JPH04263950A - Ink jet head - Google Patents
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明はインクジェット記録装置
で用いるインクジェットヘッドに関し、詳しくはオンデ
マンド型インクジェットヘッドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inkjet head used in an inkjet recording apparatus, and more particularly to an on-demand type inkjet head.
【０００２】0002
【従来の技術】従来この種の技術は、特公昭５５−１１
８８７に示されるように、圧力室深さと、前側流路の深
さが同一であるインクジェットヘッドが知られている。[Prior art] Conventionally, this type of technology was
As shown in No. 887, an inkjet head in which the depth of the pressure chamber and the depth of the front flow path are the same is known.
【０００３】0003
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では、圧力室と前側流路の深さが同じであるため、イ
ンクの射出を行う為に加圧手段によってインクが加圧さ
れる際に、圧力室とノズル部をつなぐ流路（以下前側流
路）へ押し出されるインク量と、インクを圧力室に供給
する供給口に近い側の流路（以下後方流路）へ押し出さ
れるインク量が同じであった。このため、記録に必要な
量のインクをノズル部より射出するためには、加圧手段
による加圧力を大きくする必要があり、即ち加圧手段に
大きな電圧を印加する必要があるという欠点があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-mentioned prior art, since the depth of the pressure chamber and the front flow path are the same, when the ink is pressurized by the pressurizing means to eject the ink, The amount of ink pushed out to the flow path connecting the pressure chamber and the nozzle part (hereinafter referred to as the front flow path), and the amount of ink pushed out to the flow path closer to the supply port that supplies ink to the pressure chamber (hereinafter referred to as the rear flow path). were the same. Therefore, in order to eject the amount of ink necessary for recording from the nozzle section, it is necessary to increase the pressure applied by the pressure means, which has the disadvantage that it is necessary to apply a large voltage to the pressure means. Ta.
【０００４】インクジェットヘッドの特性は、イナータ
ンスの影響を受ける。前側流路と圧力室の持つイナータ
ンスは、流路の長さに比例し、断面積に反比例する。圧
力室のイナータンスと前側流路のイナータンスを小さく
するためには、各断面積の深さが同じであるなら断面積
の幅のみがイナータンス縮小の要素として用いられる。
イナータンスを小さくするため前側流路と圧力室の幅を
広げれば、前側流路及び圧力室の配置密度は低くなる。
インクジェットヘッドの大きさ等を考慮すると、前側流
路と圧力室の幅が限定され、イナータンスを小さくする
ことは、困難であった。また、インクジェットヘッドの
大きさも小さくできなかった。[0004] The characteristics of an inkjet head are affected by inertance. The inertance of the front flow path and the pressure chamber is proportional to the length of the flow path and inversely proportional to the cross-sectional area. In order to reduce the inertance of the pressure chamber and the inertance of the front flow path, if the depth of each cross-sectional area is the same, only the width of the cross-sectional area is used as an inertance reduction factor. If the width of the front flow path and the pressure chamber is widened in order to reduce the inertance, the arrangement density of the front flow path and the pressure chamber will be lowered. Considering the size of the inkjet head, etc., the widths of the front flow path and the pressure chamber are limited, and it has been difficult to reduce the inertance. Furthermore, the size of the inkjet head could not be reduced.
【０００５】イナータンスが大きいと、インクを射出す
る際のヘッドの固有振動数が小さくなり、応答周波数が
低くなるという欠点がある。[0005] If the inertance is large, the natural frequency of the head when ejecting ink becomes small and the response frequency becomes low.
