もなく、
発熱によるインクの粘度変化や固化といった問題も生じ
なかった。特に、蒸気発生部を設けたことにより、高い
解像度に対応する微小ドットを安定に形成でき高品位な
印字が可能であった。また、小型で安価な記録装置を実
現できた。
Also, since the driving frequency is low, no heat is generated.
There was no problem such as a change in the viscosity of the ink or solidification due to heat generation. In particular, the provision of the steam generating portion enables stable formation of minute dots corresponding to high resolution, and enables high-quality printing. In addition, a small and inexpensive recording device could be realized.

【0049】〔実施例2〕図13、図14は本実施の形
態の実施例2を示すインクジェット記録ヘッドの主要構
成図である。先の図10、図11と同じ部材には同じ番
号を付している。図13は装置の断面図を、図14は正
面図(インクドロップの図示は省略している)を示して
いる。記録ヘッドの印字ヘッド部は、主にはインクタン
ク103と印字ヘッド33から構成される。実施例1と
は蒸気発生部の構成、特に各インク室への接続方法が異
なる。
Embodiment 2 FIGS. 13 and 14 are main structural diagrams of an ink jet recording head showing Embodiment 2 of the present embodiment. The same members as those in FIGS. 10 and 11 are denoted by the same reference numerals. 13 is a sectional view of the apparatus, and FIG. 14 is a front view (illustration of ink drops is omitted). The print head portion of the recording head mainly includes an ink tank 103 and a print head 33. Embodiment 2 is different from Embodiment 1 in the configuration of the steam generating section, particularly in the method of connecting to each ink chamber.

【0050】10μmの厚さのジルコニアから成る振動
板1上に0.5μmの厚さのAg電極3を堆積後パター
ンニングし、続いて30μmの厚さのジルコン酸・チタ
ン酸鉛(PZT)からなる圧電セラミック薄膜2を堆積
後パターンニングし、さらに0.05μmの厚さのCr
と1μmの厚さのAuの2層から成る電極4を堆積後パ
ターンニングし形成した。PZT薄膜は分極処理され、
両電極間に電圧が印加された場合に振動板に対して水平
方向に振動するが、振動板との関係において、結果的に
は圧電セラミック薄膜2および電極3、4から成る振動
子9は振動板に対して垂直方向に振動する。なお、電極
3は各振動子に共通するコモン電極であり、電極4は特
定の振動子のみを振動させるためのアドレス電極であ
る。図では省略されているが、これらの電極配線は振動
板の端部から接続コネクタ104を介して図示していな
い外部の駆動電源に接続されている。さらに、振動子9
を1μmの厚さのSiO2などからなる保護膜10で被
覆した。保護膜を被覆することにより、環境からもたら
される水分がPZT薄膜の分極率に変化を引き起こない
ようにした。
An Ag electrode 3 having a thickness of 0.5 μm is deposited and patterned on a diaphragm 1 made of zirconia having a thickness of 10 μm, and subsequently a lead electrode made of zirconate / titanate (PZT) having a thickness of 30 μm. After depositing a piezoelectric ceramic thin film 2 having a thickness of 0.05 μm,
And an electrode 4 consisting of two layers of Au having a thickness of 1 μm was formed by patterning after deposition. The PZT thin film is polarized,
When a voltage is applied between both electrodes, the diaphragm vibrates in the horizontal direction with respect to the diaphragm. However, in relation to the diaphragm, as a result, the vibrator 9 including the piezoelectric ceramic thin film 2 and the electrodes 3 and 4 vibrates. Vibrates perpendicular to the plate. The electrode 3 is a common electrode common to the vibrators, and the electrode 4 is an address electrode for vibrating only a specific vibrator. Although not shown in the figure, these electrode wirings are connected from the ends of the diaphragm to an external drive power supply (not shown) via the connector 104. Further, the vibrator 9
Was covered with a protective film 10 made of SiO 2 or the like having a thickness of 1 μm. By coating the protective film, moisture brought from the environment did not cause a change in the polarizability of the PZT thin film.

