JPH1191095A - Ink jet recording apparatus - Google Patents
Ink jet recording apparatusInfo
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- JPH1191095A JPH1191095A JP25573097A JP25573097A JPH1191095A JP H1191095 A JPH1191095 A JP H1191095A JP 25573097 A JP25573097 A JP 25573097A JP 25573097 A JP25573097 A JP 25573097A JP H1191095 A JPH1191095 A JP H1191095A
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明はインク液を液滴化し
て被記録体上に飛翔させることにより画像を記録するイ
ンクジェット記録装置に係り、特に圧電素子により放射
される超音波ビームの圧力によりインク滴を吐出させて
被記録体上に飛翔させるインクジェット記録装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording apparatus for recording an image by forming ink droplets into droplets and flying them onto a recording medium. The present invention relates to an ink jet recording apparatus that ejects droplets to fly on a recording medium.
【0002】[0002]
【従来の技術】インク液を液滴化して被記録媒体上に飛
翔させることにより画点を形成し画像を記録する装置
は、インクジェットプリンタとして実用化されている。
このインクジェットプリンタは他の記録方式と比べて騒
音が少なく、現像や定着などの処理が不要であるという
利点を有し、普通紙記録技術として注目されている。現
在までに数多くのインクジェットプリンタの方式が提案
されているが、特に、特公昭56−9429号公報や特
公昭61−59911号公報等に開示されている発熱体
の熱により発生する蒸気の圧力でインク滴を飛翔させる
方式、および特公昭53−12138号公報等に開示さ
れている圧電体の変位による圧力パルスによりインク滴
を飛翔させる方式が代表的なものである。2. Description of the Related Art An apparatus for forming an image point and recording an image by forming an ink droplet into droplets and flying on a recording medium has been put to practical use as an ink jet printer.
This ink-jet printer has the advantages that it has less noise than other recording methods and does not require processing such as development and fixing, and has thus attracted attention as a plain paper recording technique. Many ink jet printer systems have been proposed up to now. In particular, the pressure of steam generated by the heat of the heating element disclosed in Japanese Patent Publication No. 56-9429 and Japanese Patent Publication No. 61-59911 is disclosed. Representative methods include a method of flying ink droplets and a method of flying ink droplets by a pressure pulse due to displacement of a piezoelectric body disclosed in Japanese Patent Publication No. 53-12138.
【0003】しかし、これらの方式では溶媒の蒸発や揮
発によって局部的にインクの濃縮が生じやすく、また、
それぞれの解像度に対応する個別のノズルが細いため、
ノズルに目詰まりを生じやすいという問題がある。特
に、蒸気の圧力を利用する方式では、インクとの熱的あ
るいは化学的な反応等により生じる不溶物の付着が、ま
た圧電体の変位による圧力を利用する方式では、インク
流路等における複雑な構造がさらに目詰まりを誘起しや
すくしている。数十から百数十のノズルを使用している
シリアル走査型のへッドではその目詰まりの頻度を低く
抑えることができるが、数千のノズルを必要とするライ
ン走査型ヘッドでは確率的にかなり高い頻度で目詰まり
が発生し、信頼性の点で大きな問題となっている。さら
に、これらの方式は解像度の向上には適していないとい
う欠点もある。[0003] However, in these systems, local concentration of the ink tends to occur locally due to evaporation and volatilization of the solvent.
Because the individual nozzle corresponding to each resolution is thin,
There is a problem that the nozzle is easily clogged. In particular, in the method using the pressure of the vapor, the adhesion of insoluble matter caused by a thermal or chemical reaction with the ink or the like, and in the method using the pressure due to the displacement of the piezoelectric body, complicated methods in the ink flow path or the like are used. The structure makes it easier to induce clogging. Serial scanning heads using tens to hundreds of tens of nozzles can reduce the frequency of clogging, but line scanning heads that require thousands of nozzles have a stochastic probability. Clogging occurs at a very high frequency, which is a major problem in terms of reliability. Further, these systems have a disadvantage that they are not suitable for improving the resolution.
【0004】これらの欠点を克服するために、薄膜の圧
電体から発生する超音波ビームの圧力を用いてインク液
面からインク滴を飛翔させるという、超音波を用いる方
式が提案されている(IBM TDB,vol.16,
No.4,1168頁(1973−10)、特開昭63
一162253号公報、特開昭63−166548号、
特開昭63−312157号公報、特開平2−1844
43号公報等参照)。この方式は個別のドット毎のノズ
ルやインク流路間の隔壁を必要としないいわゆるノズル
レス方式であるために、ラインヘッド化する上での大き
な障害であった目詰まりやそれからの復旧という問題が
ない。また、この方式では、非常に小さい径のインク滴
を安定に飛翔させることができるため、高解像度化にも
適している。しかし、これら超音波を用いる方式ではイ
ンク滴の飛翔効率が低く、そのため画像記録速度を向上
させることができないという問題がある。In order to overcome these drawbacks, there has been proposed a system using ultrasonic waves in which ink droplets fly from an ink liquid surface using the pressure of an ultrasonic beam generated from a thin-film piezoelectric material (IBM). TDB, vol.
No. 4,1168 (1973-10), JP-A-63
JP-A-162253, JP-A-63-166548,
JP-A-63-212157, JP-A-2-1844
43, etc.). Since this method is a so-called nozzleless method that does not require a nozzle for each individual dot or a partition wall between ink flow paths, there is no problem of clogging and recovery from it, which was a major obstacle in forming a line head. . In addition, this method can stably fly an ink droplet having a very small diameter, and is therefore suitable for high resolution. However, the method using these ultrasonic waves has a problem that the flying efficiency of the ink droplets is low, so that the image recording speed cannot be improved.
【0005】さらに、従来の超音波方式インクジェット
記録装置の代表的なヘッド構造においては、超音波集束
手段を構成する音響レンズ、特にフレネルレンズが、イ
ンク液を収容・保持するインク液保持室の支持部材とし
ても機能させているため、機械的強度を持たせる点か
ら、圧電体に比べて十分厚く、インク液の深さに比べて
もそれと同じかそれ以上の厚さを有している。このよう
な構造では、圧電素子から放射された超音波は、フレネ
ルレンズが厚いために、その内部を伝播する際に大きな
減衰や散乱を生じてしまい、効率よく超音波をインク液
中に放射することが難しい。特に、小径のインク滴を飛
翔させるために高周波の超音波を放射させた場合におい
ては、フレネルレンズ中での超音波の減衰や散乱の影響
は著しく大きい。Further, in a typical head structure of a conventional ultrasonic type ink jet recording apparatus, an acoustic lens, particularly a Fresnel lens, which constitutes an ultrasonic focusing means has a support for an ink liquid holding chamber for containing and holding an ink liquid. Since it also functions as a member, it is sufficiently thicker than the piezoelectric body in terms of imparting mechanical strength, and has the same thickness or more than the depth of the ink liquid. In such a structure, the ultrasonic waves radiated from the piezoelectric element cause large attenuation and scattering when propagating inside the Fresnel lens due to the thick Fresnel lens, and the ultrasonic waves are efficiently radiated into the ink liquid. It is difficult. In particular, when high-frequency ultrasonic waves are radiated to fly small-diameter ink droplets, the effects of attenuation and scattering of ultrasonic waves in the Fresnel lens are extremely large.
【0006】また、フレネルレンズ内部で発生する乱反
射によって超音波が有効レンズ部分以外の部分からイン
ク液中に照射されてしまうという問題もある。これを解
決するために、フレネルレンズの有効レンズ部分以外の
部分がインク液に直接接しないようにインク室の側壁等
で覆うことが行われている。しかし、このように有効レ
ンズ部分の近傍にインク室等のある種の障害物を設ける
と、インク液中に放射された超音波がインク液/障害物
の界面で強く反射され、他の超音波と干渉しあってその
集束が妨害されてしまう。Another problem is that ultrasonic waves are irradiated into the ink liquid from portions other than the effective lens portion due to irregular reflection generated inside the Fresnel lens. In order to solve this, a portion other than the effective lens portion of the Fresnel lens is covered with a side wall of an ink chamber or the like so as not to come into direct contact with the ink liquid. However, if a certain obstacle such as an ink chamber is provided near the effective lens portion in this way, the ultrasonic waves radiated into the ink liquid are strongly reflected at the interface between the ink liquid and the obstacle, and other ultrasonic waves are emitted. Interfere with each other and the focusing is disturbed.
