JPH0872240A - Ink jet recorder - Google Patents

Ink jet recorder

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JPH0872240A
JPH0872240A JP16772495A JP16772495A JPH0872240A JP H0872240 A JPH0872240 A JP H0872240A JP 16772495 A JP16772495 A JP 16772495A JP 16772495 A JP16772495 A JP 16772495A JP H0872240 A JPH0872240 A JP H0872240A
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ink
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diaphragm
recording apparatus
ink jet
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光朗 跡部
Shuji Koeda
周史 小枝
Shinichi Yotsuya
真一 四谷
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters 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
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14314—Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane

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

Abstract

PURPOSE: To provide an ink jet recorder capable of printing an image with gradation of high resolution by low driving voltage by a method wherein an ink drop of an amount corresponding to its gradation can be precisely discharged by simple control according to a binary gradation signal. CONSTITUTION: In an ink jet recorder wherein an electrode opposed at a specific vacant space to a diaphragm 5 which is interconnected to each nozzle hole 4 and provided on one part of a wall face of each independent discharge room 6 is provided, and an ink drop is discharged by deforming the diaphragm 5 by electrostatic force obtained by applying voltage, a plurality of electrodes 31 which are respectively independent are opposed to each other, and an ink drop of an amount corresponding to a gradation signal is discharged by applying pulse voltage to a specific number of the electrodes 31 according to the gradation signal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、記録を必要とする時に
のみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるインク
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 in which ink droplets are ejected only when recording is required and the ink droplets are adhered to a recording paper surface.

【０００２】[0002]

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の騒
音がきわめて小さいこと、高速印字が可能であること、
安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有す
る。この中でも記録の必要な時にのみインク液滴を吐出
する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が記録に不
必要なインクを液滴の回収を必要としないため、現在主
流となっている。2. Description of the Related Art Ink jet recording apparatuses have extremely low noise during recording and are capable of high-speed printing.
It has many advantages such as the ability to use cheap plain paper. Among these, the so-called ink-on-demand method, which ejects ink droplets only when recording is necessary, does not require the collection of droplets of ink that is unnecessary for recording, and is currently in the mainstream.

【０００３】従来のインクジェット記録装置には、例え
ば特開昭５５−７９１７１号に開示されているものがあ
る。この記録装置は、吐出室に面した面積の異なる複数
個の電歪体（圧電素子）を設け、電歪体の駆動を２値の
電気パルスで行うことにより、インク室に連通するノズ
ルから径の異なるインク滴を吐出して、階調画像の記録
を行うものであった。A conventional ink jet recording apparatus is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 55-79171. In this recording apparatus, a plurality of electrostrictive bodies (piezoelectric elements) having different areas facing the ejection chamber are provided, and the electrostrictive body is driven by a binary electric pulse, so that the diameter from the nozzle communicating with the ink chamber is increased. Ink droplets of different colors are ejected to record a gradation image.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のインクジェット記録装置の構造では、吐出室
の外側に圧電素子を取り付ける作業が極めて煩雑で多大
の時間を要する。また、一般に圧電素子は、厚みばらつ
きが大きく、振動板への接着剤の厚みばらつきも発生
し、前記ノズルから吐出されるインク液滴の大きさ、ス
ピードが異なり、階調信号に応じた量のインク滴を精度
よく吐出すること、即ち、階調信号に応じて、インク滴
の量を制御することが難しい。However, in the structure of such a conventional ink jet recording apparatus, the work of attaching the piezoelectric element to the outside of the ejection chamber is extremely complicated and requires a lot of time. Further, in general, a piezoelectric element has a large thickness variation, and a thickness variation of the adhesive on the diaphragm also occurs, and the size and speed of the ink droplets ejected from the nozzles are different, and the amount of the ink droplet is different according to the gradation signal. It is difficult to eject ink droplets with high precision, that is, to control the amount of ink droplets according to the gradation signal.

【０００５】また、圧電素子（特にユニモルフ型）は、
小さくするほど、所定の歪みを得るために大きな駆動電
圧が必要となるため、電歪体を小さく形成し、高密度に
実装し、しかも比較的低駆動電圧で駆動することが難し
い。故に、従来の圧電素子を用いたものを用いて、高密
度、多ノズルのインクジェットヘッドを形成し、低い駆
動電圧で高解像度の階調画像を印刷することは非常に難
しい。Further, the piezoelectric element (especially unimorph type) is
The smaller the size, the larger the driving voltage required to obtain a predetermined strain. Therefore, it is difficult to form the electrostrictive body in a small size, mount it at a high density, and drive at a relatively low driving voltage. Therefore, it is very difficult to form a high-density, multi-nozzle inkjet head using a conventional piezoelectric element and print a high-resolution gradation image with a low driving voltage.

