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JP2016010862A - Ink jet head and ink jet device equipped with the same - Google Patents

Ink jet head and ink jet device equipped with the same Download PDF

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JP2016010862A
JP2016010862A JP2014132240A JP2014132240A JP2016010862A JP 2016010862 A JP2016010862 A JP 2016010862A JP 2014132240 A JP2014132240 A JP 2014132240A JP 2014132240 A JP2014132240 A JP 2014132240A JP 2016010862 A JP2016010862 A JP 2016010862A
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ink
nozzle
minimum opening
opening length
inkjet head
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Japanese (ja)
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深田 和岐
Kazuki Fukada
和岐 深田
山本 憲一
Kenichi Yamamoto
憲一 山本
北 武司
Takeshi Kita
武司 北
吉田 英博
Hidehiro Yoshida
英博 吉田
亨 中川
Toru Nakagawa
亨 中川
一伸 入江
Kazunobu Irie
一伸 入江
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet head in which discharge stability owing to circulation of ink and reduction in ink material loss are compatible; and to provide an ink jet device equipped with the ink jet head.SOLUTION: An ink jet head includes: an ink supply flow passage 101 to which ink is supplied through an ink introducing port; an ink discharge flow passage 102 from which ink is discharged to an ink collecting port; ink chambers 110 through which the ink supply passage and the ink discharge flow passage are communicated with each other and which each have at least one nozzle to discharge ink; and actuators displacing oscillation plates 130 in the ink chambers to apply pressure on the ink in the ink chambers. The ink jet head is characterized in that a minimum opening length at the flow passage cross-section at the nozzle downstream side is smaller than the minimum opening length at the flow passage cross-section at the nozzle upstream side.

Description

本発明は、インクジェットヘッド及びそれを具備するインクジェット装置に関する。   The present invention relates to an inkjet head and an inkjet apparatus including the inkjet head.

インクジェットヘッドは、入力信号に応じて、任意のタイミングで必要な液量のインクを対象物に向けて塗布することができるヘッドとして知られる。特に圧電(ピエゾ)方式のインクジェットヘッドは、幅広い種類のインクを、高精度に制御しながら塗布することができることから、現在、積極的に開発が行われている。   An inkjet head is known as a head that can apply a necessary amount of ink toward an object at an arbitrary timing in accordance with an input signal. In particular, piezoelectric (piezo) ink jet heads are being actively developed because they can apply a wide variety of inks while controlling them with high precision.

一般的に、圧電方式のインクジェットヘッドは、インク供給流路と、インク供給流路と連通し、ノズルを有する複数のインク室と、インク室内に充填されたインクに圧力を加える圧電素子とで構成される。そして該圧電素子に駆動電圧を印加することで圧電素子に機械的な歪みを生じさせ、インク室内のインクに圧力を加えることでノズルからインクを吐出する。  In general, a piezoelectric inkjet head includes an ink supply channel, a plurality of ink chambers having nozzles that communicate with the ink supply channel, and a piezoelectric element that applies pressure to the ink filled in the ink chamber. Is done. A drive voltage is applied to the piezoelectric element to cause mechanical distortion in the piezoelectric element, and ink is ejected from the nozzle by applying pressure to the ink in the ink chamber.

例えば、代表的なインクジェットヘッドの構成としては、アクチュエータ(圧電素子)の全面が樹脂膜(インク室の壁面)に設置される構成が知られ、圧電素子の駆動によって、該樹脂膜を押圧し、インク室に充填されたインクを加圧することで、ノズルからインク滴が吐出される技術がある(特許文献1参照)。   For example, as a typical inkjet head configuration, a configuration in which the entire surface of an actuator (piezoelectric element) is installed on a resin film (wall surface of an ink chamber) is known, and the resin film is pressed by driving the piezoelectric element, There is a technique in which ink droplets are ejected from nozzles by pressurizing ink filled in an ink chamber (see Patent Document 1).

また、インク滴の高密度化を狙う発明として、特許文献2に記載のインクジェット記録ヘッドが知られる。該インクジェット記録ヘッドは、圧電アクチュエータによってSi突起部を押圧し、SiO膜部を変位して、キャビティ板で形成されるインク加圧室の容積を変化させることでインクノズルからインクを吐出させる技術である。
また、特許文献3には、ノズルを有するインク室の上流側にインク供給流路を有し、当該インク室の下流側にインク排出流路を備え、インクを循環させる技術が開示されている。
As an invention aiming at increasing the density of ink droplets, an ink jet recording head described in Patent Document 2 is known. The ink jet recording head is a technique for ejecting ink from ink nozzles by pressing a Si protrusion by a piezoelectric actuator and displacing the SiO 2 film to change the volume of an ink pressurization chamber formed by a cavity plate. It is.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses a technique for providing an ink supply channel on the upstream side of an ink chamber having nozzles and an ink discharge channel on the downstream side of the ink chamber to circulate ink.

特開2006−096042号公報JP 2006-096042 A 特開平3−015555号公報JP-A-3-015555 特開2011−218784号公報JP 2011-218784 A

しかしながら、上記従来のインクジェットヘッドでは、以下のような問題を有することになる。   However, the conventional ink jet head has the following problems.

まず、特許文献1および2には、インクジェットヘッドにおいて、インクを循環させるという発想はなく、インクは供給流路からインク室を通じ、ノズルへと供給される構成のみが開示されている。このような構成においては、ノズルから吐出されたインク量分だけ毛細管力によって補充する仕組みとなっているため、インク溶質成分が凝集あるいは沈降したり、インク溶媒成分が蒸発あるいは硬化したりすることでノズルが目詰まりすることがあり、インクジェットヘッドとしては十分な構成ではない。   First, Patent Documents 1 and 2 do not have an idea of circulating ink in an ink jet head, and disclose only a configuration in which ink is supplied from a supply channel to an nozzle through an ink chamber. In such a configuration, since the amount of ink discharged from the nozzle is replenished by capillary force, the ink solute component aggregates or settles, and the ink solvent component evaporates or hardens. The nozzles may be clogged, and the configuration is not sufficient for an inkjet head.

さらに、特許文献3に記載の技術は、インク循環流路の断面における最小の開口長さに関して特別な記載はなく、基本的には供給側と排出側で同程度となることを前提としている。このような構成においては、均一に粒子が分散されたインクを均一に吐出させることは可能であるが、インク循環流路を充填するために必要なインク容量分は吐出させることができず、材料ロスが発生する。インクに分散している粒子が比較的高価な材料の場合、
材料コストが高騰するため、好ましい形態ではない。
Furthermore, the technique described in Patent Document 3 is based on the premise that there is no special description regarding the minimum opening length in the cross section of the ink circulation flow path, and that the supply side and the discharge side are basically the same. In such a configuration, it is possible to uniformly eject ink in which particles are uniformly dispersed, but it is not possible to eject the ink volume necessary for filling the ink circulation flow path, and the material Loss occurs. If the particles dispersed in the ink are relatively expensive materials,
This is not a preferable mode because the material cost increases.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、インク循環による吐出安定性と、インク材料ロス低減を両立させた、インクジェットヘッド及びそれを具備するインクジェット装置を提供することを目的とする。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides an ink-jet head and an ink-jet apparatus including the ink-jet head, which are compatible with ejection stability due to ink circulation and ink material loss reduction.

本発明のインクジェットヘッド及びそれを具備するインクジェット装置は、以下のような特徴を有するものである。   The ink jet head of the present invention and the ink jet apparatus including the ink jet head have the following characteristics.

[1]インク導入口からインクが供給されるインク供給流路と、インク回収口にインクを排出するインク排出流路と、前記インク供給流路と、前記インク排出流路とを連通し、インクを吐出するノズルを有するインク室と、前記インク室の振動板を変位させ、前記インク室内のインクに圧力を加えるアクチュエータと、を備え、前記ノズル上流側の流路断面における最小の開口長さに比べて、前記ノズル下流側の流路断面における最小の開口長さが小さいことを特徴とするインクジェットヘッドである。   [1] An ink supply channel through which ink is supplied from an ink inlet, an ink discharge channel that discharges ink to an ink recovery port, the ink supply channel, and the ink discharge channel communicate with each other, and An ink chamber having a nozzle for discharging the ink, and an actuator for displacing a vibration plate of the ink chamber and applying pressure to the ink in the ink chamber, and having a minimum opening length in the cross section of the flow channel upstream of the nozzle In comparison, the ink jet head is characterized in that the minimum opening length in the cross section of the flow path on the downstream side of the nozzle is small.

