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JPH1044409A - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

Info

Publication number
JPH1044409A
JPH1044409A JP20857596A JP20857596A JPH1044409A JP H1044409 A JPH1044409 A JP H1044409A JP 20857596 A JP20857596 A JP 20857596A JP 20857596 A JP20857596 A JP 20857596A JP H1044409 A JPH1044409 A JP H1044409A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nozzle
ink
diameter
head
section
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.)
Granted
Application number
JP20857596A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3674885B2 (en
Inventor
Hisashi Takada
久 高田
Hideo Yasutomi
英雄 保富
Naoki Matsui
直樹 松井
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.)
Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta 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 Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP20857596A priority Critical patent/JP3674885B2/en
Priority to US08/908,627 priority patent/US6142607A/en
Publication of JPH1044409A publication Critical patent/JPH1044409A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3674885B2 publication Critical patent/JP3674885B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14475Structure thereof only for on-demand ink jet heads characterised by nozzle shapes or number of orifices per chamber

Landscapes

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a smooth and high quality multilevel halftone image by an arrangement wherein each nozzle has such a cross-section as the jetting side is narrower than the ink cavity side, each head section has a nozzle of different cross-section and the head for jetting ink is switched appropriately. SOLUTION: The nozzle 28 at each of head sections 12, 14 has such a cross- section as the jetting side narrower than the ink cavity side 26 and the nozzle 28a at the large diameter head section 12 has a cross-section different from that of the nozzle 28b at the small diameter head section 14. Consequently, a pressurized ink 24 has a relatively low pressure loss at the time of passing through the nozzle 28a and a larger droplet is jetted from the nozzle 28a than from the nozzle 28b. When the large diameter head section 12 or the small diameter head section 14 is selected appropriately depending on an image signal and an applying voltage to be applied to a piezoelectric member 42 is varied, a smooth multilevel halftoning is realized and a high quality halftone image like a photograph is obtained.

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、画像信号に応じて
インクキャビティ内のインクを加圧してノズルからイン
ク滴を吐出させ、記録媒体に付着させて画像を記録する
ドロップ・オン・デマンド方式のインクジェット記録ヘ
ッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drop-on-demand system in which ink in an ink cavity is pressurized according to an image signal to eject ink droplets from nozzles and adhere to a recording medium to record an image. The present invention relates to an inkjet recording head.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、インクジェット記録ヘッドで階調
画像を作成する手法として、ヘッドに大きさの異なる大
径ノズルと小径ノズルとを形成し、大径ノズルからは大
きいインク滴を、小径ノズルからは小さいインク滴を画
像信号に応じて適宜吐出させることにより階調表現を行
うものが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of creating a gradation image with an ink jet recording head, a large-diameter nozzle and a small-diameter nozzle having different sizes are formed on a head, and a large ink droplet is ejected from the large-diameter nozzle. Is known to perform gradation expression by appropriately discharging small ink droplets according to an image signal.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ノズル径を変
えただけでは階調の幅があまり広がらず、写真のような
滑らかな中間調画像を作成するためには不十分であっ
た。
However, changing the nozzle diameter alone does not greatly widen the gradation range, and is insufficient for producing a smooth halftone image such as a photograph.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記問
題点に鑑みてなされたもので、インクジェット記録ヘッ
ドに複数のヘッド部を設け、各ヘッド部がインクを収容
するインクキャビティと、このインクキャビティ内のイ
ンクを加圧する加圧手段と、加圧されたインクがインク
滴となって吐出するノズルとを備え、各ノズルがインク
キャビティ側よりも吐出側が狭くなった断面形状を有
し、そのノズル断面形状をヘッド部によって異ならせた
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and has been made in view of the above circumstances. An ink jet recording head is provided with a plurality of heads, each of which is provided with an ink cavity containing ink, and an ink cavity. A pressurizing means for pressurizing the ink in the cavity, and a nozzle for discharging the pressurized ink as ink droplets, each nozzle having a cross-sectional shape in which the discharge side is narrower than the ink cavity side, The cross-sectional shape of the nozzle differs depending on the head.

【0005】上記本発明にかかるインクジェット記録ヘ
ッドでは、上記ノズル断面を段階的に狭くなるように形
成し、吐出側に位置するノズル最狭部のノズル中心軸に
沿う方向の長さをヘッド部によって異ならせてもよい
し、または、ノズル断面をテーパ状に狭くなるように形
成し、ノズル内面のノズル中心軸に対するテーパ角度を
ヘッド部によって異ならせてもよい。
In the ink jet recording head according to the present invention, the cross section of the nozzle is formed so as to be gradually narrowed, and the length of the narrowest portion located on the discharge side in the direction along the nozzle center axis is determined by the head portion. The nozzle section may be made different, or the nozzle section may be formed so as to be tapered, and the taper angle of the inner surface of the nozzle with respect to the nozzle center axis may be made different depending on the head portion.

