JP2001130025A - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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JP2001130025A
JP2001130025A JP2000345039A JP2000345039A JP2001130025A JP 2001130025 A JP2001130025 A JP 2001130025A JP 2000345039 A JP2000345039 A JP 2000345039A JP 2000345039 A JP2000345039 A JP 2000345039A JP 2001130025 A JP2001130025 A JP 2001130025A
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ink
bubbles
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jet recording
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To release from the designing of a fluid passage wherein a flowing speed of ink at an irregular portion such as a nozzle in an ink pressurizing chamber is to be greater than that at the other portion in order to allow a bubble attached to the irregular portion to flow therefrom. SOLUTION: A pressure wave of which the frequency is greater than that of ink ejection is applied to a portion in the vicinity of a nozzle so that the ink flow for guiding bubbles at the portion to a pressurizing chamber is created thereby removing the bubbles.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
記録ヘッドに関し、特に圧力室の気泡除去に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an ink jet recording head, and more particularly to the removal of air bubbles from a pressure chamber.

【0002】[0002]

【従来の技術】インクジェット式記録ヘッドでは、イン
ク圧力室内になんらかの方法で圧力を発生させ、ノズル
からインク滴を吐出させ記録媒体に付着させる。これに
より記録を行うが、その際にインク圧力室内に気泡が存
在すると、少なからずインク吐出特性に影響を与える。
2. Description of the Related Art In an ink jet recording head, pressure is generated in an ink pressure chamber by some method, and ink droplets are ejected from nozzles and adhere to a recording medium. Recording is performed in this manner. At this time, if bubbles are present in the ink pressure chamber, the ink ejection characteristics are affected to a considerable extent.

【0003】存在する気泡を除去するには、インクの定
常流で押し流してしまう方法がある押し流すには、イン
ク供給路から定常的に圧力をかけ、インク排出路へ向か
ってインク流を発生させる。その際、インク圧力室内に
あるノズルなどの凹凸部に付着している気泡を押し流す
には、流速を大きく、あるいは、凹凸部でインクの流速
が大きくなるように流路を設計しなければならなかっ
た。
[0003] There is a method of removing the existing air bubbles by flushing the ink with a steady flow of ink. In the flushing method, pressure is constantly applied from an ink supply passage to generate an ink flow toward an ink discharge passage. At that time, in order to flush out the bubbles adhering to the irregularities such as the nozzles in the ink pressure chamber, the flow velocity must be increased, or the flow path must be designed so that the ink flow velocity increases in the irregularities. Was.

【0004】また、ノズル近辺に存在する気泡について
は、ノズルからインクと共に排出することにより除去す
ることもあった。
In some cases, bubbles existing near the nozzles are removed by discharging the bubbles together with the ink from the nozzles.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、凹凸部に残る
気泡を押し流すように流路を設計するには、流路の形状
がインクの吐出速度・吐出量などの吐出特性に大きく影
響するため、吐出性能を犠牲にせざるを得ない。また、
ノズルから気泡を排出する場合は、排出するインクは無
駄になるか、あるいは、それらのインクを回収するにし
ても、新たにインク溜などの装置を付加しなければなら
ない。
However, in order to design a flow path so that air bubbles remaining in an uneven portion are swept away, the shape of the flow path greatly affects the discharge characteristics such as the discharge speed and discharge amount of ink. Discharge performance must be sacrificed. Also,
When discharging air bubbles from the nozzles, the discharged ink is wasted, or even if such ink is collected, a device such as an ink reservoir must be newly added.

