JP2005081643A - Nozzle for inkjet recording apparatus - Google Patents

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nozzle capable of stably amplifying a micro-oscillation of a piezoelectric body exciting an ink and preventing a fluid resonance being unstable with temperature from occurring. <P>SOLUTION: In order to amplify oscillation of the piezoelectric body 29 fitted on a body 30, the length of the body 30 is determined so that the resonance frequency f<SB>b</SB>of an oscillation in the axial direction of the body is close to the driving frequency f<SB>n</SB>of the nozzle, to amplify the oscillation by a mechanical resonance of the body 30. In addition, ink flow paths 37, 38 and 39 formed in the body 30 are respectively made into structures with steps with different inner diameters, so that the resonance frequencies of the fluid generated in the ink flow paths are made to be separated by ≥20 kHz from the driving frequency of the nozzle. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はオリフィスよりインクを噴出し、印字を行うインクジェット記録装置のノズルに関する。   The present invention relates to a nozzle of an ink jet recording apparatus that performs printing by ejecting ink from an orifice.

インクジェット記録装置のノズルに関しては、特許文献１に記載されたものがある。このノズルでは、圧電体の微小振動を増幅するために流体共振による振動増幅を用いて粒子形成に必要な振動を確保している。   Regarding the nozzles of the ink jet recording apparatus, there is one described in Patent Document 1. In this nozzle, in order to amplify the minute vibration of the piezoelectric body, vibration necessary for particle formation is secured by using vibration amplification by fluid resonance.

特開平５−２５４１１７号公報JP-A-5-254117

上記従来技術では、２つの流体共振周波数（７０ｋＨｚと９０ｋＨｚ）の間にノズル駆動周波数（８０ｋＨｚ）を設定している。しかしながら、一般的にインクジェット記録装置で使用されるインク中での音速は常温にて１２００〜１４００ｍ／ｓであるが、温度によって変化する。インクジェット記録装置の使用温度範囲０〜４５℃においては、インク中の音速は±１０％程度変化する。インク流路内で発生する流体共振周波数は音速に比例して変化するので、同様に±１０％変化し、７０±７ｋＨｚ、９０±９ｋＨｚとなる。よって駆動周波数８０ｋＨｚにおいて、振動の増幅率は温度により大きく変動し、粒子形成が不安定になる問題があった。また２つの流体共振周波数をノズル駆動周波数から大きく離すと、減衰が大きく、粒子形成には圧電体の振幅を大きくする必要があり、そのためには圧電体の大型化、入力電圧の増大となってしまう。   In the above prior art, the nozzle drive frequency (80 kHz) is set between two fluid resonance frequencies (70 kHz and 90 kHz). However, the speed of sound in ink generally used in an ink jet recording apparatus is 1200 to 1400 m / s at room temperature, but varies depending on the temperature. In the operating temperature range of 0 to 45 ° C. of the ink jet recording apparatus, the speed of sound in the ink changes by about ± 10%. Since the fluid resonance frequency generated in the ink flow path changes in proportion to the speed of sound, it similarly changes ± 10% to 70 ± 7 kHz and 90 ± 9 kHz. Therefore, at a driving frequency of 80 kHz, the vibration amplification factor fluctuates greatly with temperature, and there is a problem that particle formation becomes unstable. In addition, if the two fluid resonance frequencies are greatly separated from the nozzle drive frequency, the attenuation is large, and it is necessary to increase the amplitude of the piezoelectric body for particle formation. For this purpose, the piezoelectric body is enlarged and the input voltage is increased. End up.

そこで本発明の目的は、インクジェット記録装置において、温度変化によりインク中の音速が変化しても流体共振の影響を受けることなく、安定した粒子形成が可能なノズルを提供することである。さらに、圧電体の振動を効率よくインクに伝えることができる小型ノズルを提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nozzle capable of forming stable particles without being affected by fluid resonance even when the speed of sound in ink changes due to temperature change in an ink jet recording apparatus. Another object of the present invention is to provide a small nozzle that can efficiently transmit vibration of a piezoelectric body to ink.