【0007】このように、従来の方式および構造では、
効率よくインク滴を飛翔させることが困難であり、その
ために余分な電圧を圧電素子に印加する必要があり、ま
た、電圧印加時間を長くする必要もある。その結果、消
費電力が大きくなり、また、画像記録スピードを上げる
ことができないという問題も生じている。As described above, in the conventional system and structure,
It is difficult to make ink droplets fly efficiently, and therefore, it is necessary to apply an extra voltage to the piezoelectric element, and it is necessary to lengthen the voltage application time. As a result, power consumption is increased, and the image recording speed cannot be increased.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の問題
を解決しようとするものであり、超音波を用いつつ少な
い消費電力でインク滴の飛翔効率を向上させ、もって圧
電素子を駆動してからインク滴が飛翔するまでの時間を
短くし、記録スピードの高速化を図ることを課題とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem by improving the flying efficiency of ink droplets with low power consumption while using ultrasonic waves, thereby driving the piezoelectric element. It is an object of the present invention to shorten the time from when the ink droplet flies to the ink droplet and to increase the recording speed.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第1に、インク液を保持するインク液保
持室と、それぞれ圧電体およびこの圧電体の両面に対向
して配置された一対の第1および第2の電極からなる複
数の圧電素子を含み、前記インク液と音響的に接続され
る超音波発生手段と、前記超音波発生手段を駆動する駆
動手段と、前記超音波発生手段上に形成され、前記超音
波発生手段から発生される超音波を前記インク液の液面
近傍に集束させる超音波集束レンズ部材を含む超音波集
束手段とを具備するインクジェット記録装置において、
前記一対の電極のうち、第1の電極は、圧電素子の配列
方向と直交する方向における各端が第2の電極の対応す
る各端から前記圧電素子の厚さに相当する長さ以下の圧
電体表面領域に存在し、圧電素子の配列方向と直交する
方向における第2の電極の前記各端部に対応する領域に
は、超音波を遮蔽する第1および第2の遮音部材がそれ
ぞれ設けられていることを特徴とするインクジェット記
録装置を提供する。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention firstly provides an ink liquid holding chamber for holding an ink liquid, a piezoelectric body and a piezoelectric body which is opposed to both surfaces of the piezoelectric body. An ultrasonic wave generating means including a plurality of piezoelectric elements formed of a pair of first and second electrodes and acoustically connected to the ink liquid; a driving means for driving the ultrasonic wave generating means; An ultrasonic focusing means including an ultrasonic focusing lens member formed on a sound wave generating means and focusing an ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generating means near a liquid surface of the ink liquid;
Of the pair of electrodes, the first electrode has a piezoelectric element whose end in a direction orthogonal to the arrangement direction of the piezoelectric elements has a length equal to or less than a length corresponding to the thickness of the piezoelectric element from each corresponding end of the second electrode. First and second sound insulating members for shielding ultrasonic waves are provided in regions corresponding to the respective ends of the second electrode in a direction orthogonal to the arrangement direction of the piezoelectric elements, which are present in the body surface region. An ink jet recording apparatus is provided.
【0010】本発明は、第2に、インク液を保持するイ
ンク液保持室と、それぞれ圧電体およびこの圧電体の両
面に対向して配置された一対の第1および第2の電極か
らなる複数の圧電素子を含み、前記インク液と音響的に
接続される超音波発生手段と、前記超音波発生手段を駆
動する駆動手段と、前記超音波発生手段上に形成され、
前記超音波発生手段から発生される超音波を前記インク
液の液面近傍に集束させる超音波集束レンズ部材を含む
超音波集束手段とを具備するインクジェット記録装置に
おいて、前記一対の電極のうち、第1の電極は、圧電素
子の配列方向と直交する方向における各端が第2の電極
の対応する各端から前記圧電素子の厚さに相当する長さ
を超える圧電体表面領域に存在することを特徴とするイ
ンクジェット記録装置を提供する。この場合、超音波集
束レンズ部材の有効レンズ口径WL と、圧電体の厚さT
P と、副走査方向における一対の対向電極の重なり幅W
Eが、下記式 WL ≧WE +2TP (1) で示される関係を満足することが好ましい。According to the present invention, secondly, there are provided an ink liquid holding chamber for holding an ink liquid, and a plurality of piezoelectric members each comprising a piezoelectric member and a pair of first and second electrodes disposed opposite to both surfaces of the piezoelectric member. Including a piezoelectric element, ultrasonic generating means acoustically connected to the ink liquid, driving means for driving the ultrasonic generating means, formed on the ultrasonic generating means,
An ink jet recording apparatus comprising: an ultrasonic focusing means including an ultrasonic focusing lens member that focuses an ultrasonic wave generated from the ultrasonic wave generating means near a liquid surface of the ink liquid; The first electrode has a structure in which each end in a direction orthogonal to the direction in which the piezoelectric elements are arranged is present in a piezoelectric body surface region exceeding a length corresponding to the thickness of the piezoelectric element from a corresponding end of the second electrode. An ink jet recording apparatus is provided. In this case, the effective lens aperture W L of the ultrasound focusing lens member, the thickness T of the piezoelectric
P and the overlap width W of the pair of counter electrodes in the sub-scanning direction
E is preferably satisfy the relationship represented by the following formula W L ≧ W E + 2T P (1).
【0011】本発明において、上記超音波集束レンズ部
材は、フレネルレンズを含むことが好ましい。また、本
発明において、前記超音波集束レンズ部材は、音響マッ
チング層としての機能をも有することが望ましい。In the present invention, the ultrasonic focusing lens member preferably includes a Fresnel lens. In the present invention, it is preferable that the ultrasonic focusing lens member also has a function as an acoustic matching layer.
【0012】本発明者等は、超音波ビームの放射圧によ
りインク液面からインク滴を吐出させて被記録体上に飛
翔させて画像を記録するインクジェット記録装置におい
て、従来の方式では達成できなかった記録スピードの高
速化や高解像度化を図るために、複数の圧電素子を所定
の間隔で配置し、その一部の圧電素子群(駆動素子群)
に所定の位相差を与えて駆動することによってインク液
面近傍に超音波ビームを集束させてインク滴を飛翔さ
せ、駆動素子群を所定方向に移動させる駆動手段(リニ
ア電子走査手段)を具備したインクジェット記録装置を
提案している。The present inventors have found that an ink jet recording apparatus which discharges ink droplets from the ink liquid surface by the radiation pressure of an ultrasonic beam and flies over a recording medium to record an image cannot be achieved by a conventional method. In order to increase the recording speed and increase the resolution, a plurality of piezoelectric elements are arranged at predetermined intervals, and some of the piezoelectric elements (drive elements)
And a driving means (linear electronic scanning means) for converging an ultrasonic beam near the ink liquid surface to fly an ink droplet by moving the driving element group in a predetermined direction by applying a predetermined phase difference to the ink. An inkjet recording device has been proposed.
【0013】また、上記従来のインクジェット記録装置
において音響レンズの厚さが厚い故に生じるレンズ中で
の超音波の減衰や散乱による飛翔効率の低下を抑えるた
めに、音響レンズからその支持機能を分離して、音響レ
ンズとは別に、圧電素子の裏面に支持部材を設ける構造
を提案している。この場合、音響レンズ、特にフレネル
レンズは支持部材としての機能を併せ持つ必要がないこ
とから、その厚さは超音波集束のための必要最小限でよ
く、圧電体と同等の厚さで、インク液の深さに比べ十分
薄い厚さでよいこととなる。これにより、音響レンズ中
での超音波の減衰や散乱は無視できるほど低減すること
ができ、インク液滴の飛翔効率を向上させ、もって記録
スピードの高速化を図ることができる。超音波集束手段
をフレネルレンズで構成する場合、その凹凸の厚みをそ
れぞれフレネルレンズ中の超音波の波長の(2n+1)
/4倍(nは0以上の整数)に近くなるように設定し、
かつフレネルレンズ材料として圧電体の音響インピーダ
ンスとインク液のそれとの積の平方根に近い音響インピ
ーダンス値を有する材料を用いることにより、フレネル
レンズに音響マッチング層としての機能も兼ね備えさせ
ることができる。これにより、界面での超音波の反射が
低減され、より飛翔効率を改善することができる。Further, in order to suppress a decrease in flying efficiency due to attenuation and scattering of ultrasonic waves in the lens caused by a thick acoustic lens in the above-mentioned conventional ink jet recording apparatus, its supporting function is separated from the acoustic lens. Thus, a structure has been proposed in which a support member is provided on the back surface of a piezoelectric element separately from an acoustic lens. In this case, since the acoustic lens, particularly the Fresnel lens, does not need to have a function as a supporting member, the thickness thereof may be the minimum necessary for focusing the ultrasonic wave, and the thickness is equivalent to the thickness of the piezoelectric body. It is sufficient that the thickness is sufficiently smaller than the depth. As a result, attenuation and scattering of ultrasonic waves in the acoustic lens can be reduced to a negligible level, so that the flying efficiency of ink droplets can be improved, and the recording speed can be increased. When the ultrasonic focusing means is composed of a Fresnel lens, the thickness of the unevenness is set to (2n + 1) of the wavelength of the ultrasonic wave in the Fresnel lens.