【0006】[0006]

【発明の効果】本発明にかかるインクジェット記録ヘッ
ドでは、ノズルがインクキャビティ側よりも吐出側が狭
くなった断面形状を有し、その断面形状をヘッド部によ
って異ならせてある。この断面形状の違いによってノズ
ルの流路抵抗が異なり、加圧されたインクがノズルを通
過するときの圧力損失にも違いが生じる。そのため、加
圧手段によってインクキャビティ内のインクに同一の加
圧力を作用させても、流路抵抗が大きい断面形状のノズ
ルを有するヘッド部からは小さなインク滴が吐出され、
反対に、流路抵抗が小さいノズルを有するヘッド部から
は大きなインク滴が吐出される。したがって、画像信号
に応じて適宜インクを吐出させるヘッド部を切り替える
ことにより、滑らかで幅広い多段階調性のある高画質の
中間調画像が得られる。
In the ink jet recording head according to the present invention, the nozzle has a sectional shape in which the ejection side is narrower than the ink cavity side, and the sectional shape differs depending on the head portion. The flow path resistance of the nozzle varies depending on the difference in the cross-sectional shape, and the pressure loss when the pressurized ink passes through the nozzle also varies. Therefore, even if the same pressing force is applied to the ink in the ink cavity by the pressurizing means, small ink droplets are ejected from the head portion having a nozzle having a cross section having a large flow path resistance,
Conversely, a large ink droplet is ejected from a head having a nozzle having a small flow path resistance. Therefore, a high-quality halftone image having smooth and wide multi-step tones can be obtained by appropriately switching the head section for ejecting ink according to the image signal.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図1から4は、本発明
にかかるインクジェット記録ヘッド10を示す。このヘ
ッド10は、大径インク滴吐出用ヘッド部12(以下
「大径ヘッド部12」という。)と小径インク滴吐出用
ヘッド部14(以下「小径ヘッド部14」という。)と
からなる。これら大径ヘッド部12と小径ヘッド部14
は、天板16、隔壁18、振動板20、および基板22
を重ね合わせて一体的に構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 to 4 show an ink jet recording head 10 according to the present invention. The head 10 includes a large-diameter ink droplet ejection head unit 12 (hereinafter, referred to as a “large-diameter head unit 12”) and a small-diameter ink droplet ejection head unit 14 (hereinafter, referred to as a “small-diameter head unit 14”). The large diameter head section 12 and the small diameter head section 14
Are the top plate 16, the partition 18, the diaphragm 20, and the substrate 22
Are superposed on each other to form an integral unit.

【0008】天板16は金属、合成樹脂、またはセラミ
ック等からなり、隔壁18との対向部を電鋳、フォトリ
ソグラフィ等の方法で微細加工して、大径ヘッド部12
と小径ヘッド部14とにそれぞれインク24を収容する
インクキャビティ26と、補給用インク24を収容する
インク供給室30と、各インクキャビティ26をインク
供給室30に連通させるインクインレット32と、各イ
ンクキャビティ26のインク24を吐出するノズル28
が形成されている。以下、大径ヘッド部12と小径ヘッ
ド部14の各ノズル28を符号28a,28bを用いて
適宜区別する。
The top plate 16 is made of metal, synthetic resin, ceramic, or the like. The portion facing the partition 18 is finely processed by a method such as electroforming or photolithography to form a large diameter head portion 12.
And a small-diameter head unit 14, an ink cavity 26 for accommodating ink 24, an ink supply chamber 30 for accommodating replenishment ink 24, an ink inlet 32 for communicating each ink cavity 26 with ink supply chamber 30, Nozzle 28 for discharging ink 24 in cavity 26
Are formed. Hereinafter, the nozzles 28 of the large-diameter head unit 12 and the small-diameter head unit 14 will be appropriately distinguished using reference numerals 28a and 28b.

【0009】図1に示すように、大径ヘッド部12と小
径ヘッド部14のインクキャビティ26は、これらヘッ
ド部12,14が対向する方向に沿って延びる長溝状に
かつ平行に形成されている。また、インク供給室30
は、インクキャビティ26を挟んで中央線34の反対側
に形成されており、図示しないインクタンクに接続して
ある。
As shown in FIG. 1, the ink cavities 26 of the large-diameter head portion 12 and the small-diameter head portion 14 are formed in parallel and in a long groove shape extending along the direction in which the head portions 12 and 14 face each other. . The ink supply chamber 30
Are formed on the opposite side of the center line 34 across the ink cavity 26, and are connected to an ink tank (not shown).