上記目的を達成するために、第一の手段は、インクを噴出するオリフィス、インクを加振するための加振手段、オリフィスにインクを導く３つ以上の内径の異なる円柱穴を連結した段付インク流路を有するインクジェット記録装置のノズルにおいて、加振手段は段付インク流路の外周部にあり、内径の異なる円柱穴の接続部である段付部を覆うように配置した。   In order to achieve the above object, the first means is a stepped structure in which an orifice for ejecting ink, an exciting means for exciting ink, and three or more cylindrical holes having different inner diameters for guiding ink to the orifice are connected. In the nozzle of the ink jet recording apparatus having the ink flow path, the vibration means is disposed on the outer peripheral portion of the stepped ink flow path so as to cover the stepped portion that is the connection portion of the cylindrical holes having different inner diameters.

第二の手段は、インクを噴出するオリフィス、インクを加振するための加振手段、オリフィスにインクを導く３つ以上の内径の異なる円柱穴を連結した段付インク流路を有するインクジェット記録装置のノズルにおいて、加振手段は段付インク流路の外周部にあり、内径の異なる円柱穴の接続部である段付部がオリフィス側にあるように配置した。   The second means includes an orifice for ejecting ink, a vibration means for vibrating the ink, and an ink jet recording apparatus having a stepped ink flow path in which three or more cylindrical holes having different inner diameters are guided to the orifice. In this nozzle, the vibration means is disposed at the outer peripheral portion of the stepped ink flow path, and the stepped portion, which is a connecting portion of cylindrical holes having different inner diameters, is disposed on the orifice side.

第三の手段は、インクを噴出するオリフィス、インクを加振するための加振手段、オリフィスにインクを導く３つ以上の内径の異なる円柱穴を連結した段付インク流路を有するインクジェット記録装置のノズルにおいて、一つの金属部材にインクを噴出するオリフィスと、前記オリフィスにインクを導く３つ以上の内径の異なる円柱穴を連結した段付インク流路を一体に形成し、前記金属部材を加振する加振手段を有するようにした。   The third means is an ink jet recording apparatus having an orifice for ejecting ink, a vibration means for vibrating ink, and a stepped ink flow path in which three or more cylindrical holes having different inner diameters are guided to the orifice. In this nozzle, a stepped ink flow path is integrally formed by connecting an orifice for ejecting ink to one metal member and three or more cylindrical holes having different inner diameters for guiding the ink to the orifice. It was made to have the vibration means to shake.

第四の手段は、第一、第二、第三の手段において、３つ以上の内径の異なるインク流路を有し、前記インク流路の長さはオリフィス側が最も短くなるように配置した。   The fourth means has three or more ink flow paths with different inner diameters in the first, second and third means, and the length of the ink flow path is arranged so that the orifice side is the shortest.

第５の手段は、インク粒子に帯電を行う帯電電極と、インク粒子を偏向するための静電界を形成する偏向電極を有するようにした。   The fifth means has a charging electrode for charging the ink particles and a deflection electrode for forming an electrostatic field for deflecting the ink particles.

本発明によれば、ボディの機械共振周波数とノズルの駆動周波数を近づけるようにしているので、圧電体の振動を効率よくインクに伝えることができる。そのため、圧電体を小さくすることが可能となり、ノズルの小型化が可能となる。また、インク流路の流体共振周波数をノズルの駆動周波数よりも高い位置（２０ｋＨｚ以上）に離すことにより、温度変化によりインク中の音速が変化しても流体共振の影響を受けることなく、安定した粒子形成が可能となる。   According to the present invention, since the mechanical resonance frequency of the body and the drive frequency of the nozzle are made close to each other, the vibration of the piezoelectric body can be efficiently transmitted to the ink. Therefore, the piezoelectric body can be made small, and the nozzle can be miniaturized. In addition, by separating the fluid resonance frequency of the ink flow path to a position (20 kHz or higher) higher than the nozzle drive frequency, even if the sound velocity in the ink changes due to temperature change, it is stable without being affected by fluid resonance. Particle formation is possible.