【0051】次に、振動子9が形成された振動板1の一
面をアルミナから成る保持部材20とその支持部21を
介して接着した。弾性部材5を持つ各振動子が吐出のた
めの一つのイジェクタを構成するが、印字時に各イジェ
クタが発生する振動が隣接イジェクタに影響を及ぼさな
いように、この支持部21で各イジェクタの振動をその
部位に限定する。
Next, one surface of the vibration plate 1 on which the vibrator 9 was formed was bonded via a holding member 20 made of alumina and a supporting portion 21 thereof. Each vibrator having the elastic member 5 constitutes one ejector for ejection. However, in order to prevent the vibration generated by each ejector at the time of printing from affecting the adjacent ejector, the vibration of each ejector is controlled by the support portion 21. Limit to that part.

【0052】さらに、各振動子9が形成された振動板1
の面とは異なる他面の上に、厚さ5μm、底辺が50μ
mで高さが250μmの図5のような形状のステンレス
合金からなる先鋭状の弾性部材5を形成した。弾性部材
5は、長方形板において先端から40μmまで70°に
先鋭化した。この作製工程は次のようである。長方形の
ステンレス合金を85°に折り曲げ、接着層厚が2μm
となるようエポキシ系樹脂を振動板1に塗布し、L字と
なったフィルムの1面を振動板1に接着する。続いて、
振動板1上に立った他面をその面に垂直となる方向から
YAGレーザを照射し先程の形状に加工した。
Further, the diaphragm 1 on which the respective vibrators 9 are formed
5 μm thick, 50 μm bottom on the other surface
A sharp elastic member 5 made of a stainless alloy and having a height of 250 μm and a shape as shown in FIG. 5 was formed. The elastic member 5 was sharpened to 70 μm from the tip to 40 μm in the rectangular plate. This manufacturing process is as follows. A rectangular stainless steel alloy is bent at 85 ° and the adhesive layer thickness is 2μm
Then, an epoxy resin is applied to the diaphragm 1 so that one surface of the L-shaped film is adhered to the diaphragm 1. continue,
The other surface standing on the diaphragm 1 was irradiated with a YAG laser from a direction perpendicular to the surface to be processed into the shape described above.

【0053】続いて、吐出開口27を有するインク室2
5をプラスチック26により形成した。吐出開口27は
プラスチック26にエキシマレーザを照射して形成し
た。また、インク室25内の上部に蒸気発生部202を
配置した。蒸気発生部202はスポンジからできてお
り、各インク室25内の配置され、インク室25の外部
にあり供給すべき成分液206がはいっている供給管2
08と開口207を貫通して接続されている。供給管2
08は、記録ヘッドの端部において、図示していない成
分液リザーバーに接続されている。使用するインクが水
性インクであるため、ここでは成分液206は水であ
る。蒸気発生部202によりインク室25上部に水蒸気
が供給され、各インク室25はその温度と圧力で決まる
飽和蒸気圧になる。もちろん、非水性インクを用いる場
合には、そのインクにおいて蒸発しやすい成分を成分液
206として選択する。蒸気発生部202への成分液2
06の供給方法をこのようにすると、供給管208の流
路抵抗を断面積を大きくするなどして十分大きくしてお
けば、蒸気発生部202への成分液206の供給がスム
ーズに行われその効果が安定したものになる。また、成
分液206の供給がスムーズに行われるため、蒸気発生
部202があらかじめ保持しておくべき成分液が少なく
てもかまわない。従って、表面積は変わらずとも蒸気発
生部202の体積を実施例1に比べて小さくできるの
で、インク室をより小さく構成でき印字装置を設計する
上での自由度が増える。なお、本実施例の場合、蒸気発
生部を、インク室内部の成分液蒸発部と成分液供給管の
両者で構成したものと見なしてもよい。
Subsequently, the ink chamber 2 having the ejection opening 27
5 was made of plastic 26. The discharge opening 27 was formed by irradiating the plastic 26 with an excimer laser. In addition, a steam generation unit 202 is arranged in an upper part in the ink chamber 25. The steam generating section 202 is made of a sponge, is arranged in each ink chamber 25, and is provided outside the ink chamber 25 and has a supply pipe 2 containing a component liquid 206 to be supplied.
08 and through the opening 207. Supply pipe 2
08 is connected to a component liquid reservoir (not shown) at the end of the recording head. Since the ink used is an aqueous ink, the component liquid 206 is water here. Water vapor is supplied to the upper portion of the ink chamber 25 by the vapor generation section 202, and each ink chamber 25 has a saturated vapor pressure determined by its temperature and pressure. Of course, when a non-aqueous ink is used, a component that easily evaporates in the ink is selected as the component liquid 206. Component liquid 2 to steam generator 202
In this way, if the flow path resistance of the supply pipe 208 is made sufficiently large, for example, by increasing the cross-sectional area, the supply of the component liquid 206 to the steam generation section 202 is performed smoothly, The effect becomes stable. In addition, since the supply of the component liquid 206 is performed smoothly, the amount of the component liquid to be held in advance by the steam generation unit 202 may be small. Therefore, even if the surface area does not change, the volume of the steam generating section 202 can be made smaller than that of the first embodiment, so that the ink chamber can be made smaller and the degree of freedom in designing a printing apparatus increases. In the case of the present embodiment, the vapor generating section may be regarded as being constituted by both the component liquid evaporating section inside the ink chamber and the component liquid supply pipe.