【0010】図2に示すように、各ヘッド部12,14
のノズル28はインクキャビティ26側よりもインク吐
出側の方が狭くなった断面形状を有しており、大径ヘッ
ド部12のノズル28aと小径ヘッド部14のノズル2
8bとではその断面形状を異ならせてある。
[0010] As shown in FIG.
Has a cross-sectional shape that is narrower on the ink ejection side than on the ink cavity 26 side. The nozzle 28a of the large diameter head 12 and the nozzle 2 of the small diameter head 14
8b has a different cross-sectional shape.

【0011】図3(a),(b)に示すように、上記各
ノズル28a,28bは、それぞれのノズル中心軸38
a,38bを含む断面形状が吐出側に向かって段階的に
狭くなるよう形成されており、いずれのノズル28a,
28bもインクキャビティ26側に位置する幅広部であ
る内径Dの第1領域31a,31bと、吐出側に位置す
るノズル最狭部である内径dの第2領域29a,29b
とからなっている。しかし、ノズル28aの第2領域2
9aのノズル中心軸38aに沿う方向の長さL1は、ノ
ズル28bの第2領域29bのノズル中心軸38bに沿
う方向の長さL2よりも短く形成してある。インクが各
ノズル28の第2領域29a,29bを通過するときの
流路抵抗は、内径dが同一であればインクとの接触面積
(πd×L)に比例するので、上記長さL1が短く形成
されてインクとの接触面積が比較的小さいノズル28a
の方が、ノズル28bよりもインク吐出時の流路抵抗が
小さくなっている。
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), each of the nozzles 28a and 28b
a and 38b are formed so that the cross-sectional shape gradually decreases toward the discharge side.
Reference numeral 28b also denotes first regions 31a and 31b having an inner diameter D which is a wide portion located on the ink cavity 26 side, and second regions 29a and 29b having an inner diameter d which is a nozzle narrowest portion located on the ejection side.
It consists of However, the second region 2 of the nozzle 28a
Direction length L 1 along the nozzle center axis 38a of the 9a is in the direction along the nozzle center axis 38b of the second region 29b of the nozzle 28b is formed shorter than the length L 2. Ink second region 29a of the nozzle 28, the flow path resistance when passing through 29b is proportional to the contact area between the ink if the inner diameter d is the same ([pi] d × L), the length L 1 is Nozzle 28a which is formed short and has a relatively small contact area with ink
The flow path resistance at the time of ink ejection is smaller in the nozzle than in the nozzle 28b.

【0012】図2に示すように、隔壁18は金属、合成
樹脂等の薄肉フィルムが使用されており、天板16と振
動板20との間に固定されている。なお、隔壁18はこ
れに所定の張力が加わった状態で固定するのが望まし
い。
As shown in FIG. 2, the partition 18 is made of a thin film of metal, synthetic resin, or the like, and is fixed between the top plate 16 and the diaphragm 20. It is desirable that the partition wall 18 be fixed with a predetermined tension applied thereto.

【0013】振動板20は周知の圧電材料からなり、そ
の上面と下面にそれぞれ共通電極、個別電極として利用
される導電性金属層(図示せず)が設けてあり、隔壁1
8と基板22との間に固定されている。また、振動板2
0は、図2および図4に示すように、ダイシング加工に
より縦方向溝58と横方向溝60を形成して分断し、各
インクキャビティ26に対応する圧電部材42(加圧手
段)と、隣接する圧電部材42の間に位置する仕切壁4
4と、これらを囲む周囲壁46とに分離されている。各
圧電部材42は、高温下で上下の共通電極と個別電極と
の間に高電圧を印加して分極処理されている。なお、圧
電部材42は、単層タイプに限らず、金属電極層をそれ
ぞれ挟むように複数の薄膜圧電シートを積層して形成し
た積層型圧電部材を用いてもよい。
The diaphragm 20 is made of a well-known piezoelectric material, and has a conductive metal layer (not shown) used as a common electrode and an individual electrode on its upper and lower surfaces, respectively.
8 and the substrate 22. In addition, diaphragm 2
2 and FIG. 4, a vertical groove 58 and a horizontal groove 60 are formed by dicing to divide and separate the piezoelectric member 42 from the piezoelectric member 42 (pressing means) corresponding to each ink cavity 26. Partition wall 4 located between the piezoelectric members 42
4 and a surrounding wall 46 surrounding them. Each piezoelectric member 42 is polarized by applying a high voltage between the upper and lower common electrodes and the individual electrodes at a high temperature. In addition, the piezoelectric member 42 is not limited to the single-layer type, and a laminated piezoelectric member formed by laminating a plurality of thin film piezoelectric sheets so as to sandwich the metal electrode layer may be used.