【０００６】更に、インクの射出スピードが遅くなり、
一回の射出によって射出されるインク滴が、被記録媒体
に到達するまでの時間が長くなる。一般的に、ノズル部
から射出されたインクは、インク柱の形態で射出される
。このとき、表面張力によりインク柱はいくつかのイン
ク滴に分かれるが、インクの射出スピードが遅いとイン
ク滴のスピードのばらつきが大きくなる。被記録媒体上
の印刷の品質は、射出されるインクが被記録媒体上に形
成するドットの形状によって決定され、円形に形成され
ることが望ましい。インク滴の到達時間が長いと、射出
されるインク滴が被記録媒体に到達するとき、インク滴
の最初に被記録媒体上に到達する部分と最後に到達する
部分の距離が長くなり、被記録媒体上の印刷の品質が悪
くなるという欠点があった。Furthermore, the ink ejection speed becomes slower,
It takes a long time for ink droplets ejected in one ejection to reach the recording medium. Generally, ink ejected from a nozzle portion is ejected in the form of an ink column. At this time, the ink column is divided into several ink droplets due to surface tension, but if the ink ejection speed is slow, the variation in the speed of the ink droplets becomes large. The quality of printing on a recording medium is determined by the shape of dots formed on the recording medium by ejected ink, and it is desirable that the dots be formed in a circular shape. If the arrival time of the ink droplet is long, when the ejected ink droplet reaches the recording medium, the distance between the first part of the ink droplet to reach the recording medium and the last part to reach the recording medium becomes longer, and the distance to the recording medium increases. The disadvantage was that the quality of printing on the medium deteriorated.
【０００７】本発明はこのような欠点を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、駆動電
圧が低く、インクジェットヘッド自体の大きさが小さく
、応答周波数が高くて、印刷品質の高いインクジェット
ヘッドを提供するところにある。The present invention was made to solve these drawbacks, and its objectives are to achieve low driving voltage, small size of the inkjet head itself, high response frequency, and high printing quality. Our goal is to provide high quality inkjet heads.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、インクに加圧する為の加圧手段と、前記加圧
手段により圧力を発生する圧力室と、前記インクを射出
するノズル部と、前記ノズル部と前記圧力室をつなぐ前
側流路より構成され、前記加圧手段によって圧力を発生
させる事により前記インクを射出し、被記録媒体に印刷
を行なうインクジェットヘッドにおいて、前記圧力室の
深さより、前記前側流路の深さのほうを大きくしたこと
を特徴とする。[Means for Solving the Problems] An inkjet head of the present invention includes: a pressurizing means for pressurizing ink; a pressure chamber for generating pressure by the pressurizing means; a nozzle section for ejecting the ink; In an inkjet head that is composed of a front flow path connecting a nozzle part and the pressure chamber, and that ejects the ink and prints on a recording medium by generating pressure with the pressure means, the depth of the pressure chamber is It is characterized in that the depth of the front flow path is increased.
【０００９】[0009]
【作用】本発明の上記の構成によれば、前側流路の断面
積が大きくなるため、前側流路のイナータンスは小さく
なる。前側流路のイナータンスが小さくなると、インク
射出に必要とするエネルギーは、小さくてすむようにな
る。また、イナータンスが小さくなるため、ヘッドの固
有振動数が大きくなり、応答周波数も高くなる。[Operation] According to the above structure of the present invention, the cross-sectional area of the front passage becomes large, so that the inertance of the front passage becomes small. As the inertance of the front flow path becomes smaller, less energy is required for ink ejection. Furthermore, since the inertance becomes smaller, the natural frequency of the head becomes larger, and the response frequency also becomes higher.
【００１０】0010
【実施例】図１から図５は本発明によるインクジェット
記録装置の実施例の構成及び構造を示す図であり、全て
同一番号は同一物を示す。以下に本発明の実施例を図面
にもとづいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIGS. 1 to 5 are diagrams showing the configuration and structure of an embodiment of an inkjet recording apparatus according to the present invention, and all the same numbers indicate the same parts. Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
