JP4418291B2 - Inkjet recording device - Google Patents

Description

本発明はノズルより連続的にインクを噴出し、印字を行うインクジェット記録装置のノズル構造に関する。   The present invention relates to a nozzle structure of an ink jet recording apparatus that performs printing by ejecting ink continuously from a nozzle.

ノズルから連続的にインクを噴出し、飛翔途中のインク滴を帯電させ、電界によって前記インク滴を偏向させて印字するコンティニアス方式のインクジェット記録装置は、金属缶やプラスチック表面に数字や記号を印字する装置として、広く普及している。従来、このインクジェット記録装置のノズルは、特許文献１に示されているように、ルビーなどの材料で形成された薄板の中心に直径６０μｍの穴をあけたノズル部材を、ノズル部材受け部を介してノズルプレートにかしめて接合一体化して製作していた。この方法で製作する理由は、薄板の穴加工を精度良く、かつ簡単に製作する方法として、レーザ加工が最も普及しているからである。また、レーザ加工のほかにも、特許文献２に記載されているように、オンデマンド方式（必要なときのみインクを吐出させる方式）のインクジェット記録装置に使用するノズルプレートにおいて、プレス加工によって前記ノズル部プレートを製作する方法がある。   A continuous inkjet recording device that ejects ink continuously from a nozzle, charges ink droplets in the middle of flight, and deflects the ink droplets with an electric field for printing. Numbers and symbols are printed on a metal can or plastic surface. It is widely used as a device to perform. Conventionally, as shown in Patent Document 1, a nozzle of this ink jet recording apparatus includes a nozzle member having a hole with a diameter of 60 μm in the center of a thin plate made of a material such as ruby, and the nozzle member receiving portion. It was manufactured by crimping the nozzle plate. The reason for manufacturing by this method is that laser processing is most widely used as a method for manufacturing a hole in a thin plate accurately and easily. In addition to laser processing, as described in Patent Document 2, in a nozzle plate used for an on-demand type ink jet recording apparatus (a method in which ink is ejected only when necessary), the nozzle is formed by press processing. There is a method of manufacturing a part plate.

従来のコンティニアス方式のノズル製作方法は、薄いノズルプレートをノズルプレート受け部材に接合する必要があり、製作工程が多くなるという問題があった。また、かしめた部分からインクが漏れないようにノズルを製作するためには、製作条件を厳しく設定する必要があり、製作方法が困難であった。   The conventional continuous nozzle manufacturing method requires a thin nozzle plate to be joined to the nozzle plate receiving member, and there is a problem that the manufacturing process increases. Further, in order to manufacture the nozzle so that the ink does not leak from the caulked portion, it is necessary to set the manufacturing conditions strictly, and the manufacturing method is difficult.

これらの問題を解決するためには、ノズル部材を一つの部材で製作することが有効である。ノズル部材を一つの部材で製作する方法としては、特許文献２に記載されているプレス加工で行うことが最も容易である。   In order to solve these problems, it is effective to manufacture the nozzle member with one member. As a method of manufacturing the nozzle member with one member, it is easiest to carry out by press working described in Patent Document 2.

特開２００１−１７９９８５号公報JP 2001-179985 A

特開平１０−２２６０７０号公報JP 10-2226070 A

プレス加工によってノズルを製作する場合、ノズル開口部は直径が数十μｍであるため、ノズル開口部を製作するパンチ部材の直径は、ノズル開口部と同程度の寸法でないと、パンチが折れてしまう。同じ理由で、プレス加工する部分の長さも直径の数倍程度となる。特許文献２では、パンチを用いてプレスにて厚さ８０μｍのステンレス板に多数の穴開け加工を施し、この板を多数のインク流路が形成された別部材に固定して記録ヘッドを製作する方法が開示されている。この記録ヘッドは、必要に応じてノズルらインクを飛翔させるオンデマンド方式のインクジェット記録装置用の記録ヘッドである。   When the nozzle is manufactured by press working, the nozzle opening has a diameter of several tens of μm. Therefore, if the diameter of the punch member for manufacturing the nozzle opening is not the same size as the nozzle opening, the punch breaks. . For the same reason, the length of the portion to be pressed is about several times the diameter. In Patent Document 2, a punch is used to perform a number of holes in a 80 μm-thick stainless steel plate, and this plate is fixed to another member in which a number of ink flow paths are formed to produce a recording head. A method is disclosed. This recording head is a recording head for an on-demand type inkjet recording apparatus in which ink is ejected from nozzles as necessary.

特許文献２の例のように、オンデマンド方式のインクジェット記録装置は、多数の圧電素子を使用してインクを飛翔させるので、素子一つ当たりに印加できる電力に制約があるため、インクを飛翔させる駆動力に上限がある。従って、直径３０μｍ程度のノズル先端部の長さは１０〜２０μｍ程度の長さにして流路抵抗を小さくする必要がある。   As in the example of Patent Document 2, the on-demand type ink jet recording apparatus uses a large number of piezoelectric elements to fly ink, and therefore, there is a restriction on the power that can be applied per element, so that the ink is allowed to fly. There is an upper limit to the driving force. Therefore, the length of the nozzle tip having a diameter of about 30 μm needs to be about 10 to 20 μm to reduce the channel resistance.

インクを飛翔途中で粒子化させるためには、圧電素子による振動条件に加え、円柱状のノズル先端部の直径と長さの比率が非常に重要である。そのため、前記比率を最適な比率に設定する必要がある。   In order to make ink particles in the middle of flight, in addition to the vibration condition by the piezoelectric element, the ratio of the diameter and length of the cylindrical nozzle tip is very important. Therefore, it is necessary to set the ratio to an optimal ratio.