【０００６】本発明の目的は、２値の階調信号に応じ
て、その階調に応じた量のインク滴を精度よく吐出する
ことが可能で、低い駆動電圧で高解像度の階調画像を印
刷することができるインクジェット記録装置を提供する
ことにある。An object of the present invention is to accurately discharge an amount of ink droplets corresponding to a gradation according to a binary gradation signal, and to form a high resolution gradation image with a low driving voltage. An object is to provide an inkjet recording device that can print.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録装置は、複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連
通し、各々独立した吐出室と、前記吐出室の壁面の一部
に設けられた振動板と、該振動板に対して所定の空隙を
有して対向する電極とからなる静電アクチュエータとを
有するインクジェットヘッドと、前記静電アクチュエー
タに、パルス電圧を印加して得られる静電気力によって
前記振動板を変形させて、前記ノズル孔からインク滴を
吐出させる駆動手段とを有するインクジェット記録装置
において、１つの振動板に対し、各々独立した複数の電
極を有する静電アクチュエータと、階調信号に応じて、
所定数の前記電極にパルス電圧を印加し、前記階調信号
に応じた量のインク滴を前記ノズルから吐出する駆動手
段を有することを特徴とする。 また、例えば、同面積
の２つの電極の双方に電圧を印加したときの振動板の撓
み量（インク吐出量）は、振動板はいびつに撓むため、
一方の電極に電圧を印加した時の撓み量の２倍に予め正
確に設定することは難しい。本発明では、隣り合う電極
の間に、振動板を支持する支柱壁を設けることにより、
隣り合う電極の一方に、電圧を印加しても、振動板の変
形が抑制されるため、撓みすぎることがなく、予め設定
された電極の面積に応じて、撓み量も一義的に決まり、
このため、インク吐出量のコントロールが容易である。The ink jet recording apparatus of the present invention is provided with a plurality of nozzle holes, discharge chambers communicating with each of the nozzle holes, and independent discharge chambers, and a part of the wall surface of the discharge chamber. And an electrostatic head obtained by applying a pulse voltage to the electrostatic actuator, and an inkjet actuator having an electrostatic actuator including an electrode facing the diaphragm with a predetermined gap. In an ink jet recording apparatus having a driving unit that deforms the vibrating plate to eject ink droplets from the nozzle holes, an electrostatic actuator having a plurality of independent electrodes for each vibrating plate, and a gradation Depending on the signal
It is characterized in that it has a driving means for applying a pulse voltage to a predetermined number of the electrodes and ejecting ink droplets of an amount corresponding to the gradation signal from the nozzles. Further, for example, the deflection amount (ink ejection amount) of the diaphragm when a voltage is applied to both of the two electrodes having the same area is that the diaphragm is distorted,
It is difficult to accurately set in advance twice the amount of bending when a voltage is applied to one electrode. In the present invention, by providing the pillar wall that supports the diaphragm between the adjacent electrodes,
Even if a voltage is applied to one of the adjacent electrodes, the deformation of the diaphragm is suppressed, so there is no excessive bending, and the amount of bending is uniquely determined according to the area of the electrode set in advance,
Therefore, it is easy to control the ink ejection amount.

【０００８】[0008]

【作用】本発明のインクジェット記録装置の動作原理
は、振動板とこれに対向する電極間にパルス電圧を印加
し、これにより、振動板と対向電極からなる静電アクチ
ュエータは、充電される。このとき、振動板ー電極間に
働くクーロン力により振動板が撓み、次いで、静電アク
チュエータに蓄えられている電荷を急激に放電し、振動
板自身の弾性による復元力により、吐出室内の圧力を瞬
間的に上昇させてインク液滴をノズルから吐出させるも
のである。 １つの振動板に対し、各々独立した複数の
電極を有する静電アクチュエータと、階調信号に応じ
て、所定数の前記電極にパルス電圧を印加し、前記階調
信号に応じた量のインク滴を前記ノズルから吐出する駆
動手段を有することにより、１ノズル当たりの一回当た
りのインク吐出量、換言すれば記録紙上に形成される１
ドットの径の大きさが、パルス電圧が印加された電極の
数によって変化するため、パルス電圧を印加する電極を
選択することにより、いわゆるデジタル的にインク吐出
量をコントロールでき、階調画像を表現できる。The principle of operation of the ink jet recording apparatus of the present invention is that a pulse voltage is applied between the diaphragm and the electrode facing the diaphragm, whereby the electrostatic actuator composed of the diaphragm and the counter electrode is charged. At this time, the vibrating plate is bent by the Coulomb force acting between the vibrating plate and the electrode, and then the electric charge stored in the electrostatic actuator is rapidly discharged. The ink droplets are momentarily raised to eject ink droplets from the nozzles. An electrostatic actuator having a plurality of electrodes independent of each other for one diaphragm, and a pulse voltage is applied to a predetermined number of the electrodes according to a gradation signal, and an ink droplet of an amount corresponding to the gradation signal is applied. By having a driving unit for ejecting the ink from the nozzle, the amount of ink ejected per one nozzle, in other words, 1
Since the size of the dot diameter changes depending on the number of electrodes to which the pulse voltage is applied, by selecting the electrode to which the pulse voltage is applied, the ink ejection amount can be digitally controlled and a gradation image can be displayed. it can.