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１に本発明を適用したインクジェット記録装置の概観図を示す。本発明のインクジェット記録装置は、制御系や循環系を収納した本体６００と、インクを噴出し粒子を作成するノズルを有する印字ヘッド６１０と、本体６００と印字ヘッド６１０の循環系と制御系を結ぶケーブル６２０から構成されている。本体６００には、ユーザが印字内容や印字仕様等の入力及び制御内容や装置運転状況等の表示が可能なタッチパネル式の液晶パネル６３０が設けてある。印字ヘッド６１０は円筒形のステンレス製のカバーで覆われており、カバーの内部にはインク粒子を作成し、インク粒子を偏向制御する印字制御部が収められている。印字ヘッド６１０の端面には、インク粒子が通過できるための貫通穴６１５が設けてある。本構成により、印字ヘッド６１０の貫通穴より飛び出したインク粒子により、非接触で対象物に所定の文字や図柄を印刷するものである。   FIG. 1 shows an overview of an ink jet recording apparatus to which the present invention is applied. The ink jet recording apparatus of the present invention connects a main body 600 containing a control system and a circulation system, a print head 610 having nozzles for ejecting ink and particles, and the circulation system and the control system of the main body 600 and the print head 610. The cable 620 is configured. The main body 600 is provided with a touch panel type liquid crystal panel 630 on which a user can input printing contents, printing specifications, etc., and display control contents, apparatus operating conditions, and the like. The print head 610 is covered with a cylindrical stainless steel cover, and a print control unit that creates ink particles and controls the deflection of the ink particles is housed inside the cover. A through hole 615 for allowing ink particles to pass therethrough is provided on the end face of the print head 610. With this configuration, predetermined characters and designs are printed on the object in a non-contact manner by ink particles that have protruded from the through holes of the print head 610.

図２に本体６００の内部構成の概略配置図を示す。本体６００上部には制御基盤６４０等の電気系部品が配置されている。本体下部６８０には、電磁弁６５０や、ポンプユニット６５５等で構成される循環系と、ノズルに供給するためのインクを貯めたインク容器１が納められている。蓋６７０は開閉可能で、インク容器が蓋６７０側に引き出せるようになっており、インクの補給、廃棄等のメンテナンスが容易にできるようになっている。   FIG. 2 shows a schematic layout of the internal configuration of the main body 600. Electrical parts such as a control board 640 are arranged on the upper part of the main body 600. The main body lower portion 680 houses a circulation system including an electromagnetic valve 650, a pump unit 655, and the like, and an ink container 1 that stores ink to be supplied to the nozzles. The lid 670 can be opened and closed, and the ink container can be pulled out to the lid 670 side, so that maintenance such as replenishment and disposal of ink can be easily performed.

図３にインクジェット記録装置のインク循環系と印字部の概略構成を示す。本体６００内には、インク容器１からのインクを印字ヘッド６１０に供給するインク供給経路２１と、印字ヘッド側に設けたガター１１に受け止めた記録に関与しないインクをインク容器１に回収するインク回収経路２２が設けてある。この供給経路２１の途中にインクを圧送する供給ポンプ２と、インク圧力を調節する調圧弁３と、供給インクの圧力を表示する圧力計４が本体６００側に設けてある。また、本体６００側のインク回収経路２２中にはインクを吸引するための回収ポンプ１４が設けてある。この供給ポンプ２と回収ポンプ１４とにより、ポンプユニット６５５が構成されている。   FIG. 3 shows a schematic configuration of the ink circulation system and the printing unit of the ink jet recording apparatus. In the main body 600, an ink supply path 21 that supplies ink from the ink container 1 to the print head 610, and ink collection that collects in the ink container 1 ink that is not involved in recording received by the gutter 11 provided on the print head side. A path 22 is provided. A supply pump 2 that pumps ink in the middle of the supply path 21, a pressure regulating valve 3 that adjusts the ink pressure, and a pressure gauge 4 that displays the pressure of the supplied ink are provided on the main body 600 side. A recovery pump 14 for sucking ink is provided in the ink recovery path 22 on the main body 600 side. The supply pump 2 and the recovery pump 14 constitute a pump unit 655.