また、プレス加工でノズル先端部を製作する際、開口部に連続する部分はテーパ形状になり、このテーパ形状も粒子化特性に大きく寄与する。   Further, when the nozzle tip is manufactured by press working, the portion continuing to the opening has a tapered shape, and this tapered shape also greatly contributes to the particle formation characteristics.

また、ノズルの製作には、ドリル加工の後にプレス加工を行う方法がある。ドリルの先端は約１２０°の角度でできているため、プレス加工前のノズル材には、ドリルの先端形状に沿った穴が開いている状態になっている。その場所にプレス加工用のパンチを突き当てて押し込む際に、芯ずれが起こっているとパンチを破損することがある。これを防止するためには、製作時の芯ずれ量を小さくするように加工装置を調整することが必要である。しかし、調整量には限界があるので、パンチの破損が起こる場合は、プレス加工前のノズル材の穴形状をドリル先端形状から平面状に加工することが必要となる。   In addition, there is a method of performing press working after drilling to manufacture the nozzle. Since the tip of the drill is formed at an angle of about 120 °, the nozzle material before press working is in a state where a hole is formed along the shape of the tip of the drill. When the punch for pressing is pressed against the place and pushed, the punch may be damaged if misalignment occurs. In order to prevent this, it is necessary to adjust the processing apparatus so as to reduce the amount of misalignment during manufacture. However, since the amount of adjustment is limited, when punch breakage occurs, it is necessary to process the hole shape of the nozzle material before press processing from the shape of the drill tip to a flat shape.

また、使用するインクは即乾性が求められるので、メチルエチルケトンやメタノールが溶媒となる。溶媒に溶解している染料の中には微量の塩素イオンを放出するものがあるため、耐腐食性を有する材料を用いる必要がある。   In addition, since the ink to be used is required to be quickly dried, methyl ethyl ketone or methanol serves as a solvent. Since some dyes dissolved in the solvent release a trace amount of chlorine ions, it is necessary to use a material having corrosion resistance.

そこで、本発明の目的は、インクジェット記録装置の記録ヘッドのノズルを製作において、ノズル材質及びノズル形状を適切にしてノズルの長寿命化を図ると共に粒子化特性を安定させることにより、印字特性が安定したインクジェット記録装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to stabilize the printing characteristics by manufacturing the nozzle of the recording head of the ink jet recording apparatus, by making the nozzle material and the nozzle shape appropriate to increase the life of the nozzle and stabilizing the particle formation characteristics. An inkjet recording apparatus is provided.

上記目的を達成するために、第一の手段は、流路形状が円柱部とテーパ部が連結した形状となっているインクジェット記録装置内のノズルにおいて、ノズル先端部の直径がａ、長さをｂの円柱形状とし、ｂ／ａの値を０．５〜１．５の範囲に構成することである。   In order to achieve the above object, the first means is that in the nozzle in the ink jet recording apparatus in which the flow path shape is a shape in which the cylindrical portion and the tapered portion are connected, the diameter of the nozzle tip is a and the length is b is a cylindrical shape, and the b / a value is in the range of 0.5 to 1.5.

また、開口部に連結するテーパ部がテーパ角３０°以上６０°以下であり、ノズル先端部とテーパ部の終端との距離ｃを１００μｍ〜３００μｍに構成することである。   Further, the taper portion connected to the opening has a taper angle of 30 ° to 60 °, and the distance c between the nozzle tip and the end of the taper is configured to be 100 μm to 300 μm.

さらに、穴プレス加工時のパンチ折れを防止するため、プレス加工前のノズル材にあいたドリル形状に沿った穴形状を放電加工によって平面形状にすることである。   Furthermore, in order to prevent punch breakage at the time of hole pressing, the hole shape along the drill shape on the nozzle material before the pressing process is made into a planar shape by electric discharge machining.

さらにまた、本記録装置で使用するインクには、塩素イオンを放出してノズル材を侵すものがあるため、ノズル部を耐腐食性の有るＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳＸＭ７、ＳＵＳ６３０を材料して使用することである。   Furthermore, since some of the inks used in the recording apparatus release chlorine ions and attack the nozzle material, the nozzle portion is made of SUS304, SUS304L, SUS316, SUS316L, SUSXM7, or SUS630, which has corrosion resistance. It is to use.

上記構成とすることで、連続的に噴出するインクを圧電素子の振動によって粒子化する際に、誤印字の原因となる微小インク粒子の発生が起こりにくくなるとともに、良好な粒子化状態となる圧電素子への電圧印加範囲が大きくなるため、環境条件が変化しても良好な印字が可能になるという効果がある。   With the above configuration, when ink that is continuously ejected is made into particles by the vibration of the piezoelectric element, the generation of fine ink particles that cause erroneous printing is less likely to occur, and the piezoelectric is in a good particle state. Since the voltage application range to the element becomes large, there is an effect that good printing is possible even if environmental conditions change.

また、ノズルをプレス加工する時のパンチ折れが発生しにくくなるため、生産コストが低減できるという効果がある。   In addition, since punch breakage is less likely to occur when the nozzle is pressed, production cost can be reduced.

さらに、ノズルが腐食することないので、長期にわたって安定した印字が可能なインクジェット記録装置を提供できるという効果がある。   Furthermore, since the nozzle does not corrode, there is an effect that it is possible to provide an ink jet recording apparatus capable of performing stable printing over a long period of time.