【００１１】図１は本発明の実施例における流路の断面
図であり、図２は流路の上面図、図３は流路の斜視図で
ある。１は基板であり、２は第二基板、３は第二基板２
の表面に接着または蒸着された導通部材、４は圧電素子
である。基板１は、ガラス（例えば、ほう珪酸ガラス）
、樹脂（例えばポリカーボネイト、ポリサルフォン）等
で作られている。流路は基板１上に形成され５はノズル
部、７は圧力室、６は圧力室７より深さを深くした前側
流路、８はインクを流路へ導く供給口、９は各流路にイ
ンクを供給する共通インク室、１０は外部よりインクを
導くインク供給管である。通常、流路は、基板１がガラ
スであればエッチングにより、また、樹脂であれば射出
成形、紫外線硬化樹脂等で形成される。第二基板２は、
溶着、接着等により基板１に固着される。熱等による伸
び縮みの差をなくすため、また、強度を必要とするため
基板１と同様の材質が望ましい。第二基板２を基板１に
固着することにより、流路は共通インク室９を除き独立
の穴状の流路となる。導通部材３は電気的に導通可能な
部材でありＩＴＯ膜の様に蒸着されたり、金属の場合は
接着等により第二基板２上に固着される。圧電素子４は
加圧手段である所の圧電素子であり、導通部材３上でか
つ圧力室７上に固着されている。加圧手段には、この他
にも窒化タンタル等の材料により成る抵抗発熱体を用い
てもよい。圧電素子４はチタン酸バリウムやジルコン酸
鉛−チタン酸鉛固溶体セラミックス、ポリ弗化ビニリデ
ン（ＰＶＤＦ）、合成ポリペプチド等の圧電材料より成
っている。圧電素子４の表面にはニッケルメッキやニク
ロムメッキ等が施されていて、電極が形成されている。FIG. 1 is a sectional view of a flow path in an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view of the flow path, and FIG. 3 is a perspective view of the flow path. 1 is a substrate, 2 is a second substrate, 3 is a second substrate 2
A conductive member 4 is a piezoelectric element adhered or vapor-deposited on the surface of the conductive member. The substrate 1 is made of glass (for example, borosilicate glass)
, resin (e.g. polycarbonate, polysulfone), etc. The flow path is formed on the substrate 1, and 5 is a nozzle part, 7 is a pressure chamber, 6 is a front flow path deeper than the pressure chamber 7, 8 is a supply port that guides ink to the flow path, and 9 is each flow path. 10 is an ink supply pipe that leads ink from the outside. Normally, the flow path is formed by etching if the substrate 1 is glass, or by injection molding, ultraviolet curing resin, etc. if the substrate 1 is resin. The second substrate 2 is
It is fixed to the substrate 1 by welding, adhesion, or the like. In order to eliminate differences in expansion and contraction due to heat and the like, and because strength is required, it is desirable to use the same material as the substrate 1. By fixing the second substrate 2 to the substrate 1, the flow path becomes an independent hole-shaped flow path except for the common ink chamber 9. The conductive member 3 is a member that is electrically conductive and is deposited on the second substrate 2 by vapor deposition such as an ITO film, or in the case of metal, by adhesion or the like. The piezoelectric element 4 is a piezoelectric element serving as a pressurizing means, and is fixed on the conductive member 3 and on the pressure chamber 7. In addition to this, a resistance heating element made of a material such as tantalum nitride may be used as the pressurizing means. The piezoelectric element 4 is made of a piezoelectric material such as barium titanate, lead zirconate-lead titanate solid solution ceramics, polyvinylidene fluoride (PVDF), or synthetic polypeptide. The surface of the piezoelectric element 4 is plated with nickel or nichrome, and electrodes are formed thereon.
【００１２】図４は本発明によるインクジェットヘッド
の実施例を示す図である。インク供給管１０は基板１に
一体に形成されており、インク供給パイプ等（図示され
ていない）と接続して、基板１の共通インク室９へイン
クを導いている。FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of an ink jet head according to the present invention. The ink supply pipe 10 is integrally formed with the substrate 1 and is connected to an ink supply pipe (not shown) to guide ink to the common ink chamber 9 of the substrate 1.