印字ヘッド６１０側の供給経路２１中には、フィルタ５が設けられ、ここを通過した所定の圧力に調整されたインクがノズル６に供給される。ノズル６から出射したインクは帯電電極７で帯電され、上部偏向電極９及び下部偏向電極１０を通過して所定方向に偏向され記録物に出射される。なお帯電電極７には、記録信号源（図示せず）が接続されている。この帯電電極７に記録信号電圧を印加することによって、ノズル６より連続的に噴射するインク粒子８が帯電される。また、上部偏向電極９には高電圧源（図示せず）が接続され、下部偏向電極１０は接地されている。そのため上部偏向電極９と下部偏向電極１０との間に静電界が形成され、帯電したインク粒子８はその帯電量に応じて偏向される。その後、インク粒子８は印字ヘッド６１０の外に飛翔し、記録物の所定の位置に付着することにより、印字が行われる。印字ヘッド６１０側のインク回収経路２２は記録に関与しないインク粒子８を回収するためのもので、ガター１１と、フィルタ１２とが設けてある。記録に関与しないインク粒子８は、帯電電極７で帯電せず、静電界部を直進させ、ガター１１で受け止めた後、回収ポンプ１４にて吸引し、インク回収経路２２を通り、インク容器１へ戻る。   A filter 5 is provided in the supply path 21 on the print head 610 side, and ink adjusted to a predetermined pressure passing through the filter 5 is supplied to the nozzle 6. The ink emitted from the nozzle 6 is charged by the charging electrode 7, passes through the upper deflection electrode 9 and the lower deflection electrode 10, is deflected in a predetermined direction, and is emitted to the recorded matter. Note that a recording signal source (not shown) is connected to the charging electrode 7. By applying a recording signal voltage to the charging electrode 7, the ink particles 8 ejected continuously from the nozzle 6 are charged. The upper deflection electrode 9 is connected to a high voltage source (not shown), and the lower deflection electrode 10 is grounded. Therefore, an electrostatic field is formed between the upper deflection electrode 9 and the lower deflection electrode 10, and the charged ink particles 8 are deflected according to the amount of charge. Thereafter, the ink particles 8 fly out of the print head 610 and adhere to a predetermined position of the recorded matter, whereby printing is performed. The ink collection path 22 on the print head 610 side is for collecting the ink particles 8 not involved in recording, and is provided with a gutter 11 and a filter 12. Ink particles 8 that are not involved in recording are not charged by the charging electrode 7, move straight through the electrostatic field portion and are received by the gutter 11, and then sucked by the recovery pump 14, pass through the ink recovery path 22, and enter the ink container 1. Return.

次に、本発明のノズル６について図４を用いて説明する。図４はノズルの概観図である。ノズル６の外観は円柱形状をしており、端面にインクを噴出するためのオリフィス３５を備えたオリフィスプレート３１が設けてあり、他端にはインク供給経路２１と接続するための継ぎ手２７が設けてある。側面には内部部品を保護するための円筒形状をした保護カバー３２が設けてある。   Next, the nozzle 6 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic view of the nozzle. The external appearance of the nozzle 6 has a cylindrical shape, and an orifice plate 31 having an orifice 35 for ejecting ink is provided on the end face, and a joint 27 for connection to the ink supply path 21 is provided at the other end. It is. A protective cover 32 having a cylindrical shape for protecting the internal components is provided on the side surface.

次に、図５を用いてノズルの内部構成について説明する。図５にノズル６の断面図を示す。ノズル６の内部にはボディ３０が設けてあり、ボディ３０の外周部に圧電体２９と保護カバー３２、ボディ３０の一端にはオリフィスプレート３１、他端に継ぎ手２７が取り付けられている。保護カバー３２に設けた孔３４は、圧電体２９に信号を供給するためのリード線の取り出し口である。保護カバー３２は、ネジ３３によりボディ３０に固定されている。ボディ３０のインク供給経路は３段階に直径が徐々に小さくなるように形成されている。   Next, the internal configuration of the nozzle will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a sectional view of the nozzle 6. A body 30 is provided inside the nozzle 6, a piezoelectric body 29 and a protective cover 32 are attached to the outer periphery of the body 30, an orifice plate 31 is attached to one end of the body 30, and a joint 27 is attached to the other end. The hole 34 provided in the protective cover 32 is a lead wire outlet for supplying a signal to the piezoelectric body 29. The protective cover 32 is fixed to the body 30 with screws 33. The ink supply path of the body 30 is formed so that the diameter gradually decreases in three stages.