以下、発明の実施例について図面に従って説明する。まず、図７にインクジェット記録装置の概観を示す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 7 shows an overview of the ink jet recording apparatus.

図７において、本体１００の内部には記録装置の制御系やインク循環系が存在し、扉１０５を開閉することによって、保守作業ができるようになっている。また、本体１００からはケーブル１０３が伸びている。このケーブル１０３には、本体１００から印字ヘッド１０１にインクを送る配管と、印字ヘッド１０１から本体１００にインクを回収する配管と、印字ヘッド１０１への電気信号を送る配線が内包されている。さらに、本体１００には、ユーザが印字内容や印字仕様等を入力するためのタッチパネル式の液晶パネル１０４が設けてある。この液晶パネル１０４は、記録装置の制御内容や運転状況等が表示される。印字ヘッド１０１はステンレス製であり、その内部にはインク粒子を作成し、インク粒子の飛翔を制御する印字部が収められている。印字ヘッド１０１の内部で作成されたインク粒子は、底面に設けられた開口部１０２から吐出し、図示しない記録媒体上に付着して画像を形成する。   In FIG. 7, a printing apparatus control system and an ink circulation system exist inside the main body 100, and maintenance work can be performed by opening and closing the door 105. A cable 103 extends from the main body 100. The cable 103 includes a pipe for sending ink from the main body 100 to the print head 101, a pipe for collecting ink from the print head 101 to the main body 100, and a wiring for sending an electric signal to the print head 101. Further, the main body 100 is provided with a touch panel type liquid crystal panel 104 for a user to input print contents, print specifications, and the like. The liquid crystal panel 104 displays the control contents of the recording apparatus, the operation status, and the like. The print head 101 is made of stainless steel, and a printing unit that creates ink particles and controls the flying of the ink particles is housed therein. The ink particles created inside the print head 101 are ejected from an opening 102 provided on the bottom surface and adhere to a recording medium (not shown) to form an image.

次に、本体１００の内部構成について図８を用いて説明する。   Next, the internal configuration of the main body 100 will be described with reference to FIG.

本体１００内部の上部には、制御基板１０９等の電気系部品が配置されている。また、本体内部の下部１１０には、電磁弁１０８やポンプユニット１０６等の循環系制御部品が配置されており、その近くには、ノズルに供給するインクを収容するインク容器１が納められている。扉１０５は開閉可能で、インク容器を扉１０５側に引き出すことができ、インクの補給や廃棄等の保守作業が容易にできるようになっている。   In the upper part inside the main body 100, electrical components such as the control board 109 are arranged. Further, circulation system control parts such as the electromagnetic valve 108 and the pump unit 106 are arranged in the lower part 110 inside the main body, and an ink container 1 for storing ink to be supplied to the nozzles is housed in the vicinity thereof. . The door 105 can be opened and closed, the ink container can be pulled out to the door 105 side, and maintenance work such as ink supply and disposal can be easily performed.

次に、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について図９を用いて説明する。   Next, a schematic configuration of the ink circulation system and the printing unit of the ink jet recording apparatus will be described with reference to FIG.

インク供給経路（インク供給配管）２１は、インクを収容するインク容器１からノズル６まで接続されており、その経路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と、インク中の異物を捕らえるフィルタ５が設けてある。ノズル６には後述するように圧電素子が設けてあり、この圧電素子に７０ｋＨｚ程度の正弦波を圧電素子に印加することによって、ノズル６からインクを噴出する。噴出したインクは、飛翔中にインク粒子に***する。ノズル６の前側に距離を開けて設置された帯電電極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より規則的に噴射されたインク粒子８が帯電される。この帯電電極７の前側には偏向電極（上部偏向電極９と下部偏向電極１０）が設けてある。上部偏向電極９は高電圧源（図示せず）と接続され、下部偏向電極１０は接地されている。このため、上部偏向電極９に電圧を印加すると、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る。帯電したインク粒子８は静電界中を通過する間に自身が有する帯電量に応じて偏向され、図示しない記録媒体上に付着して画像を形成する。   An ink supply path (ink supply pipe) 21 is connected from the ink container 1 containing ink to the nozzle 6, a supply pump 2 that pumps ink into the path, a pressure regulating valve 3 that adjusts the ink pressure, A pressure gauge 4 for displaying the pressure of the supplied ink and a filter 5 for catching foreign matter in the ink are provided. The nozzle 6 is provided with a piezoelectric element as described later, and ink is ejected from the nozzle 6 by applying a sine wave of about 70 kHz to the piezoelectric element. The ejected ink splits into ink particles during flight. A recording signal source (not shown) is connected to the charging electrode 7 installed at a distance from the front side of the nozzle 6. By applying a recording signal voltage to the charging electrode 7, the ink particles 8 regularly ejected from the nozzle 6 are charged. A deflection electrode (upper deflection electrode 9 and lower deflection electrode 10) is provided on the front side of the charging electrode 7. The upper deflection electrode 9 is connected to a high voltage source (not shown), and the lower deflection electrode 10 is grounded. For this reason, when a voltage is applied to the upper deflection electrode 9, an electrostatic field is formed between the upper deflection electrode 9 and the lower deflection electrode 10. The charged ink particles 8 are deflected according to the charge amount of the charged ink particles 8 while passing through the electrostatic field, and adhere to a recording medium (not shown) to form an image.