/ 4 times (n is an integer of 0 or more)
In addition, by using a material having an acoustic impedance value close to the square root of the product of the acoustic impedance of the piezoelectric body and that of the ink liquid as the Fresnel lens material, the Fresnel lens can also have a function as an acoustic matching layer. Thereby, the reflection of the ultrasonic wave at the interface is reduced, and the flying efficiency can be further improved.
【0014】しかし、圧電体にその幅全体に渡って対向
電極を形成し、その上に圧電体と同じ幅の有効レンズ口
径を有する超音波集束レンズ部材を形成する従来の構造
では、圧電体を所定形状に加工する際に圧電体の切断部
近傍で脱分極等に起因して特性劣化が生じやすいという
ことが見い出された。また、そのような構造では、圧電
体の端部における対向電極位間で短絡が生じやすいとい
うこともわかった。However, in a conventional structure in which a counter electrode is formed on the piezoelectric body over the entire width thereof and an ultrasonic focusing lens member having an effective lens diameter of the same width as the piezoelectric body is formed thereon, the piezoelectric body is It has been found that when processed into a predetermined shape, characteristic deterioration is likely to occur due to depolarization or the like near the cut portion of the piezoelectric body. In addition, it has been found that such a structure easily causes a short circuit between the opposing electrode positions at the ends of the piezoelectric body.
【0015】そこで、本発明者らは、圧電体の幅および
超音波集束レンズ部材の有効レンズ口径に対する対向電
極の幅の影響等について鋭意研究したところ、一対の電
極のうち、一方の電極(第1の電極)は、圧電素子の配
列方向と直交する方向(副走査方向)における各端が他
方の電極(第2の電極)の対応する各端から圧電素子の
厚さに相当する長さ以下の圧電体表面領域に存在するよ
うに設け、かつ副走査方向における第2の電極の各端部
に対応する領域には、超音波を遮蔽する第1および第2
の遮音部材をそれぞれ設けることにより、脱分極等に起
因する特性劣化、例えば、メインビーム位置(焦点位
置)以外の場所で強いサイドローブが発生し超音波集束
が妨害されることによるインク液滴の飛翔効率の低下を
防止できることを見い出した。この場合、第1の電極
は、第2の電極よりも短く形成することができるし、あ
るいは第2の電極と同等の長さに形成することもでき
る。The inventors of the present invention have conducted intensive studies on the influence of the width of the counter electrode on the width of the piezoelectric body and the effective lens aperture of the ultrasonic focusing lens member. The first electrode has a length equal to or less than the length corresponding to the thickness of the piezoelectric element from each corresponding end of the other electrode (second electrode) in a direction (sub-scanning direction) orthogonal to the arrangement direction of the piezoelectric elements. Are provided so as to be present in the surface area of the piezoelectric body, and the first and second areas for shielding ultrasonic waves are provided in areas corresponding to respective ends of the second electrode in the sub-scanning direction.
Of the ink droplets caused by depolarization or the like, for example, strong side lobes are generated at locations other than the main beam position (focal position) and obstruction of ultrasonic focusing. It has been found that a reduction in flight efficiency can be prevented. In this case, the first electrode can be formed shorter than the second electrode, or can be formed to have the same length as the second electrode.
【0016】さらに、本発明者らは、第1の電極を、そ
の副走査方向における各端が第2の電極の対応する各端
から圧電素子の厚さに相当する長さを超える圧電体表面
領域に存在するように設けることによっても上記脱分極
等に起因する特性劣化を防止し得ることを見い出した。
この場合において、超音波集束レンズ部材の有効レンズ
口径WL と、圧電体の厚さTP と、一対の対向電極の重
なり幅WE が、下記式 (1): WL ≧WE +2TP (1) で示される関係を満足すると、上記サイドローブの発生
を防止できるばかりでなく、圧電体端部における対向電
極間の短絡の発生を抑制できることをさらに見い出し
た。この場合は、超音波集束レンズ部材の幅は、その有
効レンズ領域の幅と等しくすることができ、さらには、
圧電体の幅と等しくすることができる。Further, the present inventors have proposed a method in which the first electrode has a piezoelectric surface whose end in the sub-scanning direction exceeds a length corresponding to the thickness of the piezoelectric element from each corresponding end of the second electrode. It has been found that the property deterioration caused by the depolarization or the like can be prevented by providing the element in the region.
In this case, the effective lens aperture W L of the ultrasound focusing lens member, and the thickness T P of the piezoelectric body, the overlapping width W E of a pair of opposed electrodes, the following formula (1): W L ≧ W E + 2T P It has been further found that satisfying the relationship shown in (1) not only can prevent the occurrence of the side lobe, but also can suppress the occurrence of a short circuit between the opposing electrodes at the end of the piezoelectric body. In this case, the width of the ultrasonic focusing lens member can be equal to the width of its effective lens area, and furthermore,
It can be equal to the width of the piezoelectric body.
【0017】なお、超音波集束レンズがフレネルレンズ
である場合、その中心からの各溝の位置は、当該技術分
野で知られているように、下記式(2)または式(3)
で表されるフレネル輪帯の半径r(a)に相当する位置
に形成される。When the ultrasonic focusing lens is a Fresnel lens, the position of each groove from the center is determined by the following equation (2) or (3) as known in the art.
Is formed at a position corresponding to the radius r (a) of the Fresnel ring zone represented by
【0018】 r(a) =[( 2a-1)λi /2×{F+( 2a-1)λi /8}]1/2 (2) r(a) =(aλi F)1/2 (3) 式(2)および式(3)において、λi はインク液中で
の超音波の波長、Fは焦点距離(インク液の深さ)、a
は、1以上の整数である。[0018] r (a) = [(2a -1) λ i / 2 × {F + (2a-1) λ i / 8}] 1/2 (2) r (a) = (aλ i F) 1 / 2 (3) In equations (2) and (3), λ i is the wavelength of the ultrasonic wave in the ink liquid, F is the focal length (depth of the ink liquid), a
Is an integer of 1 or more.
【0019】本発明において、超音波集束レンズがフレ
ネルレンズである場合、その有効レンズ口径は、形成さ
れた溝の数nに対応する、上記式(2)または(3)で
規定される半径r(n)の2倍に相当する。In the present invention, when the ultrasonic focusing lens is a Fresnel lens, the effective lens aperture is a radius r defined by the above equation (2) or (3) corresponding to the number n of the formed grooves. (N) is equivalent to twice.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。全図に渡り、同一部分は、同一符
号で示されている。図1は、本発明の一実施の形態に係
るインクジェット記録装置の記録ヘッド部の斜視図であ
る。図2は、図1に示すインクジェット記録装置のヘッ
ド部における圧電素子および超音波集束レンズ部材を含
む領域部分を拡大して示す断面図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Throughout the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals. FIG. 1 is a perspective view of a recording head unit of an ink jet recording apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a region including a piezoelectric element and an ultrasonic focusing lens member in a head portion of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
【0021】図1および図2に示すインクジェット記録
装置のヘッド部は、超音波発生手段を構成する平板状圧
電体12を支持部材11上に有する。圧電体12は、超
音波の周波数や素子の大きさ等によってチタン酸鉛(P
T)、ジルコン・ チタン酸鉛(PZT)等のセラミック
材料、フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとの共重合
体等の高分子材料、ニオブ酸リチウム等の単結晶材料、
酸化亜鉛等の圧電性半導体材料で形成することができ
る。また、支持部材11は、ガラス等の材料で形成する
ことができる。The head portion of the ink jet recording apparatus shown in FIGS. 1 and 2 has a flat piezoelectric member 12 constituting an ultrasonic wave generating means on a support member 11. The piezoelectric body 12 is made of lead titanate (P
T), ceramic materials such as zircon / lead titanate (PZT), polymer materials such as a copolymer of vinylidene fluoride and ethylene trifluoride, single crystal materials such as lithium niobate,
It can be formed of a piezoelectric semiconductor material such as zinc oxide. Further, the support member 11 can be formed of a material such as glass.