【0054】さらに、プラスチック26にはインク供給
口28が開けられており、異物を除去し供給を安定化す
るインクフィルタ102を介してインク6が充填された
インクタンク103に接続されている。弾性部材5の先
端50μmがインク面7より突出するように、図示して
いない外部のインク供給圧調製器によりインク圧を調整
した。また、インク室25を形成するプラスチック26
には、図のように、インク面7の高さを固定するように
インク室25の底面から約200μmの位置にインク面
固定部材29を取り付けてある。この材質はインクに侵
されずインク面を固定できるものならなんでもよいが、
ここではインク室を構成する材質と同一のプラスチック
を用い安価に一体形成した。
Further, an ink supply port 28 is opened in the plastic 26 and connected to an ink tank 103 filled with the ink 6 via an ink filter 102 for removing foreign substances and stabilizing the supply. The ink pressure was adjusted by an external ink supply pressure adjuster (not shown) so that the tip 50 μm of the elastic member 5 protruded from the ink surface 7. Also, a plastic 26 forming the ink chamber 25 is formed.
As shown in the figure, an ink surface fixing member 29 is attached at a position of about 200 μm from the bottom surface of the ink chamber 25 so as to fix the height of the ink surface 7. This material may be anything that can fix the ink surface without being affected by the ink,
Here, the same plastic material as the material constituting the ink chamber was used, and was integrally formed at low cost.

【0055】印字時には、図示していない交流電源を用
いて、外部からこの振動子9に振動板1の剛性や形状な
どともから決まる固有の共振周波数f0と同じ、もしく
はその整数倍の周波数fで、画像信号に応じて電圧を印
加して励振した。印字時には、複数のイジェクタのうち
一つもしくは複数のイジェクタに選択的に電圧を印加し
ている。本実施例では、一つの画素を形成するために、
選択したイジェクタに対して、200kHzで10Vp
−pの電圧を印加時間50μsecの間バースト的に印
加した(バースト数は10)。アドレス電極で選択され
たイジェクタの弾性部材5の先端のみから、弾性部材5
にほぼ直角に15μm直径のインク・ドロップが吐出し
た。インク・ドロップは1mm離して配置された印字紙
36上に達し、画像信号に応じて複数のドット(画素)
を生成し画像が形成される。
At the time of printing, an AC power supply (not shown) is used to externally apply a vibration to the vibrator 9 at a frequency f which is the same as an inherent resonance frequency f0 determined by the rigidity and shape of the diaphragm 1 or an integral multiple thereof. Then, a voltage was applied according to the image signal to excite. During printing, a voltage is selectively applied to one or more of the plurality of ejectors. In this embodiment, in order to form one pixel,
10Vp at 200kHz for the selected ejector
A voltage of −p was applied in bursts for an application time of 50 μsec (the number of bursts was 10). The elastic member 5 is provided only from the tip of the elastic member 5 of the ejector selected by the address electrode.
An ink drop having a diameter of 15 μm was ejected almost at right angles. The ink drop reaches the printing paper 36 arranged at a distance of 1 mm and a plurality of dots (pixels) according to the image signal.
Is generated to form an image.