【0014】基板22は、セラミック、金属、合成樹脂
等からなり、振動板20に固定されている。
The substrate 22 is made of ceramic, metal, synthetic resin or the like, and is fixed to the diaphragm 20.

【0015】上記構成のヘッド10では、インク24は
図示しないインクタンクからインク供給室30に供給さ
れ、インクインレット32を介して各インクキャビティ
26に供給され収容されている。この状態で、画像信号
制御回路(図示せず)から圧電部材42に電圧が印加さ
れると、圧電部材42が瞬時に変形することによって隔
壁18がインクキャビティ26内に押し込まれる。これ
により、インクキャビティ26内のインク24が加圧さ
れ、ノズル28からインク滴が吐出される。
In the head 10 configured as described above, the ink 24 is supplied from an ink tank (not shown) to the ink supply chamber 30, and is supplied to and stored in each of the ink cavities 26 via the ink inlet 32. In this state, when a voltage is applied to the piezoelectric member 42 from an image signal control circuit (not shown), the piezoelectric member 42 is instantaneously deformed and the partition 18 is pushed into the ink cavity 26. Thereby, the ink 24 in the ink cavity 26 is pressurized, and the ink droplet is ejected from the nozzle 28.

【0016】大径ヘッド部12および小径ヘッド部14
の各圧電部材42は同一サイズに形成されているため、
印加電圧が同一であればその変形によってインクキャビ
ティ26内のインク24に作用する加圧力も同じであ
る。しかし、上述したように、大径ヘッド部12のノズ
ル28aの方が小径ヘッド部14のノズル28bよりも
流路抵抗が小さくなっている。そのため、加圧されたイ
ンク24がノズル28aを通過するときの圧力損失が比
較的小さくなり、その分、ノズル28aからはノズル2
8bから吐出されるものよりも大きなインク滴が吐出さ
れる。このことから、画像信号に応じて大径ヘッド部1
2と小径ヘッド部14を適宜選択するとともに、圧電部
材42に印加する電圧を変えることによって滑らかで幅
広い多段階調表現が可能になり、その結果、写真のよう
な高画質の中間調画像を得ることができる。
Large diameter head section 12 and small diameter head section 14
Are formed in the same size,
If the applied voltage is the same, the pressure applied to the ink 24 in the ink cavity 26 by the deformation is the same. However, as described above, the flow path resistance of the nozzle 28a of the large diameter head portion 12 is smaller than that of the nozzle 28b of the small diameter head portion 14. Therefore, the pressure loss when the pressurized ink 24 passes through the nozzle 28a is relatively small, and the nozzle 28a
A larger ink droplet is ejected than that ejected from 8b. For this reason, the large-diameter head unit 1 according to the image signal
2 and the small-diameter head portion 14 are appropriately selected, and by changing the voltage applied to the piezoelectric member 42, a smooth and wide multi-step tone expression can be achieved. As a result, a high-quality halftone image such as a photograph is obtained. be able to.

【0017】また、大径ヘッド部12と小径ヘッド部1
4とでは、各ノズル28の第2領域29a,29bの長
さL1,L2が異なるだけでノズル径dは同一であるた
め、異なる径のノズルを有するヘッドに比べてノズル孔
加工が容易になる。
The large diameter head 12 and the small diameter head 1
No. 4, the nozzle diameter d is the same except that the lengths L 1 and L 2 of the second regions 29 a and 29 b of each nozzle 28 are different, so that the nozzle hole processing is easier as compared with a head having nozzles of different diameters. become.

【0018】なお、本実施形態では各ノズル28a,2
8bの第2領域29a,29bの径を同一径dとした
が、大径ヘッド部12の方を小径ヘッド部14よりも大
径に形成すれば、さらに階調幅が広くなる。
In this embodiment, each nozzle 28a, 2
Although the diameters of the second regions 29a and 29b of 8b are set to the same diameter d, if the large-diameter head portion 12 is formed to be larger in diameter than the small-diameter head portion 14, the gradation width is further increased.

