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JP2002001956A - Ink jet head - Google Patents

Ink jet head

Info

Publication number
JP2002001956A
JP2002001956A JP2001192278A JP2001192278A JP2002001956A JP 2002001956 A JP2002001956 A JP 2002001956A JP 2001192278 A JP2001192278 A JP 2001192278A JP 2001192278 A JP2001192278 A JP 2001192278A JP 2002001956 A JP2002001956 A JP 2002001956A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
liquid chamber
pressurized liquid
piezoelectric body
jet head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001192278A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuzo Matsumoto
修三 松本
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.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2001192278A priority Critical patent/JP2002001956A/en
Publication of JP2002001956A publication Critical patent/JP2002001956A/en
Pending legal-status Critical Current

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make ink drip splash by using resonance of liquid and to reduce driving voltage. SOLUTION: A piezoelectric body 12 and a frame 13 surrounding the piezoelectric body 12 are bonded on the surface of a substrate 11. The upper surfaces of the piezoelectric body 12 and the frame 13 are positioned at about the same plane and an elastic plate 14 is bonded on the surfaces. Further, a channel plate 17 having a nozzle 15, a pressurized liquid chamber channel 16, and a common liquid flow chamber 18 is adhered on the top face of the elastic plate 14 to form a channel portion 19. Plural number of the channels 16 of the pressurized liquid chambers are arranged in parallel with each other, and the piezoelectric bodies which are substantially divided and independent are arranged so as to correspond to each channel. Therefore, ink drips are jetted out from the nozzles by causing excitation to the ink in the channels of the pressurized liquid chambers by applying alternation voltage whose main component for frequency is resonance frequency of ink to the piezoelectric bodies.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットに
関し、より詳細には、流体の共振を利用してインク滴を
飛翔させ、駆動電圧の低減化を可能としたインクジェッ
トヘッドに関する。例えば、各種印写装置に適用される
ものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an ink jet head, and more particularly to an ink jet head capable of reducing a driving voltage by causing ink droplets to fly by utilizing resonance of a fluid. For example, the present invention is applied to various printing apparatuses.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のインクジェットヘッドを記載した
公知文献としては、例えば、(1)特開平4−1414
28号公報、(2)特開平4−341849号公報、
(3)特開平5−508号公報がある。前記(1)のも
のは、圧力発生部材の厚み振動の固有周期で励振させる
ものである。すなわち、圧力発生部材の固有周期が極め
て高く、また、その固有周期で圧力材料が振動し、その
駆動時間を制御することにより解像度を落すことなく十
分な階調性を得るようにしたものである。
2. Description of the Related Art Known documents describing a conventional ink jet head include, for example, (1) Japanese Patent Laid-Open No. 4-1414.
No. 28, (2) JP-A-4-341849,
(3) Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-508 is known. In the above (1), the pressure generating member is excited at the natural period of the thickness vibration. That is, the natural period of the pressure generating member is extremely high, and the pressure material vibrates at the natural period. By controlling the driving time, sufficient gradation can be obtained without lowering the resolution. .

【0003】また、前記(2)のものは、圧電基板の共
振周波数で電圧を印加するものである。すなわち、圧電
基板の表面と裏面に1対の電極を配し、該電極間に前記
圧電基板の共振周波数に等しい周期で変化する電圧を選
択的に印加することにより、微小な液粒を正確な向きに
吐出制御するようにしたものである。さらに、前記
(3)のものは、エッジモードで振動可能な圧電体基板
を共振させるものである、すなわち、電極にエッジモー
ドでの振動を生じさせる交番電圧を印加し、圧電体基板
で生じた振動が間隙に保持されているインク中に伝播
し、インクと大気との境界まで表面波となってインクを
ミストとして飛翔させるものである。これにより、ミス
ト化されるインク量は交番電圧の印加時間に比例し、ド
ット自体の光学的濃度が連続的に変化するものである。
In the method (2), a voltage is applied at the resonance frequency of the piezoelectric substrate. That is, by disposing a pair of electrodes on the front surface and the back surface of the piezoelectric substrate, and selectively applying a voltage that changes at a period equal to the resonance frequency of the piezoelectric substrate between the electrodes, a minute liquid droplet can be accurately formed. The ejection is controlled in the direction. Further, the above (3) resonates a piezoelectric substrate capable of vibrating in an edge mode, that is, an alternating voltage which causes an electrode to vibrate in an edge mode is applied to the piezoelectric substrate to generate a vibration. The vibration propagates into the ink held in the gap, and becomes a surface wave to the boundary between the ink and the atmosphere, causing the ink to fly as a mist. Thus, the amount of ink to be mist is proportional to the application time of the alternating voltage, and the optical density of the dot itself changes continuously.