【0056】このときの記録装置全体の概要は実施例1
と同様であり、図12を用いて説明する。インクジェッ
ト記録装置37は、後述する各色に対応した数の複数の
インクジェット記録ヘッド33がキャリッジ34に固定
され、キャリッジ34は印字紙36の紙幅方向に往復移
動し、印字紙36が移動することにより印字紙全面に文
字および絵を印字できるようになっている(図では成分
液リザーバーの図示は省略している)。なお、各インク
ジェット記録ヘッド33内では振動子および弾性部材か
ら成る複数のイジェクタが振動板上に配置されている
が、外部から与えられる画像信号に応じてその時々で選
択されたイジェクタのみが駆動されインク・ドロップを
吐出する。
The outline of the entire recording apparatus at this time is described in Embodiment 1.
This is the same as that described with reference to FIG. In the ink jet recording apparatus 37, a plurality of ink jet recording heads 33 of a number corresponding to each color described later are fixed to the carriage 34, and the carriage 34 reciprocates in the paper width direction of the printing paper 36, and prints by moving the printing paper 36. Characters and pictures can be printed on the entire surface of the paper (the component liquid reservoir is not shown in the figure). In each ink jet recording head 33, a plurality of ejectors each composed of a vibrator and an elastic member are arranged on the diaphragm, but only the ejector selected at each time is driven according to an image signal given from the outside. Discharge ink drop.

【0057】さらに、印字紙36の移動はローラー35
を回転させることにより行った。キャリッジ34の送り
速度とインクジェット記録ヘッド33内の各振動子の配
置間隔は600dpiに対応するようにした。キャリッ
ジ34に固定された各インクジェット記録ヘッド33
は、黒、イエロー、マゼンタ、シアンのインクタンク3
8のどれかに接続されている。各インクは各インクジェ
ット記録ヘッド33へ供給され、画像信号に対応した振
動子に電圧が加わると、その選択された振動子上のイン
ク面からインクドロップが吐出され画像が形成される。
なお、図示していないがインクジェット記録ヘッド33
への電気的信号はキャリッジ34を介して外部から送ら
れる。インクジェット記録ヘッド33の印字駆動条件は
先に述べた。
Further, the printing paper 36 is moved by the roller 35.
Was rotated. The feed speed of the carriage 34 and the arrangement interval of each vibrator in the inkjet recording head 33 corresponded to 600 dpi. Each inkjet recording head 33 fixed to the carriage 34
Means black, yellow, magenta and cyan ink tanks 3
8 is connected. Each ink is supplied to each ink jet recording head 33, and when a voltage is applied to a vibrator corresponding to an image signal, an ink drop is ejected from an ink surface on the selected vibrator to form an image.
Although not shown, the inkjet recording head 33 is not shown.
Is sent from outside via the carriage 34. The print driving conditions of the ink jet recording head 33 have been described above.

【0058】印字後の印字紙36上に形成された各ドッ
トは、各色インクともほぼ30μm径の円状に整った均
一小径ドットであった。蒸気発生部を設けたことによ
り、ドット径やドットの着弾位置精度に各色とも変動は
なく、小径ドロップを安定に吐出し印字することができ
ていた。
Each dot formed on the printing paper 36 after printing was a uniform small-diameter dot having a diameter of approximately 30 μm and uniform for each color ink. By providing the steam generating section, there was no variation in dot diameter or dot landing position accuracy for each color, and small diameter drops could be stably ejected and printed.