この構成により、インク循環による吐出安定性と、インク材料ロス低減を両立させたインクジェットヘッドを実現することができる。   With this configuration, it is possible to realize an ink jet head that achieves both ejection stability by ink circulation and reduction of ink material loss.

[2]上記[1]において、前記ノズル下流側の流路断面における最小の開口長さが、前記ノズルの最小開口長さに比べて小さい構成とされると、前記ノズル近傍の前記インク室において、インク含有粒子の濃度を一定以上に高めることができるので、インク含有粒子を廃棄することなく、材料ロスの観点において好適である。   [2] In the above [1], if the minimum opening length in the cross section of the flow path on the downstream side of the nozzle is smaller than the minimum opening length of the nozzle, the ink chamber in the vicinity of the nozzle Since the concentration of the ink-containing particles can be increased to a certain level or more, it is preferable from the viewpoint of material loss without discarding the ink-containing particles.

[3]上記[1]または[2]において、前記ノズル位置が前記インク室の下流側に配置されてなると好適である。
[4]上記[1]〜[3]において、前記インク排出孔は複数あると好適である。
[3] In the above [1] or [2], it is preferable that the nozzle position is arranged on the downstream side of the ink chamber.
[4] In the above [1] to [3], it is preferable that there are a plurality of the ink discharge holes.

[5]上記[1]〜[4]において、前記インク室は複数からなり、前記複数のインク室は、前記インク供給流路および前記インク排出流路に対して並列に配置されてなると好適である。   [5] In the above [1] to [4], it is preferable that the ink chamber includes a plurality of ink chambers, and the plurality of ink chambers are arranged in parallel to the ink supply channel and the ink discharge channel. is there.

[6]上記[1]〜[5]において、前記インクは、粒子を含むと好適である。     [6] In the above [1] to [5], it is preferable that the ink contains particles.

[7]上記[1]〜[6]において、前記インク排出孔の最小開口長さは、前記粒子の直径の2倍以下であると好適である。   [7] In the above [1] to [6], it is preferable that the minimum opening length of the ink discharge hole is not more than twice the diameter of the particle.

[8]上記[1]〜[7]において、前記ノズルより上流側のインク流路における断面の最小開口長さは、前記ノズルの最小開口長さの3倍よりも小さい構成であると好適である。   [8] In the above [1] to [7], it is preferable that the minimum opening length of the cross section in the ink flow channel upstream of the nozzle is smaller than three times the minimum opening length of the nozzle. is there.

[9]上記[1]〜[8]において、前記ノズルより下流側のインク流路における断面の最小開口長さは、前記ノズルの最小開口長さの10分の1よりも大きく、前記ノズルの最小開口長さよりも小さい構成であると好適である。   [9] In the above [1] to [8], the minimum opening length of the cross section in the ink flow path on the downstream side of the nozzle is larger than one-tenth of the minimum opening length of the nozzle. A configuration smaller than the minimum opening length is preferred.

[10]上記[1]〜[9]の何れかに記載のインクジェットヘッドを具備する、インクジェット装置であることが望ましい。   [10] An inkjet apparatus including the inkjet head according to any one of [1] to [9] is preferable.

本発明では、ノズルを有するインク室の上流側にインク供給流路を有し、当該インク室の下流側にインク排出流路を備える構造であることから、インク循環による吐出安定化を実現することができる。さらに、ノズル上流側の流路断面における最小の開口長さに比べて、ノズル下流側の流路断面における最小の開口長さが小さい構造であることから、ノズル近傍においてインク含有粒子の濃度を一定以上に高めることができるので、インク含有粒子を廃棄することなく、材料ロスの低減を実現することができる。   In the present invention, the ink supply flow path is provided on the upstream side of the ink chamber having the nozzle, and the ink discharge flow path is provided on the downstream side of the ink chamber. Can do. Furthermore, since the minimum opening length in the channel cross section on the downstream side of the nozzle is smaller than the minimum opening length in the channel cross section on the upstream side of the nozzle, the concentration of the ink-containing particles is constant in the vicinity of the nozzle. Since it can be increased as described above, the material loss can be reduced without discarding the ink-containing particles.

実施の形態1のインクジェットヘッドの斜視図1 is a perspective view of an inkjet head according to a first embodiment. 実施の形態1のインクジェットヘッドの断面図Sectional drawing of the inkjet head of Embodiment 1 (a)実施の形態1のインクジェットヘッドの上面図、(b)〜(c)(a)のコーナAの拡大図(A) Top view of the inkjet head of Embodiment 1, (b) to (c) Enlarged view of corner A of (a) (a)〜(b)実施の形態2および3のインクジェットヘッドの断面図(A)-(b) Sectional drawing of the inkjet head of Embodiment 2 and 3 (a)〜(i)実施の形態1のインク排出孔の断面図(A)-(i) Sectional drawing of the ink discharge hole of Embodiment 1 特許文献3のインクジェットヘッド断面におけるインク含有粒子の分布図Distribution diagram of ink-containing particles in cross section of inkjet head of Patent Document 3 実施の形態1のインクジェットヘッド断面におけるインク含有粒子の分布図Distribution diagram of ink-containing particles in the cross section of the ink jet head of Embodiment 1.

1.本発明のインクジェットヘッドについて:
本発明のインクジェットヘッドは、複数のインク室を有するドロップオンデマンド型の圧電式インクジェットヘッドである。ドロップオンデマンド型のインクジェットヘッドとは、入力信号に応じて、任意のタイミングで必要な液量のインクを対象物に向けて塗布することができるインクジェットヘッドとして知られる。特に圧電(ピエゾ)方式のドロップオンデマンド型インクジェットヘッドは、幅広い種類のインクを、高精度に制御しながら塗布することができるものである。また、本発明は、インク室内をインクが流れるインク循環型のインクジェットヘッドに関するものである。
1. About the inkjet head of the present invention:
The inkjet head of the present invention is a drop-on-demand type piezoelectric inkjet head having a plurality of ink chambers. A drop-on-demand ink jet head is known as an ink jet head that can apply a necessary amount of ink toward an object at an arbitrary timing in accordance with an input signal. In particular, piezoelectric (piezo) drop-on-demand ink jet heads can apply a wide variety of inks while controlling them with high accuracy. The present invention also relates to an ink circulation type inkjet head in which ink flows in an ink chamber.

本発明のインクジェットヘッドは、インク供給流路と、インク排出流路と、複数のインク室と、複数の積層圧電素子とを有する構成である。複数のインク室は、並列に配置され、それぞれのインク室に対応して、振動板を介して圧電素子が配置される。そして、インク循環流路における流路断面の最小の開口長さやノズル配置位置を工夫することにより、インク含有粒子の材料ロスを低減できることを特徴とする。   The ink jet head of the present invention is configured to include an ink supply channel, an ink discharge channel, a plurality of ink chambers, and a plurality of laminated piezoelectric elements. The plurality of ink chambers are arranged in parallel, and a piezoelectric element is arranged via a vibration plate corresponding to each ink chamber. The material loss of the ink-containing particles can be reduced by devising the minimum opening length and nozzle arrangement position of the cross section of the ink circulation flow path.

<インクジェットヘッドの基本構成>
以下、インクジェットヘッドの構成部材について説明する。
<Basic configuration of inkjet head>
Hereinafter, components of the inkjet head will be described.

インク供給流路は、外部からインクが供給されるインク導入口を有し、インク室に供給するインクが流れる流路である。インク供給流路に供給されるインク供給量は、特に限定されず、数μl/minであっても、それ以上であってもよい。インク導入口を通してインク供給流路に供給されたインクは、複数のインク室のそれぞれに分配提供される。   The ink supply channel is a channel that has an ink introduction port through which ink is supplied from the outside and through which the ink supplied to the ink chamber flows. The ink supply amount supplied to the ink supply channel is not particularly limited, and may be several μl / min or more. The ink supplied to the ink supply channel through the ink inlet is distributed and provided to each of the plurality of ink chambers.