【0004】従来のオンデマンド方式のインクジェット
ヘッドとしては、独立したインク液室を圧電素子により
変形させ、その圧力により、それぞれのインク液室に対
応したノズルからインクを突出させるカイザー、ステム
メ、グールドなどの方式(前者)がその基本形となって
いる。さらには、また、圧電素子の振動をレンズ音響、
レンズ等で集束させたり(例えば、特開昭63−166
547号公報)、また、表面弾性波の集束効果を利用し
たりしたものとして、例えば、米国特許第475153
0号明細書、米国特許第469719号明細書等の方式
(後者)がある。前者の方式は構造が簡単であり、小型
化が可能で普通紙への印字が可能というような利点を有
しており、後者の方式は、ノズルが不要であり、気泡、
ゴミ等の混入による信頼性の低下を避けられるという利
点を有している。
Conventional ink jet heads of the on-demand type include Kaiser, Stemme, Gould, etc. in which independent ink chambers are deformed by piezoelectric elements and ink is projected from nozzles corresponding to the respective ink chambers by the pressure. (The former) is its basic form. Furthermore, the vibration of the piezoelectric element is converted into lens sound,
Focusing with a lens or the like (for example, see JP-A-63-166)
No. 547) and a method utilizing the focusing effect of surface acoustic waves, for example, US Pat. No. 4,753,153.
No. 0 and U.S. Pat. No. 469,719 (the latter). The former method has the advantages that the structure is simple, the size can be reduced, and printing on plain paper is possible, and the latter method does not require a nozzle, bubbles,
There is an advantage that a decrease in reliability due to the entry of dust or the like can be avoided.

【0005】しかし、前者の方式では、駆動周波数の上
限が10KHz程度であるめ、階調データ等の印刷をす
ると大変時間がかかり、そのため解像度を落とさざるを
得ないのが実情であり、実用的なフルカラー印刷装置を
実現することは大変難しい。また、後者の方式の場合
は、駆動周波数がメガヘルツ以上であり、原理的には前
者の方式の欠点は改善されると考えられるが、音響レン
ズを用いる場合には、圧力発生部材と音響レンズとの整
合等が難しく、音響レンズでのエネルギーロスも大き
い。また、表面弾性波をもちいたものは、数10MHz
以上の駆動周波数でないと十分なエネルギー密度を得る
ための効率が非常に悪くなり、これらの理由により多大
のコストアップは避けられない。
However, in the former method, since the upper limit of the driving frequency is about 10 KHz, it takes a very long time to print the gradation data and the like, so that the resolution has to be reduced, which is a practical situation. It is very difficult to realize a perfect full-color printing device. In the case of the latter method, the driving frequency is megahertz or higher, and it is considered that the disadvantage of the former method is improved in principle.However, when an acoustic lens is used, a pressure generating member and an acoustic lens are used. Alignment is difficult, and the energy loss in the acoustic lens is large. Those using surface acoustic waves are several tens of MHz.
If the driving frequency is not the above, the efficiency for obtaining a sufficient energy density becomes extremely poor, and for these reasons, a great increase in cost cannot be avoided.