偏向電極の前側には、ガター１１が設けてあり、このガター１１で余剰インク（帯電電極７で帯電されず、前記静電界中を通過する間に偏向されなかったインク粒子８）を回収する。このガター１１からインク容器１までインク回収経路（インク回収配管）２２が設けてある。インク回収経路２２中には、フィルタ１２と、回収ポンプ１４が設けてある。このように余剰インクをガター１１で回収し、インク容器１へ戻して再利用できるようになっている。なお、図９に示すようにインク共経路２１及びインク回収経路２２のフィルタ５、１２よりノズル側が印字ヘッド１０１を構成し、インク容器１側が本体１を構成している。   A gutter 11 is provided on the front side of the deflection electrode, and the gutter 11 collects excess ink (ink particles 8 that are not charged by the charging electrode 7 and are not deflected while passing through the electrostatic field). An ink recovery path (ink recovery pipe) 22 is provided from the gutter 11 to the ink container 1. A filter 12 and a recovery pump 14 are provided in the ink recovery path 22. In this way, excess ink is collected by the gutter 11 and returned to the ink container 1 for reuse. As shown in FIG. 9, the nozzle side constitutes the print head 101 from the filters 5 and 12 of the ink common path 21 and the ink recovery path 22, and the ink container 1 side constitutes the main body 1.

次に、ノズル６について図２を用いて説明する。図２はノズル６の全体構成である。   Next, the nozzle 6 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the overall configuration of the nozzle 6.

ノズル６は、ボディ３０に加振部２９が一体で設けてある。またボディ３０にノズルプレート３１がネジ止めされている。ボディ３０とノズルプレート３１は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳＸＭ７、ＳＵＳ６３０などの耐食性があるステンレス材を用いる。これは使用するインクから塩素イオンが出て、ノズルプレート３１を腐食させるためである。なお、上記ステンレス材料中で、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６の含有する炭素量を減らして製作される素材である、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｌは、プレス加工時の加工面の平坦性に優れるので、よりインクの噴出特性を安定させることができる。   In the nozzle 6, the vibration unit 29 is integrally provided on the body 30. A nozzle plate 31 is screwed to the body 30. The body 30 and the nozzle plate 31 are made of stainless steel having corrosion resistance such as SUS304, SUS304L, SUS316, SUS316L, SUSXM7, and SUS630. This is because chlorine ions come out from the ink used and corrode the nozzle plate 31. In the above stainless steel material, SUS304L and SUS316L, which are manufactured by reducing the amount of carbon contained in SUS304 and SUS316, are excellent in flatness of the processed surface at the time of press working, and therefore have more ink ejection characteristics. It can be stabilized.

ノズルプレート３１は、ネジ２８によりボディ３０に固定されている。ボディ３０とノズルプレート３１との間には、インク室３６が形成されており、ここにボディ３０に設けたインク供給経路２１からインクが導入される。ボディ３０とノズルプレート３１との間にはＯリング３５が設けられて、インク室３６からのインク漏れを防止している。インク室３６に導入されたインクは、ノズルプレート３１の内部に設けられ、ノズル先端部４０に行くに従って径の小さな３段の円柱穴部３７、３８、３９を通りノズル先端部４０より噴出する。加振部２９は、圧電素子３２とボディ３０に設けたダイヤフラム３５から成る。圧電素子３２は押さえ板１７とボディ３０間に取り付けられ、励振源２７により一定周期で振動して、ボディ３０に設けてあるダイヤフラム３６を介してインクを加振する。   The nozzle plate 31 is fixed to the body 30 with screws 28. An ink chamber 36 is formed between the body 30 and the nozzle plate 31, and ink is introduced from an ink supply path 21 provided in the body 30 therein. An O-ring 35 is provided between the body 30 and the nozzle plate 31 to prevent ink leakage from the ink chamber 36. The ink introduced into the ink chamber 36 is provided inside the nozzle plate 31, and ejects from the nozzle tip 40 through the three-stage cylindrical hole portions 37, 38, 39 having a small diameter as it goes to the nozzle tip 40. The vibration unit 29 includes a piezoelectric element 32 and a diaphragm 35 provided on the body 30. The piezoelectric element 32 is attached between the pressing plate 17 and the body 30, vibrates at a constant period by the excitation source 27, and vibrates ink through a diaphragm 36 provided in the body 30.

次に、ノズルプレート３１の詳細について図３を用いて説明する。   Next, details of the nozzle plate 31 will be described with reference to FIG.

ノズルプレート３１の外部形状は３つの段付形状で、１段目５０、２段目５１は円筒で、３段目５２は矩形である。３段目５２には四隅にネジ穴２５が設けてある。ノズルプレート３１の内部には、それぞれ内径が異なる円柱穴部３７（内径φ２ｍｍ）、円柱穴部３８（内径φ１．５ｍｍ）、円柱穴部３９（内径φ０．８ｍｍ）と、ノズル先端部４０（内径φ６５μｍ）が設けられている。なお、各内径は一例であり、印字に必要なインク量に応じて変化させる。一般的なノズル開口部の内径は、４０〜１００μｍである。   The external shape of the nozzle plate 31 is three stepped shapes, the first step 50, the second step 51 are cylindrical, and the third step 52 is rectangular. The third stage 52 has screw holes 25 at the four corners. Inside the nozzle plate 31, there are a cylindrical hole portion 37 (inner diameter φ2 mm), a cylindrical hole portion 38 (inner diameter φ1.5 mm), a cylindrical hole portion 39 (inner diameter φ0.8 mm), and a nozzle tip portion 40 (inner diameter). φ65 μm) is provided. Each inner diameter is an example, and is changed according to the amount of ink required for printing. A typical nozzle opening has an inner diameter of 40 to 100 μm.