【０００９】また、それぞれの電極面積を変えておくこ
とにより振動板の変位面積を自在に変化させることがで
きるため、駆動電極の組み合わせにより所望の吐出量を
選択することができる。Further, since the displacement area of the diaphragm can be freely changed by changing the respective electrode areas, a desired discharge amount can be selected by combining the drive electrodes.

【００１０】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００１１】図１は本発明の一実施例におけるインクジ
ェット記録装置の分解斜視図であり、一部断面図で示し
ている。本実施例はインク液滴を基板２の端部のノズル
孔４から吐出させるエッジイジェクトタイプの例を示す
ものである。図２は組み立てられたインクジェットヘッ
ド全体の断面側面図、図３は図２のＡ−Ａ線平面図であ
る。又、図４は本発明の本実施例におけるインクジェッ
ト記録装置の電極部分の平面図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention, which is a partial sectional view. This embodiment shows an example of an edge eject type in which ink droplets are ejected from the nozzle holes 4 at the end of the substrate 2. FIG. 2 is a sectional side view of the assembled inkjet head, and FIG. 3 is a plan view taken along the line AA of FIG. FIG. 4 is a plan view of the electrode portion of the ink jet recording apparatus according to this embodiment of the present invention.

【００１２】これらの図に示すように、インクジェット
記録装置の主要部であるインクジェットヘッド１２は、
以下に詳記する構造を持つ３枚の基板１、２、３を重ね
て接合した積層構造となっている。As shown in these figures, the ink jet head 12 which is the main part of the ink jet recording apparatus,
It has a laminated structure in which three substrates 1, 2 and 3 having a structure described in detail below are stacked and joined.

【００１３】中間の基板２は、シリコン基板であり、複
数のノズル孔４を構成する中間基板２の表面に一端より
平行に等間隔で形成された複数のノズル溝２１と、各々
のノズル溝２１に連通し底壁を振動板５とする吐出室６
を構成することになる凹部２２と、凹部２２の後部に設
けられたオリフィス７を構成することになるインク流入
口のための細溝２３と、各々の吐出室６にインクを供給
するための共通のインクキャビティ８を構成することに
なる凹部２４を有する。また、振動板５の下部には後記
する電極を装着するため振動室９を構成することになる
凹部２５が設けられている。この凹溝はエッチングによ
り０．２７５ミクロンとした。ノズル溝２１のピッチは
０．５０８ｍｍピッチであり、幅は６０ミクロンであ
る。The intermediate substrate 2 is a silicon substrate, and has a plurality of nozzle grooves 21 formed on the surface of the intermediate substrate 2 forming the plurality of nozzle holes 4 in parallel at equal intervals from one end, and each nozzle groove 21. Discharge chamber 6 that communicates with the bottom wall and uses the diaphragm 5 as the bottom wall
, A narrow groove 23 for forming an orifice 7 provided at the rear of the concave portion 22, and a common groove 23 for supplying ink to each ejection chamber 6. Of the ink cavity 8 has a concave portion 24. In addition, a concave portion 25, which constitutes the vibrating chamber 9 for mounting an electrode described later, is provided below the vibrating plate 5. The groove was etched to 0.275 micron. The pitch of the nozzle grooves 21 is 0.508 mm, and the width is 60 μm.

【００１４】中間基板２の上面に接合される上側の基板
１は、ホウケイ酸ガラスを用いた。この上基板１の接合
によって、前記ノズル孔４、吐出室６、オリフィス７及
びインクキャビティ８が構成される。そして、上基板１
にはインクキャビティ８に連通するインク供給口１４を
設けた。インク供給口１４は接続パイプ１６及びチュー
ブ１７を介してインクタンク（不図示）に接続される。Borosilicate glass was used for the upper substrate 1 bonded to the upper surface of the intermediate substrate 2. By joining the upper substrate 1, the nozzle hole 4, the ejection chamber 6, the orifice 7 and the ink cavity 8 are formed. And the upper substrate 1
An ink supply port 14 communicating with the ink cavity 8 is provided in the. The ink supply port 14 is connected to an ink tank (not shown) via a connection pipe 16 and a tube 17.