【0006】さらにまた、これらを改善する手段とし
て、前述した特開平4−341849号公報や特開平5
−508号公報にみられるような、圧電素子により形成
された基板をその共振周波数の周期によって駆動させた
り、さらに、圧電体の振動をエッジモードで振動可能と
することにより、高い効率で、インク滴を発生させるこ
とができるようになり、構造の簡易化を図ることが提案
された。しかし、これらの手段は、ヘッドの構造体であ
る基板を圧電素子として共振周波数を利用して駆動する
ので、機械的振動が液室間で伝播することによる相互干
渉や、駆動信号の印加終了後に、機械的振動が残留しや
すく、これにより、印字品質を劣化させることがある。
Further, as means for improving these, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 508-508, by driving a substrate formed by a piezoelectric element at the cycle of its resonance frequency, and by enabling the vibration of the piezoelectric body to vibrate in an edge mode, the ink can be efficiently printed. It has been proposed that droplets can be generated and the structure can be simplified. However, since these means drive the substrate, which is the structure of the head, as a piezoelectric element using a resonance frequency, mutual interference caused by mechanical vibration propagating between the liquid chambers, and after the application of the drive signal is completed. However, mechanical vibration tends to remain, which may degrade the print quality.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のごと
き実情に鑑みてなされたもので、流体の共振を利用して
インク滴を飛翔させ、駆動電圧の低減化を図るようにし
たインクジェットヘッドを提供することを目的としてな
されたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an ink jet head in which ink droplets are made to fly by utilizing the resonance of a fluid to reduce the driving voltage. The purpose of this is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、複数
個が平行に配置された加圧液室に対して弾性板を介して
圧電体に電圧を印加する電圧印加手段を有し、前記電圧
印加手段からの駆動信号を前記圧電体に印加して前記弾
性板を介して前記加圧液室内インクを励振させることに
より、インク液滴を飛翔させて画素を形成するインクジ
ェトヘッドにおいて、前記駆動信号が、インクが滴化飛
翔まで至らない状態に前記加圧液室内部に予備圧を発生
させる予備励振信号と、引き続いてインク滴を飛翔させ
る主駆動信号と、該主駆動信号によって発生する液室固
有振動を打ち消して加圧液室内のインク圧を抑制するた
めの抑制信号、の3つの機能を有することを特徴とした
ものである。
The invention according to claim 1 has voltage applying means for applying a voltage to a piezoelectric body via an elastic plate to a plurality of pressurized liquid chambers arranged in parallel, An ink jet head that forms a pixel by ejecting ink droplets by applying a drive signal from the voltage applying unit to the piezoelectric body to excite the ink in the pressurized liquid chamber through the elastic plate, The drive signal is generated by a pre-excitation signal for generating a pre-pressure in the pressurized liquid chamber in a state where the ink does not reach the droplet formation, a main drive signal for subsequently causing the ink droplet to fly, and the main drive signal. It has three functions of a suppression signal for canceling the liquid chamber natural vibration and suppressing the ink pressure in the pressurized liquid chamber.

【0009】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、駆動信号の少なくとも1部が矩形波または三角波に
より構成されていることを特徴としたものである。請求
項3の発明は、請求項1の発明において、圧電体が積層
の圧電素子からなることを特徴としたものである。請求
項4の発明は、請求項1の発明において、圧電体が単板
の圧電素子からなることを特徴としたものである。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, at least a part of the drive signal is formed of a rectangular wave or a triangular wave. According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the piezoelectric body is formed of a laminated piezoelectric element. According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the piezoelectric body is formed of a single-plate piezoelectric element.

【0010】請求項5の発明は、複数個が平行に配置さ
れた加圧液室に対して弾性板を介して、前記圧電体に電
圧を印加する電圧印加手段を有し、前記電圧印加手段か
らの駆動信号を前記圧電体に印加して前記弾性板を介し
て前記加圧液室内インクを励振させることにより、イン
ク液滴を飛翔させて画素を形成するインクジェトヘッド
において、前記駆動信号が、インクが滴化飛翔まで至ら
ない状態に前記加圧液室内部に予備圧を発生させる予備
励振信号と、引き続いてインク滴を飛翔させる主駆動信
号と、該主駆動信号によって発生する液室固有振動を打
ち消して加圧液室内のインク圧を抑制するための抑制信
号、の3つの機能を有することを特徴としたものであ
る。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a voltage applying means for applying a voltage to the piezoelectric body via an elastic plate to a plurality of pressurized liquid chambers arranged in parallel. By applying a drive signal from the to the piezoelectric body to excite the pressurized liquid chamber ink through the elastic plate, an ink jet head that forms a pixel by flying ink droplets, the drive signal, A pre-excitation signal for generating a pre-pressure in the pressurized liquid chamber in a state where the ink does not reach the droplet flight, a main drive signal for continuously ejecting ink droplets, and a liquid chamber natural vibration generated by the main drive signal. And a suppression signal for suppressing the ink pressure in the pressurized liquid chamber by canceling the pressure.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1(a),(b)は、本発明に
よるインクジェットヘッドの一実施例を説明するための
構成図で、図1(a)は断面図、図(b)は平面図であ
る。図中、11は基板、12は圧電体、13はフレー
ム、14は弾性板、15はノズル、16は加圧液室の流
路、17は流路板、18は共通液室、19は流路板であ
る。以下、図1(a),(b)の構成に基づき、インク
ジェットプリントヘッドによってもたらされるインク滴
飛翔の原理について説明する。
1 (a) and 1 (b) are structural views for explaining an embodiment of an ink jet head according to the present invention. FIG. 1 (a) is a sectional view, and FIG. It is a top view. In the figure, 11 is a substrate, 12 is a piezoelectric body, 13 is a frame, 14 is an elastic plate, 15 is a nozzle, 16 is a flow path of a pressurized liquid chamber, 17 is a flow path plate, 18 is a common liquid chamber, and 19 is a flow path. It is a road board. Hereinafter, the principle of the ink droplet flying provided by the ink jet print head will be described based on the configuration of FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0012】セラミック、シリコン、金属等より形成さ
れる基板11の面上には、圧電体12および該圧電体1
2を取り囲むように配置した樹脂、セラミック、金属等
により形成されるフレーム13が接合されている。前記
圧電体12及びフレーム13の上面は、ほぼ同一平面上
に位置出しされており、樹脂フィルムや薄膜金属部材等
により形成される弾性板14が接合されている。さら
に、該弾性板14の上面には、Siや金属材料等より形
成したノズル15と加圧液室流路16と共通液室18を
配置した流路板17とが接合され、流路部19を構成し
ている。前記加圧液室の流路16は複数個が平行に配置
されており、その各々に対応するように実質的に分割
し、独立した圧電体が対応して配置されている。
On a surface of a substrate 11 made of ceramic, silicon, metal or the like, a piezoelectric body 12 and a piezoelectric body 1 are provided.
A frame 13 made of resin, ceramic, metal, or the like, which is arranged so as to surround the frame 2, is joined. The upper surfaces of the piezoelectric body 12 and the frame 13 are positioned substantially on the same plane, and an elastic plate 14 formed of a resin film, a thin film metal member, or the like is joined thereto. Further, on the upper surface of the elastic plate 14, a nozzle 15 formed of Si, a metal material, or the like, a flow path plate 17 in which a pressurized liquid chamber flow path 16 and a common liquid chamber 18 are arranged are joined, and a flow path portion 19 is formed. Is composed. A plurality of the flow paths 16 of the pressurized liquid chamber are arranged in parallel, substantially divided so as to correspond to each of them, and independent piezoelectric members are arranged correspondingly.