【0022】圧電体12の下面には、互いに分離した複
数の個別電極13が、それぞれ、形成されている。圧電
体12は、これら個別電極13により、機能的に複数の
圧電素子に区分される。他方、圧電体12の上面には、
一体の共通電極14が形成されている。これら電極13
および14は、チタン、ニッケル、アルミニウム、銅、
金等の金属材料を蒸着やスパッタにより薄膜として形成
することができる。あるいは、これら電極13および1
4は、ガラスフリットを銀ペーストに混合したものをス
クリーン印刷法により印刷し、これを焼き付けることに
よっても形成することができる。個別電極13と共通電
極14の対応部分とが各対向電極を構成する。On the lower surface of the piezoelectric body 12, a plurality of individual electrodes 13 separated from each other are formed. The piezoelectric body 12 is functionally divided into a plurality of piezoelectric elements by the individual electrodes 13. On the other hand, on the upper surface of the piezoelectric body 12,
An integral common electrode 14 is formed. These electrodes 13
And 14 are titanium, nickel, aluminum, copper,
A metal material such as gold can be formed as a thin film by vapor deposition or sputtering. Alternatively, these electrodes 13 and 1
4 can also be formed by printing a glass frit mixed with a silver paste by a screen printing method and baking it. The individual electrode 13 and a portion corresponding to the common electrode 14 constitute each counter electrode.
【0023】また、支持部材11の一端部側には、圧電
体12の下面に形成された個別電極13と同じ間隔で、
複数のアレイ電極15が形成されており、この支持部材
11上の各アレイ電極15と圧電体12下面上の各個別
電極13とは、導電性接着剤を介して整合して圧着さ
れ、電気的に接続されている。支持部材11上のアレイ
電極15は、支持部材11の端部上に配置された駆動回
路16にボンディングワイヤ17によって接続され、圧
電体12の上面に形成された共通電極14も、図示しな
い配線により、駆動回路16に接続されている。On one end side of the support member 11, at the same interval as the individual electrodes 13 formed on the lower surface of the piezoelectric body 12,
A plurality of array electrodes 15 are formed, and each array electrode 15 on the support member 11 and each individual electrode 13 on the lower surface of the piezoelectric body 12 are aligned and pressure-bonded via a conductive adhesive, and It is connected to the. The array electrode 15 on the support member 11 is connected to a drive circuit 16 disposed on an end of the support member 11 by a bonding wire 17, and the common electrode 14 formed on the upper surface of the piezoelectric body 12 is also , Driving circuit 16.
【0024】共通電極14を介して圧電体12全面を覆
うように超音波集束音響レンズ部材18が設けられてい
る。このレンズ部材18には、その中央から対称的な位
置に一対毎にフレネルの輪帯理論に基づいて所定のピッ
チで複数の溝(図1および図2においては、4つの溝1
8a〜18dであり、18aと18b、18cと18d
が対称的に形成されている)が、各個別電極13により
区分された圧電素子の配列方向(主走査方向に相当)に
平行に形成されている。各溝の深さは、溝の上面と底面
から照射される超音波の位相を半波長シフトさせるよう
に、それぞれレンズ部材18中の超音波の波長の(2m
+1)/4倍(mは0以上の整数)に近い値に設定され
ている。溝は、個別電極により区分された圧電素子の配
列方向(主走査方向に相当)に平行に形成される。An ultrasonic focusing acoustic lens member 18 is provided so as to cover the entire surface of the piezoelectric body 12 with the common electrode 14 interposed therebetween. The lens member 18 has a plurality of grooves (four grooves 1 in FIGS. 1 and 2) at a predetermined pitch based on Fresnel's ring theory at a symmetrical position from the center thereof.
8a to 18d, 18a and 18b, 18c and 18d
Are formed symmetrically), but are formed in parallel with the arrangement direction of the piezoelectric elements divided by the individual electrodes 13 (corresponding to the main scanning direction). The depth of each groove is set to (2 m) of the wavelength of the ultrasonic wave in the lens member 18 so that the phase of the ultrasonic wave emitted from the top and bottom surfaces of the groove is shifted by a half wavelength.
+1) / 4 (m is an integer of 0 or more). The groove is formed in parallel with the arrangement direction (corresponding to the main scanning direction) of the piezoelectric elements divided by the individual electrodes.
【0025】本発明において、このフレネルレンズ部材
18は、圧電素子とインク液との音響的マッチングを取
るための音響マッチング層としても機能することが好ま
しい。そのためには、フレネルレンズ部材を音響インピ
ーダンスZm が圧電体の音響インピーダンスZp とイン
ク液の音響インピーダンスZi との積の平方根(Zm=
(Zp ×Zi )1/2 )に近い値を有する材料で形成する
ことが望ましい。そのような材料としては、エポキシ樹
脂、ポリイミド等の高分子材料、あるいはそれら高分子
材料に音響インピーダンスを調整するために繊維または
アルミナもしくはタングステン等の粉末を混合したもの
を例示することができる。In the present invention, it is preferable that the Fresnel lens member 18 also functions as an acoustic matching layer for acoustic matching between the piezoelectric element and the ink liquid. For this purpose, the square root of the product of the Fresnel lens member acoustic impedance Z m and the acoustic impedance Z i of the acoustic impedance Z p and the ink liquid of the piezoelectric body (Z m =
(Z p × Z i) is preferably formed of a material having a value close to 1/2). Examples of such a material include a polymer material such as an epoxy resin and a polyimide, or a mixture of the polymer material with a fiber or a powder such as alumina or tungsten for adjusting acoustic impedance.
【0026】また、支持部材11上には、圧電素子1
2、フレネルレンズ部材18とインク液20を収容する
インク液保持室19が設けられている。このインク液保
持室19は、インク液20を囲む側壁が、フレネルレン
ズの両端から上方に向かって合わさるように傾斜してお
り、その上部は、スリット19aを形成して開口してい
る。On the supporting member 11, the piezoelectric element 1
2. An ink liquid holding chamber 19 for storing a Fresnel lens member 18 and an ink liquid 20 is provided. In the ink liquid holding chamber 19, a side wall surrounding the ink liquid 20 is inclined so as to meet upward from both ends of the Fresnel lens, and the upper part thereof is opened by forming a slit 19a.
【0027】さて、図2に最もよく示されているよう
に、圧電体12の下面に形成された個別電極13は、圧
電体12の幅と同等の長さW1を有する。しかしなが
ら、圧電体12の上面に形成された共通電極14は、図
示の例では、圧電体12よりも短く(長さW2)、圧電
体12の両端部を除いた中央領域部分にのみ形成されて
いる。従って、各圧電素子として機能する圧電体12の
部分は、共通電極14に対応する領域のみとなる。この
場合、共通電極14によって露出された圧電体の各端部
表面領域の長さW3およびW4は、圧電体12の厚さに
相当する長さ以下に設定されている。そして、個別電極
の両端部に対応する領域には、超音波を遮蔽する遮音部
材21aおよび21bがそれぞれ設けられている。図2
に示す例では、この遮音部材21aおよび21bは、圧
電体12の上記露出領域を覆うばかりでなく、共通電極
14の端部上にわたって設けられている。このような遮
音部材21aおよび21bは、レンズ部材18とは異な
る材料であって、圧電体12から放射される超音波を遮
蔽し得る材料、例えば、シリコーン樹脂で形成すること
ができる。As shown best in FIG. 2, the individual electrode 13 formed on the lower surface of the piezoelectric body 12 has a length W1 equal to the width of the piezoelectric body 12. However, in the illustrated example, the common electrode 14 formed on the upper surface of the piezoelectric body 12 is shorter than the piezoelectric body 12 (length W2), and is formed only in the central region excluding both ends of the piezoelectric body 12. I have. Therefore, the portion of the piezoelectric body 12 that functions as each piezoelectric element is only a region corresponding to the common electrode 14. In this case, the lengths W3 and W4 of the end surface regions of the piezoelectric body exposed by the common electrode 14 are set to be equal to or less than the length corresponding to the thickness of the piezoelectric body 12. In regions corresponding to both ends of the individual electrode, sound insulation members 21a and 21b for shielding ultrasonic waves are provided, respectively. FIG.