インク排出流路は、外部にインクを排出するためのインク回収口を有し、複数のインク室から排出されたインクが流れる流路である。   The ink discharge channel is a channel that has an ink collection port for discharging ink to the outside, and flows the ink discharged from the plurality of ink chambers.

インク室は、ノズルから吐出させるインクを収容するための空間である。インク室はインク供給流路、および、インク排出流路と連通している。1個のインク供給流路およびインク排出流路に連通するインク室の最大数は、通常1024個である。   The ink chamber is a space for storing ink ejected from the nozzles. The ink chamber communicates with the ink supply channel and the ink discharge channel. The maximum number of ink chambers communicating with one ink supply channel and ink discharge channel is usually 1024.

インク室とインク供給流路とは、インク供給孔によって接続されている。インク室とインク排出流路とは、インク排出孔によって接続されている。したがって、インク室内ではインクがインク供給孔からインク排出孔まで流れる。これにより、インク室内には常に新しいインクが供給される。このように、インク室内に常に新しいインクを供給することで、インク室内のインクのよどみや詰り、気泡の滞留や混入などを防止することができる。インク室内のインクの流量は0.1〜20μl/minであることが好ましい。また、インク室内をインクが流れる方向は、ノズルからインクが吐出される方向(以下、単に「吐出方向」と称す)と同じ(図2参照)であって良いし、インクの吐出方向と略垂直な方向(図4(a)参照)であって良い。   The ink chamber and the ink supply channel are connected by an ink supply hole. The ink chamber and the ink discharge channel are connected by an ink discharge hole. Therefore, ink flows from the ink supply hole to the ink discharge hole in the ink chamber. As a result, new ink is always supplied into the ink chamber. In this way, by constantly supplying new ink into the ink chamber, it is possible to prevent stagnation and clogging of the ink in the ink chamber and the retention and mixing of bubbles. The ink flow rate in the ink chamber is preferably 0.1 to 20 μl / min. The direction in which the ink flows in the ink chamber may be the same as the direction in which ink is ejected from the nozzle (hereinafter simply referred to as “ejection direction”) (see FIG. 2), and is substantially perpendicular to the ink ejection direction. May be in any direction (see FIG. 4A).

インク室は、ノズルを有する。ノズルは、外部と連通し、吐出孔を有する管である。1つのインク室は、1つのノズルを有してもよいし、2以上のノズルを有していても良い。インク室内のインクは、ノズル内部を通り、吐出孔から外部に吐出される。吐出孔の径は、特に限定されず、例えば10〜100μm程度である。   The ink chamber has a nozzle. The nozzle is a tube that communicates with the outside and has a discharge hole. One ink chamber may have one nozzle or two or more nozzles. The ink in the ink chamber passes through the inside of the nozzle and is discharged to the outside from the discharge hole. The diameter of the discharge hole is not particularly limited and is, for example, about 10 to 100 μm.

インク室に収容されるインクの種類は、特に限定されず、製造物の種類によって適宜選択される。例えば、製造物が生体構造物である場合、インク室に収容されるインクの例には、細胞や生体吸収性材料や細胞接着性タンパク質、培養液などを含む粒子分散液が含まれる。上述のように、本発明のインクジェットヘッドは、インク循環流路の流路断面における最小の開口長さやノズル配置位置を工夫することにより、インク含有粒子を廃棄することなく塗布することができる。   The type of ink stored in the ink chamber is not particularly limited, and is appropriately selected depending on the type of product. For example, when the product is a biological structure, examples of the ink stored in the ink chamber include a particle dispersion containing cells, a bioabsorbable material, a cell adhesive protein, a culture solution, and the like. As described above, the ink jet head of the present invention can be applied without discarding the ink-containing particles by devising the minimum opening length and nozzle arrangement position in the cross section of the ink circulation flow path.

圧電素子は、駆動電圧を含む電気制御信号を機械的な動作に変換し、インク室の壁面(振動板)を変位させる作動装置である。圧電素子に電圧を印加することで、圧電素子の高さが増加し、振動板を介してインク室内のインクに圧力が加わる。これにより、ノズルの吐出孔からインクを吐出され得る。   The piezoelectric element is an operating device that converts an electric control signal including a driving voltage into a mechanical operation and displaces a wall surface (vibrating plate) of the ink chamber. By applying a voltage to the piezoelectric element, the height of the piezoelectric element increases, and pressure is applied to the ink in the ink chamber via the vibration plate. Thereby, ink can be discharged from the discharge hole of the nozzle.

本発明における圧電素子は、薄膜圧電素子であっても、積層圧電素子であってもよいが、積層圧電素子であることが好ましい。薄膜圧電素子は、入力に対する出力応答が速いが、出力が低くなりがちである。そのため、インク供給流路やインク排出流路への吐出力ロスの割合が大きくなりやすい。それ故、インクの種類によっては適切な吐出ができない場合がある。一方、積層圧電素子は、入力に対する出力応答が遅いが、出力を高めやすい。そのため、積層圧電素子は吐出するべきインク室内のインク圧力に影響を受けにくく、安定した吐出を実現し得る。積層圧電素子の高さ(積層方向の長さ)は、特に限定されないが、通常、100〜1000μmである。   The piezoelectric element in the present invention may be a thin film piezoelectric element or a laminated piezoelectric element, but is preferably a laminated piezoelectric element. The thin film piezoelectric element has a fast output response to the input, but the output tends to be low. Therefore, the ratio of the loss of ejection force to the ink supply channel and the ink discharge channel tends to increase. Therefore, depending on the type of ink, proper ejection may not be possible. On the other hand, the laminated piezoelectric element has a slow output response to the input, but it is easy to increase the output. Therefore, the laminated piezoelectric element is hardly affected by the ink pressure in the ink chamber to be ejected, and stable ejection can be realized. The height (length in the stacking direction) of the multilayer piezoelectric element is not particularly limited, but is usually 100 to 1000 μm.

積層圧電素子は、ピエゾプレート上にチタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)のシートと導電膜とを複数積層して駆動体を作製し、そして駆動体を分割することで作製されればよい。駆動体を分割するには、回転ブレードが組み込まれたダイシング装置を用いればよい。   The laminated piezoelectric element may be produced by laminating a plurality of sheets of lead zirconate titanate (PZT) and a conductive film on a piezoelectric plate to produce a driver, and then dividing the driver. In order to divide the drive body, a dicing apparatus incorporating a rotating blade may be used.

<主要構成部材の位置、形状関係>
以下、本発明のインクジェットヘッドにおける、インク供給流路とインク排出流路とインク室、ノズル、インク室の壁面(振動板)および圧電素子の配置位置について詳述する。
<Positions and shapes of main components>
Hereinafter, in the ink jet head of the present invention, the ink supply channel, the ink discharge channel, the ink chamber, the nozzle, the wall surface (vibration plate) of the ink chamber, and the arrangement position of the piezoelectric element will be described in detail.

インク循環流路は、インク供給流路からインク供給孔を経由してインク室へと連通し、さらにインク排出孔を経由してインク排出流路へと連通する構成とされてなる。また、インク室には外部と連通するノズルが設けられ、圧電素子はインク室の壁面(振動板)上に設けられる。圧電素子と振動素子は一部で接しても良いし、全部で接触してもよい。本発明のインクジェットヘッドでは、インク供給孔を含むインク供給流路における流路断面の最小の開口長さに比べて、インク排出孔を含むインク排出流路における流路断面の最小の開口長さが小さいことを特徴とする。   The ink circulation flow path is configured to communicate from the ink supply flow path to the ink chamber via the ink supply hole and further to the ink discharge flow path via the ink discharge hole. The ink chamber is provided with a nozzle communicating with the outside, and the piezoelectric element is provided on the wall surface (vibration plate) of the ink chamber. The piezoelectric element and the vibration element may be in contact with each other, or may be in contact with each other. In the inkjet head of the present invention, the minimum opening length of the flow path cross section in the ink discharge flow path including the ink discharge hole is smaller than the minimum opening length of the flow path cross section in the ink supply flow path including the ink supply hole. It is small.