【0013】ここで、加圧液室の流路16は両端が開放
端となった管と近似的に等価となる。すなわち、加圧液
室の流路内のインクの第1次モードでの固有振動数fは f=C/2L (ただし C:インク中の音速、L:
加圧液室流路) となる。ここで、インク中の音速:Cは加圧液室の流路
構成部材のヤング率等により変化するが、概略C=12
00〜1500m/sとなり、 加圧液室流路長:L=2mmとすれば、固有振動数:f
=300〜375KHzとなる。
Here, the flow path 16 of the pressurized liquid chamber is approximately equivalent to a pipe having both ends open. That is, the natural frequency f of the ink in the flow path of the pressurized liquid chamber in the first mode is f = C / 2L (where C: sound velocity in the ink, L:
Pressurized liquid chamber flow path). Here, the sound speed C in the ink changes depending on the Young's modulus of the flow path constituting member of the pressurized liquid chamber, but approximately C = 12.
If the pressure liquid chamber flow path length is L = 2 mm, the natural frequency is f
= 300 to 375 KHz.

【0014】したがって、加圧液室の流路内のインクに
対し、概略上記固有振動数fで表される周波数を主成分
とした交番電圧を、前記圧電体に印加して、励振をさせ
ることによりノズルよりインク滴を吐出することにな
る。このとき、圧電体自体の共振周波数は、前述の加圧
液室の流路の固有振動数に対し、十分大きく設定してお
くことで、駆動電圧波形に対して、時間遅れすることな
く応答することができる。
Therefore, an alternating voltage having a frequency represented by the above-mentioned natural frequency f as a main component is applied to the ink in the flow path of the pressurized liquid chamber, and the piezoelectric body is excited. As a result, ink droplets are ejected from the nozzles. At this time, the resonance frequency of the piezoelectric body itself is set to be sufficiently large with respect to the natural frequency of the flow path of the pressurized liquid chamber, so that the piezoelectric body responds to the drive voltage waveform without time delay. be able to.

【0015】共振周波数は、各加圧液室毎にバラツキを
生じるため、吐出インク滴にバラツキが生じる。これを
均一化するためには駆動電圧値を調整するのが好まし
い。また、液室の構成部材の材質を適当に選択すること
により、共振点でのQ値を制御できる。したがって、効
率との兼ね合いで適正化することにより上記のバラツキ
を低減化できる。前述した流路板17の材質としてその
一部に樹脂を使用することがQ値の制御に好適である。
Since the resonance frequency varies among the pressurized liquid chambers, the ejection ink droplets vary. In order to make this uniform, it is preferable to adjust the drive voltage value. Further, the Q value at the resonance point can be controlled by appropriately selecting the materials of the constituent members of the liquid chamber. Therefore, the above-mentioned variation can be reduced by optimizing in consideration of efficiency. It is preferable to use a resin as a part of the material of the flow path plate 17 for controlling the Q value.