ノズルプレートの円柱穴部３７、３８、３９はドリルによって穴開け加工する。そのため、円柱穴部３７と３８、円柱穴部３８と３９のつなぎ目３３、３４は、ドリル先端角度１２０°のテーパ形状となっている。また、ノズル先端部４０は、図６に示すパンチ６０を円柱穴部３９側から挿入し、プレス加工により形成される。パンチ６０は先端の円柱部６２とテーパ角６３が３０〜６０°のテーパ面６１からなる円錐形状部を備えている。   The cylindrical hole portions 37, 38, 39 of the nozzle plate are drilled by a drill. Therefore, the joints 33 and 34 between the cylindrical hole portions 37 and 38 and the cylindrical hole portions 38 and 39 are tapered with a drill tip angle of 120 °. Further, the nozzle tip 40 is formed by inserting a punch 60 shown in FIG. 6 from the cylindrical hole 39 side and pressing. The punch 60 includes a conical portion composed of a cylindrical portion 62 at the tip and a tapered surface 61 having a taper angle 63 of 30 to 60 °.

次に、ノズル先端部４０の詳細について図５を用いて説明する。   Next, details of the nozzle tip 40 will be described with reference to FIG.

ノズル先端部４０は、インク噴出側の開口部４１を有する円柱穴部４２と、インク噴出方向に向かうにつれて直径が小さくなる２段のテーパ穴部４３、４４とからなる。テーパ穴部４３はプレス加工（テーパ角４７が約３０〜６０°）によって形成され、テーパ穴部４４はドリル径４５のドリルで加工（テーパ角が約１２０°）することによって形成される部分である。円柱穴部４２とテーパ穴部４３の形状は、パンチ６０の形状がそのまま転写される。   The nozzle tip portion 40 includes a cylindrical hole portion 42 having an opening 41 on the ink ejection side, and two-stage tapered hole portions 43 and 44 whose diameter decreases in the ink ejection direction. The tapered hole 43 is formed by pressing (taper angle 47 is about 30 to 60 °), and the tapered hole 44 is a portion formed by machining with a drill having a drill diameter 45 (taper angle is about 120 °). is there. As the shapes of the cylindrical hole portion 42 and the tapered hole portion 43, the shape of the punch 60 is transferred as it is.

このプレス加工について、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）はノズルプレート３１にプレス加工によってノズル先端部を開ける前の状態、図１０（ｂ）は、ノズルプレート３１にパンチ６０が差し込まれた状態を示している。   This press working will be described with reference to FIG. FIG. 10A shows a state before the nozzle tip is opened on the nozzle plate 31 by pressing, and FIG. 10B shows a state in which the punch 60 is inserted into the nozzle plate 31.

図１０（ａ）に示すように、ノズルプレート３１のノズル先端部４０のノズル開口部４１を開ける位置付近は、周囲から比べて一段高い凸部１６になっている。また、ノズルプレート３１のノズル先端部が存在する矩形の面（ノズルプレート３１の３段目５２）の四隅も一段高い凸部とし、この四隅部とノズル開口部４１を開ける位置の凸部１６の面が同一面になるようにする。なお、この凸部１５、１６の高さは３００μｍ程度である。また、凸部の状態について図４を用いて説明する。   As shown in FIG. 10A, the vicinity of the position where the nozzle opening 41 of the nozzle tip portion 40 of the nozzle plate 31 is opened is a raised portion 16 that is one step higher than the surroundings. In addition, the four corners of the rectangular surface (the third step 52 of the nozzle plate 31) where the nozzle tip of the nozzle plate 31 exists are also raised one step, and the four corners and the protrusion 16 at the position where the nozzle opening 41 is opened are formed. Make sure the faces are the same. The height of the convex portions 15 and 16 is about 300 μm. Moreover, the state of a convex part is demonstrated using FIG.

図４はノズルプレート３１をインクが噴出する方向から見た図であり、図４のＡ−Ａ断面が図３である。図３を用いて説明したように、ノズルプレート３１には四箇所にネジ穴２５が存在し、ここにネジを挿入して、ボディ３０と連結される。ノズルプレート３１の四隅の凸部１５とノズル開口部４１の周囲の凸部１６は、同一平面上に存在する。   4 is a view of the nozzle plate 31 as seen from the direction in which ink is ejected, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. As described with reference to FIG. 3, there are four screw holes 25 in the nozzle plate 31, and screws are inserted therein to be connected to the body 30. The convex portions 15 at the four corners of the nozzle plate 31 and the convex portions 16 around the nozzle opening 41 exist on the same plane.

