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JPH0644694Y2 - On-demand type inkjet head - Google Patents

On-demand type inkjet head

Info

Publication number
JPH0644694Y2
JPH0644694Y2 JP7461088U JP7461088U JPH0644694Y2 JP H0644694 Y2 JPH0644694 Y2 JP H0644694Y2 JP 7461088 U JP7461088 U JP 7461088U JP 7461088 U JP7461088 U JP 7461088U JP H0644694 Y2 JPH0644694 Y2 JP H0644694Y2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
orifice
chamber
demand type
communication passage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP7461088U
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01178945U (en
Inventor
徳政 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koki Holdings Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Koki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Koki Co Ltd filed Critical Hitachi Koki Co Ltd
Priority to JP7461088U priority Critical patent/JPH0644694Y2/en
Publication of JPH01178945U publication Critical patent/JPH01178945U/ja
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は記録時のみインク粒子を噴射させて印字するオ
ンデマンド型インクジェットヘッドに関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Utilization of the Invention] The present invention relates to an on-demand type ink jet head which ejects ink particles for printing only during recording.

〔考案の背景〕[Background of the invention]

従来のオンデマンド型インクジェットヘッドを第7図に
示す。圧電素子31にパルス電圧を加えて隔壁30を変形さ
せ、インク室32内のインクの一部をオリフィス35よりイ
ンク粒子として噴射させることにより、印字するもので
ある。
FIG. 7 shows a conventional on-demand type inkjet head. Printing is performed by applying a pulse voltage to the piezoelectric element 31 to deform the partition wall 30 and ejecting a part of the ink in the ink chamber 32 from the orifice 35 as ink particles.

かかるオンデマンド型インクジェットヘッドにおいて、
印字速度が遅いという問題があった。この問題の解決法
として、1ヘッドに20ノズル以上搭載するマルチノズル
化するものがある。しかし、マルチノズル化すればその
分駆動制御回路が増大するので、ノズル数は最小限に留
めるのが得策である。別の解決方法としてノズルの駆動
周波数を高めるものがある。しかし、第7図のような基
本形では当初1kHz前後の周波数までしか安定したインク
粒子噴射が行われなかった。第8図、第9図は駆動周波
数の向上を図る一例を示すものである。第8図はインク
供給路46をオリフィス45近傍に設け、インク通路47を大
気開放することによりインク供給の安定化を図ったもの
である。第9図はインク室の一部を絞り53、インク室を
圧力室52と前室54に分けることによりオリフィス55部の
圧力振動を安定化させ、駆動周波数の向上を図ったもの
である。いずれも多少の効果はあるが、3kHz程度が限界
であるようである。またインク粒子の速度が十分に大き
くならないので、オリフィス周辺に付着するインク膜の
影響によりインク粒子の飛行方向がずれるという欠点が
あった。
In such an on-demand type inkjet head,
There was a problem that the printing speed was slow. As a solution to this problem, there is a multi-nozzle system in which 20 or more nozzles are mounted in one head. However, if the number of nozzles is increased, the drive control circuit is increased accordingly, so it is a good idea to keep the number of nozzles to a minimum. Another solution is to increase the driving frequency of the nozzle. However, in the basic form as shown in FIG. 7, stable ink particle ejection was initially performed only up to a frequency around 1 kHz. FIG. 8 and FIG. 9 show an example for improving the driving frequency. FIG. 8 shows that the ink supply passage 46 is provided near the orifice 45 and the ink passage 47 is opened to the atmosphere to stabilize the ink supply. FIG. 9 shows that the vibration of the orifice 55 is stabilized and the driving frequency is improved by dividing a part of the ink chamber 53 and dividing the ink chamber into a pressure chamber 52 and a front chamber 54. Both have some effects, but it seems that the limit is about 3 kHz. Further, since the velocity of the ink particles does not increase sufficiently, there is a drawback that the flight direction of the ink particles is deviated due to the influence of the ink film attached around the orifice.