【００１３】ここで、インクジェットヘッドの動作を説
明する。インク供給管１０は、外部のインクタンク（図
示せず）に接続されており、インクをヘッド内部に導く
。インクは、インク供給管１０から、共通インク室９を
通り、供給口８、圧力室７、ノズル部５まで満たされる
。この時、インクは表面張力によりノズル部５にメニス
カスを形成し保持される。圧電素子４に電圧を印加する
と、圧電素子４は長さ方向に変位を生じる。この時、導
通部材３と第二基板２は変位を生じないため、結果とし
て、圧電素子４、導通部材３、第二基板２により圧力室
側に撓みが生じる。この撓みの力により圧力室７内のイ
ンクの圧力が高まり、ノズル部５よりインクがインク滴
となり射出される。ノズル部５側より射出されるインク
と、供給口８側に逃げるインクの量は、ノズル部５側及
び供給口８側の重量、抵抗等により決定される。これら
の定数を適当な値にする事により、ノズル部５より射出
されるインク量が管理される。次に、圧電素子４に充電
された電荷を放電させてやると圧電素子４は、長さ方向
の変位を元に戻し、その結果、圧電素子４、導通部材３
、第二基板２の撓みは元の状態に復帰する。圧力室７内
の圧力は、この時、負圧となる。インクはこの負圧によ
り、ノズル部５と前側流路６及び後側流路１１と供給口
８から圧力室７内に引き戻されるが、ノズル部５側のイ
ンクの表面張力によるメニスカスの力により、短時間で
元のノズル部５の先端まで詰まった状態に回復する。
以上述べた動作を必要に応じ繰り返すことによりインク
滴を被記録媒体に射出し印刷を行なう。[0013] Here, the operation of the inkjet head will be explained. The ink supply pipe 10 is connected to an external ink tank (not shown) and guides ink into the head. Ink flows from the ink supply pipe 10 through the common ink chamber 9, and is filled up to the supply port 8, the pressure chamber 7, and the nozzle section 5. At this time, the ink forms a meniscus in the nozzle portion 5 due to surface tension and is held therein. When a voltage is applied to the piezoelectric element 4, the piezoelectric element 4 is displaced in the length direction. At this time, since the conductive member 3 and the second substrate 2 do not undergo any displacement, as a result, the piezoelectric element 4, the conductive member 3, and the second substrate 2 bend toward the pressure chamber side. This bending force increases the pressure of the ink in the pressure chamber 7, and the ink is ejected from the nozzle portion 5 in the form of ink droplets. The amount of ink ejected from the nozzle section 5 side and the amount of ink escaping to the supply port 8 side are determined by the weight, resistance, etc. of the nozzle section 5 side and the supply port 8 side. By setting these constants to appropriate values, the amount of ink ejected from the nozzle section 5 can be controlled. Next, when the electric charge charged in the piezoelectric element 4 is discharged, the piezoelectric element 4 returns to its original displacement in the length direction, and as a result, the piezoelectric element 4 and the conductive member 3
, the second substrate 2 returns to its original state. At this time, the pressure inside the pressure chamber 7 becomes negative pressure. Due to this negative pressure, the ink is pulled back into the pressure chamber 7 from the nozzle section 5, the front channel 6, the rear channel 11, and the supply port 8, but due to the meniscus force due to the surface tension of the ink on the nozzle section 5 side, The original clogged state up to the tip of the nozzle part 5 is restored in a short time. By repeating the above-described operations as necessary, ink droplets are ejected onto the recording medium to perform printing.
【００１４】本発明によれば、圧力室７より前側流路６
のほうが深さが深いため、前側流路７のイナータンスが
従来より小さくなり、インクを射出する際従来と比べて
、インクが多量に前側流路６を通ってノズル部５に送ら
れ射出される。また、前側流路６の断面積を深さ方向に
拡げることにより、イナータンスを小さくしているため
、ヘッド自体の大きさは大きくならない。According to the present invention, the flow path 6 in front of the pressure chamber 7
Since the depth is deeper, the inertance of the front channel 7 is smaller than that of the conventional method, and when ink is ejected, a larger amount of ink is sent through the front channel 6 to the nozzle portion 5 and ejected than in the conventional method. . Further, since the inertance is reduced by expanding the cross-sectional area of the front flow path 6 in the depth direction, the size of the head itself does not increase.
【００１５】図５は本発明の他の実施例を示す断面図で
ある。前述の本発明の実施例は、圧力室７よりも前側流
路６の深さを深くしただけであるが、図５に示す他の実
施例は、後側流路１１の深さを圧力室７の深さより浅く
したものである。後側流路１１の深さが圧力室７の深さ
よりも浅いため、後側流路１１のイナータンスが圧力室
７のイナータンスよりも大きい。このため、インクの射
出のとき圧力室７にかかる圧力によって押し出されるイ
ンクは、後側流路１１より前側流路６に多く流れる。前
述の本発明の実施例と比べて、同じ電圧の時にインクが
より多くインク滴として射出される特徴がある。FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment of the present invention. In the embodiment of the present invention described above, the depth of the front passage 6 is simply made deeper than the pressure chamber 7, but in the other embodiment shown in FIG. It is shallower than the depth of 7. Since the depth of the rear flow path 11 is shallower than the depth of the pressure chamber 7, the inertance of the rear flow path 11 is larger than the inertance of the pressure chamber 7. Therefore, more ink pushed out by the pressure applied to the pressure chamber 7 during ink ejection flows into the front flow path 6 than into the rear flow path 11. Compared to the embodiments of the present invention described above, there is a feature that more ink is ejected as ink droplets at the same voltage.