ここで圧電体２９について図６を用いて詳細に説明する。圧電体２９は円筒形状で、内外面に電極が設けられている。圧電体２９の内面電極５１は、円筒部の内面全面と端面５３に設けられている。また外面電極５２と内面電極５１との間に電気的絶縁を保つため、圧電体２９の外面には、０．５mmの無電極部５４がある。圧電体２９はボディ３０に圧電体２９の振動が効率よく伝達できるように、内面電極５１とボディ３０とが接着接合されている。圧電体２９の端面電極５３は、ボディ３０に接触するようにしているので、ボディ３０と内面電極５１は導通が確保できる。よって外面電極５２と、ボディ３０に正弦波の電気信号を発生する励振源を接続することにより、圧電体２９を加振することができる。圧電体２９の電気入力に対する変位効率を向上するためには、圧電体２９の形状で肉厚を薄く、長くすればよい。そこで本実施例では、圧電体２９は外径φ３．８mm、肉厚０．６mm、長さ８mmとした。また保護カバー３２の肉厚を０．５mmで行い、ノズル６の外径をφ６とした。   Here, the piezoelectric body 29 will be described in detail with reference to FIG. The piezoelectric body 29 has a cylindrical shape, and electrodes are provided on the inner and outer surfaces. The inner surface electrode 51 of the piezoelectric body 29 is provided on the entire inner surface and the end surface 53 of the cylindrical portion. Further, in order to maintain electrical insulation between the outer surface electrode 52 and the inner surface electrode 51, there is an electrodeless portion 54 of 0.5 mm on the outer surface of the piezoelectric body 29. In the piezoelectric body 29, the inner surface electrode 51 and the body 30 are adhesively bonded so that vibrations of the piezoelectric body 29 can be efficiently transmitted to the body 30. Since the end face electrode 53 of the piezoelectric body 29 is in contact with the body 30, electrical connection between the body 30 and the inner face electrode 51 can be ensured. Therefore, the piezoelectric body 29 can be vibrated by connecting the external electrode 52 and an excitation source that generates a sinusoidal electric signal to the body 30. In order to improve the displacement efficiency with respect to the electric input of the piezoelectric body 29, the thickness of the piezoelectric body 29 may be made thin and long. Therefore, in this embodiment, the piezoelectric body 29 has an outer diameter of 3.8 mm, a wall thickness of 0.6 mm, and a length of 8 mm. The thickness of the protective cover 32 was 0.5 mm, and the outer diameter of the nozzle 6 was φ6.

図７はボディ３０の詳細図である。外部には円柱部４１の一端に継ぎ手２７を取り付けインクの漏れを防ぐための鍔部４２が設けてあり、他端にネジ３３を嵌めるネジ部４０が形成されている。内部にはインク流路３７、３８、３９と、継ぎ手２７との接続用のネジ部４３が形成されている。円柱部４１には円筒形状の圧電体３１を嵌め合わせる。   FIG. 7 is a detailed view of the body 30. A flange portion 42 is provided on the outside to attach the joint 27 to one end of the cylindrical portion 41 to prevent leakage of ink, and a screw portion 40 into which the screw 33 is fitted is formed on the other end. Inside, the ink flow paths 37, 38, 39 and the threaded portion 43 for connecting the joint 27 are formed. A cylindrical piezoelectric body 31 is fitted into the column portion 41.

ここで、圧電体２９のボディ３０内を流れるインクへの振動伝達について説明する。圧電体２９の振動は粒子形成を行うには非常に小さい。そのため、ボディ３０の軸方向の共振周波数ｆb（機械共振）をノズル駆動周波数ｆｎ付近になるようにして、ボディ３０で振動を増幅するように構成した。軸方向の共振周波数ｆbは、次式で求めることができる。 Here, vibration transmission to the ink flowing in the body 30 of the piezoelectric body 29 will be described. The vibration of the piezoelectric body 29 is very small for particle formation. Therefore, the body 30 is configured to amplify vibration so that the resonance frequency f b (mechanical resonance) in the axial direction is in the vicinity of the nozzle drive frequency f n . The axial resonance frequency f b can be obtained by the following equation.