【0016】共振周波数は、実用的には100KHz〜
1MHz程度に設定することが好ましい。これについて
は後述するが、1画素を形成するためのパルス数および
階調数、また、印写用紙とヘッドとの相対的な移動速度
等に起因する印字品質からの制約、印写速度、さらに駆
動回路のコンパクト化やコスト低減化等を確保するため
に適しているレベルである。また、該共振周波数のレベ
ルは前述したようにヘッドの形状や大きさに関しても、
また、設計および加工上からも適正なサイズである。
The resonance frequency is practically 100 KHz or more.
It is preferable to set the frequency to about 1 MHz. This will be described later, but the number of pulses and the number of gradations for forming one pixel, printing quality restrictions due to the relative moving speed of the printing paper and the head, the printing speed, and the like. This is a level suitable for ensuring compactness and cost reduction of the drive circuit, and the like. In addition, the level of the resonance frequency is related to the shape and size of the head as described above.
In addition, the size is appropriate in terms of design and processing.

【0017】図2(a),(b)及び、図3(a),
(b)は、本発明によるインクジェットヘッドの圧力発
生部材である圧電体に印加する駆動電圧波形について説
明するための図である。前述したように、駆動電圧波形
は、加圧液室内のインクの共振振動数を主成分とした連
続パルス群で構成される。従って、複数パルスで複数滴
を飛翔させることとなり、該複数滴で一画素を形成す
る。このとき、必ずしもパルス数と滴数は同一でない。
FIGS. 2A and 2B and FIGS.
(B) is a diagram for explaining a drive voltage waveform applied to a piezoelectric body that is a pressure generating member of the inkjet head according to the present invention. As described above, the drive voltage waveform is composed of a continuous pulse group whose main component is the resonance frequency of the ink in the pressurized liquid chamber. Therefore, a plurality of droplets are caused to fly by a plurality of pulses, and one pixel is formed by the plurality of droplets. At this time, the number of pulses and the number of drops are not necessarily the same.

【0018】この時に、駆動する連続パルス群のパルス
数を制御することにより、飛翔させるインク滴数、すな
わちインク滴量を可変とすることができる。したがっ
て、記録媒体上での画素径を多値化することができ、階
調性を有した記録が容易に可能となる。この一画素を形
成するための連続パルス群は、予備圧発生パルス部(図
2中のA)の駆動主パルス部(図2中のB)、残留振動
打消パルス部(図2中のC)の3つの部分に分かれて構
成されている。
At this time, by controlling the number of pulses of the continuous pulse group to be driven, the number of ink droplets to fly, that is, the amount of ink droplets can be made variable. Therefore, the pixel diameter on the recording medium can be multi-valued, and recording with gradation can be easily performed. The continuous pulse group for forming one pixel is composed of a driving main pulse section (B in FIG. 2) and a residual vibration canceling pulse section (C in FIG. 2) of the preliminary pressure generation pulse section (A in FIG. 2). It is divided into three parts.

【0019】予備圧発生パルス部は連続パルス群の先頭
にあって、インクを滴化飛翔まで至らない状態に加圧液
室内部を励振させ、ノズル近傍のインク圧の上昇を行
う。すなわちインクダレや気泡の吸入を抑制することが
できる。駆動主パルス部は、予備発生パルス部に引き続
き、印加パルスに対応して、インク滴を飛翔させる。従
って、前述のインク滴量の制御はこの部分で実行する。
前記パルス群は、加圧液室内のインクの共振振動数を主
成分としたものとなる。
The preliminary pressure generating pulse section is at the head of the continuous pulse group, and excites the inside of the pressurized liquid chamber so as not to cause the ink to drop and fly, thereby increasing the ink pressure near the nozzle. That is, it is possible to suppress ink dripping and inhalation of bubbles. The drive main pulse section causes the ink droplet to fly in response to the applied pulse, following the preliminary generation pulse section. Therefore, the control of the ink droplet amount described above is executed in this portion.
The pulse group is mainly composed of the resonance frequency of the ink in the pressurized liquid chamber.

【0020】残留振動打消パルス部は駆動主パルス部の
直後で、駆動主パルス部の主の周波数成分に対し、逆位
相の周波数成分を印加することにより、加圧液室内のイ
ンク圧を急速に抑制させる。これにより、次の連続パル
ス群が印加される時には、ノズル近傍でのインク圧やノ
ズル内のインクのメニスカス面を、初期状態レベルまで
復帰させることができる。すなわち、駆動パルス群の応
答周波数を上げることができる。
The residual vibration canceling pulse section immediately after the drive main pulse section applies a frequency component having an opposite phase to the main frequency component of the drive main pulse section, thereby rapidly increasing the ink pressure in the pressurized liquid chamber. Suppress. Accordingly, when the next continuous pulse group is applied, the ink pressure near the nozzle and the meniscus surface of the ink in the nozzle can be returned to the initial state level. That is, the response frequency of the driving pulse group can be increased.