In the example shown in FIG. 2, the sound insulation members 21a and 21b not only cover the above-mentioned exposed region of the piezoelectric body 12, but are provided over the end of the common electrode 14. Such sound insulation members 21a and 21b are made of a material different from the lens member 18 and can be made of a material capable of shielding ultrasonic waves radiated from the piezoelectric body 12, for example, a silicone resin.
【0028】このような構成をとることにより、共通電
極14の周辺に相当する圧電体部分からも発振され得る
超音波遮蔽することができ、従ってサイドローブの発生
を抑制して効率的なインク液滴の飛翔を行わせることが
できる。しかも、遮音部材21aおよび21bを設けた
圧電体領域の長さは、圧電体12の厚さ以下であるか
ら、レンズ部材18を広く設けることができ、有効な超
音波のより一層の利用を図ることもできる。また、共通
電極14を越えた部分の圧電体12の領域が、遮音部材
21aおよび21bにより覆われているので、共通電極
14と個別電極13との間の短絡も防止される。By adopting such a structure, it is possible to shield the ultrasonic wave which can be oscillated from the piezoelectric portion corresponding to the periphery of the common electrode 14, so that the generation of the side lobe is suppressed and the efficient ink liquid is formed. Droplets can be made to fly. In addition, since the length of the piezoelectric body region where the sound insulation members 21a and 21b are provided is equal to or less than the thickness of the piezoelectric body 12, the lens member 18 can be provided widely, and further effective use of ultrasonic waves is achieved. You can also. Further, since the region of the piezoelectric body 12 beyond the common electrode 14 is covered with the sound insulating members 21a and 21b, a short circuit between the common electrode 14 and the individual electrode 13 is also prevented.
【0029】次に、上記インクジェット記録装置におけ
る超音波の集束方法および圧電素子の駆動方法の一例を
説明する。圧電素子11の配列方向(主走査方向)にお
ける超音波の集束方法は、個別電極13により個別アレ
イ状に動作される圧電体12からなる圧電素子の一部の
圧電素子群(同時駆動素子群)に対して所定の遅延時間
を設定してそれらを同時に駆動し、そのとき各圧電素子
から放射される超音波の位相を制御して、インク液面近
傍で超音波の強度が局所的に強くなるように、すなわち
焦点を結ぶように動作させる。具体的には同時駆動素子
群の中心部の遅延時間が最も長く、外側に向かうにつれ
て徐々に遅延時間を短くするものである。一方、アレイ
状の圧電素子の配列方向に対して直行する方向(本発明
において、副走査方向という)における超音波の集束方
法は、音響レンズ、ここではフレネルレンズ18によっ
て行う。このように二方向からの超音波の集束により、
インク液面上の任意の位置から超音波の圧力でインク滴
を吐出、飛翔させる。インク滴の飛翔位置は、同時に駆
動する圧電素子群を電子的に走査することにより、変え
ることが可能である。さらに、アレイ状に配列された圧
電素子の中で、前記同時駆動素子群を複数個設けること
により同時に複数のインク滴を飛翔させることができ
る。Next, an example of a method of focusing ultrasonic waves and a method of driving a piezoelectric element in the above-described ink jet recording apparatus will be described. The method of focusing ultrasonic waves in the arrangement direction (main scanning direction) of the piezoelectric elements 11 is based on a partial piezoelectric element group (simultaneous driving element group) of the piezoelectric elements composed of the piezoelectric bodies 12 operated by the individual electrodes 13 in an individual array. , A predetermined delay time is set for them, and they are simultaneously driven. At that time, the phase of the ultrasonic wave radiated from each piezoelectric element is controlled, and the intensity of the ultrasonic wave becomes locally strong near the ink liquid level. , That is, to focus. Specifically, the delay time at the center of the simultaneous driving element group is the longest, and the delay time is gradually reduced toward the outside. On the other hand, a method of focusing ultrasonic waves in a direction perpendicular to the arrangement direction of the arrayed piezoelectric elements (in the present invention, referred to as a sub-scanning direction) is performed by an acoustic lens, here, a Fresnel lens 18. By focusing the ultrasonic waves from two directions,
Ink droplets are ejected and fly from any position on the ink surface with ultrasonic pressure. The flying position of the ink droplet can be changed by electronically scanning the piezoelectric elements that are driven simultaneously. Further, by providing a plurality of the simultaneous driving element groups among the piezoelectric elements arranged in an array, a plurality of ink droplets can be caused to fly at the same time.
【0030】もう一つは、フレネル輪帯論に基づいて、
同時駆動素子数を2種類にグループ分けし、一方を駆動
するタイミングを他方に対し位相をπだけシフトとする
というものである。これをフレネル駆動と呼ぶことにす
る。The other is based on the Fresnel zone theory,
The number of simultaneously driven elements is divided into two groups, and the timing of driving one is shifted by π in phase with respect to the other. This is called Fresnel driving.
【0031】なお、副走査方向の超音波集束度合が強け
れば、主走査方向は複数素子を同時に駆動するのみで、
遅延時間を与えて集束させなくてもインク滴は飛翔する
ので、遅延時間を与えなくてもよい。If the degree of convergence of ultrasonic waves in the sub-scanning direction is high, only a plurality of elements are simultaneously driven in the main scanning direction.
Even if the ink droplets fly without giving a delay time to converge, there is no need to give a delay time.
【0032】図3は、本発明の第2の実施の形態に係る
ものであって、レンズ部材18が、共通電極14をその
両端において越えて形成されている以外は、図1および
図2に示すインクジェット記録装置のヘッド部と同様の
ヘッド部の斜視図を示すものである。この場合も圧電体
12の露出表面を覆うように、遮音部材21aおよび2
1bが設けられている。FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention, and is different from FIGS. 1 and 2 except that the lens member 18 is formed beyond the common electrode 14 at both ends. FIG. 3 is a perspective view of a head unit similar to the head unit of the illustrated inkjet recording apparatus. Also in this case, the sound insulation members 21a and 21a
1b is provided.
【0033】図4は、共通電極14を個別電極13の長
さと同等の幅で形成した以外は、図1および図2に示す
インクジェット記録装置のヘッド部と同様のヘッド部を
示すものである。この場合、遮音部材21a、21b
は、共通電極14の少なくとも端部を覆うように形成さ
れている。このように、共通電極14を個別電極13の
長さと同等の幅で形成することにより、超音波の発振領
域を拡大することができる。FIG. 4 shows a head similar to the head of the ink jet recording apparatus shown in FIGS. 1 and 2, except that the common electrode 14 is formed with a width equal to the length of the individual electrode 13. In this case, the sound insulating members 21a, 21b
Are formed so as to cover at least the end of the common electrode 14. As described above, by forming the common electrode 14 with a width equal to the length of the individual electrode 13, the oscillation region of the ultrasonic wave can be expanded.
【0034】なお、図2から図4において、遮音部材2
1aおよび21bの少なくとも1つをインク液保持室1
9のインク液20を囲む側壁で構成することも可能であ
る。図5は、遮音部材21a、21bをレンズ部材18
と同じ材料で形成するが、その厚さを超音波の波長より
も大きな厚さ(例えば、60μmより大きな厚さ)に設
定することにより形成された以外は、図1および図2に
おける示すインクジェット記録装置のヘッド部と同様の
ヘッド部を示すものである。It should be noted that, in FIGS.
At least one of the ink liquid holding chambers 1a and 21b.
It is also possible to use a side wall surrounding the 9 ink liquid 20. FIG. 5 shows that the sound insulation members 21 a and 21 b are connected to the lens member 18.
1 and 2 except that the thickness is set to a thickness larger than the wavelength of the ultrasonic wave (for example, a thickness larger than 60 μm). 3 shows a head unit similar to the head unit of the apparatus.