このように凸部１５、１６を設ける理由は以下の通りである。
ノズルプレート３１にプレス加工でノズル先端部を開けるために、パンチ６０をノズルプレート３１に差し込み加圧して、図１０（ｂ）に示すようにパンチ穴は凸部１６の面より突出し、盛り上がり部７１が形成される。その後、ノズルプレート３１表面を研磨することでＢ−Ｂ平面を作る。Ｂ−Ｂ平面は凸部１６の面になる。このとき、ノズルプレート３１表面に存在する１個の微小な盛り上がり部７１を削り落とすためには、非常に弱い力で研磨する必要がある。研磨面積が大きい場合、研磨時の摩擦抵抗が大きいので、Ｂ−Ｂ平面を出すまでの研磨時間がばらつきやすい。研磨時間がばらつくと、ノズル先端部出口部の直線部分の長さがばらつき、インクの粒子化状態もばらつくことになる。そのため、ノズルプレート３１毎にインクの粒子化状態が変わることになり、インクジェット記録装置の帯電条件をノズルプレート３１毎に設定しなくてはならないという問題が発生する。凸部１５、１６を設けると研磨材との接触面積が小さくなり、摩擦抵抗が小さくなるので研磨しやすく、研磨精度も向上し、研磨時間のばらつきも小さくなる。従って、インクジェット記録装置の帯電条件をノズルプレート３１毎に設定する必要はない。 The reason for providing the convex portions 15 and 16 in this way is as follows.
In order to open the nozzle tip portion by press working on the nozzle plate 31, the punch 60 is inserted into the nozzle plate 31 and pressurized, and the punch hole protrudes from the surface of the convex portion 16 as shown in FIG. Is formed. Then, the BB plane is made by polishing the surface of the nozzle plate 31. The BB plane is the surface of the convex portion 16. At this time, in order to scrape off one minute raised portion 71 existing on the surface of the nozzle plate 31, it is necessary to polish with a very weak force. When the polishing area is large, the frictional resistance during polishing is large, and therefore the polishing time until the BB plane is obtained tends to vary. If the polishing time varies, the length of the straight portion of the nozzle tip portion outlet portion varies, and the particle state of the ink also varies. For this reason, the ink particleization state changes for each nozzle plate 31, and the charging condition of the ink jet recording apparatus must be set for each nozzle plate 31. When the convex portions 15 and 16 are provided, the contact area with the abrasive is reduced and the frictional resistance is reduced, so that the polishing is easy, the polishing accuracy is improved, and the variation in the polishing time is reduced. Therefore, it is not necessary to set the charging condition of the ink jet recording apparatus for each nozzle plate 31.

以上のようにして製作したノズルプレート３１を用いたインクジェット記録装置で印字する際、ノズル開口部４１から連続的に飛翔するインク粒子の形状が安定していることが重要である。インクはノズルプレート３１から噴出し、飛翔中にインクは粒子化する。インクの粒子化には、圧電素子に印加する電圧が大きく寄与する。ノズル先端部４０の形状が所定の範囲に入っていると、粒子化の最適電圧±２０％の範囲で良好に粒子化する。この場合、ノズル６の加振部２９の製造ばらつき、ボディ３０とノズルプレート３１との接合ばらつきがあったとしても、同一の印字品質を得ることができる。   When printing with an ink jet recording apparatus using the nozzle plate 31 manufactured as described above, it is important that the shape of the ink particles flying continuously from the nozzle opening 41 is stable. The ink is ejected from the nozzle plate 31, and the ink becomes particles during the flight. The voltage applied to the piezoelectric element greatly contributes to the formation of ink particles. When the shape of the nozzle tip 40 is within a predetermined range, the particles are satisfactorily atomized in the range of the optimum voltage for particle formation ± 20%. In this case, the same print quality can be obtained even if there is a manufacturing variation of the vibration unit 29 of the nozzle 6 and a bonding variation between the body 30 and the nozzle plate 31.

ところで、粒子化状態が悪くなってくると、微小な直径を有するインク粒子（以下、サテライト粒子と呼ぶ）が現れるようになる。このサテライト粒子は、印字品質を低下させる原因となる。   By the way, when the state of particleization deteriorates, ink particles having a minute diameter (hereinafter referred to as satellite particles) appear. The satellite particles cause a decrease in print quality.

そこで、我々はノズル先端部４０の形状を変えてノズルプレート３１を製作して印字試験を行い、実用上良好な印字品質を得ることができる範囲を明確にした。   Therefore, we made a nozzle plate 31 by changing the shape of the nozzle tip 40 and conducted a printing test, and clarified a range where practically good printing quality can be obtained.

図１は本発明のノズル先端部４０付近を示した図である。ドリル加工により、円柱部３９と、テーパ部４４が形成される。このテーパ角度は、ドリル先端角度と同じ約１２０°である。ドリル加工終了時の形状は図１１に示すような形状となる。このときのノズルプレート材の残し代ｄは約８０〜２５０μｍとし、最終的にプレス加工終了時の残し代ｃ（パンチにより形成されるテーパ部４３の開始点からノズル開口部４１先端までの距離）までが１００〜３００μｍとなるようにする。これは、残し代ｃが過小の場合は、ノズル先端部４１での流路抵抗が小さくなるので、ノズル開口部４１から噴出したインクが粒子化する位置がノズル開口部４１から離れていく。インクが粒子化する位置が遠くなると、空気抵抗を受ける距離が増えるので、インク滴が記録媒体に着地する位置の誤差が大きくなり、印字品質が低下する。また、残し代が過大の場合は、サテライト粒子が発生しやすくなり、印字品質が低下する。図１１の状態（ドリル孔加工終了後）からプレス加工することにより、図１に示すようなテーパ部４４の一部が無くなり、パンチの先端部形状に沿ったテーパ部４３が形成される。このパンチ先端部のテーパ角度が３０〜６０°の範囲にある場合が最もプレス加工時に折れにくかった。   FIG. 1 is a view showing the vicinity of a nozzle tip 40 according to the present invention. A cylindrical portion 39 and a tapered portion 44 are formed by drilling. This taper angle is about 120 °, the same as the drill tip angle. The shape at the end of drilling is as shown in FIG. The remaining allowance d of the nozzle plate material at this time is about 80 to 250 μm, and finally the remaining allowance c at the end of press working (distance from the start point of the tapered portion 43 formed by the punch to the tip of the nozzle opening 41) The maximum is 100 to 300 μm. This is because when the remaining allowance c is too small, the flow path resistance at the nozzle tip portion 41 becomes small, and the position where the ink ejected from the nozzle opening portion 41 is separated from the nozzle opening portion 41. If the position where the ink is atomized becomes far, the distance to receive the air resistance increases, so that the error of the position where the ink droplet lands on the recording medium becomes large, and the print quality deteriorates. On the other hand, if the remaining margin is excessive, satellite particles are likely to be generated, and the print quality is deteriorated. By pressing from the state of FIG. 11 (after completion of drilling), a portion of the tapered portion 44 as shown in FIG. 1 is eliminated, and a tapered portion 43 is formed along the shape of the tip of the punch. The case where the taper angle of the punch tip was in the range of 30 to 60 ° was most difficult to break during press working.