【0021】一連の駆動電圧波形は、図2(a)に示す
ような正弦波状でも、図2(b)に示すような矩形波で
も良い。また、三角波等でも良い。その周波数成分が前
述した加圧液室内のインクの共振振動数を主成分とした
ものであれば良い。現実的には、圧力発生部材である圧
電素子自体の容量成分に応じて波形自体が時定数をもっ
て立上、立下で遅れを生じるので、矩形波で十分実用性
を得られる。また、予備発生パルス部は、図2に示すよ
うに、駆動主パルス部と同じ周波数成分で電圧レベルの
み低く設定したり、図3に示すように、同じ電圧レベル
で周波数成分のみ異ならせて設定したりすることが可能
である。残留振動数打消パルス部に対しても同様であ
る。さらには、簡略化のために、駆動主パルス部の先頭
部分が予備圧発生パルス部を兼ねるようにさせて、予備
圧発生パルス部を省くこともできる。
A series of drive voltage waveforms may be a sine wave as shown in FIG. 2A or a rectangular wave as shown in FIG. 2B. Further, a triangular wave or the like may be used. The frequency component may be one whose main component is the resonance frequency of the ink in the pressurized liquid chamber described above. In reality, the waveform itself rises and falls with a time constant in accordance with the capacitance component of the piezoelectric element itself, which is a pressure generating member. In addition, the pre-generation pulse section is set to have the same frequency component as the driving main pulse section and lower only in the voltage level as shown in FIG. 2, or is set to have the same voltage level and different only in the frequency component as shown in FIG. It is possible to do. The same applies to the residual frequency canceling pulse section. Further, for the sake of simplicity, it is also possible to omit the preliminary pressure generating pulse section by making the leading part of the driving main pulse section also serve as the preliminary pressure generating pulse section.

【0022】前述した例では、駆動主パルス部での周期
は約3μs程度であるので、1画素を1〜10滴程度で
構成し、実質的な駆動周波数を10KHz程度に設定し
て多階調を得るのが良い。また、第1滴目の吐出の安定
性にバラツキがある場合は、最小画素を2〜3滴として
設定することにより画像の劣化を防ぐことができる。
In the above-described example, the period of the driving main pulse portion is about 3 μs, so that one pixel is composed of about 1 to 10 drops, and the substantial driving frequency is set to about 10 KHz, and multi-gradation is performed. Good to get. Further, when the stability of the ejection of the first droplet varies, the deterioration of the image can be prevented by setting the minimum pixel to two or three droplets.

【0023】以上説明したとおり、本発明によるヘッド
は、圧力発生部材の変位量を直接液室内の容積変位に変
換して、インク滴を吐出させるものではなく、インクの
流体共振を利用するものであるので、駆動エネルギーの
著しい低減化が図れる。従って、圧力発生部材としては
従来用いられてきた単板及び積層の圧電素子の他に薄膜
上の圧電体等を使用することができる。
As described above, the head according to the present invention does not directly convert the displacement of the pressure generating member into the volume displacement in the liquid chamber and ejects ink droplets, but utilizes the fluid resonance of ink. As a result, the driving energy can be significantly reduced. Therefore, as the pressure generating member, a piezoelectric body or the like on a thin film can be used in addition to the conventionally used single-plate and laminated piezoelectric elements.

【0024】図4は、本発明によるインクジェットの他
の実施例を示す図で、図中、20は薄膜圧電体(PZ
T)、21は保護層で、その他、図1と同じ作用をする
部分は同一の符号を付してある。基板11の面上には薄
膜圧電体20が設けられ、該薄膜圧電体20は、保護層
21で被覆されている。該保護層21の上面には、図1
に示したような流路部19が構成されている。この構成
により、ヘッドがバッチ処理により量産することが容易
となるため、ヘッド加工上からも非常に優位化すること
ができる。
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the ink jet according to the present invention. In the drawing, reference numeral 20 denotes a thin film piezoelectric material (PZ).
T) and 21 are protective layers, and other portions having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. A thin-film piezoelectric body 20 is provided on the surface of the substrate 11, and the thin-film piezoelectric body 20 is covered with a protective layer 21. As shown in FIG.
Are formed as shown in FIG. With this configuration, since the head can be easily mass-produced by batch processing, it can be significantly superior in terms of head processing.