【0059】また、駆動周波数も低いので発熱もなく、
発熱によるインクの粘度変化や固化といった問題も生じ
なかった。特に、蒸気発生部を設けたことにより、高い
解像度に対応する微小ドットを安定に形成でき高品位な
印字が可能であった。また、小型で安価な記録装置を実
現できた。
Since the driving frequency is low, no heat is generated.
There was no problem such as a change in the viscosity of the ink or solidification due to heat generation. In particular, the provision of the steam generating portion enables stable formation of minute dots corresponding to high resolution, and enables high-quality printing. In addition, a small and inexpensive recording device could be realized.

【0060】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、弾性部材5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が、ほぼW=2λの長さとなる領域
を有するようにしてもよい。但し、λは以下の式で与え
られる。 λ={8πσ/(ρfe2)}1/3×104(μm) 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より正確に1インク滴を
飛翔させることができるようになる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the width W of the surface perpendicular to the vibration direction of the bending vibration in the vicinity of the free end of the free end of the cantilever structure of the elastic member 5 may have a region where the length is approximately W = 2λ. . Here, λ is given by the following equation. λ = {8πσ / (ρfe 2 )} 1/3 × 10 4 (μm) where σ is ink surface tension (mN / m) ρ is ink density (g / cm 3 ) fe is 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 more accurately. .

【0061】[0061]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、従来のイ
ンクジェット技術とは異なりノズルを用いずに微小なド
ロップを吐出でき、かつ従来のノズルレスのインクジェ
ット技術に比べ低周波で駆動する吐出機構により、高解
像度化に対応した微少ドロップを吐出することができ、
インク詰まりやインク突出方向の変動といったインク吐
出の不安定さを無くしたインクジェット記録ヘッドを実
現できる。さらに、蒸気発生部を設けたことにより高信
頼で高画質な印字が可能なインクジェット記録ヘッドを
実現できる。また、小型で安価な記録ヘッドを実現でき
るようにもなる。また、低周波で駆動できるためエネル
ギー効率が良く、よって使用できるインクの物性範囲を
広くでき、各種の印字用途に適用することができるイン
クジェット記録ヘッドを実現できる。
As described above, according to the present invention, unlike the conventional ink-jet technology, it is possible to discharge a minute drop without using a nozzle, and to drive at a lower frequency than the conventional nozzle-less ink-jet technology. By this, it is possible to discharge a small drop corresponding to high resolution,
It is possible to realize an ink jet recording head that eliminates instability of ink ejection such as ink clogging and fluctuation of the ink ejection direction. Further, the provision of the steam generating section makes it possible to realize an ink jet recording head capable of printing with high reliability and high image quality. In addition, a small and inexpensive recording head can be realized. In addition, since the ink can be driven at a low frequency, the energy efficiency is good, the physical properties of usable ink can be widened, and an ink jet recording head applicable to various printing applications can be realized.

【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
録ヘッドで用いるキャピラリ波による吐出機構を説明す
るための断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a discharge mechanism using a capillary wave used in 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
録ヘッドの基本的構成を説明する断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a basic configuration of an inkjet recording head according to an 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
録ヘッドの基本的構成を説明する正面図である。
FIG. 3 is a front view illustrating a basic configuration of an inkjet recording head according to an 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
録ヘッドの概略の構成を説明する断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an inkjet recording head according to an 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
録ヘッドの概略の構成を説明する正面図である。
FIG. 5 is a front view illustrating a schematic configuration of an inkjet recording head according to an 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
録ヘッドの蒸気発生部の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a vapor generating section of the inkjet recording head according to one embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施の形態によるインクジェット記
録ヘッドの蒸気発生部の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a steam generating section of the inkjet recording head according to one 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
録ヘッドの構成の変形例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a modification of the configuration of the inkjet recording head according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施の形態によるインクジェット記
録ヘッドの蒸気発生部の変形例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a modified example of the steam generating section of the inkjet recording head according to one embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施の形態による実施例1のイン
クジェット記録ヘッドの概略の構成を説明する断面図で
ある。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an inkjet recording head of Example 1 according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施の形態による実施例1のイン
クジェット記録ヘッドの概略の構成を説明する正面図で
ある。
FIG. 11 is a front view illustrating a schematic configuration of an inkjet recording head of Example 1 according to an embodiment of the present invention.