【0035】なお、図5における形態について、図3に
示す配置構造のレンズ部材が共通電極をその両端におい
て越えて形成されていてもよい。図6は、遮音部材21
aおよび21bを図5に示す形態で形成した以外は、図
4に示すインクジェット記録装置のヘッド部と同様のヘ
ッド部を示すものである。In the embodiment shown in FIG. 5, the lens member having the arrangement shown in FIG. 3 may be formed to extend beyond the common electrode at both ends. FIG. 6 shows the sound insulating member 21.
5 shows a head unit similar to the head unit of the ink jet recording apparatus shown in FIG. 4, except that a and 21b are formed in the form shown in FIG.
【0036】図7は、遮音部材21aおよび21bをレ
ンズ部材の表面を粗面化(それぞれ、符号211a、2
11bで示す)して構成した以外は、図1および図2に
示すインクジェット記録装置のヘッド部と同様のヘッド
部を示すものである。FIG. 7 shows that the sound insulation members 21a and 21b are roughened on the surface of the lens member (reference numerals 211a and 211a, respectively).
11b), and shows a head unit similar to the head unit of the ink jet recording apparatus shown in FIGS.
【0037】なお、図7における形態について、図3に
示す配置構造のレンズ部材が共通電極をその両端におい
て越えて形成されていてもよい。図8は、遮音部材21
aおよび21bを図7の場合と同様にレンズ部材の表面
を粗面化(それぞれ、符号211a、211bで示す)
して構成した以外は、図4に示すインクジェット記録装
置のヘッド部と同様のヘッド部を示すものである。In the embodiment shown in FIG. 7, the lens member having the arrangement shown in FIG. 3 may be formed to extend beyond the common electrode at both ends. FIG. 8 shows the sound insulating member 21.
The surfaces of the lens members a and 21b are roughened as in the case of FIG. 7 (represented by reference numerals 211a and 211b, respectively).
Except for the configuration, a head unit similar to the head unit of the ink jet recording apparatus shown in FIG. 4 is shown.
【0038】図9および図10には、本発明のさらに別
の実施の形態に係るインクジェット記録装置が示され、
図10は、図9に示すインクジェット記録装置の圧電素
子および超音波集束レンズ部材を含む領域部分を拡大し
て示す断面図である。図1および図2と同様の箇所は、
同一符号をもって示し、その詳細は、図1および図2に
おいて説明した通りのものである。FIGS. 9 and 10 show an ink jet recording apparatus according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an enlarged sectional view showing a region including a piezoelectric element and an ultrasonic focusing lens member of the ink jet recording apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 2,
The same reference numerals are used, and the details are the same as those described with reference to FIGS.
【0039】この記録装置においては、図10に最もよ
く示されているように、共通電極14の長さWE は、個
別電極13の長さW1よりも短く、この共通電極により
露出された圧電体12の端部表面領域の長さW3’およ
びW4’は、圧電体の厚さに相当する長さよりも長い長
さを有する。このようにすると、遮音部材を設けること
なく、図1ないし図8に関して説明したインクジェット
記録装置と同様の効果を得ることができる。In this recording apparatus, as best shown in FIG. 10, the length WE of the common electrode 14 is shorter than the length W1 of the individual electrode 13, and the piezoelectric material exposed by the common electrode The lengths W3 'and W4' of the twelve end surface regions have a length longer than the length corresponding to the thickness of the piezoelectric body. In this case, the same effects as those of the ink jet recording apparatus described with reference to FIGS. 1 to 8 can be obtained without providing a sound insulating member.
【0040】さらに、図9および図10に示す例では、
個別電極のレンズ部材18には、溝18a〜18dに加
えて、共通電極14を越えた両端部領域にもフレネルの
輪帯理論に基づいて溝18e〜18jが形成され、レン
ズ部材18の有効レンズ領域18eff の幅(有効レンズ
口径)は、個別電極13と共通電極14との副走査方向
における重なり幅(この場合、共通電極14の副走査方
向の幅)よりも所定の程度だけ大きくされている。Further, in the examples shown in FIGS. 9 and 10,
In addition to the grooves 18a to 18d, grooves 18e to 18j are formed in both end regions beyond the common electrode 14 on the lens member 18 of the individual electrode based on Fresnel's ring theory. The width of the area 18 eff (effective lens diameter) is set to be larger than the overlapping width of the individual electrode 13 and the common electrode 14 in the sub-scanning direction (in this case, the width of the common electrode 14 in the sub-scanning direction) by a predetermined degree. I have.
【0041】より具体的には、図10に示すように、圧
電体12には、個別電極13および14が図1および図
2に説明した通りに形成され、レンズ部材18も図1お
よび図2に説明した通りに形成されるが、フレネルレン
ズ溝が上に述べたように共通電極14の領域を越えて形
成されている結果、レンズ部材18の有効レンズ口径W
L は、共通電極14の副走査方向の幅WE よりも大きく
されている。この場合、有効レンズ口径が大きくなる程
度は、圧電体12の厚さTP によっても規定されること
が重要であることがわかった。すなわち、有効レンズ口
径WE は上記式 (1): WL ≧WE +2TP で示される関係を満足することが好ましい。More specifically, as shown in FIG. 10, individual electrodes 13 and 14 are formed on the piezoelectric body 12 as described with reference to FIGS. 1 and 2, and the lens member 18 is also formed as shown in FIGS. However, as the Fresnel lens groove is formed beyond the area of the common electrode 14 as described above, the effective lens aperture W of the lens member 18 is increased.
L is greater than the width W E of the common electrode 14 in the sub-scanning direction. In this case, it has been found that it is important that the degree to which the effective lens diameter becomes large is also defined by the thickness T P of the piezoelectric body 12. That is, the effective lens aperture W E is the formula (1): W L ≧ W preferably satisfies the relationship represented by E + 2T P.
【0042】この関係は、圧電体の両面に形成された対
向電極の副走査方向における重なり幅よりも大きな有効
口径をもってフレネルレンズが形成される場合、いいか
えると、レンズ部材に形成された有効レンズ領域が、そ
の幅が対向電極の重なり幅よりも大きく形成された場
合、どの程度大きくすべきであるかを規定したものとい
うことができる。This relationship applies to the case where the Fresnel lens is formed with an effective aperture larger than the overlapping width in the sub-scanning direction of the opposing electrodes formed on both surfaces of the piezoelectric body, in other words, the effective lens area formed on the lens member. However, when the width is formed to be larger than the overlap width of the counter electrode, it can be said that the size should be increased.
【0043】有効レンズ口径がこのような関係を有する
と、図1および図2に関して述べたような、短絡の防
止、サイドローブ発生の抑制がより一層効果的に達成さ
れる。図11は、レンズ部材18を共通電極14の副走
査方向における幅よりも大きいが、圧電体12の副走査
方向における幅よりも小さく形成し、従ってフレネルレ
ンズ溝の数が減少している以外は、図9および図10に
示すインクジェット記録装置のヘッド部と同様のヘッド
部を示す概略断面図である。この場合にも、図3および
図4に示すものと同様の効果が奏される。When the effective lens aperture has such a relationship, prevention of short-circuit and suppression of side lobe generation as described with reference to FIGS. 1 and 2 are more effectively achieved. FIG. 11 shows that the lens member 18 is formed to be larger than the width of the common electrode 14 in the sub-scanning direction but smaller than the width of the piezoelectric body 12 in the sub-scanning direction, so that the number of Fresnel lens grooves is reduced. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a head unit similar to the head unit of the inkjet recording apparatus shown in FIGS. 9 and 10. Also in this case, the same effects as those shown in FIGS. 3 and 4 can be obtained.
【0044】以上図面を参照して本発明の実施の形態を
説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。例えば、個別電極13の長さ(幅)を圧電体12の
副走査方向における幅と同じとし、共通電極14の幅を
圧電体12の副走査方向における幅よりも小さくした場
合について説明したが、個別電極13と共通電極14と
の幅の関係を逆にしても同様の効果が得られることはい
うまでもない。Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the present invention is not limited to these embodiments. For example, the case where the length (width) of the individual electrode 13 is the same as the width of the piezoelectric body 12 in the sub-scanning direction and the width of the common electrode 14 is smaller than the width of the piezoelectric body 12 in the sub-scanning direction has been described. It goes without saying that the same effect can be obtained even if the width relationship between the individual electrode 13 and the common electrode 14 is reversed.