このような構成で、インク供給流路とインク排出流路とインク室、ノズル、インク室の壁面(振動板)および圧電素子を配置することで、インク循環による吐出安定性と、インク材料ロス低減を両立させることを可能とする。
ここで、流路における流路断面の最小の開口長さとは、流路の開口の断面中で、最も、狭い間隔(長さ)のところを意味する。
With such a configuration, the ink supply flow path, the ink discharge flow path, the ink chamber, the nozzle, the wall surface (vibration plate) of the ink chamber, and the piezoelectric element are arranged, so that ejection stability due to ink circulation and ink material loss are reduced. It is possible to achieve both.
Here, the minimum opening length of the cross section of the flow path in the flow path means the narrowest interval (length) in the cross section of the opening of the flow path.

2.本発明のインクジェット装置について:
本発明のインクジェット装置は、前述のインクジェットヘッドを具備することを特徴とするが、それ以外は公知のインクジェット装置の部材を適宜有する。例えば、インクジェットヘッドを固定する部材や、インクを塗布する対象物を載置して移動するための移動ステージなどを有する。
2. About the inkjet device of the present invention:
The ink jet apparatus of the present invention is characterized by including the above-described ink jet head, but otherwise has members of known ink jet apparatuses as appropriate. For example, it has a member for fixing the ink jet head, a moving stage for placing and moving an object to which ink is applied, and the like.

インクジェット装置は、インク循環装置(図示せず)を具備する。インク循環装置は、インクに駆動圧力を供給することでインクを循環させる。インクに駆動圧力を供給するには、ポンプを用いてもよいが、圧縮空気を利用して圧力を供給するレギュレータを用いることが好ましい。その理由は、レギュレータを用いることで駆動圧力が一定になり、インクの循環流量が安定するからである。本発明のインクジェット装置では、インクジェットヘッドのインクを、装置作動中に絶えず循環させることが好ましい。   The ink jet device includes an ink circulation device (not shown). The ink circulation device circulates ink by supplying a driving pressure to the ink. A pump may be used to supply the driving pressure to the ink, but it is preferable to use a regulator that supplies pressure using compressed air. The reason is that the use of a regulator makes the driving pressure constant and stabilizes the ink circulation flow rate. In the ink jet apparatus of the present invention, it is preferable that the ink of the ink jet head is continuously circulated during the operation of the apparatus.

以下、本発明の実施の形態を図面参照して説明するが、本発明はこれらの実施の形態により限定されない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1のインクジェットヘッド100の斜視図である。図1に示されるようにインクジェットヘッド100は、インク供給流路101と、インク排出流路102と、複数のインク室110とを有する。また、インク供給流路101はインク導入口103を有する。インク排出流路102は、インク回収口104を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of an inkjet head 100 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the inkjet head 100 includes an ink supply channel 101, an ink discharge channel 102, and a plurality of ink chambers 110. The ink supply channel 101 has an ink inlet 103. The ink discharge channel 102 has an ink recovery port 104.

図2は、図1に示されたインクジェットヘッド100のA線による断面図である。図3(a)は、図1に示されたインクジェットヘッド100のB線による断面図(上面図)である。   2 is a cross-sectional view taken along line A of the inkjet head 100 shown in FIG. 3A is a cross-sectional view (top view) of the inkjet head 100 shown in FIG. 1 taken along line B. FIG.

図2および図3(a)に示すように、インク室110は、ノズル111を有する。インク室110は、ノズル111の吐出孔112から吐出させるインクを収容する。また、インク室110は、インク供給孔107を介してインク供給流路101に連通しており、インク排出孔108を介してインク排出流路102に連通している。   As shown in FIGS. 2 and 3A, the ink chamber 110 has a nozzle 111. The ink chamber 110 stores ink that is ejected from the ejection hole 112 of the nozzle 111. In addition, the ink chamber 110 communicates with the ink supply channel 101 via the ink supply hole 107 and communicates with the ink discharge channel 102 via the ink discharge hole 108.

図2に示すように、インク排出孔108は、インク供給孔107よりもノズル側に配置されている。また、インク排出孔108は、後述する積層圧電素子113よりもノズル側に配置されている。このような構成とすることで、インク排出孔108とノズル111との距離を短く設計することができ、ノズル111の近傍におけるインク流れがより円滑に行われることが可能となる。特に図2のように、吐出孔112と同じ平面に対してインク排出孔108があることが好ましい。   As shown in FIG. 2, the ink discharge hole 108 is disposed on the nozzle side with respect to the ink supply hole 107. Further, the ink discharge hole 108 is disposed on the nozzle side with respect to a laminated piezoelectric element 113 described later. By adopting such a configuration, the distance between the ink discharge hole 108 and the nozzle 111 can be designed to be short, and the ink flow in the vicinity of the nozzle 111 can be performed more smoothly. In particular, as shown in FIG. 2, it is preferable that the ink discharge hole 108 is on the same plane as the discharge hole 112.

更に、インク供給孔107およびインク排出孔108は、共にインクの吐出方向Xに沿ったインク室110の壁面に設けられている。また、インク室110内において、インク供給孔107が鉛直上方に配置され、インク排出孔108が鉛直下方に配置される構成とされるため、インク室110内におけるインク流れは鉛直下向きとなる。それ故、インク内の分散粒子成分も滞りなく、ノズル111の近傍に供給されることが可能となる。
<インク循環流路における流路断面の最小の開口長さ>
ここで、インク供給孔107を含むインク供給流路101における流路断面の最小の開口長さに比べて、インク排出孔108を含むインク排出流路102における流路断面の最小の開口長さが小さいことを特徴とする。
Furthermore, the ink supply hole 107 and the ink discharge hole 108 are both provided on the wall surface of the ink chamber 110 along the ink ejection direction X. Further, since the ink supply hole 107 is disposed vertically upward and the ink discharge hole 108 is disposed vertically downward in the ink chamber 110, the ink flow in the ink chamber 110 is directed vertically downward. Therefore, the dispersed particle component in the ink can be supplied to the vicinity of the nozzle 111 without any stagnation.
<Minimum opening length of channel cross section in ink circulation channel>
Here, the minimum opening length of the flow path cross section in the ink discharge flow path 102 including the ink discharge holes 108 is smaller than the minimum opening length of the flow path cross section in the ink supply flow path 101 including the ink supply holes 107. It is small.

なお、最小開口は、通常、インク供給孔107、インク排出孔108となる場合が多い。
特に限定されないが、インク供給孔107を含むインク供給流路101における流路断面の最小の開口長さは、円滑なインク循環を実現するため、ノズル111の直径よりも大きいことが望ましい。
The minimum opening is usually the ink supply hole 107 and the ink discharge hole 108 in many cases.
Although not particularly limited, it is desirable that the minimum opening length of the channel cross section in the ink supply channel 101 including the ink supply hole 107 is larger than the diameter of the nozzle 111 in order to realize smooth ink circulation.

ノズル111が複数ある場合には、ノズルの総面積を円とした場合の直径である。以下同じである。   When there are a plurality of nozzles 111, the diameter is the diameter when the total area of the nozzles is a circle. The same applies hereinafter.

かつ、インク吐出力の観点から、インク供給孔107を含むインク供給流路101における流路断面の最小の開口長さは、ノズル111の直径の3倍よりも小さいことが好適である。積層圧電素子の変位によるインク室内のインク圧力が、インク供給流路101の側へと伝播して損失されることなく、ノズル111からのインク吐出エネルギへと効率よく変換できるためである。   In view of the ink ejection force, the minimum opening length of the cross section of the ink supply flow path 101 including the ink supply hole 107 is preferably smaller than three times the diameter of the nozzle 111. This is because the ink pressure in the ink chamber due to the displacement of the laminated piezoelectric element can be efficiently converted into the ink ejection energy from the nozzle 111 without being lost by propagating to the ink supply channel 101 side.

3倍以上となると、圧電素子の変位による力が、ノズルより、インク供給流路101の側へと伝播されてしまう。   If it becomes three times or more, the force due to the displacement of the piezoelectric element is propagated from the nozzle to the ink supply channel 101 side.

さらに、インク排出孔108を含むインク排出流路102における流路断面の最小の開口長さは、円滑なインク循環の観点からノズル111の直径の10分の1よりも大きく、インク含有粒子の材料ロスの観点からノズル111の直径よりも小さいことが好適である。   Further, the minimum opening length of the cross section of the ink discharge channel 102 including the ink discharge hole 108 is larger than one tenth of the diameter of the nozzle 111 from the viewpoint of smooth ink circulation, and the material of the ink-containing particles. From the viewpoint of loss, it is preferable that the diameter is smaller than the diameter of the nozzle 111.