【図12】本発明の一実施の形態による実施例1のイン
クジェット記録装置の概略の構成を説明する斜視図であ
る。
FIG. 12 is a perspective view illustrating a schematic configuration of an inkjet recording apparatus of Example 1 according to an embodiment of the present invention.

【図13】本発明の一実施の形態による実施例2のイン
クジェット記録ヘッドの概略の構成を説明する断面図で
ある。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an inkjet recording head of Example 2 according to an embodiment of the present invention.

【図14】本発明の一実施の形態による実施例2のイン
クジェット記録ヘッドの概略の構成を説明する正面図で
ある。
FIG. 14 is a front view illustrating a schematic configuration of an inkjet recording head of Example 2 according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動板 2 圧電セラミック薄膜 3、4 電極 5 弾性部材 6 インク 7 インク面 8 吐出ドロップ 9 振動子 10 保護膜 20 保持部材 21 支持部 25 インク室 26 インク室構成部材 27 吐出開口部 28 インク供給開口部 29 インク面保持部材 33 記録ヘッド 34 キャリッジ 35 ローラー 36 印字紙 37 記録装置 38 インクタンク 102 フィルター 103 インクタンク 104 信号接続コネクタ 120 外部駆動部 200 振動発生部 201 振動支持部材 202 蒸気発生部 203 蒸発抑制部材 205 成分液リザーバー 206 成分液 207 開口 208 供給管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration plate 2 Piezoelectric ceramic thin film 3, 4 Electrode 5 Elastic member 6 Ink 7 Ink surface 8 Discharge drop 9 Vibrator 10 Protective film 20 Holding member 21 Support part 25 Ink chamber 26 Ink chamber constituent member 27 Discharge opening 28 Ink supply opening Unit 29 Ink surface holding member 33 Recording head 34 Carriage 35 Roller 36 Printing paper 37 Recording device 38 Ink tank 102 Filter 103 Ink tank 104 Signal connector 120 External drive unit 200 Vibration generator 201 Vibration support member 202 Vapor generator 203 Evaporation suppression Member 205 Component liquid reservoir 206 Component liquid 207 Opening 208 Supply pipe

Claims (5)

【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片持ち梁
構造の弾性部材と、 前記弾性部材近傍に配置される蒸気発生手段とを備え、 前記蒸気発生手段によりインクの蒸発を抑制しつつ、前
記弾性部材の振動により前記インク表面にキャピラリ波
を生成して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 unit that vibrates in response to a pixel signal; an elastic member having a cantilever structure that bends and vibrates in response to excitation of the vibration generating unit; and a steam generating unit disposed near the elastic member. An ink jet method comprising: generating a capillary wave on the surface of the ink by vibrating the elastic member while causing the ink to evaporate by the vapor generating means, causing the ink to fly and adhere to a recording medium. Recording head.
【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、 前記蒸気発生手段は、前記インクの少なくとも1成分を
含む蒸気を発生することを特徴とするインクジェット記
録ヘッド。
2. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said vapor generating means generates vapor containing at least one component of said ink.
【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、 前記インクは水性インクであり、前記蒸気発生手段は、
水蒸気を発生す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 the ink is a water-based ink, and
An ink jet recording head that generates water vapor.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載のインク
ジェット記録ヘッドにおいて、 前記蒸気発生手段は、多孔性部材を含むことを特徴とす
るインクジェット記録ヘッド。
4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein said vapor generating means includes a porous member.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載のインク
ジェット記録ヘッドにおいて、 前記蒸気発生手段は、蒸気を発生する表面の少なくとも
一部に凹凸が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。
5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein said vapor generating means has irregularities formed on at least a part of a surface for generating vapor. head.
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