ｆｂ＝ｎＶｂ／４（L＋ｋ１）
ここで、ｎは共振モードにより決まる整数値、Lはボディ３０の長さ、Ｖｂはボディ３０中の音速、ｋ１は補正係数で実験により決まるものである。本実施例では、材質はステンレス鋼で、Ｖｂ＝５０００ｍ／ｓである。そこでＬを調節して、ｆｂ（一次モードｎ＝１）をｆｎ近傍に設定した。ノズルの駆動周波数ｆｎは、オリフィス径（本実施例での孔径はφ０．０６５ｍｍ）によりその最適値がほぼ決定され、本実施例ではｆｎ＝７０ｋＨｚである。そこで、ｆｂが７０±５ｋＨｚとなるように、Ｌ=２２ｍｍと設定した。これにより、圧電体３１の振動がボディ３０で増幅されて、インクを加振するので、効率のよい粒子形成が可能となる。 f b = nV b / 4 (L + k 1 )
Here, n is an integer value determined by a resonance mode, L is the length of the body 30, the V b are those sound velocity in the body 30, k 1 is determined experimentally by the correction factor. In this embodiment, the material is stainless steel, and V b = 5000 m / s. Therefore, L was adjusted to set f b (primary mode n = 1) in the vicinity of f n . The optimum value of the nozzle drive frequency f n is determined by the orifice diameter (the hole diameter in this embodiment is φ0.065 mm), and in this embodiment, f n = 70 kHz. Therefore, as f b is 70 ± 5 kHz, it was set to L = 22 mm. Thereby, the vibration of the piezoelectric body 31 is amplified by the body 30, and the ink is vibrated, so that efficient particle formation is possible.

次にボディ３０のインク流路について説明する。ボディ３０の一端にはオリフィスプレート３１が接着固定されており、その中心にはインクを噴出するためのオリフィス３５（孔径φ０．０６５ｍｍ）が加工されている。なお、オリフィスプレート３１は、溶接、かしめ、ネジ止めでもよい。また図８のように、ボディ３０にインク流路３７、３８、３９とともにオリフィス３５をプレス加工により一体に形成してもよい。   Next, the ink flow path of the body 30 will be described. An orifice plate 31 is bonded and fixed to one end of the body 30, and an orifice 35 (hole diameter φ0.065 mm) for ejecting ink is processed at the center thereof. The orifice plate 31 may be welded, caulked, or screwed. Further, as shown in FIG. 8, the orifice 35 may be integrally formed in the body 30 together with the ink flow paths 37, 38, and 39 by pressing.

ボディ３０の他端には、インク供給経路２１と接続した継ぎ手２７があり、インクをボディ３０のインク流路３７（内径φ１．５ｍｍ）、３８（内径φ１．０ｍｍ）、３９（内径φ０．５ｍｍ）に導入する。Oリング２６はボディ３０と継ぎ手２７をインクが漏れないようにシールするためのものである。前述のようにインク流路３７、３８、３９は、それぞれ内径が異なる段付構造となっている。すなわち、オリフィス３５側に行くに従って内径が小さくなるように構成した。これは、インク流路で発生する流体共振周波数を高くすることで駆動周波数に近い流体共振を発生させないためである。インク流路の流体共振周波数は、次式で求められる。   At the other end of the body 30, there is a joint 27 connected to the ink supply path 21, and ink is supplied to the ink flow path 37 (inner diameter φ1.5 mm), 38 (inner diameter φ1.0 mm), 39 (inner diameter φ0.5 mm) of the body 30. ). The O-ring 26 is for sealing the body 30 and the joint 27 so that ink does not leak. As described above, the ink flow paths 37, 38, and 39 have stepped structures having different inner diameters. That is, the inner diameter becomes smaller as going to the orifice 35 side. This is because a fluid resonance close to the drive frequency is not generated by increasing the fluid resonance frequency generated in the ink flow path. The fluid resonance frequency of the ink flow path is obtained by the following equation.