【0045】[0045]
【実施例】以下、本発明を実施例よりさらに説明する。 実施例1〜2 本実施例では、図9および図10に示す構造のインクジ
ェット記録装置を作製した。The present invention will be further described below with reference to examples. Examples 1 and 2 In this example, an ink jet recording apparatus having the structure shown in FIGS. 9 and 10 was manufactured.
【0046】圧電体12として、厚さが約0.5mmで
比誘電率200のチタン酸鉛系圧電セラミックを用い
た。この圧電体の両面に、スパッタ法により、Ti/A
u電極層をそれぞれの厚さが0.05μm、および0.
2μmになるように形成し、3kV/mmの電界を印加
して圧電体12の分極処理を行った。その後、圧電体1
2の一方の面上の電極層をエッチングによりパターニン
グして、1つの圧電素子の幅60がμm、個別電極の間
隔が25μm(個別電極の配列ピッチ85μm)になる
ように個別電極13を形成した。また、圧電体12の副
走査方向の幅は5mmとした。As the piezoelectric body 12, a lead titanate-based piezoelectric ceramic having a thickness of about 0.5 mm and a relative dielectric constant of 200 was used. Ti / A is formed on both surfaces of the piezoelectric body by sputtering.
u electrode layers each having a thickness of 0.05 μm, and a thickness of 0.05 μm.
The piezoelectric body 12 was formed so as to have a thickness of 2 μm, and an electric field of 3 kV / mm was applied to perform polarization processing of the piezoelectric body 12. Then, the piezoelectric body 1
The electrode layer on one of the two surfaces was patterned by etching to form the individual electrodes 13 so that the width of one piezoelectric element was 60 μm and the interval between the individual electrodes was 25 μm (the arrangement pitch of the individual electrodes was 85 μm). . The width of the piezoelectric body 12 in the sub-scanning direction was 5 mm.
【0047】一方、ガラス製の支持部材11にTi/A
uのアレイ電極15を形成した。ついで、圧電体11上
の個別電極13と支持部材11上のアレイ電極15を位
置合わせした状態で、導電性エポキシ樹脂で接着し、両
電極が導通するように加圧した。On the other hand, Ti / A
The array electrode 15 of u was formed. Next, in a state where the individual electrodes 13 on the piezoelectric body 11 and the array electrodes 15 on the support member 11 were aligned, they were bonded with a conductive epoxy resin, and pressure was applied so that both electrodes were conducted.
【0048】次に圧電体を厚さ50μmまで研磨した
後、アルミニウムからなる共通電極14をスパッタ法に
より、0.3μmの厚さに形成した。このとき、副走査
方向の電極の長さは2.0mmとした。Next, after the piezoelectric body was polished to a thickness of 50 μm, a common electrode 14 made of aluminum was formed to a thickness of 0.3 μm by sputtering. At this time, the length of the electrode in the sub-scanning direction was 2.0 mm.
【0049】次に、音響マッチング層を兼ねるフレネル
レンズ18を作製するために、エポキシ樹脂とアルミナ
粉末の混合物とを音速が3×103 m/s近傍になるよ
うな割合で配合し、密度2.20×103 kg/m3 、
音速2.95×103 m/sの混合物を得た。これを共
通電極14の上面に塗布して硬化させ、厚さが45μm
になるように研磨した。その後焦点距離が2.5mmに
なるように深さ1/2波長(約30μm)の溝を主走査
方向に平行に形成してフレネルレンズ18を構成した。
溝形成領域の幅(レンズ口径)は、共通電極の幅(対向
電極の重なり幅に相当)2.0mmよりも0.1mm広
い2.1mmのもの(実施例1)と、0.2mm広い
2.2mmのもの(実施例2)とした。そして超音波放
射面とインク液面との距離がほぼ2.5mmになるよう
にインク液保持室19を設け、インク液を充填し、さら
に駆動回路16を設置して2種類の本発明のインクジェ
ット記録装置を完成した。Next, in order to produce a Fresnel lens 18 also serving as an acoustic matching layer, a mixture of an epoxy resin and an alumina powder is blended at a ratio such that the sound speed becomes about 3 × 10 3 m / s, and a density of 2 .20 × 10 3 kg / m 3 ,
A mixture having a sound speed of 2.95 × 10 3 m / s was obtained. This is applied on the upper surface of the common electrode 14 and cured to have a thickness of 45 μm.
It was polished to become. Thereafter, a groove having a depth of 1/2 wavelength (about 30 μm) was formed in parallel with the main scanning direction so that the focal length became 2.5 mm, thereby forming the Fresnel lens 18.
The width of the groove forming region (lens diameter) is 2.1 mm which is 0.1 mm wider than the common electrode width (corresponding to the overlapping width of the counter electrode) of 2.0 mm (Example 1), and 0.2 mm wider. 0.2 mm (Example 2). Then, an ink liquid holding chamber 19 is provided so that the distance between the ultrasonic wave emitting surface and the ink liquid surface is approximately 2.5 mm, the ink liquid is filled, and a drive circuit 16 is installed to provide two types of ink jet inks of the present invention. The recording device was completed.
【0050】比較例1〜2 レンズ口径をそれぞれ2.0mm(圧電体の幅と同じ:
比較例1)または2.05mm(比較例2)とした以外
は、実施例1と同様にして2種類のインクジェット記録
装置を作製した。Comparative Examples 1-2 The lens diameter was 2.0 mm (same as the width of the piezoelectric body:
Two types of ink jet recording apparatuses were produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness was set to Comparative Example 1) or 2.05 mm (Comparative Example 2).
【0051】実施例1〜2と比較例1〜2で作製した4
つの記録装置を用いてインク滴の飛翔実験を行った。イ
ンク液滴の飛翔実験には、駆動周波数(50MHz)お
よび駆動電圧(20V)を同じに設定し、そのときの駆
動バースト信号の印加時間を飛翔効率の評価基準とし
た。インク液滴の安定な飛翔を得るために必要な最小バ
ースト印加時間を図12に示す。図12において、点a
は実施例1の結果を、点bは、実施例2の結果を、点c
は比較例1の結果を、点dは比較例2の結果を示す。The samples 4 prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2
A flying experiment of ink droplets was performed using two recording devices. In the flying experiment of the ink droplet, the driving frequency (50 MHz) and the driving voltage (20 V) were set to be the same, and the application time of the driving burst signal at that time was used as the evaluation standard of the flying efficiency. FIG. 12 shows the minimum burst application time required to obtain a stable flight of the ink droplet. In FIG. 12, point a
Represents the result of Example 1, point b represents the result of Example 2, and point c represents the result of Example 2.
Indicates the result of Comparative Example 1, and point d indicates the result of Comparative Example 2.
【0052】図12に示すように、対向電極の重なり幅
よりも有効レンズ領域の幅を大きくした場合、上記式
(1)の関係を満足することにより(実施例1および
2)、それ以外のとき(比較例2)よりも少ないバース
ト印加時間で安定なインク液滴飛翔が可能となり、ほぼ
一定なインク液滴の飛翔を高効率で達成できることがわ
かる。対向電極の重なり幅と有効レンズ領域の幅が同じ
である場合(比較例1)、対向電極の重なり幅よりも有
効レンズ領域の幅を大きくした場合(実施例1〜2、比
較例2)に比べてインク液滴の飛翔効率ははるかに低い
こともわかる。As shown in FIG. 12, when the width of the effective lens area is made larger than the overlap width of the counter electrode, by satisfying the relationship of the above equation (1) (Examples 1 and 2), It can be seen that stable ink droplet flight can be achieved with a shorter burst application time than in the case of Comparative Example 2, and almost constant ink droplet flight can be achieved with high efficiency. When the overlap width of the counter electrode and the width of the effective lens area are the same (Comparative Example 1), when the width of the effective lens area is larger than the overlap width of the counter electrode (Examples 1 and 2 and Comparative Example 2). It can also be seen that the flying efficiency of ink droplets is much lower than that.