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、イン
クを射出するときノズル部５に従来より多量にインクが
供給されるため、インク射出に必要な電圧が小さくなる
。また、前側流路６のイナータンスを小さくするために
、前側流路６の断面積を深さ方向に深くすることで断面
積を大きくしているが、加えて前側流路６の幅方向を小
さくすれば、前側流路６と圧力室７の配置密度が高くな
り、ヘッドの大きさを小さくすることができる。イナー
タンスを小さくすることにより、ヘッドの固有振動数は
大きくなるため、応答周波数の高いインクジェットヘッ
ドができる。更にインクの射出スピードが速くなり、一
回の射出のインクが被記録体に到達するまでの時間が短
縮される。このため、印字品質が向上する。As described above, according to the present invention, when ink is ejected, a larger amount of ink is supplied to the nozzle section 5 than before, so that the voltage required for ink ejection is reduced. In addition, in order to reduce the inertance of the front flow path 6, the cross-sectional area of the front flow path 6 is increased by deepening it in the depth direction, but in addition, the width direction of the front flow path 6 is made smaller. This increases the arrangement density of the front flow path 6 and the pressure chambers 7, making it possible to reduce the size of the head. By reducing the inertance, the natural frequency of the head increases, making it possible to create an inkjet head with a high response frequency. Furthermore, the ink ejection speed becomes faster, and the time required for one ejection of ink to reach the recording medium is shortened. Therefore, printing quality is improved.
【００１７】このように本発明によれば、駆動電圧が低
く、小型、高応答周波数、高印字品質のインクジェット
ヘッドを、流路の一部即ち前側流路を圧力室より深く形
成するという簡単な構造で安価に提供できる。As described above, according to the present invention, an inkjet head with low driving voltage, small size, high response frequency, and high printing quality can be obtained by simply forming a part of the flow path, that is, the front flow path deeper than the pressure chamber. The structure can be provided at low cost.
【図１】本発明のインクジェットヘッドの実施例を示す
断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an inkjet head of the present invention.
【図２】本発明のインクジェットヘッドの実施例を示す
上面図。FIG. 2 is a top view showing an embodiment of the inkjet head of the present invention.
【図３】本発明のインクジェットヘッドの実施例を示す
斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of the inkjet head of the present invention.
【図４】本発明のインクジェットヘッドの実施例を示す
図。FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the inkjet head of the present invention.
【図５】本発明の他の実施例を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.
１ 基板 ２ 第二基板 ３ 導通部材 ４ 圧電素子 ５ ノズル部 ６ 前側流路 ７ 圧力室 ８ 供給口 ９ 共通インク室 １０ インク供給管 １１ 後側流路 1 Board 2 Second board 3 Conductive member 4 Piezoelectric element 5 Nozzle part 6 Front flow path 7 Pressure chamber 8 Supply port 9 Common ink chamber 10 Ink supply pipe 11 Rear flow path
Claims (1)
圧手段により圧力を発生する圧力室と、前記インクを射
出するノズル部と、前記ノズル部と前記圧力室をつなぐ
前側流路より構成され、前記加圧手段によって圧力を発
生させる事により前記インクを射出し、被記録媒体に印
刷を行なうインクジェットヘッドにおいて、前記圧力室
の深さより、前記前側流路の深さのほうを大きくしたこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。1. Pressurizing means for pressurizing ink, a pressure chamber for generating pressure by the pressurizing means, a nozzle section for ejecting the ink, and a front flow path connecting the nozzle section and the pressure chamber. In the inkjet head that ejects the ink and prints on a recording medium by generating pressure by the pressurizing means, the depth of the front flow path is greater than the depth of the pressure chamber. An inkjet head characterized by:
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Cited By (4)
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1991
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