〔考案の目的〕[Purpose of device]

本考案の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、イ
ンク粒子の速度と駆動周波数を高め、かつサテライトの
ないインク粒子を噴射できるオンデマンド型インクジェ
ットヘッドを提供することである。
An object of the present invention is to provide an on-demand type ink jet head which eliminates the above-mentioned drawbacks of the prior art, increases the speed and drive frequency of ink particles, and can eject ink particles without satellites.

〔考案の概要〕[Outline of device]

本考案は、オリフィス先端の圧力振動を速やかに抑えれ
ば、インクジェットヘッドを高周波駆動できることに着
目し、オリフィス周辺のインク経路の配置及び構造を工
夫したものである。
The present invention focuses on the fact that the ink jet head can be driven at a high frequency by promptly suppressing the pressure vibration at the tip of the orifice, and devises the arrangement and structure of the ink path around the orifice.

〔考案の実施例〕[Example of device]

第1図は本考案ヘッド1の一実施例を示す一部断面した
斜視図である。ヘッド本体を構成する2枚の平板10の少
なくとも一方に、圧力室2、縮流路3及び第2室4から
なるインク室、図示しないインクタンクに接続されるイ
ンク供給口12、該インク供給口12と圧力室2を接続する
インク流路6、前記第2室4の前方に位置するオリフィ
ス5、後端が前記インク供給口12に接続され、前端が開
口部8を介して大気開口したインクバイパス路7、該イ
ンクバイパス路7と第2室4前方とを接続する連通路9
等を形成する溝が設けられており、該2枚の平板10を貼
り合わせることによりこれら圧力室2〜連通路9が形成
されるようになっている。
FIG. 1 is a partially sectional perspective view showing an embodiment of the head 1 of the present invention. At least one of the two flat plates 10 constituting the head main body has an ink chamber composed of a pressure chamber 2, a contraction channel 3 and a second chamber 4, an ink supply port 12 connected to an ink tank (not shown), and the ink supply port. An ink flow path 6 connecting the pressure chamber 2 to the pressure chamber 2, an orifice 5 located in front of the second chamber 4, a rear end connected to the ink supply port 12, and a front end opened to the atmosphere through an opening 8. Bypass path 7, communication path 9 connecting the ink bypass path 7 and the front of the second chamber 4
Etc. are provided, and these pressure plates 2 to communication passages 9 are formed by bonding the two flat plates 10 together.

前記圧力室2上部の平板10には圧電素子11が例えばエポ
キシ系接着剤または熱圧着により取付けられている。前
記第2室4は、任意の開き角で断面積を縮小あるいは階
段状に断面積を絞って前記オリフィス5に連通してい
る。前記連通路9は、オリフィス5の近傍で第2室4先
端の扇状に開いた部分とインクバイパス路7を連結し、
オリフィス5の面の垂線に対し鋭角に設けられている。
A piezoelectric element 11 is attached to the flat plate 10 above the pressure chamber 2 by, for example, an epoxy adhesive or thermocompression bonding. The second chamber 4 communicates with the orifice 5 by reducing the cross-sectional area at an arbitrary opening angle or reducing the cross-sectional area in a stepwise manner. The communication passage 9 connects the fan-shaped portion at the tip of the second chamber 4 near the orifice 5 and the ink bypass passage 7.
It is provided at an acute angle with respect to the perpendicular of the surface of the orifice 5.

非噴射時、インク供給口12よりオリフィス5及び大気開
口部8につながる全インク室、全インク路は、気泡等の
混入がなく十分インクで充填されており、オリフィス5
先端部及び大気開口部8では、メニスカスの釣合によ
り、インクがオリフィス5面や大気開口部8から溢れ出
すことも無く、反対に気泡を取り込むこともなく平衡状
態を保っている。
At the time of non-ejection, all ink chambers and all ink paths connected from the ink supply port 12 to the orifice 5 and the atmospheric opening 8 are sufficiently filled with ink without inclusion of bubbles or the like.
At the tip portion and the atmosphere opening portion 8, due to the balance of the meniscus, the ink does not overflow from the surface of the orifice 5 and the atmosphere opening portion 8 and, on the contrary, does not take in air bubbles and maintains the equilibrium state.