以上述べたように、ノズルの製作では、ドリル加工の後でプレス加工を行うので、ノズル先端部４０は、テーパ角度が異なるテーパ部４４、４３が形成されることになる。   As described above, in the manufacture of the nozzle, since the press working is performed after the drilling, the nozzle tip portion 40 is formed with the tapered portions 44 and 43 having different taper angles.

次に、ノズル開口部４１付近の円柱穴部の形状について説明する。ノズル開口部４１の内径は、印字する文字を構成するドットの大きさによって決められる。ドット径が大きいほど文字の大きさも大きくなる。一般的なコンティニアス方式のインクジェット記録装置において、ノズル開口部４１の内径ａは約４０〜１００μｍである。円柱状のノズル開口部４１の内径ａと円柱の高さｂとの比率は、粒子化特性に大きく関係する。高さｂが内径ａとの比ｂ／ａが１．５以上の場合には、印字に使用するメイン粒子の他にサテライト粒子が発生するようになり、印字品質が低下する。また、高さｂと内径ａとの比ｂ／ａが小さくなるにつれて、ノズル先端部４１での流路抵抗は小さくなっていくので、ノズル開口部４１から噴出したインクが粒子化する位置は、ノズル開口部４１から離れていく。インクが粒子化する位置が遠くなると、空気抵抗を受ける距離が増えてくるので、インク滴が記録媒体に着地する位置の誤差が大きくなる。通常の使用環境において、環境温度やインク濃度変化が発生した場合でも安定した印字結果が得られるｂ／ａの比は、０．５以上１．５以下であることが必要である。特に、インクの粒子化特性が最も安定するｂ／ａの比の範囲は０．７５以上１．２以下であった。   Next, the shape of the cylindrical hole near the nozzle opening 41 will be described. The inner diameter of the nozzle opening 41 is determined by the size of the dots constituting the characters to be printed. The larger the dot diameter, the larger the character size. In a general continuous ink jet recording apparatus, the inner diameter a of the nozzle opening 41 is about 40 to 100 μm. The ratio between the inner diameter a of the cylindrical nozzle opening 41 and the height b of the cylinder is greatly related to the particle formation characteristics. When the ratio b / a of the height b to the inner diameter a is 1.5 or more, satellite particles are generated in addition to the main particles used for printing, and the printing quality is deteriorated. Further, as the ratio b / a between the height b and the inner diameter a becomes smaller, the flow path resistance at the nozzle tip 41 becomes smaller, so the position where the ink ejected from the nozzle opening 41 becomes particle is It moves away from the nozzle opening 41. When the position where the ink is atomized becomes far, the distance subjected to air resistance increases, and the error in the position where the ink droplet lands on the recording medium becomes large. In a normal use environment, the b / a ratio that provides a stable printing result even when the environmental temperature or ink density changes is required to be 0.5 or more and 1.5 or less. In particular, the range of the ratio of b / a where the ink particle formation characteristics are most stable was 0.75 or more and 1.2 or less.

以上述べたように、インクジェット記録装置のノズルをドリル加工とプレス加工で行う場合、ドリル加工の加工中心軸とプレス加工の加工軸中心が一致していることが望ましい。両者の加工中心がずれるほど、プレス加工時にパンチの位置設定を精密にすることが必要である。しかし、位置設定の精密度には限界がある。このため、パンチ折れが問題となる場合には、ドリル加工とプレス加工との間にドリル加工面の平坦化処理を行うことで、パンチ折れを低減することができる。   As described above, when the nozzle of the inkjet recording apparatus is drilled and pressed, it is desirable that the drilling center axis and the pressing axis be coincident. The more the processing centers of the two are shifted, the more precise the punch position setting is required during pressing. However, the precision of position setting is limited. For this reason, when punch breakage becomes a problem, punch breakage can be reduced by performing a flattening process on the drilling surface between the drilling process and the pressing process.

図１２は平坦化処理の様子を説明する図である。図１２（ａ）に示すように、最終的なプレス加工終了時の残し代ｃまでドリル先端で穴開け加工した後、放電加工等で平坦化処理を行う。   FIG. 12 is a diagram for explaining the state of the flattening process. As shown in FIG. 12A, after drilling is performed at the tip of the drill up to the remaining allowance c at the end of final press working, flattening processing is performed by electric discharge machining or the like.