【0019】また、本実施形態のノズル断面形状とは異
なり、図5(a),(b)に示すように、各ノズル28
a,28bの断面を吐出側に向かって次第に狭くなるテ
ーパ状に形成し、ノズル中心軸38a,38bに対する
ノズル内面40a,40bのテーパ角度θ1,θ2を違え
ることで、各ノズルの流路抵抗を異ならせるようにして
もよい。この場合には、大径ヘッド部12のノズル28
aにおけるノズル内面29aのテーパ角度θ1を小径ヘ
ッド14のノズル28bの内面29bのテーパ角度θ2
より大きく形成することで、ノズル28aの流路抵抗を
ノズル28bのそれよりも小さくすることができる。
Also, unlike the nozzle cross-sectional shape of the present embodiment, as shown in FIGS.
The cross section of each of the nozzles a and 28b is formed in a tapered shape gradually narrowing toward the discharge side, and the taper angles θ 1 and θ 2 of the nozzle inner surfaces 40a and 40b with respect to the nozzle center axes 38a and 38b are changed, so that the flow path of each nozzle is changed. The resistance may be different. In this case, the nozzle 28 of the large-diameter head unit 12
a, the taper angle θ 1 of the nozzle inner surface 29a of the small diameter head 14 is changed to the taper angle θ 2 of the inner surface 29b of the nozzle 28b of the small diameter head 14.
By making it larger, the flow path resistance of the nozzle 28a can be made smaller than that of the nozzle 28b.

【0020】さらに、上記ノズル28a,28bの各断
面を段階的に狭くするのではなく、インクキャビティ2
6側から吐出側まで同一径dのノズル孔でもって連通す
るように形成し、その孔の長さを各ヘッド部12,14
によって異ならせてもよい。その方法としては、例え
ば、図6に示すように、上記天板16に代えて、インク
キャビティ26等の空間領域を形成するキャビティ形成
部材62と、その上部を覆う大径ヘッド部12用ノズル
プレート64および小径ヘッド部14用ノズルプレート
66とを使用し、各ノズルプレート64,66に同一径
dのノズル28a,28bを形成するとともに、上記ノ
ズルプレート64の厚みをノズルプレート66よりも薄
くする。このノズルプレート64,66の厚みの違いか
ら、各ノズル28a,28bの中心軸に沿う方向のノズ
ル内面の長さが、小径ヘッド14よりも大径ヘッド部1
2の方が短くなり、大径ヘッド部12のノズル28aの
流路抵抗を小径ヘッド部のノズル28bのそれよりも小
さくできる。
Further, instead of gradually reducing the cross section of each of the nozzles 28a and 28b,
Nozzle holes having the same diameter d are formed so as to communicate with each other from the 6th side to the discharge side.
It may be different depending on. For example, as shown in FIG. 6, instead of the top plate 16, a cavity forming member 62 for forming a space region such as the ink cavity 26, and a nozzle plate for the large-diameter head portion 12 covering the upper portion thereof, as shown in FIG. Using the nozzle plate 64 and the nozzle plate 66 for the small-diameter head section 14, the nozzles 28a and 28b having the same diameter d are formed in the respective nozzle plates 64 and 66, and the thickness of the nozzle plate 64 is made thinner than the nozzle plate 66. Due to the difference in thickness between the nozzle plates 64 and 66, the length of the inner surface of the nozzle in the direction along the central axis of each of the nozzles 28a and 28b is larger than that of the small-diameter head 14.
2 is shorter and the flow path resistance of the nozzle 28a of the large diameter head 12 can be made smaller than that of the nozzle 28b of the small diameter head.

【0021】ここで、上記インクジェット記録ヘッドを
用いて、圧電部材への印加電圧と、大径ヘッド部と小径
ヘッド部から吐出されるインク滴で形成されるドット径
との関係を調べた。
Here, the relationship between the voltage applied to the piezoelectric member and the dot diameter formed by ink droplets ejected from the large-diameter head portion and the small-diameter head portion was examined using the above-described ink jet recording head.