噴射時、圧電素子11が駆動すると、圧力室2の容積は急
激に減少してその中のインクの一部をインク粒子として
オリフィス5から噴射し、その後前記平衡状態に戻る。
圧力室2が圧縮減少している時には、圧力室2よりオリ
フィス5側のインク室、インク路では一般にオリフィス
5方向の流線を持ち、逆に圧力室2が圧縮状態から平衡
状態(または膨張状態)に移る時には、流線はオリフィ
ス5から圧力室2方向となる。一方、連通路9、インク
バイパス路7内のインクは、圧力室2の容積が減少して
いる時、圧力室2から連通路9、インクバイパス路7に
流れ込む。このインクの流れは、細い連通路9から大容
積のインクバイパス路7に流れ込む拡大管の効果とイン
クバイパス路7の一端に設けられた大気開口部8の圧力
平滑化の効果により、オリフィス5部周辺の振動を早期
に安定化させるのに役立つ。
When the piezoelectric element 11 is driven during ejection, the volume of the pressure chamber 2 is rapidly reduced and a part of the ink therein is ejected from the orifice 5 as ink particles, and then returns to the equilibrium state.
When the pressure chamber 2 is compressed and reduced, the ink chamber on the orifice 5 side of the pressure chamber 2 and the ink passage generally have a streamline in the direction of the orifice 5. Conversely, the pressure chamber 2 is in a state of equilibrium (or expansion) from a compressed state. ), The streamline is from the orifice 5 toward the pressure chamber 2. On the other hand, the ink in the communication passage 9 and the ink bypass passage 7 flows into the communication passage 9 and the ink bypass passage 7 from the pressure chamber 2 when the volume of the pressure chamber 2 is decreasing. This ink flow is due to the effect of the expansion pipe flowing from the narrow communication passage 9 into the large-volume ink bypass passage 7 and the effect of the pressure smoothing of the atmospheric opening 8 provided at one end of the ink bypass passage 7 to the orifice 5 portion. It helps stabilize the surrounding vibrations early.

次にオリフィス5部とインクバイパス路7をつなぐ連通
路9の取付け角θによる影響について説明する。第4図
は連通路9を取付け角θでオリフィス部とインクバイパ
ス路7に取付けた図である。連通路9の取付け角θと周
波数の関係を測定したところ、第5図に示す如く、取付
け角θが小さくなる程周波数が高くなることが分かっ
た。しかし取付け角θをあまり小さくすると、連通路9
が長くなり、インクバイパス路7の拡大管効果を十分に
発揮できなくなるため、取付け角は90度以下、望ましく
は30度前後が最適である。
Next, the influence of the mounting angle θ of the communication passage 9 that connects the orifice 5 portion and the ink bypass passage 7 will be described. FIG. 4 is a view in which the communication passage 9 is attached to the orifice portion and the ink bypass passage 7 at the attachment angle θ. When the relationship between the mounting angle θ of the communication passage 9 and the frequency was measured, it was found that the frequency increased as the mounting angle θ decreased as shown in FIG. However, if the mounting angle θ is too small, the communication passage 9
Is longer and the expansion tube effect of the ink bypass passage 7 cannot be sufficiently exhibited, so the mounting angle is optimally 90 degrees or less, preferably around 30 degrees.