【００１５】中間基板２の下面に接合される下側の基板
３には、ホウケイ酸ガラスを使用し、この下基板３の接
合によって振動室９を構成するとともに、下基板３の振
動板５に対応する位置に、電極を形成するためＩＴＯを
０．１ミクロンスパッタし、図４の示すように等面積の
３本の電極３１を形成した。電極３１は各々リード部３
２及び端子部３３を持つ。さらに電極端子部を除きホウ
ケイ酸ガラススパッタ膜を全面に０．１ミクロン被覆
し、駆動時の絶縁破壊、ショートを防止するための絶縁
層３４を形成した。Borosilicate glass is used for the lower substrate 3 bonded to the lower surface of the intermediate substrate 2, and the vibration chamber 9 is formed by bonding the lower substrate 3 to the vibration plate 5 of the lower substrate 3. In order to form electrodes, ITO was sputtered at 0.1 μm at the corresponding positions to form three electrodes 31 having the same area as shown in FIG. The electrodes 31 are lead portions 3 respectively
2 and the terminal portion 33. Further, except for the electrode terminals, the borosilicate glass sputtered film was entirely covered with 0.1 μm to form an insulating layer 34 for preventing dielectric breakdown and short circuit during driving.

【００１６】次に、上基板１と中間基板２を摂氏３４０
度、８００Ｖ印加で陽極接合し、同条件で中間基板２と
下基板３を接合し、図２のようにインクジェットヘッド
を組み立てた。さらに、中間基板２と電極３１の端子部
３３間にそれぞれ駆動回路２６を接続し、インクジェッ
ト記録装置１０を構成した。インク１１は、図示しない
インクタンクよりインク供給口１４を通り中間基板２の
内部に供給され、インクキャビティ８、吐出室６等を満
たしている。インク滴１３は記録紙１５に向かってノズ
ル孔４より吐出されるものである。Next, the upper substrate 1 and the intermediate substrate 2 are 340 degrees Celsius.
Once, 800 V was applied to perform anodic bonding, the intermediate substrate 2 and the lower substrate 3 were bonded under the same conditions, and an inkjet head was assembled as shown in FIG. Further, the drive circuit 26 was connected between the intermediate substrate 2 and the terminal portion 33 of the electrode 31 to form the inkjet recording device 10. The ink 11 is supplied from the ink tank (not shown) to the inside of the intermediate substrate 2 through the ink supply port 14, and fills the ink cavity 8, the ejection chamber 6, and the like. The ink droplets 13 are ejected from the nozzle holes 4 toward the recording paper 15.

【００１７】図５は、駆動回路２６の詳細を示す回路図
である。ホスト（不図示）からの階調情報を含むプリン
トデータ信号が送信され、コントローラ１１０により受
信される。本実施例では、図４に示すように、１振動板
当たり、３つの電極３１ａ，３１ｂ，３１ｃが対向して
いるため、コントローラは、プリントデータ信号に基づ
き、１ノズル当たり３ビットのデコードを行うことがで
きるように構成されている。例えば、振動板５の電極３
１ａに対応する部分のみ（図５の点線部分）を撓ませて
インク滴を吐出するときは、トランジスタ１０１ａを駆
動し、振動板５と電極３１ａ間に働くクーロン力で、振
動板５の１部分を撓ませる。ついで、振動板５−電極３
１ａ間に蓄えられている電荷を、トランジスタ１０１ａ
を切り、トランジスタ１０２ａを駆動することにより、
放電し、振動板５自身の弾性による復元力により、吐出
室６内の圧力を瞬間的に上昇させてインク液滴をノズル
から吐出させる。抵抗１０３ａ，１０４ａにより、各
々、静電アクチュエータの充放電速度は、所望の値に予
め設定されている。本実施例では、全ての電極に電圧を
印加、２つの電極に電圧を印加、１つの電極に電圧を印
加、いずれの電極にも電圧を印加しない場合に対応する
４通りのインク吐出量を選択可能で、１画素を構成する
ドット径を変化させることにより、４階調の画像を表現
できる。 上述のインクジェットヘッド１２と駆動回路
２６をプリンタに組み込み、駆動電圧３８Ｖ，駆動周波
数３．３ｋＨｚで実験した結果、電極３１ａのみに電圧
を印加した場合は約０．０４μｃｃ、電極３１ａ、３１
ｂに電圧を印加した場合は約０．０８μｃｃ、電極３１
ａ、３１ｂ、３１ｃに電圧を印加した場合は０．１２μ
ｃｃのインク吐出量が得られた。FIG. 5 is a circuit diagram showing details of the drive circuit 26. A print data signal including gradation information from a host (not shown) is transmitted and received by the controller 110. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the three electrodes 31a, 31b, 31c per diaphragm face each other, so the controller decodes 3 bits per nozzle based on the print data signal. Is configured to be able to. For example, the electrode 3 of the diaphragm 5
When ink droplets are ejected by bending only the portion corresponding to 1a (the dotted line portion in FIG. 5), the transistor 101a is driven and one portion of the diaphragm 5 is driven by the Coulomb force acting between the diaphragm 5 and the electrode 31a. Bend. Then, the diaphragm 5-electrode 3
The electric charge stored between 1a is transferred to the transistor 101a.
Is turned off and the transistor 102a is driven,
The pressure inside the ejection chamber 6 is instantaneously increased by the restoring force due to the elasticity of the vibrating plate 5 itself by discharging and ink droplets are ejected from the nozzles. The charge / discharge speed of the electrostatic actuator is preset to a desired value by the resistors 103a and 104a. In this embodiment, voltage is applied to all electrodes, voltage is applied to two electrodes, voltage is applied to one electrode, and four types of ink ejection amounts are selected corresponding to the case where no voltage is applied to any electrode. It is possible, and an image with four gradations can be expressed by changing the diameter of dots forming one pixel. As a result of an experiment in which the above-described inkjet head 12 and the drive circuit 26 were incorporated into a printer and a drive voltage of 38 V and a drive frequency of 3.3 kHz, as a result, when a voltage was applied only to the electrode 31a, about 0.04 μcc and the electrodes 31a, 31 were obtained.
When voltage is applied to b, about 0.08 μcc, electrode 31
0.12μ when voltage is applied to a, 31b and 31c
An ink discharge amount of cc was obtained.