【0006】すなわち、本発明の目的は、凹凸部に付着
している気泡を移動させることにより、定常的なインク
流により容易に気泡を排除し、インクを無駄にせず、あ
るいは、簡単な機構で、しかも設計時に吐出特性を犠牲
にすることなく、安定した特性でインク滴を吐出するこ
とにある。
That is, an object of the present invention is to remove bubbles by a steady ink flow by moving bubbles adhering to the concave and convex portions so that the ink is not wasted or a simple mechanism is used. Another object of the present invention is to discharge ink droplets with stable characteristics without sacrificing the discharge characteristics at the time of design.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、インク圧力室
と連通するノズルと、前記インク圧力室のインクを前記
ノズルから吐出するための圧力発生手段と、を有するイ
ンクジェット式記録ヘッドの気泡除去方法において、ノ
ズル近傍にインク吐出の周波数より高い高周波の圧力波
を加えることで、ノズル近傍の気泡を前記圧力室へ導く
インク流を発生させて気泡を除去することを特徴とす
る。また、前記高周波の圧力波をインク吐出用の圧力発
生手段を用いて発生させることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an ink jet recording head having a nozzle communicating with an ink pressure chamber, and pressure generating means for discharging ink from the ink pressure chamber from the nozzle. The method is characterized in that a high-frequency pressure wave higher than the frequency of ink ejection is applied to the vicinity of the nozzle to generate an ink flow that guides bubbles near the nozzle to the pressure chamber to remove the bubbles. Further, the high-frequency pressure wave is generated by using a pressure generating means for discharging ink.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】図1に、本発明のインクジェット
式記録ヘッドの一実施例の縦断面図を示す。インク滴
は、ノズルプレ−ト1上にあるノズル2を介して、イン
ク圧力室3より押し出され吐出していく。吐出させるた
めの圧力は、振動子4より発生する。振動子4は、数十
μmの圧電素子層と数μmの電極とからなりたってい
て、電極は正負交互に櫛歯上に成形されている。層を薄
くすることにより、必要な電場をより低い駆動電圧で得
ることができる。モ−ルド材5はシリコン樹脂を用い、
残留振動の減衰の促進・及び電極の被覆を目的として、
振動子4の側面部に施されている。振動子4の端部に
は、圧力を伝えるために圧力板6が接着されており、さ
らにインク圧力室3との境界には、ポリイミドフィルム
等を用いた弾性フィルム7が接着されている。振動子4
から発生した圧力は、弾性フィルム7を介してインクに
伝えられる。振動子4が変位することによって、圧力板
6がノズル2の方向に変位し、ノズル2からインク滴が
吐出する。振動子4のもう一方の端部は、図には示され
ていない基板に固定されている。ベ−ス9は、各構成要
素を保持する役目を果たしている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of one embodiment of an ink jet recording head of the present invention. The ink droplets are pushed out of the ink pressure chamber 3 through the nozzle 2 on the nozzle plate 1 and are discharged. The pressure for discharging is generated from the vibrator 4. The vibrator 4 is composed of a piezoelectric element layer of several tens of μm and an electrode of several μm, and the electrodes are formed on the comb teeth alternately in positive and negative directions. By making the layers thinner, the required electric field can be obtained at lower driving voltages. Mold material 5 uses silicone resin,
For the purpose of promoting the attenuation of residual vibration and coating the electrodes,
It is provided on the side surface of the vibrator 4. A pressure plate 6 for transmitting pressure is bonded to an end of the vibrator 4, and an elastic film 7 using a polyimide film or the like is bonded to a boundary with the ink pressure chamber 3. Vibrator 4
Is transmitted to the ink via the elastic film 7. When the vibrator 4 is displaced, the pressure plate 6 is displaced in the direction of the nozzle 2, and an ink droplet is ejected from the nozzle 2. The other end of the vibrator 4 is fixed to a substrate (not shown). The base 9 serves to hold each component.

【0009】本実施例のインクジェット式記録ヘッドで
は、振動子4を電圧30V・パルス幅10μsで駆動す
ることによってインク滴の吐出を行っている。駆動周波
数は最大12kHz程度である。ここでは、気泡排出の
ための圧力発生手段を、インク吐出時と同様に、この振
動子4、モ−ルド材5、弾性フィルム7、圧力板6から
なる圧力発生機構に持たせる。
In the ink jet recording head of this embodiment, ink droplets are ejected by driving the vibrator 4 at a voltage of 30 V and a pulse width of 10 μs. The driving frequency is about 12 kHz at the maximum. Here, pressure generating means for discharging bubbles is provided in a pressure generating mechanism including the vibrator 4, the mold material 5, the elastic film 7, and the pressure plate 6, as in the case of discharging ink.

【0010】気泡の除去の実験の様子を図2に示す。ま
ず、図2(a)に気泡8がノズル2の近傍に付着してい
る様子を示す。ノズル2に存在する気泡8は、インク圧
力室3内の定常的な流れだけでは排出されにくい。図中
の矢印Aは、定常的なインク流の方向を示している。
FIG. 2 shows the state of an experiment for removing bubbles. First, FIG. 2A shows a state in which bubbles 8 adhere to the vicinity of the nozzle 2. The bubbles 8 existing in the nozzles 2 are not easily discharged only by a steady flow in the ink pressure chamber 3. Arrow A in the figure indicates the direction of the steady ink flow.