以上の結果をまとめると、第2図、第3図のようにな
る。第2図は第9図に示す従来のヘッドの周波数特性、
第3図は本考案ヘッドの周波数特性で、同一周波数f1
おいて、電圧幅V2>V1(電圧幅は、インク粒子が1個の
インク粒子として安定して噴射する限界電圧とインク粒
子が速度ほぼ零で噴射しようとするしきい値電圧との
差)である。電圧幅を広げる効果はインクバイパス路7
に設けられた大気開口部8によるものであることを測定
実験より得ている。また所定の電圧幅V0(所定インク粒
子速度を得るために必要とされる電圧幅)を得られる周
波数もf2(V3≧V0なる条件の周波数)となり、従来ヘッ
ドより高周波対応のヘッドとなる。
The above results are summarized in FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a frequency characteristic of the conventional head shown in FIG.
In the frequency characteristic of Figure 3 is the present invention the head, at the same frequency f 1, the voltage width V 2> V 1 (a voltage width, a limit voltage and ink droplets ink particles stably injected as a single ink particles This is the difference from the threshold voltage at which injection is attempted at a speed of almost zero). The effect of widening the voltage range is the ink bypass path 7.
It has been obtained from the measurement experiment that it is due to the atmospheric opening 8 provided in the. Further, the frequency at which a predetermined voltage width V 0 (voltage width required to obtain a predetermined ink particle velocity) is also f 2 (frequency under the condition that V 3 ≧ V 0 ), which is a head compatible with higher frequencies than conventional heads. Becomes

第6図は本考案インクジェットヘッド20の他の実施例を
示し、複数のステンレス板211〜21kを積層して成形した
ものである。これらステンレス板21は適当な位置に図示
しない穴が設けられており、積層された時に、圧力室2
2、縮流室23、第2室24、オリフィス25、インク供給路2
7、大気開口部28、連通路29等を構成するようになって
いる。圧電素子11はオリフィス25の面と平行に取付けら
れている。なお、破線で示す如く、圧力室22とインク供
給路27をつなぐ第2インク供給路26を形成すれば、第1
図のヘッドとほぼ同じ構成と成る。
Figure 6 illustrates another embodiment of the present invention the ink jet head 20 is obtained by forming by stacking a plurality of stainless steel plates 21 1 through 21 k. These stainless steel plates 21 have holes (not shown) at appropriate positions, and when stacked, the pressure chamber 2
2, contraction chamber 23, second chamber 24, orifice 25, ink supply path 2
7. Atmosphere opening 28, communication passage 29, etc. are configured. The piezoelectric element 11 is mounted parallel to the surface of the orifice 25. As shown by the broken line, if the second ink supply path 26 that connects the pressure chamber 22 and the ink supply path 27 is formed,
It has almost the same structure as the head in the figure.

該第2供給路26が無い場合、オリフィス25へのインク供
給は連通路29を介して行われなければならず、連通路29
の断面積を大きくする必要があるが、断面積を大きくす
るとオリフィス25部の振動減衰が遅れ、高周波駆動に対
応できなくなるという問題があり、一方断面積を小さく
するとインク供給が悪くなり、オリフィス25部より気泡
を取り込みキャビテーション発生等の問題がある。しか
し連通路29の取付け角を小さくすれば、連通路29の断面
積を大きくしても振動減衰を速くすることができる。
If the second supply passage 26 is not provided, the ink supply to the orifice 25 must be performed through the communication passage 29, and the communication passage 29
It is necessary to increase the cross-sectional area of the orifice 25. However, if the cross-sectional area is increased, there is a problem that the vibration damping of the orifice 25 part is delayed and it is not possible to support high frequency drive. There is a problem that air bubbles are taken in from the part and cavitation occurs. However, if the mounting angle of the communication passage 29 is reduced, vibration damping can be accelerated even if the cross-sectional area of the communication passage 29 is increased.

〔考案の効果〕[Effect of device]

以上のように本考案は、先端及び後端が夫々大気開口部
及びインク供給口に連結されたインクバイパス路を設け
たことにより、オリフィス先端の圧力振動を速やかに抑
えることが可能と成り、高周波駆動できるようになる。
この結果、高速印字が可能なインクジェットプリンタを
提供できるようになる。
As described above, according to the present invention, by providing the ink bypass paths whose front and rear ends are connected to the atmospheric opening and the ink supply port, respectively, it is possible to quickly suppress the pressure vibration at the tip of the orifice. You will be able to drive.
As a result, it becomes possible to provide an inkjet printer capable of high-speed printing.