【００１８】図６は、本発明の他の実施例を示す、イン
クジェット記録装置の電極部分の平面図である。図４に
示す実施例と同様に１振動板に対向する電極を３本配置
し、電極面積を電極１３１ａ：電極１３１ｂ：電極１３
１ｃ＝２．５：５：１０となるように形成した。このよ
うに、異なる面積の電極を配置すれば、駆動する電極の
組み合わせの数のインク吐出量が選択可能となるため、
本実施例では、１画素を構成するドット径を変化させる
ことにより、６階調の画像を表現できる。FIG. 6 is a plan view of an electrode portion of an ink jet recording apparatus showing another embodiment of the present invention. Similar to the embodiment shown in FIG. 4, three electrodes facing one diaphragm are arranged and the electrode area is electrode 131a: electrode 131b: electrode 13
It was formed so that 1c = 2.5: 5: 10. In this way, if the electrodes having different areas are arranged, it is possible to select the ink ejection amount corresponding to the number of combinations of driven electrodes.
In the present embodiment, an image with 6 gradations can be expressed by changing the diameter of dots forming one pixel.

【００１９】本実施例のインクジェットヘッド１２と駆
動回路２６をプリンタに組み込み、駆動電圧４０Ｖ，駆
動周波数３．３ｋＨｚで実験した結果、電極１３１ａの
みに電圧を印加した場合は、約０．０１５μｃｃ、電極
１３１ｂのみに電圧を印加した場合は、約０．０３μｃ
ｃ、電極１３１ｃのみに電圧を印加した場合は０．０６
μｃｃ、電極１３１ａ、１３１ｂに電圧を印加した場合
は、約０．０５μｃｃ、全ての電極、１１３１ａ、１３
１ｂ、１３１ｃに電圧を印加した場合では約０．１２μ
ｃｃのインク吐出量が測定された。The ink jet head 12 and the drive circuit 26 of this embodiment were incorporated in a printer, and an experiment was conducted at a drive voltage of 40 V and a drive frequency of 3.3 kHz. When voltage is applied only to 131b, about 0.03μc
c, 0.06 when voltage is applied only to the electrode 131c
μcc, when a voltage is applied to the electrodes 131a, 131b, about 0.05 μcc, for all electrodes, 1131a, 13b
About 0.12μ when voltage is applied to 1b and 131c
The ink discharge amount of cc was measured.

【００２０】図７は本発明の他の実施例によるインクジ
ェット記録装置の主要部を分解して示す斜視図である。
本実施例はインク液滴を基板の面部のノズルプレート孔
４から吐出させるフェイスイジェクトタイプの例を示す
ものである。FIG. 7 is an exploded perspective view of a main part of an ink jet recording apparatus according to another embodiment of the present invention.
This embodiment shows an example of a face eject type in which ink droplets are ejected from the nozzle plate hole 4 in the surface portion of the substrate.

【００２１】この図７に示すように、インクジェット記
録装置の主要部であるインクジェットヘッド４２は、以
下に詳記する構造を持つ３枚の基板６１、６２、６３を
重ねて接合した積層構造となっている。As shown in FIG. 7, the ink jet head 42, which is the main part of the ink jet recording apparatus, has a laminated structure in which three substrates 61, 62, 63 having the structure described in detail below are stacked and joined. ing.

【００２２】中間の基板６２は、厚み４００ミクロンの
面方位（１１０）シリコン基板であり、中間基板６２の
吐出室６に、３ミクロンのシリコンからなる底壁を振動
板５とし、吐出室６を構成することになる凹部２２と、
凹部２２の後部に設けられたオリフィス７を構成するこ
とになるインク流入口のための細溝２３と、各々の吐出
室６にインクを供給するための共通のインクキャビティ
８を構成することになる凹部２４を形成し、中間基板６
２表面に熱酸化膜８８をショート防止のため０．１５ミ
クロン厚みに形成した。The intermediate substrate 62 is a plane-oriented (110) silicon substrate having a thickness of 400 microns, and the discharge chamber 6 of the intermediate substrate 62 has a bottom wall made of silicon of 3 microns as the vibrating plate 5, and the discharge chamber 6 is formed. A recess 22 to be configured,
A narrow groove 23 for an ink inlet that will form an orifice 7 provided at the rear of the recess 22 and a common ink cavity 8 for supplying ink to each ejection chamber 6 will be formed. The recess 24 is formed, and the intermediate substrate 6 is formed.
A thermal oxide film 88 having a thickness of 0.15 μm was formed on the surface 2 to prevent short circuit.