ｆｒ＝ｎＶｉ／４（ｌ＋ｋ２）
ここで、ｎは共振モードにより決まる整数値で、Ｖｉはインク中の音速、ｌはインク流路の長さ、ｋ2は補正係数である。インク流路３９の孔径に対しオリフィスの孔径が十分に小さいので、片端閉、片端開の境界条件をとり、１次モードでｎ＝１、２次モードでｎ＝３、3次モードでｎ＝５となる。また、インク流路３７、３８は、両端開の境界条件となるため、１次モードでｎ＝２、２次モードでｎ＝４、３次モードでｎ＝６となる。また一般的にインク中の音速は常温にて１２００〜１４００ｍ／ｓであるが、温度によってインク中の音速は変化する。インクジェット記録装置の稼動温度範囲０〜４５℃においては、インク中の音速は±１０％程度変化する。そのため、本実施例では、粒子形成が流体共振の影響を受けないようにするために、流路長さlを調整して、流体共振周波数を駆動周波数から十分離れるように（高い周波数に）設定した。すなわち、流路の径を３段階以上に区分し、それぞれの流路長さｌを流路長Ｌの１／２より短くなるように設定することで、それぞれの流路を流れる流体共振周波数を駆動周波数より高くなるようにしたものである。すなわち、本実施例では、各インク流路において流体共振周波数が最も低い一次モードにおいて９０ｋＨｚ以上となるように設定した。本実施例では、ｌ１＝２．５ｍｍ、ｌ２＝６ｍｍ、ｌ３＝６ｍｍとした。ここで、インク流路３９の長さを（オリフィスに最も近い方の流路長を）他のインク流路３７、３８に比べて流体共振周波数が高くなるように（短く設定）した。これは最もオリフィス３５に近いインク流路３９の流体共振特性が粒子形成に影響するためである。 f r = nV i / 4 (l + k 2 )
Here, n is an integer value determined by the resonance mode, V i is the speed of sound in the ink, l is the length of the ink flow path, and k 2 is a correction coefficient. Since the hole diameter of the orifice is sufficiently smaller than the hole diameter of the ink flow path 39, the boundary condition of one end closing and one end opening is taken, n = 1 in the first order mode, n = 3 in the second order mode, and n = 3 in the third order mode. 5 Further, since the ink flow paths 37 and 38 are boundary conditions with both ends open, n = 2 in the primary mode, n = 4 in the secondary mode, and n = 6 in the tertiary mode. In general, the speed of sound in ink is 1200 to 1400 m / s at room temperature, but the speed of sound in ink varies depending on the temperature. In the operating temperature range of 0 to 45 ° C. of the ink jet recording apparatus, the speed of sound in the ink changes by about ± 10%. Therefore, in this embodiment, in order to prevent the particle formation from being affected by fluid resonance, the flow path length l is adjusted so that the fluid resonance frequency is sufficiently separated from the driving frequency (high frequency). did. That is, by dividing the diameter of the flow path into three or more stages and setting each flow path length l to be shorter than ½ of the flow path length L, the fluid resonance frequency flowing through each flow path is set. It is designed to be higher than the drive frequency. That is, in this embodiment, each ink flow path is set to be 90 kHz or higher in the primary mode with the lowest fluid resonance frequency. In this embodiment, l 1 = 2.5 mm, l 2 = 6 mm, and l 3 = 6 mm. Here, the length of the ink flow path 39 (the length of the flow path closest to the orifice) was set to be higher (set shorter) than the other ink flow paths 37 and 38. This is because the fluid resonance characteristic of the ink flow path 39 closest to the orifice 35 affects particle formation.

以上のようにすることで、温度に対して変化が大きい流体共振の影響を受けることなく、温度に対して変化が少ない機械共振を利用した振動増幅を利用するため、安定した粒子形成が可能となる。   As described above, stable particle formation is possible because vibration amplification using mechanical resonance with little change with respect to temperature is used without being affected by fluid resonance with a large change with respect to temperature. Become.

本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の概観図である。1 is an overview of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の本体内部を示す図である。1 is a diagram illustrating the inside of a main body of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例であるインクジェット記録装置のインク循環図である。1 is an ink circulation diagram of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施例であるノズルの概観図である。It is a general-view figure of the nozzle which is one Example of this invention. 本発明の一実施例であるノズルの断面図である。It is sectional drawing of the nozzle which is one Example of this invention. 本発明の一実施例であるノズルに用いた圧電体の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric material used for the nozzle which is one Example of this invention. 本発明の一実施例であるノズルに用いたボディの断面図である。It is sectional drawing of the body used for the nozzle which is one Example of this invention. 本発明の他の一実施例であるノズルの断面図である。It is sectional drawing of the nozzle which is another Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…インク容器、２…ポンプ、６…ノズル、７…帯電電極、８…インク粒子、９…偏向電極、１１…ガター、２９…圧電体、３０…ボディ、３１…オリフィスプレート。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ink container, 2 ... Pump, 6 ... Nozzle, 7 ... Charging electrode, 8 ... Ink particle, 9 ... Deflection electrode, 11 ... Gutter, 29 ... Piezoelectric body, 30 ... Body, 31 ... Orifice plate