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

第1図は本考案ヘッドの一実施例を示す一部断面した斜
視図、第2図及び第3図は従来ヘッド及び本考案ヘッド
の周波数特性を示すグラフ、第4図は連通路の取付け角
を示す拡大図、第5図は取付け角と周波数との関係を示
すグラフ、第6図は本考案ヘッドの他の実施例を示す断
面図、第7〜9図は従来ヘッドの例を示す断面図であ
る。図において、1はインクジェットヘッド、2は圧力
室、3は縮流室、4は第2室、5はオリフィス、6はイ
ンク供給路、7はインクバイパス路、8は大気開口部、
9は連通路、10は平板、11は圧電素子、12はインク供給
口である。
FIG. 1 is a partially sectional perspective view showing an embodiment of the head of the present invention, FIGS. 2 and 3 are graphs showing frequency characteristics of a conventional head and a head of the present invention, and FIG. 4 is a mounting angle of a communication passage. FIG. 5 is an enlarged view showing FIG. 5, FIG. 5 is a graph showing the relationship between mounting angle and frequency, FIG. 6 is a sectional view showing another embodiment of the head of the present invention, and FIGS. 7 to 9 are sectional views showing an example of a conventional head. It is a figure. In the figure, 1 is an ink jet head, 2 is a pressure chamber, 3 is a contraction chamber, 4 is a second chamber, 5 is an orifice, 6 is an ink supply passage, 7 is an ink bypass passage, 8 is an atmosphere opening portion,
Reference numeral 9 is a communication passage, 10 is a flat plate, 11 is a piezoelectric element, and 12 is an ink supply port.

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】インクタンクからのインクが供給されるイ
ンク供給口と、該インク供給口からインク供給路を介し
てインクが供給されてインクを充填しているインク室
と、該インク室内のインクの一部をインク粒子として噴
射するインク粒子噴射手段と、前記インク室の前方に設
けられ、前記インク粒子を噴射するオリフィスとを有す
るオンデマンド型インクジェットヘッドであって 先端及び後端が夫々前記オリフィス部近傍に開口した大
気開口部及び前記インク供給口に連結されたインクバイ
パス路と、該インクバイパス路とオリフィス近傍を連結
する連通路とを設け、該連通路をオリフィスとインク室
を結ぶ軸またはオリフィス面の垂線に対して鋭角な取付
け角で取付けたことを特徴とするオンデマンド型インク
ジェットヘッド。
1. An ink supply port to which ink is supplied from an ink tank, an ink chamber in which ink is supplied from the ink supply port through an ink supply path and is filled with ink, and an ink in the ink chamber. An on-demand type ink jet head having an ink particle ejecting means for ejecting a part of the ink particles as ink particles and an orifice for ejecting the ink particles, which is provided in front of the ink chamber. And an ink bypass passage connected to the ink supply port, and a communication passage connecting the ink bypass passage and the vicinity of the orifice, and the communication passage is provided with a shaft connecting the orifice and the ink chamber. An on-demand type inkjet head, which is mounted at an acute mounting angle with respect to the perpendicular of the orifice surface.
【請求項2】前記取付け角を概ね30度としたことを特徴
とする請求項1記載のオンデマンド型インクジェットヘ
ッド。
2. The on-demand type ink jet head according to claim 1, wherein the mounting angle is approximately 30 degrees.
JP7461088U 1988-06-03 1988-06-03 On-demand type inkjet head Expired - Lifetime JPH0644694Y2 (en)

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JPH01178945U JPH01178945U (en) 1989-12-21
JPH0644694Y2 true JPH0644694Y2 (en) 1994-11-16

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