例えば、ノズル111の直径の10分の1以下となると、インク含有粒子の濃度によって圧力損失抵抗が大きく変化し、インク循環を安定的に実現することは困難となる。   For example, when the diameter is equal to or less than one-tenth of the diameter of the nozzle 111, the pressure loss resistance greatly changes depending on the concentration of the ink-containing particles, and it becomes difficult to stably realize ink circulation.

また、ノズル111の直径以上となると、インク含有粒子の大部分はインク排出孔108の上流側で留まることなく通過することになり、ノズル111近傍のインク含有粒子の濃度を高めることはできなくなる。   When the diameter is larger than the diameter of the nozzle 111, most of the ink-containing particles pass without staying on the upstream side of the ink discharge hole 108, and the concentration of the ink-containing particles in the vicinity of the nozzle 111 cannot be increased.

また、特に限定されないが、例えば、インク供給孔107における流路断面の最小の開口長さは、インク含有粒子の直径の2倍以上であることが好適である。インク含有粒子の弾性率や耐圧特性などの性質に大きく影響を受けるが、インク含有粒子への機械的ダメージが問題となるためである。   Further, although not particularly limited, for example, the minimum opening length of the flow path cross section in the ink supply hole 107 is preferably at least twice the diameter of the ink-containing particles. This is because the ink containing particles are greatly affected by properties such as elastic modulus and pressure resistance, but mechanical damage to the ink containing particles becomes a problem.

一方、インク排出孔108における流路断面の最小の開口長さは、インク含有粒子の直径の2倍以下であることが好適である。これは、インク含有粒子の弾性率や耐圧特性だけでなく、凝集しやすさや流路壁面への付着しやすさなど様々な性質に大きく影響を受けるが、インク排出孔108におけるインク含有粒子のトラップ率低下が問題となるためである。   On the other hand, the minimum opening length of the cross section of the flow path in the ink discharge hole 108 is preferably not more than twice the diameter of the ink-containing particles. This is greatly influenced not only by the elastic modulus and pressure resistance characteristics of the ink-containing particles, but also by various properties such as ease of aggregation and adhesion to the channel wall surface. This is because rate reduction becomes a problem.

<圧力損失抵抗>
なお、インク循環安定性の観点から、インク供給孔107を含むインク供給流路101の圧力損失抵抗に対する、インク排出孔108を含むインク排出流路102の圧力損失抵抗の比率は、0.5〜1.5程度の範囲内で構成されることが好適である。
<Pressure loss resistance>
From the viewpoint of ink circulation stability, the ratio of the pressure loss resistance of the ink discharge flow path 102 including the ink discharge holes 108 to the pressure loss resistance of the ink supply flow path 101 including the ink supply holes 107 is 0.5˜. It is preferable to be configured within a range of about 1.5.

なお、通常、流路の圧力損失抵抗は、インク供給孔107、インク排出孔108の開口面積および長さが最も支配的で決まる場合が多い。しかし、インク室110を含む、インク導入口103からインク回収口104までのインク循環流路が長い、細い、複雑に折れ曲がっていると、その影響も受ける。   In general, the pressure loss resistance of the flow path is often determined mainly by the opening area and length of the ink supply hole 107 and the ink discharge hole 108. However, if the ink circulation path including the ink chamber 110 from the ink introduction port 103 to the ink recovery port 104 is long, thin, and is bent in a complicated manner, it is also affected.

例えば、インク排出孔108を含むインク排出流路102における流路断面の最小の開口長さが比較的小さく、かつ最小開口部が長く、折れ曲がり流路構造で構成されると、インク循環流路内でのインク流れが円滑に行われず、よどみ箇所が生じるため、インク内の分散粒子成分が付着したり、凝集したり、沈降したりするリスクが増大するためである。   For example, if the minimum opening length of the cross section of the ink discharge flow path 102 including the ink discharge holes 108 is relatively small, the minimum opening is long, and a bent flow path structure is used, This is because the ink flow is not smoothly performed and a stagnation portion is generated, and the risk that the dispersed particle component in the ink adheres, aggregates, or settles increases.

特に、凝集あるいは沈降しやすく分散が比較的不安定な粒子含有インクの場合は、インク循環流路におけるインク流れをより円滑に行う必要があるため、インク供給孔107およびインク排出孔108などの最小開口部のインク流れ方向の長さは短く、折れ曲がりや断面形状の変化が少ない構成とされることが好適である。   In particular, in the case of a particle-containing ink that easily aggregates or settles and has a relatively unstable dispersion, the ink flow in the ink circulation channel needs to be performed more smoothly, and therefore the minimum ink supply hole 107 and ink discharge hole 108 and the like. The length of the opening in the ink flow direction is short, and it is preferable that the opening is not bent and the cross-sectional shape is small.

また、図2および図3(a)に示すように、インクジェットヘッド100は、インクの吐出方向Xに沿ったインク室110の壁面130(以下、これを「振動板130」と称す)を変位させる積層圧電素子(ピエゾ素子)113を有する。積層圧電素子113は、インク室110の外側に配置され、振動板130に設けられたアイランド部105を介して設けられている。アイランド部105は、ノズル111を跨ぐように配置され、振動板130および積層圧電素子113と別部材であっても良いし、いずれかと同じ部材であっても良い。   As shown in FIGS. 2 and 3A, the inkjet head 100 displaces a wall surface 130 of the ink chamber 110 (hereinafter referred to as “vibrating plate 130”) along the ink ejection direction X. A laminated piezoelectric element (piezo element) 113 is included. The laminated piezoelectric element 113 is disposed outside the ink chamber 110 and is provided via an island portion 105 provided on the vibration plate 130. The island portion 105 is disposed so as to straddle the nozzle 111, and may be a separate member from the diaphragm 130 and the laminated piezoelectric element 113, or may be the same member.

<動作>
次に、図2および図3を参照し、実施の形態1のインクジェットヘッド100の動作について説明する。
<Operation>
Next, the operation of the inkjet head 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、インクタンク(図示せず)からインク供給流路101にインクを供給する。インクタンクは圧力調節機構(図示せず)を有することが好ましい。インクタンクが圧力調節機構を有することで、インクタンク内のインクが消費され、インクタンク内のインク液面が下がっても、インクタンクからインク供給流路101にインクを一定の圧力で供給することができる。圧力調節機構は、インクタンクの高さを調節し、インク液面の高さを一定にすることで、供給されるインクの圧力を一定にしてもよい。   First, ink is supplied from an ink tank (not shown) to the ink supply channel 101. The ink tank preferably has a pressure adjustment mechanism (not shown). Since the ink tank has a pressure adjustment mechanism, the ink in the ink tank is consumed and the ink is supplied from the ink tank to the ink supply channel 101 at a constant pressure even when the ink liquid level in the ink tank drops. Can do. The pressure adjusting mechanism may make the pressure of the supplied ink constant by adjusting the height of the ink tank and making the height of the ink liquid surface constant.

インク供給流路101に供給されたインクは、インク供給孔107を通ってインク室110に供給される。インク室110に供給されたインクは、更にインク排出孔108を通ってインク排出流路102に排出される。このため、インク室110内をインクが流れる。これにより、インク室110内には常に新しいインクが供給される。   The ink supplied to the ink supply channel 101 is supplied to the ink chamber 110 through the ink supply hole 107. The ink supplied to the ink chamber 110 is further discharged to the ink discharge channel 102 through the ink discharge hole 108. For this reason, ink flows in the ink chamber 110. As a result, new ink is always supplied into the ink chamber 110.

なお、本実施の形態のインク供給流路101において、インク供給流路101の最下流部(図3におけるコーナ部A)は、図3(b)のように、テーパー形状、あるいは、図3(c)のように曲面形状であると好適である。その理由は、インク供給流路101からインク室110にインクが流れる際、インク供給流路101のコーナ部でインクや気泡が滞留する可能性があるためである。図示はしないものの、同様な考えにより、インク排出流路102の最上流部(図3におけるコーナ部B)においても、テーパー形状、或いは、曲面形状を施す工夫があるとインク流れの観点から好ましい。   In the ink supply channel 101 of the present embodiment, the most downstream portion (corner portion A in FIG. 3) of the ink supply channel 101 is tapered as shown in FIG. It is preferable that the shape is a curved surface as in c). The reason is that when ink flows from the ink supply channel 101 to the ink chamber 110, ink or bubbles may stay in the corner portion of the ink supply channel 101. Although not shown, based on the same idea, it is preferable from the viewpoint of ink flow that a taper shape or a curved surface shape is provided in the most upstream portion (corner portion B in FIG. 3) of the ink discharge channel 102.