【００２３】中間基板６２の下面に接合される下側の基
板６３は、ホウケイ酸ガラスを使用し、この下基板６３
の接合によって振動室９を構成することになる深さ０．
３μの凹部４０をエッチングにより形成し、凹部４０内
に、、ＩＴＯを０．１μm 厚みでスパッタし、２本の電
極２３１ａ、電極２３１ｂ及びこれらにつながるリード
部３２及び端子部３３を形成した。ここで、電極２３１
ａ、２３１ｂの電極面積比は、１：２とした。また、隣
り合う吐出室６間のピッチは０．１４ｍｍであり、吐出
室６の幅は１００ミクロンである。The lower substrate 63 bonded to the lower surface of the intermediate substrate 62 is made of borosilicate glass.
The depth of 0.
A 3 μ recess 40 was formed by etching, and ITO was sputtered in the recess 40 to a thickness of 0.1 μm to form two electrodes 231a, 231b, and lead portions 32 and terminal portions 33 connected to these electrodes. Here, the electrode 231
The electrode area ratio of a and 231b was set to 1: 2. The pitch between the adjacent discharge chambers 6 is 0.14 mm, and the width of the discharge chambers 6 is 100 μm.

【００２４】中間基板６２の上面に接合される上側の基
板６１には、ＳＵＳ製のインクが吐出するためのノズル
孔４をもつ厚み７０ミクロンのノズルプレートを用い
た。また、上基板６１にはインクキャビティ８に連通す
るインク供給口１４を設けた。インク供給口１４は接続
パイプ１６及びチューブ１７を介してインクタンク（不
図示）に接続される。As the upper substrate 61 joined to the upper surface of the intermediate substrate 62, a 70-micron-thick nozzle plate having nozzle holes 4 for ejecting SUS ink was used. Further, the upper substrate 61 is provided with the ink supply port 14 communicating with the ink cavity 8. The ink supply port 14 is connected to an ink tank (not shown) via a connection pipe 16 and a tube 17.

【００２５】次に、中間基板６２と端子部３３間に図２
に示す駆動回路２６を接続し、インクジェット記録装置
を構成し、図１に示す実施例と同様に電極２３１ａ、２
３１ｂに駆動回路２６より、４０Ｖの駆動電圧を印加し
実験した結果、電極、２３１ａに電圧を印加したとき、
インク吐出量は０．０４μｃｃ、両方の電極２３１ａ、
２３１ｂに電圧を印加した場合は０．０８μｃｃであっ
た。Next, as shown in FIG. 2 between the intermediate substrate 62 and the terminal portion 33.
The drive circuit 26 shown in FIG. 2 is connected to form an ink jet recording apparatus, and electrodes 231a, 2 are formed in the same manner as the embodiment shown in FIG.
As a result of an experiment in which a driving voltage of 40 V is applied from the driving circuit 26 to 31b, when a voltage is applied to the electrodes 231a,
Ink discharge amount is 0.04 μcc, both electrodes 231a,
When a voltage was applied to 231b, it was 0.08 μcc.

【００２６】図８は、本発明の他の実施例を示す、電極
部の部分断面図である。FIG. 8 is a partial sectional view of an electrode portion showing another embodiment of the present invention.

【００２７】下基板３は、ホウケイ酸ガラス製の基板
で、下基板３とシリコン製の中間基板２との接合によっ
て振動室９ａ、９ｂ，９ｃを構成することになる支持壁
２０２で区切られた複数の凹部が、設けられている。電
極３１ａ、３１ｂ，３１ｃは、各振動室９ａ、９ｂ、９
ｃの底部に配置されている。各振動室の深さは、０．３
μm であり、各電極は、各々面積が等しく、ＩＴＯを
０．１ミクロンスパッタすることにより形成されてい
る。The lower substrate 3 is a substrate made of borosilicate glass, and is divided by a support wall 202 which constitutes the vibration chambers 9a, 9b and 9c by joining the lower substrate 3 and the intermediate substrate 2 made of silicon. A plurality of recesses are provided. The electrodes 31a, 31b, 31c are connected to the respective vibration chambers 9a, 9b, 9
It is located at the bottom of c. The depth of each vibration chamber is 0.3
Each electrode has the same area and is formed by sputtering ITO to a thickness of 0.1 micron.

