JP2007136839A - Ink-jet recording device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はノズルより連続的にインクを噴出し、印字を行うインクジェット記録装置のノズル構造に関する。 The present invention relates to a nozzle structure of an ink jet recording apparatus that performs printing by ejecting ink continuously from a nozzle.
ノズルから連続的にインクを噴出し、飛翔途中で分離するインク滴を帯電させ、電界によって前記インク滴を偏向させて印字するコンティニアス方式のインクジェット記録装置は、金属缶やプラスチック表面に数字や記号を印字する装置として、広く普及している。従来、このインクジェット記録装置のノズルには、特許文献1に示されているように、インク室に加圧インクを供給し、インク室の流体共振による振動増幅を用いてインクに振動を与え、インク室の終端に存在するオリフィスからインクを粒子化させて飛翔させるものが知られている。
Continuous ink jet recording devices that eject ink continuously from nozzles, charge ink droplets that separate during flight, and deflect the ink droplets with an electric field for printing. Is widely used as a printing device. Conventionally, as shown in
上記従来技術では、2つの流体共振周波数(70kHzと90kHz)の間にノズル駆動周波数(80kHz)を設定している。この駆動周波数でインク室を圧電素子によって振動させることによって、オリフィスから飛翔するインクを粒子化している。 In the above prior art, the nozzle drive frequency (80 kHz) is set between two fluid resonance frequencies (70 kHz and 90 kHz). By vibrating the ink chamber with the piezoelectric element at this driving frequency, the ink flying from the orifice is made into particles.
しかしながら、一般的にインクジェット記録装置で使用されるインク中での音速は、常温にて1200〜1400m/sであるが、温度によって変化する。インクジェット記録装置の使用温度範囲である0〜45℃においては、インク中の音速は常温時に対して±10%程度変化する。同一のインク流路内での流体共振周波数は音速に比例するので、音速が変化することによって流体共振周波数も±10%程度変化する。従って、2つの流体共振周波数は、70±7kHz、90±9kHzの範囲で変化することになり、駆動周波数80kHzにおけるインクの振動の増幅率は温度によって大きく変動し、粒子形成が不安定になる問題があった。この不安定性を少なくすることを意図して、2つの流体共振周波数をノズル駆動周波数から大きく離すと、十分な増幅率が得られないために、圧電素子の振幅を大きくする必要があった。そのためには圧電素子を大型化することや入力電圧を増大させることが必須となるという別の問題が発生していた。 However, the speed of sound in ink generally used in an ink jet recording apparatus is 1200 to 1400 m / s at room temperature, but varies depending on the temperature. In the temperature range of 0 to 45 ° C., which is the operating temperature range of the ink jet recording apparatus, the speed of sound in the ink changes by about ± 10% with respect to the normal temperature. Since the fluid resonance frequency in the same ink flow path is proportional to the sound velocity, the fluid resonance frequency also changes by about ± 10% when the sound velocity changes. Therefore, the two fluid resonance frequencies change in the range of 70 ± 7 kHz and 90 ± 9 kHz, and the amplification factor of the ink vibration at the driving frequency of 80 kHz varies greatly depending on the temperature, and the particle formation becomes unstable. was there. In order to reduce this instability, if the two fluid resonance frequencies are greatly separated from the nozzle drive frequency, a sufficient amplification factor cannot be obtained, so that the amplitude of the piezoelectric element has to be increased. For this purpose, another problem has arisen that it is essential to increase the size of the piezoelectric element and increase the input voltage.
そこで本発明の目的は、コンティニアス方式のインクジェット記録装置において、温度変化によりインク中の音速が変化しても、安定した駆動電圧でインクを粒子化できるノズルを有するインクジェット記録装置を提供することである。また、別の目的は、小型で低い駆動電圧でインクを粒子化できるノズルを有するインクジェット記録装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inkjet recording apparatus having a nozzle that can atomize ink with a stable driving voltage even if the sound speed in the ink changes due to a temperature change in a continuous inkjet recording apparatus. is there. Another object is to provide an ink jet recording apparatus having a small nozzle that can atomize ink with a low driving voltage.