また、上述のように、インク排出孔108は、インク供給孔107よりもノズル側に設けられている。また、インク室110内をインクが流れる方向は、インクがノズル111から吐出される方向X(吐出方向X)と同じである。このため、インク室110内のインクには予め吐出方向Xと同じ方向の力が作用している。   Further, as described above, the ink discharge hole 108 is provided on the nozzle side with respect to the ink supply hole 107. The direction in which ink flows in the ink chamber 110 is the same as the direction X in which ink is ejected from the nozzle 111 (ejection direction X). For this reason, a force in the same direction as the ejection direction X is applied to the ink in the ink chamber 110 in advance.

次に、積層圧電素子113に駆動電圧を加える。これにより、積層圧電素子113の高さが増加し、インク室110の容量が縮小し、インク室110内のインクに圧力が加わる。   Next, a driving voltage is applied to the laminated piezoelectric element 113. As a result, the height of the laminated piezoelectric element 113 increases, the capacity of the ink chamber 110 decreases, and pressure is applied to the ink in the ink chamber 110.

本実施の形態では、積層圧電素子113は、インク室110の外側に配置されており、アイランド部105を介して、振動板130を変形させる。これにより、インク室110の圧力を変化させる。この発生圧力を流路構造に沿って伝播させることによって、図2に示されたインクの吐出方向Xと同じ方向の力が発生する。また、上述のように、インク室110内のインクには、インクが流れることによって、予め吐出方向Xと同じ方向の力が作用している。このため、インク室110内のインクは、インクに予め作用している方向の力と、積層圧電素子113が駆動することによって生じた力とが合成した力によって吐出される。   In the present embodiment, the laminated piezoelectric element 113 is disposed outside the ink chamber 110 and deforms the diaphragm 130 via the island part 105. Thereby, the pressure of the ink chamber 110 is changed. By propagating this generated pressure along the flow path structure, a force in the same direction as the ink ejection direction X shown in FIG. 2 is generated. Further, as described above, a force in the same direction as the ejection direction X is applied to the ink in the ink chamber 110 in advance by flowing the ink. For this reason, the ink in the ink chamber 110 is ejected by a force that is a combination of a force in a direction acting in advance on the ink and a force generated by driving the laminated piezoelectric element 113.

このように、本実施の形態によれば、積層圧電素子113を駆動することによって生じた力以外に、インクがインク室110内を流れることによって予めインクに作用している力をインクの吐出力として利用できるので、インクを循環させながら安定的に吐出させることができる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to the force generated by driving the multilayered piezoelectric element 113, the force acting on the ink in advance by the ink flowing in the ink chamber 110 is used as the ink ejection force. Therefore, the ink can be stably discharged while circulating the ink.

また、前述の通り、本実施の形態におけるインク流路は、ノズル上流側の流路断面(ノズル111より上流側のインク循環流路の断面)における最小の開口長さに比べて、ノズル下流側の流路断面(ノズル111より下流側のインク循環流路の断面)における最小の開口長さが小さい構成とされる。   In addition, as described above, the ink flow path in the present embodiment has a downstream side of the nozzle as compared with the minimum opening length in the cross section of the upstream side of the nozzle (the cross section of the ink circulation path upstream of the nozzle 111). The minimum opening length in the flow path cross section (the cross section of the ink circulation flow path on the downstream side of the nozzle 111) is set to be small.

この例では、ノズル下流側で流路断面が小さいのは、インク排出孔108である。インク排出孔108の断面形状は、例えば、図5(a)に示すような四角形や、図5(b)に示すような円形であっても良く、その他にも図5(c)〜図5(d)に示すような三角形や星形であっても良い。さらに、図5(e)〜図5(f)に示すように複数の開口を有しても良い。このような構成にすることにより、インク材料ロスを低減できるメカニズムについて以下に説明する。   In this example, the ink discharge hole 108 has a small flow path cross section on the downstream side of the nozzle. The cross-sectional shape of the ink discharge hole 108 may be, for example, a quadrangle as shown in FIG. 5A or a circle as shown in FIG. It may be a triangle or a star as shown in (d). Furthermore, you may have a some opening as shown in FIG.5 (e)-FIG.5 (f). A mechanism that can reduce ink material loss by using such a configuration will be described below.

図6は、特許文献3に記載の技術における、インク循環流路内のインク含有粒子140の分布状態を示すものである。ノズル上流側と下流側の流路断面における最小の開口長さが同程度となる構成であるため、インク循環流路全体において、均一に粒子分散したインクが滞りなく流れるため、粒子濃度は均一となっている。   FIG. 6 shows the distribution state of the ink-containing particles 140 in the ink circulation channel in the technique described in Patent Document 3. Since the minimum opening length in the nozzle cross section on the upstream side and downstream side of the nozzle is about the same, the uniformly dispersed ink flows in the entire ink circulation channel without any stagnation. It has become.

このような場合、インクタンク内のインク残量がなくなって、インク吐出ができない状況下でも、インク循環流路内には多量のインクと含有粒子が残っており、廃棄せざるを得なくなる。それ故、特許文献3のようなインクジェットヘッドでは、インク材料ロスが大きくなる。   In such a case, a large amount of ink and contained particles remain in the ink circulation channel even in a situation where the ink remaining in the ink tank runs out and ink cannot be ejected, and must be discarded. Therefore, in the ink jet head as in Patent Document 3, the ink material loss increases.

一方、図7は、本実施の形態における、インク循環流路内のインク含有粒子140の分布状態を示すものである。前述の通り、本実施の形態におけるインク流路は、ノズル上流側の流路断面における最小の開口長さに比べて、ノズル下流側の流路断面における最小の開口長さが小さい構成とされる。そのため、インク溶媒成分はインク排出側の流路断面が小さな部位でも通過することができる一方で、インク含有粒子140は、インク排出側の流路断面が小さな部位を通過することができず、インク室110内のノズル111近傍に留まることとなる。   On the other hand, FIG. 7 shows the distribution state of the ink-containing particles 140 in the ink circulation channel in the present embodiment. As described above, the ink flow path in the present embodiment is configured such that the minimum opening length in the flow path cross section on the downstream side of the nozzle is smaller than the minimum opening length in the flow path cross section on the upstream side of the nozzle. . Therefore, while the ink solvent component can pass through a portion where the flow passage cross section on the ink discharge side is small, the ink-containing particles 140 cannot pass through the portion where the flow passage cross section on the ink discharge side is small. It will remain near the nozzle 111 in the chamber 110.

なお、図5(e)〜図5(f)は、インク排出孔108において、同じ形状サイズの複数の開口形状を示すものであるが、形状およびサイズ、開口率のいずれかが異なるような構成であっても構わない。特に、限定されないが、例えば、図5(g)に示すように、インク室110内におけるインク流れの上流側と下流側の開口形状が異なる構成としても良い。また、図5(h)に示すように、インク室110内におけるインク流れの上流側の開口長さが下流側の開口長さに比べて大きくなる構成としても良い。さらに、図5(i)に示すように、インク室110内におけるインク流れの上流側の開口率が下流側の開口率に比べて大きくなる構成としても良い。   5 (e) to 5 (f) show a plurality of opening shapes of the same shape and size in the ink discharge hole 108, but have a configuration in which any one of the shape, size, and opening ratio is different. It does not matter. Although not particularly limited, for example, as shown in FIG. 5G, the upstream side and the downstream side of the ink flow in the ink chamber 110 may have different opening shapes. Further, as shown in FIG. 5H, the upstream opening length of the ink flow in the ink chamber 110 may be larger than the downstream opening length. Further, as shown in FIG. 5I, the upstream side opening ratio of the ink flow in the ink chamber 110 may be larger than the downstream side opening ratio.