【0022】まず、実験1では各ヘッド部のノズルの第
2領域29a,29bの径d=35μm、上記第2領域
の長さL(L1,L2)を大径ヘッド部でL1=10μ
m、小径ヘッド部でL2=20μmとし、印加電圧を1
0または20Vから60Vまで10V刻みで変化させ
て、記録媒体上に形成されたインクドット径を計測し
た。その結果を図7のグラフに示す。このグラフより、
圧電部材への印加電圧が同一であっても大径ヘッド部で
形成されたインクドットの方が小径ヘッド部で形成され
るものよりも大きいことが分かる。
First, in Experiment 1, the diameter d of the second regions 29a and 29b of the nozzles of each head portion was 35 μm, and the length L (L 1 , L 2 ) of the second regions was L 1 = L 1 in the large diameter head portion. 10μ
m, L 2 = 20 μm in the small diameter head portion, and the applied voltage is 1
The diameter of the ink dots formed on the recording medium was measured while changing from 0 or 20 V to 60 V in steps of 10 V. The results are shown in the graph of FIG. From this graph,
It can be seen that even if the voltage applied to the piezoelectric member is the same, the ink dots formed in the large diameter head are larger than those formed in the small diameter head.

【0023】続いて、各ヘッド部におけるノズルの第2
領域の長さL(L1,L2)をともに10μmとし、第2
領域におけるノズル径を大径ヘッド部で50μm、小径
ヘッド部で35μmとして、印加電圧を上記と同様に変
化させた場合のインクドット径の変化を調べた。その結
果を図8のグラフに示す。このグラフから、吐出側のノ
ズル径を大きくすれば、インクドットもより大径となる
は明らかである。したがって、上記実験1の結果と考え
合わせれば、ノズルの第2領域の長さと径のそれぞれの
変化を組み合わせることにより、階調幅を一層広げるこ
とができる。
Subsequently, the second nozzle of each head section
The length L (L 1 , L 2 ) of the region is set to 10 μm, and the second
With the nozzle diameter in the region set to 50 μm for the large diameter head portion and 35 μm for the small diameter head portion, the change in ink dot diameter when the applied voltage was changed in the same manner as described above was examined. The results are shown in the graph of FIG. From this graph, it is clear that the larger the nozzle diameter on the ejection side, the larger the ink dot diameter. Therefore, in consideration of the result of Experiment 1, the gradation width can be further increased by combining the respective changes in the length and diameter of the second region of the nozzle.

【0024】次に、実験2では、テーパ状断面を有する
ノズルにおいて、ノズル中心軸に対するノズル内面の角
度θを違えることで、ノズルの流路抵抗を異ならせた場
合のインクドット径の変化を調べた。この実験では、各
ヘッド部のノズル吐出口の径d=35μm、ノズル内面
の長さL=20μmを共通とする一方、大径ヘッド部の
ノズル内面のテーパ角度θ1を45°、小径ヘッド部の
そのテーパ角度θ2を0°とし、圧電部材への印加電圧
を20Vから60Vまで10V刻みで変化させて、記録
媒体上に形成されるインクドット径を計測した。その結
果を図9のグラフに示す。このグラフより、圧電部材に
同一電圧を印加した場合でも、ノズルの流路抵抗の小さ
い大径ヘッド部からは小径ヘッド部よりも大きなインク
滴が吐出され、大径のインクドットが形成されることが
分かる。
Next, in Experiment 2, the change in the ink dot diameter when the flow path resistance of the nozzle was varied by changing the angle θ of the nozzle inner surface with respect to the nozzle center axis in a nozzle having a tapered cross section was examined. Was. In this experiment, the diameter d of the nozzle orifice of each head portion was 35 μm and the length L of the nozzle inner surface was 20 μm, while the taper angle θ 1 of the nozzle inner surface of the large diameter head portion was 45 °, and the small diameter head portion was The taper angle θ 2 was set to 0 °, and the voltage applied to the piezoelectric member was changed from 20 V to 60 V in increments of 10 V, and the diameter of the ink dots formed on the recording medium was measured. The results are shown in the graph of FIG. From this graph, it can be seen that even when the same voltage is applied to the piezoelectric member, ink droplets larger than those of the small-diameter head portion are ejected from the large-diameter head portion having a small flow path resistance of the nozzle, and large-diameter ink dots are formed. I understand.