【0053】[0053]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、超
音波集束の妨害となる音波の発生を抑制し、より効果的
にインク液滴を飛翔させることができ、もって記録速度
の高速化や低消費電力化が達成し得るインクジェット記
録装置が提供される。本発明のインクジェット記録装置
では、対向電極間の短絡も防止し得る。As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the generation of a sound wave that interferes with the focusing of ultrasonic waves, and to make ink droplets fly more effectively. The present invention provides an ink jet recording apparatus capable of achieving low power consumption and low power consumption. In the ink jet recording apparatus of the present invention, a short circuit between the opposing electrodes can be prevented.
【図1】本発明によるインクジェット記録装置のヘッド
部の斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a head section of an ink jet recording apparatus according to the present invention.
【図2】図1に示すインクジェット記録装置のヘッド部
の圧電体および超音波集束レンズ部材を含む領域の拡大
概略断面図。FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of a region including a piezoelectric body and an ultrasonic focusing lens member of a head unit of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
【図3】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of a head section of another ink jet recording apparatus according to the present invention.
【図4】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of a head section of another inkjet recording apparatus according to the present invention.
【図5】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。FIG. 5 is a perspective view of a head section of another inkjet recording apparatus according to the present invention.
【図6】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。FIG. 6 is a perspective view of a head section of another inkjet recording apparatus according to the present invention.
【図7】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。FIG. 7 is a perspective view of a head section of another inkjet recording apparatus according to the present invention.
【図8】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。FIG. 8 is a perspective view of a head section of another inkjet recording apparatus according to the present invention.
【図9】本発明によるさらに他のインクジェット記録装
置のヘッド部の斜視図。FIG. 9 is a perspective view of a head section of still another inkjet recording apparatus according to the present invention.
【図10】図9に示すインクジェット記録装置のヘッド
部の圧電体および超音波集束レンズ部材を含む領域の拡
大概略断面図。10 is an enlarged schematic cross-sectional view of a region including a piezoelectric body and an ultrasonic focusing lens member of a head portion of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
【図11】本発明によるさらに他のインクジェット記録
装置のヘッド部の概略断面図。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a head section of still another inkjet recording apparatus according to the present invention.
【図12】本発明による実施例の結果を比較例の結果と
ともに示すグラフ図。FIG. 12 is a graph showing the results of Examples according to the present invention together with the results of Comparative Examples.
11…支持部材 12…圧電素子 13…個別電極 14…共通電極 15…アレイ電極 16…駆動回路 18…超音波集束レンズ部材 19…インク液保持室 19a…スリット 20…インク液 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Support member 12 ... Piezoelectric element 13 ... Individual electrode 14 ... Common electrode 15 ... Array electrode 16 ... Drive circuit 18 ... Ultrasonic focusing lens member 19 ... Ink liquid holding chamber 19a ... Slit 20 ... Ink liquid
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 健一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 八木 均 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山本 紀子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Kenichi Mori 1st Toshiba R & D Center, Komukai, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Hitoshi Yagi Komukai Toshiba, Saiwai District, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 1 Town, Toshiba R & D Center (72) Inventor Noriko Yamamoto No. 1, Komukai Toshiba Town, Koyuki-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture, Japan Toshiba R & D Center
Claims (8)
された一対の第1および第2の電極からなる複数の圧電
素子を含み、前記インク液と音響的に接続される超音波
発生手段と、 前記超音波発生手段を駆動する駆動手段と、 前記超音波発生手段上に形成され、前記超音波発生手段
から発生される超音波を前記インク液の液面近傍に集束
させる超音波集束レンズ部材を含む超音波集束手段とを
具備するインクジェット記録装置において、 前記一対の電極のうち、第1の電極は、圧電素子の配列
方向と直交する方向における各端が第2の電極の対応す
る各端から前記圧電素子の厚さに相当する長さ以下の圧
電体表面領域に存在し、 圧電素子の配列方向と直交する方向における第2の電極
の前記各端部に対応する領域には、超音波を遮蔽する第
1および第2の遮音部材がそれぞれ設けられていること
を特徴とするインクジェット記録装置。An ink liquid holding chamber for holding an ink liquid, and a plurality of piezoelectric elements each comprising a piezoelectric body and a pair of first and second electrodes disposed opposite to both surfaces of the piezoelectric body, Ultrasonic wave generation means acoustically connected to the ink liquid, Driving means for driving the ultrasonic wave generation means, Ultrasonic waves formed on the ultrasonic wave generation means and generated by the ultrasonic wave generation means An ink jet recording apparatus comprising: an ultrasonic focusing unit including an ultrasonic focusing lens member that focuses the ink liquid in the vicinity of the liquid surface; wherein the first electrode of the pair of electrodes is orthogonal to the direction in which the piezoelectric elements are arranged. Each end in the direction in which the piezoelectric element is present is located in a piezoelectric body surface area not more than the length corresponding to the thickness of the piezoelectric element from each corresponding end of the second electrode, and the second end in a direction orthogonal to the arrangement direction of the piezoelectric elements. electrode Wherein the area corresponding to each end, an ink jet recording apparatus characterized by first and second sound insulating member for shielding the ultrasonic wave, respectively.
方向と直交する方向において、前記第2の電極より短い
長さを有することを特徴とする請求項1記載のインクジ
ェット記録装置。2. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the first electrode has a shorter length than the second electrode in a direction orthogonal to an arrangement direction of the piezoelectric elements.
記圧電素子の配列方向と直交する方向において、前記第
1の電極よりも短い長さを有することを特徴とする請求
項1のインクジェット記録装置。3. An ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein an effective lens diameter of said lens member is shorter than said first electrode in a direction orthogonal to an arrangement direction of said piezoelectric elements. .
第1の電極の各端部をも覆っていることを特徴とする請
求項3記載のインクジェット記録装置。4. The ink jet recording apparatus according to claim 3, wherein said first and second sound insulation members also cover each end of said first electrode.
方向と直交する方向において、前記第2の電極と実質的
に等しい長さを有することを特徴とする請求項1記載の
インクジェット記録装置。5. An ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein said first electrode has a length substantially equal to said second electrode in a direction orthogonal to an arrangement direction of said piezoelectric elements. apparatus.
第1の電極上に設けられていることを特徴とする請求項
5記載のインクジェット記録装置。6. The ink jet recording apparatus according to claim 5, wherein said first and second sound insulation members are provided on said first electrode.
された一対の第1および第2の電極からなる複数の圧電
素子を含み、前記インク液と音響的に接続される超音波
発生手段と、 前記超音波発生手段を駆動する駆動手段と、 前記超音波発生手段上に形成され、前記超音波発生手段
から発生される超音波を前記インク液の液面近傍に集束
させる超音波集束レンズ部材を含む超音波集束手段とを
具備するインクジェット記録装置において、 前記一対の電極のうち、第1の電極は、圧電素子の配列
方向と直交する方向における各端が第2の電極の対応す
る各端から前記圧電素子の厚さに相当する長さを超える
圧電体表面領域に存在することを特徴とするインクジェ
ット記録装置。7. An ink liquid holding chamber for holding an ink liquid, and a plurality of piezoelectric elements each including a piezoelectric body and a pair of first and second electrodes disposed opposite to both surfaces of the piezoelectric body, Ultrasonic wave generation means acoustically connected to the ink liquid, Driving means for driving the ultrasonic wave generation means, Ultrasonic waves formed on the ultrasonic wave generation means and generated by the ultrasonic wave generation means An ink jet recording apparatus comprising: an ultrasonic focusing unit including an ultrasonic focusing lens member that focuses the ink liquid in the vicinity of the liquid surface; wherein the first electrode of the pair of electrodes is orthogonal to the direction in which the piezoelectric elements are arranged. An ink jet recording apparatus characterized in that each end in the direction in which the surface of the piezoelectric element extends from a corresponding end of the second electrode exceeds a length corresponding to the thickness of the piezoelectric element.
口径WL と、前記圧電体の厚さTP と、前記圧電素子の
配列方向と直交する方向における前記一対の電極の重な
り幅WE が、下記式 WL ≧WE +2TP (1) で示される関係を満足することを特徴とする請求項7記
載のインクジェット記録装置。And wherein said effective lens aperture W of the ultrasound focusing lens member L, a thickness T P of the piezoelectric body, said pair of electrodes of the overlapping width W E in the direction orthogonal to the array direction of the piezoelectric element , the following equation W L ≧ W E + 2T P (1) ink jet recording apparatus according to claim 7, characterized by satisfying the relationship represented by.
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