【0011】図2(b)に、本実施例にある圧力発生手
段(符号4乃至7)により高周波圧力をかけたときの、
インク圧力室3内に発生するインク流を吐出方向から観
察した様子を示す。矢印Bに示す方向にインク流が発生
するのが観測された。
FIG. 2 (b) shows a case where a high-frequency pressure is applied by the pressure generating means (reference numerals 4 to 7) in this embodiment.
4 shows a state in which an ink flow generated in the ink pressure chamber 3 is observed from a discharge direction. An ink flow was observed to occur in the direction indicated by arrow B.

【0012】図2(c)に、気泡8がノズル2の近傍か
ら移動する様子を示す。高周波圧力をかけることにより
発生するインク流により気泡8がノズル部近傍より移動
するのが、実験により確認されている。
FIG. 2C shows a state in which the bubble 8 moves from the vicinity of the nozzle 2. Experiments have confirmed that the bubbles 8 move from the vicinity of the nozzle portion due to the ink flow generated by applying high-frequency pressure.

【0013】図2(d)に、定常的なインク流により気
泡8が移動する様子を示す。矢印Aの方向にポンプなど
を用いて圧力を加えることによって、定常的なインク流
が発生し、容易にノズル部から移動した気泡を押し流す
ことができる。
FIG. 2D shows a state in which the bubbles 8 are moved by a steady ink flow. By applying pressure using a pump or the like in the direction of arrow A, a steady ink flow is generated, and air bubbles moved from the nozzle portion can be easily pushed away.

【0014】この実験では、熱溶融性インクを用い、電
圧10V・周波数50kHzで振動子4を0.3秒程度
駆動した。さらに50kHzから200kHzまで駆動
周波数を変化させたところ、高い周波数ほど気泡を移動
させる効果が上がることも確認されている。また、パル
ス幅を3μs以下にすると、吐出するための駆動電圧と
同じ30Vで駆動しても吐出せず、気泡を移動させる効
果が得られた。さらにまた、吐出する駆動条件から駆動
電圧を下げていった場合も、気泡を移動する効果が得ら
れた。
In this experiment, the vibrator 4 was driven at a voltage of 10 V and a frequency of 50 kHz for about 0.3 seconds using a heat-meltable ink. Furthermore, when the driving frequency was changed from 50 kHz to 200 kHz, it was also confirmed that the effect of moving bubbles increased as the frequency increased. Further, when the pulse width was set to 3 μs or less, an effect of moving the bubbles without ejection was obtained even when driven at the same driving voltage of 30 V for ejection. Furthermore, even when the driving voltage was lowered from the driving conditions for discharging, the effect of moving bubbles was obtained.

【0015】図3に、本発明のインクジェット式記録ヘ
ッドの駆動システムのブロックダイヤグラム例を示す。
ここで挙げる例は、どれも、インク滴吐出用の圧力発生
機構を用いて、気泡を移動させるための高周波圧力を発
生させている。勿論、気泡移動専用の圧力発生機構を有
しても、同様の効果が得られる。
FIG. 3 shows an example of a block diagram of a drive system for an ink jet recording head according to the present invention.
In each of the examples given here, a high-frequency pressure for moving bubbles is generated by using a pressure generating mechanism for discharging ink droplets. Of course, the same effect can be obtained even if a pressure generating mechanism dedicated to bubble movement is provided.

【0016】図3(a)は、パルス幅を3μs以下にす
ることにより気泡を移動させる場合の、本発明のインク
ジェット式記録ヘッドの駆動システムのブロックダイヤ
グラムである。パルス幅の変更は、制御部から信号を駆
動部に送ることにより、行うことができる。
FIG. 3A is a block diagram of a drive system for an ink jet recording head according to the present invention when moving bubbles by setting the pulse width to 3 μs or less. The pulse width can be changed by sending a signal from the control unit to the drive unit.

【0017】図3(b)は、吐出時と異なる駆動電圧を
用いて気泡を移動させる場合の、本発明のインクジェッ
ト式記録ヘッドの駆動システムのブロックダイヤグラム
である。この場合は、吐出用とは別に、気泡を移動させ
るための電源が必要となる。本実施例では、ノズル一個
によるインクジェット式記録ヘッドを示したが、これ
は、複数のノズルを有するインクジェット式記録ヘッド
においても可能である。
FIG. 3B is a block diagram of a drive system for an ink jet recording head according to the present invention in a case where bubbles are moved by using a drive voltage different from that during ejection. In this case, a power supply for moving bubbles is required separately from the ejection. In the present embodiment, an ink jet recording head having one nozzle is shown, but this can be applied to an ink jet recording head having a plurality of nozzles.