【００２８】中間基板２の振動板５は、基板の裏面から
イオン注入法でボロンドープを１ミクロン深さまで１×
１０２０／ｃｍ３ 濃度で打ち込み、熱拡散後、基板２
の表面をフォトリソプロセスにより熱酸化膜のパターニ
ングを行ない、シリコン露出部をＫＯＨ水溶液でエッチ
ングしインク吐出室６を形成すると同時に形成されたも
のである。この方法は、高濃度ボロン域はＫＯＨ水溶液
でエッチングされにくいという性質を利用したもので、
その部分（エッチストップ層）を用いて厚み３μ程度の
振動板５を得ることができる。エッチング終了後、中間
基板２表面に熱酸化膜８８をショート防止のため０．１
５ミクロン厚みに形成し、図１の実施例１と同様のプロ
セスで３枚の基板を接合することにより、インクジェッ
トヘッドが組み立てられる。The vibrating plate 5 of the intermediate substrate 2 is 1 × boron doped to a depth of 1 micron from the back surface of the substrate by ion implantation.
Implanted at a concentration of 1020 / cm3, after thermal diffusion, the substrate 2
The surface of is patterned by thermal lithographic process, and the exposed portion of silicon is etched with a KOH aqueous solution to form the ink discharge chamber 6, and is formed at the same time. This method uses the property that the high-concentration boron region is difficult to be etched with a KOH aqueous solution.
Using that portion (etch stop layer), the diaphragm 5 having a thickness of about 3 μm can be obtained. After the etching is completed, a thermal oxide film 88 is formed on the surface of the intermediate substrate 2 by 0.1 to prevent short circuit.
The ink jet head is assembled by forming it to a thickness of 5 μm and joining the three substrates by the same process as in Example 1 of FIG.

【００２９】本実施例のように振動板下の振動室を支持
壁で分割支持することにより、振動板を薄くしても振動
板自体の弾性を強くすることができるため、充分なイン
ク吐出性能が得られる。これにより、シリコンのエッチ
ストップ技術が使用できるため精度の高い振動板の作製
が可能となる。By dividing and supporting the vibrating chamber under the vibrating plate by the supporting wall as in the present embodiment, the elasticity of the vibrating plate itself can be strengthened even if the vibrating plate is made thin. Is obtained. As a result, since the silicon etch stop technology can be used, a highly accurate diaphragm can be manufactured.

【００３０】また、例えば、同面積の２つの電極の双方
に電圧を印加したときの振動板の撓み量（インク吐出
量）は、振動板はいびつに撓むため、一方の電極に電圧
を印加した時の撓み量の２倍に予め正確に設定すること
は難しい。本実施例では、隣り合う電極の間に、振動板
を支持する支柱壁を設けることにより、隣り合う電極の
一方に、電圧を印加しても、振動板の変形が抑制される
ため、撓みすぎることがなく、予め設定された電極の面
積に応じて、撓み量も一義的に決まり、このため、イン
ク吐出量のコントロールが容易である。Further, for example, the deflection amount (ink ejection amount) of the diaphragm when a voltage is applied to both electrodes having the same area, the diaphragm is distorted, so that the voltage is applied to one electrode. It is difficult to accurately set in advance twice the amount of flexure when doing. In this embodiment, by providing the pillar wall that supports the vibration plate between the adjacent electrodes, even if a voltage is applied to one of the adjacent electrodes, the deformation of the vibration plate is suppressed. The amount of bending is uniquely determined according to the area of the electrode that is set in advance, and thus the control of the ink ejection amount is easy.

【００３１】[0031]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、２
値の階調信号に応じて、簡便な制御により、その階調に
応じた量のインク滴を精度よく吐出することが可能で、
低い駆動電圧で高解像度の階調画像を印刷することがで
きるインクジェット記録装置を提供できる。As described above, according to the present invention, 2
By simple control according to the gradation signal of the value, it is possible to accurately eject an amount of ink droplets corresponding to the gradation,
An inkjet recording device capable of printing a high-resolution gradation image with a low drive voltage can be provided.

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

【図１】本発明の１実施例におけるインクジェット記録
装置の主要部分を一部破断して示す分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view showing a partially cutaway main part of an inkjet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の１実施例におけるインクジェット記録
装置の組み立て後の断面側面図である。FIG. 2 is a cross-sectional side view of the ink jet recording apparatus in one embodiment of the present invention after assembly.

【図３】本発明の１実施例におけるインクジェット記録
装置の組み立て後の断面側面図のＡ−Ａ線平面図であ
る。FIG. 3 is a plan view taken along the line AA of the cross-sectional side view after assembly of the inkjet recording apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図４】本発明の１実施例におけるインクジェット記録
装置の電極部分の平面図である。FIG. 4 is a plan view of an electrode portion of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図５】本発明の１実施例におけるインクジェット記録
装置の駆動回路図である。FIG. 5 is a drive circuit diagram of the ink jet recording apparatus in one embodiment of the present invention.