以下、放電加工について説明する。放電加工は銅などの金属を電極として、電極と加工部との間にパルス状の電圧を印加することによって、加工部の形状を変化させる方法である。図１２（ｂ）に示すように、電極９０をドリル加工した先端付近に挿入する。電極の周部９１は絶縁してパルス電圧を印加しても放電しないようにする。電極９０の位置を調整しながら、電極９０には、電圧値数十〜百Ｖ、パルス幅数十〜数百ｎｓの電圧を印加する。この処理によってテーパ部が放電によって削り取られて、最終的には、図１２（ｃ）に示すような平坦部が形成される。この状態からプレス加工すると、プレス加工時にパンチは平坦部と接触することになるので、折れることが少なくなり、製作コストの低減に有効である。   Hereinafter, electric discharge machining will be described. Electric discharge machining is a method of changing the shape of a processed part by using a metal such as copper as an electrode and applying a pulsed voltage between the electrode and the processed part. As shown in FIG. 12B, the electrode 90 is inserted in the vicinity of the drilled tip. The peripheral portion 91 of the electrode is insulated so as not to discharge even when a pulse voltage is applied. While adjusting the position of the electrode 90, a voltage having a voltage value of several tens to several hundred volts and a pulse width of several tens to several hundreds ns is applied to the electrode 90. By this treatment, the taper portion is scraped off by electric discharge, and finally a flat portion as shown in FIG. 12C is formed. When the press working is performed from this state, the punch comes into contact with the flat portion during the press working, so that the punch is less likely to be broken, which is effective in reducing the manufacturing cost.

なお、図１２（ｃ）の状態からプレスした場合の形状は図１３のようになる。この場合のテーパ部の長さｃは、図１の場合と同じ値である。このような形状に加工しても粒子化特性の安定した噴出を行うことができる。   In addition, the shape at the time of pressing from the state of FIG.12 (c) becomes like FIG. The length c of the tapered portion in this case is the same value as in FIG. Even if processed into such a shape, ejection with stable particle formation characteristics can be performed.

本発明のノズルプレート先端部の断面図である。It is sectional drawing of the nozzle plate front-end | tip part of this invention. 本発明のノズルの断面図である。It is sectional drawing of the nozzle of this invention. 本発明のノズルプレートの断面図である。It is sectional drawing of the nozzle plate of this invention. 本発明のノズルプレートの正面図である。It is a front view of the nozzle plate of this invention. 本発明のノズルプレートの断面図であるIt is sectional drawing of the nozzle plate of this invention. 本発明のノズルプレート製作に使用するパンチの概観図であるIt is a general-view figure of the punch used for nozzle plate manufacture of the present invention. インクジェット記録装置の概観図である。It is a general-view figure of an inkjet recording device. インクジェット記録装置の本体内部を示す図である。It is a figure which shows the inside of the main body of an inkjet recording device. インクジェット記録装置のインク循環図である。It is an ink circulation diagram of an inkjet recording device. ノズルプレートのプレス加工状態を示す図である。It is a figure which shows the press work state of a nozzle plate. プレス加工前におけるノズルプレートの断面図である。It is sectional drawing of the nozzle plate before press work. 図１１とは別形状のプレス加工前におけるノズルプレートの断図である。FIG. 12 is a sectional view of the nozzle plate before press processing having a shape different from that of FIG. 図１２の形状のノズルプレートにプレス加工した後の断面図である。It is sectional drawing after pressing the nozzle plate of the shape of FIG.

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、３０…ボディ、３１…ノズルプレート、３２…圧電素子、４０…ノズル先端部、４１…ノズル開口部、６０…パンチ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ink container, 2 ... Pump, 6 ... Nozzle, 7 ... Charge electrode, 8 ... Ink particle, 9 ... Deflection electrode, 11 ... Gutter, 30 ... Body, 31 ... Nozzle plate, 32 ... Piezoelectric element, 40 ... Nozzle tip 41, nozzle opening, 60 ... punch.

Claims (3)

インクに振動を与える加振源と、加振されたインクを噴出しインク粒子を連続的に生成するノズルと、前記インク粒子を帯電させる帯電電極と、前記帯電したインク粒子を偏向させる偏向電極と、インク循環系を有するインクジェット記録装置において、
前記ノズルを構成するステンレス製のノズルプレートに形成されたインク流路は、インク流路の上流側からみて、複数の円柱部と角度の異なる複数のテーパ部を連結した形状に形成され、かつ、その先端部に円柱状のノズル開口部を形成し、
前記テーパ部の開始点から前記ノズル開口部先端までの距離ｃを１００μｍ〜３００μｍとすると共に、
前記ノズル開口部の直径をａ、長さをｂの円柱形状とし、ｂ／ａを０．７５以上１．２以下の範囲になるように構成したことを特徴とするインクジェット記録装置。 A vibration source that vibrates the ink, a nozzle that ejects the excited ink to continuously generate ink particles, a charging electrode that charges the ink particles, and a deflection electrode that deflects the charged ink particles ; In an ink jet recording apparatus having an ink circulation system ,
The ink flow path formed in the stainless steel nozzle plate constituting the nozzle is formed in a shape in which a plurality of tapered portions having different angles from a plurality of cylindrical portions are connected to each other when viewed from the upstream side of the ink flow path , and Form a cylindrical nozzle opening at its tip,
The distance c from the start point of the tapered portion to the tip of the nozzle opening is set to 100 μm to 300 μm,
An ink jet recording apparatus, wherein the nozzle opening has a cylindrical shape having a diameter and length b, and b / a is in a range of 0.75 to 1.2 . 請求項１に記載のインクジェット記録装置において、前記ノズルの開口部に連結するテーパ部のテーパ角を３０°〜６０°の範囲に形成した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 a taper angle of a taper portion connected to the opening of the nozzle is formed in a range of 30 [deg.] To 60 [deg.]. 請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置において、
前記ノズル内の流路形状の一部に、ノズル開口面と平行な平坦部を有することを特徴とするインクジェット記録装置。 The inkjet recording apparatus according to claim 1 or 2 ,
An ink jet recording apparatus having a flat portion parallel to a nozzle opening surface in a part of a flow path shape in the nozzle.

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