【0018】図4に複数のノズルを持つインクジェット
式記録ヘッドの斜視概略図を示す。この場合、複数のノ
ズルを有するが故に可能な気泡除去の方法がある。
FIG. 4 is a schematic perspective view of an ink jet recording head having a plurality of nozzles. In this case, there is a method of removing bubbles that is possible because of having a plurality of nozzles.

【0019】図5に、複数のノズルを有するインクジェ
ット式記録ヘッドにおける気泡排出方法について説明す
る。図5の、縦に並んだ複数のノズル2において、下部
に位置するノズル2から順次先に述べた方法で高周波圧
力をかけ、気泡8を上方に移動させる。順次に圧力をか
けることにより、下方で凹凸部から移動されて上方にあ
る凹凸部に再付着する気泡を、さらに上方に移動でき
る。このようにして順次高周波駆動を行うことにより、
気泡8がインク流路の最上部に集められ、それらの気泡
は容易に除去することができる。
FIG. 5 illustrates a method of discharging bubbles in an ink jet recording head having a plurality of nozzles. In the plurality of nozzles 2 arranged vertically in FIG. 5, high-frequency pressure is applied sequentially from the nozzles 2 located at the lower portion by the above-described method to move the bubbles 8 upward. By sequentially applying pressure, air bubbles that are moved downward from the uneven portions and reattach to the upper uneven portions can be further moved upward. By sequentially performing high-frequency driving in this manner,
Bubbles 8 are collected at the top of the ink flow path and can be easily removed.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット式記録ヘッドは、ノズル近傍に高周波圧力を加え
る機能を有することにより、ノズル近傍から圧力室に向
かうインク流を発生させることでノズル近傍に存在する
気泡を移動させ、気泡の除去を容易にすることができ
る。
As described above, the ink jet recording head of the present invention has a function of applying high-frequency pressure to the vicinity of the nozzle, thereby generating an ink flow from the vicinity of the nozzle to the pressure chamber, thereby forming the ink near the nozzle. Existing bubbles can be moved to facilitate removal of the bubbles.

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

【図1】吐出用の加圧機構を加圧手段とする本発明のイ
ンクジェット式記録ヘッドの断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an ink jet recording head according to the present invention using a pressure mechanism for ejection as a pressure means.

【図2】本発明のインクジェット式記録ヘッドのインク
圧力室内の気泡が排出される様子を示した断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which bubbles in an ink pressure chamber of the ink jet recording head of the present invention are discharged.

【図3】本発明のインクジェット式記録ヘッドの駆動シ
ステムのブロックダイヤグラム。
FIG. 3 is a block diagram of a drive system for an ink jet recording head according to the present invention.

【図4】複数のノズルを有する本発明のインクジェット
式記録ヘッドの斜視図。
FIG. 4 is a perspective view of an ink jet recording head of the present invention having a plurality of nozzles.

【図5】複数のノズルを有する本発明のインクジェット
式記録ヘッドの気泡排出方法の様子を示した断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state of a bubble discharging method of the ink jet recording head of the present invention having a plurality of nozzles.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ノズルプレ−ト 2 ノズル 3 インク圧力室 4 振動子 5 モ−ルド材 6 圧力板 7 弾性フィルム 8 気泡 9 ベ−ス 矢印A 定常的なインク流の方向 矢印B 高周波圧力により発生するインク流の方向 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle plate 2 Nozzle 3 Ink pressure chamber 4 Vibrator 5 Mold material 6 Pressure plate 7 Elastic film 8 Bubbles 9 Base Arrow A Direction of steady ink flow Arrow B Direction of ink flow generated by high frequency pressure

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インク圧力室と連通するノズルと、前記
インク圧力室のインクを前記ノズルから吐出するための
圧力発生手段と、を有するインクジェット式記録ヘッド
の気泡除去方法において、 ノズル近傍にインク吐出時の周波数より高い高周波の圧
力波を加えることで、ノズル近傍の気泡を前記圧力室へ
導くインク流を発生させて気泡を除去することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドの気泡除去方法。
1. A method for removing air bubbles in an ink jet recording head, comprising: a nozzle communicating with an ink pressure chamber; and a pressure generating means for discharging ink from the ink pressure chamber from the nozzle. A bubble removing method for an ink jet recording head, comprising: applying a high-frequency pressure wave higher than a time frequency to generate an ink flow for guiding bubbles near a nozzle to the pressure chamber to remove the bubbles.
【請求項2】 前記高周波の圧力波をインク吐出用の圧
力発生手段を用いて発生させる請求項1記載のインクジ
ェット式記録ヘッドの気泡除去方法。
2. The method according to claim 1, wherein the high-frequency pressure wave is generated using a pressure generating means for discharging ink.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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