【0025】続いて、今度はノズル内面のテーパ角度θ
(=45°)とその長さL(=20μm)を各ヘッド部
で共通とする一方、ノズル吐出口の径dを大径ヘッド部
で35μm、小径ヘッド部で20μmとして、圧電部材
への印加電圧を変化させてインクドット径の変化を調べ
た。その結果を図10のグラフに示す。なお、50また
は60ボルトの電圧を印加したときに小径ヘッド部で形
成されるインクドットは、着弾時のとびちりによって実
用に耐えないドット形状となるため、ドット径の計測値
として採用しなかった。このグラフより、ノズル吐出口
の径dを大きくすれば、同一電圧であっても、より大径
のインクドットが形成されることは明らかである。した
がって、上記実験2の結果と考え合わせれば、ノズル内
面の角度θの変化とノズル吐出口の径dのそれぞれの変
化を組み合わせることによって階調幅を一層広げること
ができることが分かる。
Subsequently, this time, the taper angle θ of the nozzle inner surface
(= 45 °) and its length L (= 20 μm) are common to each head portion, while the diameter d of the nozzle discharge port is 35 μm for the large diameter head portion and 20 μm for the small diameter head portion, and the application to the piezoelectric member is performed. The change in the ink dot diameter was examined by changing the voltage. The results are shown in the graph of FIG. The ink dots formed by the small-diameter head portion when a voltage of 50 or 60 volts is applied have a dot shape that cannot be put to practical use due to a gap at the time of impact, and thus are not adopted as a measured value of the dot diameter. From this graph, it is clear that if the diameter d of the nozzle ejection port is increased, an ink dot having a larger diameter is formed even at the same voltage. Therefore, considering the results of Experiment 2, it can be seen that the gradation width can be further increased by combining the change in the angle θ of the nozzle inner surface and the change in the diameter d of the nozzle discharge port.

【0026】また、図11に示すように、ノズル70の
断面をノズル径が一定の領域72とテーパ状領域74と
の組み合わせにより構成し、上記領域72の長さLと上
記領域74のテーパ角度θとを種々異ならせたノズル7
0を備えた複数のヘッド部を設ければ、階調を細かく制
御でき、より滑らかな階調画像が得られる。
As shown in FIG. 11, the cross section of the nozzle 70 is constituted by a combination of a region 72 having a constant nozzle diameter and a tapered region 74, and the length L of the region 72 and the taper angle of the region 74 Nozzle 7 with various θ
If a plurality of heads provided with 0 are provided, the gradation can be finely controlled and a smoother gradation image can be obtained.

【0027】なお、本実施形態のインクジェット記録ヘ
ッド10では、2つのヘッド部12,14を設けたが、
ノズル断面形状の異なる3つ以上のヘッド部を設けても
よい。
In the ink jet recording head 10 according to the present embodiment, two head portions 12 and 14 are provided.
Three or more heads having different nozzle cross-sectional shapes may be provided.

【0028】また、以上の説明では、隔壁を設けて圧電
部材とインクとをそれぞれ別々の部屋に収容したが、隔
壁は必ずしも必要ではない。しかし、圧電部材にインク
を直に接触させるとインクが圧電部材に浸透して変形能
力が低下するので、隔壁を設けない場合には圧電部材に
被膜を形成して圧電部材がインクと直に接触するのを防
止するのが好ましい。
In the above description, the partition is provided and the piezoelectric member and the ink are accommodated in separate rooms, respectively. However, the partition is not necessarily required. However, if the ink is brought into direct contact with the piezoelectric member, the ink penetrates into the piezoelectric member and the deformability decreases, so if no partition is provided, a film is formed on the piezoelectric member and the piezoelectric member comes into direct contact with the ink. It is preferable to prevent this.

【0029】さらに、本実施形態のヘッドではインクキ
ャビティ内のインクを加圧する加圧手段として圧電部材
を用いたが、本発明は加圧手段に発熱素子を用いたバブ
ルジェット方式のヘッドにも適用できる。
Further, in the head of this embodiment, a piezoelectric member is used as a pressurizing means for pressurizing the ink in the ink cavity. However, the present invention is also applicable to a bubble jet type head using a heating element as the pressurizing means. it can.

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

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

【図2】 図1のII−II線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.

【図3】 図2における大径ヘッド部と小径ヘッド部の
各ノズル断面の拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view of a cross section of each nozzle of a large diameter head portion and a small diameter head portion in FIG. 2;

【図4】 図2のIV−IV線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 2;

【図5】 大径ヘッド部と小径ヘッド部の各ノズル断面
形状の変形例を示す図である。
FIG. 5 is a view showing a modification of the cross-sectional shape of each nozzle of the large-diameter head portion and the small-diameter head portion.

【図6】 大径ヘッド部と小径ヘッド部を異なる厚みの
ノズルプレートで覆って形成したヘッドの変形例の部分
断面図である。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a modified example of a head formed by covering a large diameter head portion and a small diameter head portion with nozzle plates having different thicknesses.

【図7】 大径ヘッド部と小径ヘッド部のノズル断面形
状において、第2領域の長さを異ならせた場合の、圧電
部材への印加電圧とドット径との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the piezoelectric member and the dot diameter when the length of the second region is different in the nozzle cross-sectional shapes of the large-diameter head portion and the small-diameter head portion.