Claims (5)

インクを噴出するオリフィス、インクを加振するための加振手段、オリフィスにインクを導くインク流路を設けたインクジェット記録装置のノズルにおいて、前記インク流路を３つ以上の内径の異なる円柱穴を連結した段付構成とし、前記加振手段を前記段付インク流路の外周部に、内径の異なる円柱穴の接続部である段付部を覆うように配置することを特徴とするインクジェット記録装置のノズル。   In the nozzle of an ink jet recording apparatus provided with an orifice for ejecting ink, a vibration means for exciting ink, and an ink flow path for guiding ink to the orifice, the ink flow path has three or more cylindrical holes with different inner diameters. An ink jet recording apparatus having a connected stepped structure, wherein the excitation means is disposed on an outer peripheral portion of the stepped ink flow path so as to cover a stepped portion that is a connecting portion of cylindrical holes having different inner diameters. Nozzle. インクを噴出するオリフィス、インクを加振するための加振手段、オリフィスにインクを導くインク流路を有するインクジェット記録装置のノズルにおいて、前記インク流路を３つ以上の内径の異なる円柱穴を連結した段付構成とし、前記加振手段が段付インク流路の外周部にあり、内径の異なる円柱穴の接続部である段付部がオリフィス側にあるように配置することを特徴とするインクジェット記録装置のノズル。   In an ink jet recording apparatus nozzle having an orifice for ejecting ink, a vibration means for exciting ink, and an ink flow path for guiding ink to the orifice, three or more cylindrical holes having different inner diameters are connected to the ink flow path. An ink jet having a stepped configuration, wherein the excitation means is disposed on an outer peripheral portion of the stepped ink flow path, and a stepped portion that is a connecting portion of cylindrical holes having different inner diameters is disposed on an orifice side. The nozzle of the recording device. インクを噴出するオリフィス、インクを加振するための加振手段、オリフィスにインクを導く３つ以上の内径の異なる円柱穴を連結した段付インク流路を有するインクジェット記録装置のノズルにおいて、一つの金属部材にインクを噴出するオリフィスと、前記オリフィスにインクを導く３つ以上の内径の異なる円柱穴を連結した段付インク流路を一体に形成し、前記金属部材を加振する加振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のノズル。   In a nozzle of an ink jet recording apparatus having an orifice for ejecting ink, a vibration means for exciting ink, and a stepped ink flow path connecting three or more cylindrical holes with different inner diameters for guiding ink to the orifice, An excitation unit that vibrates the metal member by integrally forming an orifice that ejects ink to the metal member and a stepped ink flow path that connects three or more cylindrical holes having different inner diameters that guide the ink to the orifice. A nozzle for an inkjet recording apparatus, comprising: 請求項１から３のいずれか1項に記載のノズルを有したインクジェット記録装置のノズルにおいて、３つ以上の内径の異なるインク流路を有し、前記インク流路の長さはオリフィス側が最も短くなるように配置したことを特徴とするインクジェット記録装置のノズル。   4. The nozzle of the ink jet recording apparatus having the nozzle according to claim 1, wherein the ink flow path has three or more ink flow paths having different inner diameters, and the length of the ink flow path is shortest on the orifice side. A nozzle for an ink jet recording apparatus, characterized by being arranged as described above. 請求項１から４のいずれか1項に記載のノズルを有したインクジェット記録装置において、インク粒子に帯電を行う帯電電極と、インク粒子を偏向するための静電界を形成する偏向電極を有したインクジェット記録装置のノズル。

5. An ink jet recording apparatus comprising the nozzle according to claim 1, wherein the ink jet has a charging electrode for charging the ink particles and a deflection electrode for forming an electrostatic field for deflecting the ink particles. The nozzle of the recording device.

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