上述のような構成とすれば、インク含有粒子に比べて比重の小さな溶媒成分の流れを妨げることなく、インク室110内におけるインク流れの最下流近くに配置されるノズル111近傍に、より多くのインク含有粒子を供給することができ、インク循環による吐出安定性と、インク材料ロス低減の両立を、より効率的に実現させることが可能となるので好適である。   With the configuration as described above, a larger amount of ink is provided in the vicinity of the nozzle 111 arranged near the most downstream of the ink flow in the ink chamber 110 without hindering the flow of the solvent component having a smaller specific gravity than the ink-containing particles. It is preferable because ink-containing particles can be supplied, and it is possible to more efficiently realize both ejection stability by ink circulation and reduction of ink material loss.

インク循環を継続することによって、上述の現象が繰り返され、ノズル111近傍で粒子濃度を上げることができる。また、インク含有粒子140はインク循環や吐出動作によって攪拌されるため、凝集や沈降などの恐れもない。したがって、インク含有粒子140がなくなるまで、高濃度インクでの吐出ができるため、インク構成成分の中でも最も高価であるインク含有粒子140の廃棄ロスを低減することが可能となる。   By continuing the ink circulation, the above phenomenon is repeated, and the particle concentration can be increased in the vicinity of the nozzle 111. In addition, since the ink-containing particles 140 are agitated by ink circulation and ejection operation, there is no fear of aggregation or sedimentation. Therefore, since it is possible to discharge with high-concentration ink until the ink-containing particles 140 disappear, it is possible to reduce the waste loss of the most expensive ink-containing particles 140 among the ink components.

なお、ノズル下流側の流路断面における最小の開口長さが、ノズル111の直径に比べて小さい場合が、特に、インク循環による吐出安定性と、インク材料ロス低減の両立をより効果的に実現させることができる。この考えは、後述する実施の形態についても同様に効果を有する。   Note that the minimum opening length in the flow path cross section on the downstream side of the nozzle is smaller than the diameter of the nozzle 111. In particular, it is possible to more effectively achieve both the discharge stability by ink circulation and the reduction of ink material loss. Can be made. This idea is also effective for the embodiments described later.

(実施の形態2)
実施の形態2として、図4(a)に示すようなインクジェットヘッドもあり得る。つまり、実施の形態1のインクジェットヘッド100は、インク室110において、インクが流れる方向にノズル111が形成される形態であるが、実施の形態2として、ノズル111が、インク供給孔107からインク排出孔108に向かって流れるインクと、略垂直な方向のノズルプレート120に形成される形態もあり得る。
(Embodiment 2)
As the second embodiment, there may be an inkjet head as shown in FIG. That is, the inkjet head 100 according to the first embodiment has a configuration in which the nozzle 111 is formed in the ink chamber 110 in the direction in which the ink flows. As the second embodiment, the nozzle 111 ejects ink from the ink supply hole 107. There may be a form in which the ink flowing toward the hole 108 and the nozzle plate 120 in a substantially vertical direction are formed.

前述の実施の形態1は、積層圧電素子113が駆動することによりインク室110内のインクをノズル111(または、吐出孔112)の方向に押し出す力と、インク供給孔107からインク排出孔108に向かってインクが流れる力と、が重なって、ノズル111からインクを強い吐出力で押し出すことができるものである。これに対して、本実施例の場合には、インク室110のインクは、積層圧電素子113が駆動することによりインク室110内のインクをノズル111の方向に押し出す力と略垂直方向の流れである。   In the first embodiment, the laminated piezoelectric element 113 is driven to push the ink in the ink chamber 110 in the direction of the nozzle 111 (or the ejection hole 112), and from the ink supply hole 107 to the ink discharge hole 108. The force that the ink flows in the direction overlaps, and the ink can be pushed out from the nozzle 111 with a strong ejection force. On the other hand, in the case of this embodiment, the ink in the ink chamber 110 flows with a force that pushes the ink in the ink chamber 110 in the direction of the nozzle 111 when the laminated piezoelectric element 113 is driven. is there.

本実施例のインクジェットヘッド100の場合、上述の実施の形態1とは異なり、インク室110の上流部において、ノズル111の方向にインクの流れを作る構造(図2では、インク供給孔107からインク室110にインクを供給する際、略直角にインクの流れを変える構造)が不必要であることから、積層圧電素子113とノズル111(または、吐出孔112)との距離を短く設計することができる。そのため、本実施例の場合、積層圧電素子113の駆動によりインク室110内のインクをノズル111から押し出す力は、前述の実施の形態1よりも強くなる。その結果、本実施例のインクジェットヘッド100は、前述の実施の形態1と同程度のインク吐出力を実現することが可能となる。   In the case of the inkjet head 100 of the present embodiment, unlike the above-described first embodiment, a structure that creates an ink flow in the direction of the nozzle 111 in the upstream portion of the ink chamber 110 (in FIG. 2, ink is supplied from the ink supply hole 107. When the ink is supplied to the chamber 110, a structure that changes the ink flow at a substantially right angle is unnecessary, and therefore the distance between the laminated piezoelectric element 113 and the nozzle 111 (or the discharge hole 112) can be designed to be short. it can. Therefore, in the case of this example, the force for pushing the ink in the ink chamber 110 from the nozzle 111 by driving the laminated piezoelectric element 113 is stronger than that in the first embodiment. As a result, the ink jet head 100 of the present example can realize an ink ejection force comparable to that of the first embodiment.

(実施の形態3)
実施の形態3として、図4(b)に示すようなインクジェットヘッド100もあり得る。つまり、実施の形態1のインクジェットヘッドと同様に、インク室110において、インクが流れる方向にノズル111が形成される形態である。また、インク室内におけるインク流れ方向が鉛直下向きであるため、インク含有粒子は滞りにくく、ノズル111近傍により安定的に供給されることが可能である。
(Embodiment 3)
As the third embodiment, there may be an ink jet head 100 as shown in FIG. That is, like the inkjet head of the first embodiment, the nozzle 111 is formed in the ink chamber 110 in the direction in which the ink flows. Further, since the ink flow direction in the ink chamber is vertically downward, the ink-containing particles are less likely to stagnate and can be stably supplied from the vicinity of the nozzle 111.

前述の実施の形態1は、積層圧電素子113が駆動することによりインク室110内のインクをノズル111(または、吐出孔112)の方向に押し出す力と、インク供給孔107からインク排出孔108に向かってインクが流れる力と、が重なって、ノズル111からインクを強い吐出力で押し出すことができるものである。これに対して、本実施例の場合には、インク室110のインクは、積層圧電素子113が駆動することによりインク室110内のインクをノズル111の方向に押し出す力と略垂直方向の流れである。   In the first embodiment, the laminated piezoelectric element 113 is driven to push the ink in the ink chamber 110 in the direction of the nozzle 111 (or the ejection hole 112), and from the ink supply hole 107 to the ink discharge hole 108. The force that the ink flows in the direction overlaps, and the ink can be pushed out from the nozzle 111 with a strong ejection force. On the other hand, in the case of this embodiment, the ink in the ink chamber 110 flows with a force that pushes the ink in the ink chamber 110 in the direction of the nozzle 111 when the laminated piezoelectric element 113 is driven. is there.

本実施例のインクジェットヘッド100の場合、上述の実施の形態1とは異なり、積層圧電素子113とノズル111(又は、吐出孔112)との距離を短く設計することができる。そのため、本実施例の場合、積層圧電素子113の駆動によりインク室110内のインクをノズル111から押し出す力は、前述の実施の形態1よりも強くなる。その結果、本実施例のインクジェットヘッド100は、前述の実施の形態1と同程度のインク吐出力を実現することが可能となる。   In the case of the inkjet head 100 of this example, unlike the above-described first embodiment, the distance between the laminated piezoelectric element 113 and the nozzle 111 (or the discharge hole 112) can be designed to be short. Therefore, in the case of this example, the force for pushing the ink in the ink chamber 110 from the nozzle 111 by driving the laminated piezoelectric element 113 is stronger than that in the first embodiment. As a result, the ink jet head 100 of the present example can realize an ink ejection force comparable to that of the first embodiment.