【図8】 各ノズルの第2領域の長さを同一にする一
方、大径ヘッド部と小径ヘッド部のノズル吐出口の径を
異ならせた場合の、圧電部材への印加電圧とドット径と
の関係を示すグラフである。
FIG. 8 shows the relationship between the voltage applied to the piezoelectric member and the dot diameter when the diameters of the nozzle discharge ports of the large diameter head section and the small diameter head section are made different while the length of the second area of each nozzle is made the same. 6 is a graph showing the relationship of.

【図9】 大径ヘッド部と小径ヘッド部のノズル断面形
状において、ノズル中心軸に対するノズル内面のテーパ
角度を異ならせた場合の、圧電部材への印加電圧とドッ
ト径との関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the piezoelectric member and the dot diameter when the taper angle of the inner surface of the nozzle with respect to the central axis of the nozzle is changed in the nozzle cross-sectional shapes of the large-diameter head portion and the small-diameter head portion. is there.

【図10】 ノズル内面のテーパ角度を同一にする一
方、大径ヘッド部と小径ヘッド部とでノズル吐出口の径
を異ならせた場合の、圧電部材への印加電圧とドット径
との関係を示すグラフである。
FIG. 10 shows the relationship between the voltage applied to the piezoelectric member and the dot diameter when the taper angle of the inner surface of the nozzle is made the same and the diameter of the nozzle ejection port differs between the large-diameter head portion and the small-diameter head portion. It is a graph shown.

【図11】 ノズル径が等しい領域とテーパ領域とを組
み合わせてノズル断面形状を構成した変形例を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram showing a modified example in which a nozzle cross-sectional shape is configured by combining a region having the same nozzle diameter and a tapered region.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…インクジェット記録ヘッド、12…大径ヘッド
部、14…小径ヘッド部、16…天板、18…隔壁、2
0…振動板、24…インク、26…インクキャビティ、
28,28a,28b…ノズル、29a,29b…第2
領域(ノズル最狭部)、38a,38b…ノズル中心
軸、42…圧電部材(加圧手段)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ink jet recording head, 12 ... Large diameter head part, 14 ... Small diameter head part, 16 ... Top plate, 18 ... Partition wall, 2
0: diaphragm, 24: ink, 26: ink cavity,
28, 28a, 28b ... nozzle, 29a, 29b ... second
Area (the narrowest part of the nozzle), 38a, 38b: central axis of the nozzle, 42: piezoelectric member (pressing means).

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のヘッド部を有し、各ヘッド部がイ
ンクを収容するインクキャビティと、このインクキャビ
ティ内のインクを加圧する加圧手段と、加圧されたイン
クがインク滴となって吐出するノズルとを備え、そのノ
ズル断面形状をヘッド部によって異ならせてあるインク
ジェット記録ヘッド。
1. An ink cavity having a plurality of heads, each of which contains ink, a pressurizing means for pressurizing the ink in the ink cavity, and the pressurized ink forming an ink droplet. An ink jet recording head comprising: a nozzle for discharging; and a nozzle having a different cross-sectional shape depending on a head portion.
【請求項2】 前記複数のヘッド部は、吐出側の径をイ
ンクキャビティ側の径以下としたノズルを有する第1お
よび第2のヘッド部を含み、少なくとも第1のヘッド部
のノズルはその断面が段階的に狭くなるように形成さ
れ、かつノズル最狭部のノズル中心軸に沿う方向の長さ
を前記第1および第2のヘッド部によって異ならせてあ
る請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
2. A method according to claim 1, wherein the plurality of heads include first and second heads having nozzles whose diameters on the ejection side are equal to or less than the diameters on the ink cavity side. 2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the ink jet recording head is formed so as to be gradually narrowed, and the length of the narrowest portion of the nozzle along the central axis of the nozzle is different between the first and second head portions. .
【請求項3】 前記複数のヘッド部は、吐出側の径をイ
ンクキャビティ側の径以下としたノズルを有する第1お
よび第2のヘッド部を含み、少なくとも第1のヘッド部
のノズルはその断面がテーパ状に狭くなるように形成さ
れ、かつノズル内面のノズル中心軸に対するテーパ角度
を前記第1および第2のヘッド部によって異ならせてあ
る請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. The plurality of head units include first and second head units having nozzles whose diameters on the ejection side are equal to or smaller than the diameters on the ink cavity side, and at least the nozzles of the first head unit have cross-sections thereof. 2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the ink jet recording head is formed so as to be tapered and the taper angle of the inner surface of the nozzle with respect to the central axis of the nozzle is different between the first and second head portions.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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