【0025】図5は、本発明によるインクジェットヘッ
ドのヘッド形態を示す断面図で、図1に示す構成のイン
クジェットを左右対象につき合わせた構成となってお
り、ノズル15は流路板17の上面に開口を有してい
る。このような構成により、ヘッドを複数列に配置した
もの等への展開や、フルライン型のヘッド形態への応用
も可能である。この他の構成として、更にはヒータ装置
と組み合わせることにより、ホットメルトインクを使用
するヘッドとしての応用も可能である。
FIG. 5 is a sectional view showing a head form of the ink jet head according to the present invention. The ink jet head shown in FIG. It has an opening. With such a configuration, it is possible to develop the head into a plurality of rows and the like, and to apply the head to a full line type head. As another configuration, by further combining with a heater device, application as a head using hot melt ink is also possible.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、以下のような効果がある。 (1)請求項1に対応する効果:流体の共振を利用して
インク滴を飛翔させるので、駆動電圧(駆動エネルギ
ー)の低減化が可能となる(駆動部の変位の振動量が小
であってもよいので、消費エネルギーが小)。また、加
圧液室流路の管路長の共振点を利用するので、記録ヘッ
ドを大型化することなく、集積化が容易となる。また、
駆動部の機械的共振点を利用しないため、液室間での機
械的振動伝播による相互干渉が著しく低減化できる。さ
らに、駆動部の機械的な変位量・振動量が小であって
も、インクへの十分な圧力発生が得られるため、駆動部
の耐久性や信頼性が著しく向上する。
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects. (1) Effect corresponding to the first aspect: Since ink droplets fly using the resonance of a fluid, the drive voltage (drive energy) can be reduced (the vibration amount of displacement of the drive unit is small). Energy consumption is small). In addition, since the resonance point of the length of the pressurized liquid chamber flow path is used, the integration becomes easy without increasing the size of the recording head. Also,
Since the mechanical resonance point of the drive unit is not used, mutual interference due to mechanical vibration propagation between the liquid chambers can be significantly reduced. Further, even if the amount of mechanical displacement and vibration of the drive unit is small, sufficient pressure can be generated on the ink, so that the durability and reliability of the drive unit are significantly improved.

【0027】(2)請求項2に対応する効果:1画素を
形成するのに要するパルス数を可変とすることにより、
画素径を多値化することができ、階調性を有した記録が
可能となる。 (3)請求項3、4に対応する効果:駆動主パルス部の
前後に予備圧発生パルス部や残留振動打消パルス部を設
けたので、インクダレや気泡の吸入の防止より安定した
インク吐出が可能である。また、残留振動を速やかに減
衰させ、駆動周波数を上げることができる。
(2) Effect according to the second aspect: By making the number of pulses required to form one pixel variable,
The pixel diameter can be multi-valued, and recording with gradation can be performed. (3) Effect corresponding to the third and fourth aspects: the provision of the preliminary pressure generating pulse section and the residual vibration canceling pulse section before and after the driving main pulse section enables stable ink discharge by preventing ink dripping and suction of bubbles. It is. Further, the residual vibration can be quickly attenuated, and the driving frequency can be increased.

【0028】(4)請求項5に対応する効果:駆動する
交番パルスの周波数は100〜1MHzオーダであるの
で、駆動回路が複雑化や大型化することなく、比較的容
易に回路を構成できる。 (5)請求項6に対応する効果:駆動エネルギー低減化
が図れるので、バルク型の圧電体等だけでなく、薄膜上
に形成した圧電体での対応も可能となる。これにより、
量産性の向上に著しく寄与する。
(4) Effect corresponding to claim 5: Since the frequency of the alternating pulse to be driven is on the order of 100 to 1 MHz, the circuit can be formed relatively easily without increasing the complexity and size of the drive circuit. (5) Effect corresponding to claim 6: Since the driving energy can be reduced, not only a bulk type piezoelectric body or the like but also a piezoelectric body formed on a thin film can be used. This allows
It significantly contributes to the improvement of mass productivity.

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

【図1】 本発明によるインクジェットヘッドの一実施
例を説明するための構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an embodiment of an inkjet head according to the present invention.

【図2】 本発明によるインクジェットヘッドの圧電体
に印加する駆動電圧波形について説明するための図(そ
の1)である。
FIG. 2 is a diagram (part 1) for describing a drive voltage waveform applied to a piezoelectric body of an ink jet head according to the present invention.