【図６】本発明の他の実施例におけるインクジェット記
録装置の電極部分の平面図である。FIG. 6 is a plan view of an electrode portion of an ink jet recording apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図７】本発明の他の実施例におけるインクジェット記
録装置の主要部分を一部破断して示す分解斜視図であ
る。FIG. 7 is an exploded perspective view showing a partially cutaway main part of an inkjet recording apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図８】本発明の他の実施例における電極部の断面図で
ある。FIG. 8 is a cross-sectional view of an electrode portion according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１、６１ 上基板 ２、６２ 中間基板 ３、６３ 下基板 ４ ノズル孔 ５ 振動板 ６ 吐出室 ７ オリフィス ８ インクキャビティ ９ 振動室 １０ インクジェット記録装置 １１ インク １２ インクジェットヘッド １３ インク液滴 １４ インク供給口 １５ 紙 １６ 接続パイプ １７ チューブ ２１ ノズル溝 ２６ 駆動回路 ３１、１３１、２３１ 電極 1, 61 Upper substrate 2, 62 Intermediate substrate 3, 63 Lower substrate 4 Nozzle hole 5 Vibration plate 6 Discharge chamber 7 Orifice 8 Ink cavity 9 Vibration chamber 10 Inkjet recording device 11 Ink 12 Inkjet head 13 Ink droplet 14 Ink supply port 15 Paper 16 Connection pipe 17 Tube 21 Nozzle groove 26 Drive circuit 31, 131, 231 Electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 複数のノズル孔と、 該ノズル孔の各々に連通し、各々独立した吐出室と、 前記吐出室の壁面の一部に設けられた振動板と、該振動
板に対して所定の空隙を有して対向する電極とからなる
静電アクチュエータとを有するインクジェットヘッド
と、 前記静電アクチュエータに、パルス電圧を印加して得ら
れる静電気力によって前記振動板を変形させて、前記ノ
ズル孔からインク滴を吐出させる駆動手段とを有するイ
ンクジェット記録装置において、 １つの振動板に対し、各々独立した複数の電極を有する
静電アクチュエータと、 階調信号に応じて、所定数の前記電極にパルス電圧を印
加し、前記階調信号に応じた量のインク滴を前記ノズル
から吐出する駆動手段を有することを特徴とするインク
ジェット記録装置。1. A plurality of nozzle holes, discharge chambers that communicate with each of the nozzle holes and are independent of each other, a vibration plate provided on a part of a wall surface of the discharge chamber, and a predetermined size for the vibration plate. An ink-jet head having an electrostatic actuator composed of electrodes facing each other with a gap, and the nozzle plate is formed by deforming the diaphragm by an electrostatic force obtained by applying a pulse voltage to the electrostatic actuator. In an ink jet recording apparatus having a driving unit for ejecting ink droplets from the above, an electrostatic actuator having a plurality of independent electrodes for one vibration plate, and a pulse to a predetermined number of the electrodes according to a gradation signal An inkjet recording apparatus comprising: a driving unit that applies a voltage to eject ink droplets of an amount corresponding to the gradation signal from the nozzles. 【請求項２】 請求項１記載のインクジェット記録装置
において、１つの振動板に対向する複数の前記電極の少
なくとも一つの電極の面積が、他の電極の面積と異なる
ことを特徴とするインクジェット記録装置。2. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the area of at least one electrode of the plurality of electrodes facing one diaphragm is different from the area of the other electrodes. . 【請求項３】 請求項１記載のインクジェット記録装置
において、更に前記振動板の変形を一部規制する支柱を
設けたことを特徴とするインクジェット記録装置。3. The ink jet recording apparatus according to claim 1, further comprising a column that partially restricts the deformation of the vibration plate. 【請求項４】 請求項３記載のインクジェット記録装置
において、前記支柱が、１つの振動板に対向する、隣り
合う電極の間に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。4. The inkjet recording apparatus according to claim 3, wherein the support column is provided between adjacent electrodes facing one diaphragm. 【請求項５】 複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に
連通し、各々独立した吐出室と、前記吐出室の壁面の一
部に設けられた振動板と、一つの振動板に対して所定の
空隙を有して対向する複数の独立した電極とからなる静
電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、 前記静電アクチュエータに、パルス電圧を印加して得ら
れる静電気力によって前記振動板を変形させ、かつ前記
パルス電圧を印加した電極の数に応じた量のインク滴を
前記ノズルから吐出する駆動手段とを有することを特徴
とするインクジェット記録装置。5. A plurality of nozzle holes, discharge chambers communicating with each of the nozzle holes and independent of each other, a vibration plate provided on a part of a wall surface of the discharge chamber, and one vibration plate. An inkjet head having an electrostatic actuator composed of a plurality of independent electrodes facing each other with a predetermined gap, and the diaphragm is deformed by an electrostatic force obtained by applying a pulse voltage to the electrostatic actuator. An ink jet recording apparatus comprising: a driving unit that ejects ink droplets from the nozzle in an amount corresponding to the number of electrodes to which the pulse voltage is applied.
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