本発明のインクジェットヘッドおよびインクジェット装置では、インク循環による吐出安定性と、インク材料ロス低減の両立を実現させることが可能となった。そのため、例えば生体構造物の製造において、細胞や生体吸収性材料や細胞接着性タンパク質、培養液などを含む粒子分散インク材料を塗布形成するためのインクジェットヘッドおよびインクジェット装置として好ましく用いられる。   In the ink jet head and the ink jet apparatus of the present invention, it is possible to realize both the ejection stability by ink circulation and the reduction of ink material loss. Therefore, for example, in the production of biological structures, it is preferably used as an inkjet head and an inkjet apparatus for coating and forming a particle-dispersed ink material containing cells, a bioabsorbable material, a cell adhesive protein, a culture solution and the like.

100 インクジェットヘッド
101 インク供給流路
102 インク排出流路
103 インク導入口
104 インク回収口
105 アイランド部
107 インク供給孔
108 インク排出孔
110 インク室
111 ノズル
112 吐出孔
113 積層圧電素子
120 ノズルプレート
130 振動板
140 インク含有粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Inkjet head 101 Ink supply flow path 102 Ink discharge flow path 103 Ink introduction port 104 Ink collection port 105 Island part 107 Ink supply hole 108 Ink discharge hole 110 Ink chamber 111 Nozzle 112 Ejection hole 113 Stacked piezoelectric element 120 Nozzle plate 130 Vibration plate 140 Ink-containing particles

Claims (10)

インク導入口からインク供給孔までのインク供給流路と、
インク排出孔からインク回収口までのインク排出流路と、
前記インク供給孔と前記インク排出孔と連通し、インクを吐出する吐出孔を有するインク室と、
前記インク室内の前記インクに圧力を加える圧電素子と、を備え、
前記吐出孔より上流側のインク流路における最小開口長さに比べて、前記吐出孔より下流側のインク流路における最小開口長さが小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。
An ink supply channel from the ink inlet to the ink supply hole;
An ink discharge channel from the ink discharge hole to the ink recovery port;
An ink chamber communicating with the ink supply hole and the ink discharge hole and having a discharge hole for discharging ink;
A piezoelectric element that applies pressure to the ink in the ink chamber,
An inkjet head characterized in that a minimum opening length in an ink flow path downstream of the discharge holes is smaller than a minimum opening length in an ink flow path upstream of the discharge holes.
前記インク排出流路における最小開口長さが、前記吐出孔の最小開口長さに比べて小さいことを特徴とする、
請求項1記載のインクジェットヘッド。
The minimum opening length in the ink discharge flow path is smaller than the minimum opening length of the ejection holes,
The inkjet head according to claim 1.
前記吐出孔は、前記インク供給孔よりも、前記インク排出孔の近傍に配置されることを特徴とする、
請求項1または2に記載のインクジェットヘッド。
The ejection hole is disposed closer to the ink discharge hole than the ink supply hole.
The inkjet head according to claim 1 or 2.
前記インク排出孔は複数ある請求項1から3のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1, wherein there are a plurality of the ink discharge holes. 前記インク室は複数からなり、前記複数のインク室は、前記インク供給流路および前記インク排出流路に対して並列に配置されることを特徴とする、
請求項1から4のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
The ink chamber includes a plurality of ink chambers, and the plurality of ink chambers are arranged in parallel to the ink supply channel and the ink discharge channel.
The inkjet head according to any one of claims 1 to 4.
前記インクは、粒子を含む請求項1から5のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1, wherein the ink includes particles. 前記インク排出孔の最小開口長さは、前記粒子の直径の2倍以下である請求項6に記載のインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 6, wherein a minimum opening length of the ink discharge hole is not more than twice a diameter of the particle. 前記吐出孔より上流側のインク流路における断面の最小開口長さは、前記吐出孔の最小開口長さの3倍よりも小さい請求項1〜7のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。 The inkjet head according to any one of claims 1 to 7, wherein a minimum opening length of a cross section in the ink flow path upstream of the ejection holes is smaller than three times a minimum opening length of the ejection holes. 前記吐出孔より下流側のインク流路における流路断面の最小開口長さは、前記吐出孔の最小開口長さの10分の1よりも大きく、前記吐出孔の最小開口長さよりも小さい請求項1〜8のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。 The minimum opening length of the channel cross section in the ink channel on the downstream side of the ejection holes is larger than one tenth of the minimum opening length of the ejection holes and smaller than the minimum opening length of the ejection holes. The inkjet head of any one of 1-8. 請求項1〜9のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを具備するインクジェット装置。 An ink jet apparatus comprising the ink jet head according to claim 1.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018225551A1 (en) * 2017-06-09 2018-12-13 コニカミノルタ株式会社 Inkjet head and inkjet recording device
CN109641458A (en) * 2016-09-23 2019-04-16 京瓷株式会社 Fluid ejection head and recording device
JP2019166670A (en) * 2018-03-22 2019-10-03 ブラザー工業株式会社 head
CN110315847A (en) * 2018-03-30 2019-10-11 佳能株式会社 The control method of imaging device and imaging device
CN110893727A (en) * 2018-09-12 2020-03-20 兄弟工业株式会社 Liquid ejection head
JP2020104364A (en) * 2018-12-27 2020-07-09 セイコーエプソン株式会社 Liquid jet head and liquid jet device
JP2020121521A (en) * 2019-01-31 2020-08-13 理想科学工業株式会社 Agitation device and printer
JP2021000727A (en) * 2019-06-19 2021-01-07 セーレン株式会社 Image formation apparatus
CN112638651A (en) * 2018-08-29 2021-04-09 柯尼卡美能达株式会社 Ink jet head and ink jet recording apparatus
US11691418B2 (en) 2018-08-30 2023-07-04 Seiko Epson Corporation Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109641458A (en) * 2016-09-23 2019-04-16 京瓷株式会社 Fluid ejection head and recording device
CN109641458B (en) * 2016-09-23 2020-09-29 京瓷株式会社 Liquid ejection head and recording apparatus
JPWO2018225551A1 (en) * 2017-06-09 2020-04-09 コニカミノルタ株式会社 Ink jet head and ink jet recording apparatus
WO2018225551A1 (en) * 2017-06-09 2018-12-13 コニカミノルタ株式会社 Inkjet head and inkjet recording device
JP7047840B2 (en) 2017-06-09 2022-04-05 コニカミノルタ株式会社 Inkjet head and inkjet recording device
JP7056287B2 (en) 2018-03-22 2022-04-19 ブラザー工業株式会社 head
JP2019166670A (en) * 2018-03-22 2019-10-03 ブラザー工業株式会社 head
US11433668B2 (en) 2018-03-22 2022-09-06 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Liquid discharge head
CN110315847A (en) * 2018-03-30 2019-10-11 佳能株式会社 The control method of imaging device and imaging device
US10987921B2 (en) 2018-03-30 2021-04-27 Canon Kabushiki Kaisha Image forming apparatus and control method of image forming apparatus
CN110315847B (en) * 2018-03-30 2021-06-18 佳能株式会社 Imaging apparatus and control method of imaging apparatus
CN112638651B (en) * 2018-08-29 2022-05-27 柯尼卡美能达株式会社 Ink jet head and ink jet recording apparatus
CN112638651A (en) * 2018-08-29 2021-04-09 柯尼卡美能达株式会社 Ink jet head and ink jet recording apparatus
EP3845387A4 (en) * 2018-08-29 2021-09-08 Konica Minolta, Inc. Inkjet head and inkjet recording apparatus
US11390078B2 (en) 2018-08-29 2022-07-19 Konica Minolta, Inc. Inkjet head and inkjet recording apparatus
US11691418B2 (en) 2018-08-30 2023-07-04 Seiko Epson Corporation Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
CN110893727A (en) * 2018-09-12 2020-03-20 兄弟工业株式会社 Liquid ejection head
JP7225794B2 (en) 2018-12-27 2023-02-21 セイコーエプソン株式会社 Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP2020104364A (en) * 2018-12-27 2020-07-09 セイコーエプソン株式会社 Liquid jet head and liquid jet device
JP2020121521A (en) * 2019-01-31 2020-08-13 理想科学工業株式会社 Agitation device and printer
JP7138059B2 (en) 2019-01-31 2022-09-15 理想科学工業株式会社 Agitator and printer
JP2021000727A (en) * 2019-06-19 2021-01-07 セーレン株式会社 Image formation apparatus

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