【図3】 本発明によるインクジェットヘッドの圧電体
に印加する駆動電圧波形について説明するための図(そ
の2)である。
FIG. 3 is a diagram (part 2) for describing a drive voltage waveform applied to a piezoelectric body of the inkjet head according to the present invention.

【図4】 本発明によるインクジェットヘッドの他の実
施例を示す図である。
FIG. 4 is a view showing another embodiment of the ink jet head according to the present invention.

【図5】 本発明によるインクジェットヘッドのヘッド
形態を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a head configuration of an inkjet head according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…基板、12…圧電体、13…フレーム、14…弾
性板、15…ノズル、16…加圧液室の流路、17…流
路板、18…共通液室、19…流路板。
11: substrate, 12: piezoelectric body, 13: frame, 14: elastic plate, 15: nozzle, 16: flow path of pressurized liquid chamber, 17: flow path plate, 18: common liquid chamber, 19: flow path plate.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数個が平行に配置された加圧液室に対
して弾性板を介して圧電体に電圧を印加する電圧印加手
段を有し、前記電圧印加手段からの駆動信号を前記圧電
体に印加して前記弾性板を介して前記加圧液室内インク
を励振させることにより、インク液滴を飛翔させて画素
を形成するインクジェトヘッドにおいて、前記駆動信号
が、インクが滴化飛翔まで至らない状態に前記加圧液室
内部に予備圧を発生させる予備励振信号と、引き続いて
インク滴を飛翔させる主駆動信号と、該主駆動信号によ
って発生する液室固有振動を打ち消して加圧液室内のイ
ンク圧を抑制するための抑制信号、の3つの機能を有す
ることを特徴とするインクジェットヘッド。
1. A voltage applying means for applying a voltage to a piezoelectric body via an elastic plate to a plurality of pressurized liquid chambers arranged in parallel, and a driving signal from the voltage applying means is supplied to the piezoelectric body. In the ink jet head which applies ink to the body and excites the ink in the pressurized liquid chamber through the elastic plate, thereby causing ink droplets to fly to form pixels, the driving signal is such that the ink reaches the droplet flying. A pre-excitation signal for generating a pre-pressure in the pressurized liquid chamber in a state where no pressure is applied, a main drive signal for continuously ejecting ink droplets, and a liquid chamber natural vibration generated by the main drive signal to cancel the pressurized liquid chamber. An ink-jet head having three functions: a suppression signal for suppressing the ink pressure.
【請求項2】 請求項1において、駆動信号の少なくと
も1部が矩形波または三角波により構成されていること
を特徴とするインクジェットヘッド。
2. The ink jet head according to claim 1, wherein at least a part of the drive signal is formed of a rectangular wave or a triangular wave.
【請求項3】 請求項1において、圧電体が積層の圧電
素子からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. The ink jet head according to claim 1, wherein the piezoelectric body comprises a laminated piezoelectric element.
【請求項4】 請求項1において、圧電体が単板の圧電
素子からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
4. The ink jet head according to claim 1, wherein the piezoelectric body comprises a single-plate piezoelectric element.
【請求項5】 複数個が平行に配置された加圧液室に対
して弾性板を介して、前記圧電体に電圧を印加する電圧
印加手段を有し、前記電圧印加手段からの駆動信号を前
記圧電体に印加して前記弾性板を介して前記加圧液室内
インクを励振させることにより、インク液滴を飛翔させ
て画素を形成するインクジェトヘッドにおいて、前記駆
動信号が、インクが滴化飛翔まで至らない状態に前記加
圧液室内部に予備圧を発生させる予備励振信号と、引き
続いてインク滴を飛翔させる主駆動信号と、該主駆動信
号によって発生する液室固有振動を打ち消して加圧液室
内のインク圧を抑制するための抑制信号、の3つの機能
を有することを特徴とするインクジェットヘッドを搭載
した印写装置。
5. A voltage applying means for applying a voltage to the piezoelectric body via an elastic plate with respect to a plurality of pressurized liquid chambers arranged in parallel, and a driving signal from the voltage applying means is provided. In the ink jet head which applies ink to the piezoelectric body to excite the pressurized liquid chamber ink through the elastic plate, thereby causing ink droplets to fly to form pixels, the driving signal is such that the ink becomes a droplet A pre-excitation signal for generating a pre-pressure in the pressurized liquid chamber, a main drive signal for continuously ejecting ink droplets, and pressurization by canceling the liquid chamber natural vibration generated by the main drive signal. A printing apparatus equipped with an inkjet head, which has three functions of a suppression signal for suppressing ink pressure in a liquid chamber.
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