上記目的を達成するために、インクジェット記録装置のノズルを以下の構成とした。ノズルは、インクを噴出するオリフィス、オリフィスにインクを導く3つ以上の内径の異なる円柱穴を連結した段付のインク流路、前記インク流路の外周部にインクを加振するために加振手段(円筒形の圧電素子)を接合した構造とした。インク流路は、内部に3つ以上の内径の異なる部分を有する円筒管と、円筒管の内部に一端を差し込むように加工した継ぎ手から成り、円筒管と継ぎ手は接着剤で接合した。ノズルは継ぎ手の端部からインクを供給し、オリフィスよりインクを噴出する構成である。なお、円筒管内部の内径が同一である部分の長さは、そこで流体共振が発生しないような長さに設定した。 In order to achieve the above object, the nozzle of the ink jet recording apparatus has the following configuration. The nozzle is an orifice that ejects ink, a stepped ink flow path that connects three or more cylindrical holes with different inner diameters that guide the ink to the orifice, and a vibration for exciting the ink on the outer periphery of the ink flow path. The structure (cylindrical piezoelectric element) was joined. The ink flow path was composed of a cylindrical tube having three or more portions having different inner diameters and a joint processed so that one end was inserted into the cylindrical tube, and the cylindrical tube and the joint were joined with an adhesive. The nozzle is configured to supply ink from the end of the joint and to eject ink from the orifice. The length of the portion having the same inner diameter inside the cylindrical tube was set to such a length that fluid resonance does not occur there.
また、ノズルの機械共振周波数でインクを粒子化するために、ノズルの重心位置とオリフィスとの間隔をノズルの機械共振長さ(ノズル材質内を伝搬する音波の速度をインクの粒子化周波数で除算した値の4分の1の値)程度にして、圧電素子の振動が増幅されるようにした。また、ノズルの継ぎ手の一部に直径が大きくなる部分を設け、その位置でネジによってノズルホルダに固定し、さらに、上記ノズルホルダを印字ヘッドに固定するようにした。 Also, in order to atomize ink at the nozzle mechanical resonance frequency, the distance between the center of gravity of the nozzle and the orifice is divided by the mechanical resonance length of the nozzle (the speed of the sound wave propagating through the nozzle material is divided by the ink particleization frequency). The vibration of the piezoelectric element is amplified to about a quarter of the value obtained. In addition, a part having a large diameter is provided in a part of the joint of the nozzle, and the nozzle holder is fixed to the nozzle holder at that position, and the nozzle holder is fixed to the print head.
本発明によれば、ノズルの重心位置とオリフィスとの間隔をノズルが機械共振する際の波長の4分の1程度にしているので、ノズルの機械共振周波数を加振手段である圧電素子を振動させる駆動周波数に近づけていることになり、圧電素子の振動を増幅させてインクに伝えることができる。そのため、圧電素子を小さくすることが可能となり、ノズルの小型化が可能となるという効果がある。また、ノズル内のインク流路の流体共振周波数とノズルの駆動周波数とに差をつけることにより、温度変化によりインク中の音速が変化しても流体共振の影響を受けることなく、安定した粒子形成が可能となるという効果がある。また、ノズルの重心位置よりもインク供給側の位置でノズルを固定することにより、機械共振周波数の変化が小さく、安定した共振状態を保つことができるという効果がある。 According to the present invention, the distance between the center of gravity of the nozzle and the orifice is set to about one-fourth of the wavelength when the nozzle mechanically resonates, so that the mechanical resonance frequency of the nozzle vibrates the piezoelectric element that is the vibration means. Therefore, the vibration of the piezoelectric element can be amplified and transmitted to the ink. As a result, the piezoelectric element can be made small, and the nozzle can be miniaturized. In addition, by making a difference between the fluid resonance frequency of the ink flow path in the nozzle and the drive frequency of the nozzle, even if the sound velocity in the ink changes due to temperature change, stable particle formation is not affected by fluid resonance. There is an effect that becomes possible. Further, by fixing the nozzle at a position closer to the ink supply than the position of the center of gravity of the nozzle, there is an effect that a change in mechanical resonance frequency is small and a stable resonance state can be maintained.
以下、発明の実施例について図面に従って説明する。まず、図6にインクジェット記録装置の概観を示す。本体100の内部にはインクジェット記録装置の制御系やインク循環系が存在し、扉105を開閉することによって、保守作業ができるようになっている。また、本体100からはケーブル103が伸びている。このケーブル103は、本体100から印字ヘッド101にインクを送る配管と、印字ヘッド101から本体100にインクを回収する配管と、印字ヘッド101への電気信号を送る配線を内包している。さらに、本体100には、ユーザが印字内容や印字仕様等を入力するためのタッチパネル式の液晶パネル104が存在する。記録装置が稼動している最中は、この液晶パネル104に記録装置の制御内容や運転状況等が表示される。印字ヘッド101はステンレス製であり、その内部にはインク粒子を作成し、インク粒子の飛翔を制御する印字部が収められている。印字ヘッド101の内部で作成されたインク粒子は、底面に設けられた開口部102から吐出し、図示しない記録媒体上に付着して画像を形成する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 6 shows an overview of the ink jet recording apparatus. An ink jet recording apparatus control system and an ink circulation system exist inside the
次に、本体100の内部構成について図7を用いて説明する。
Next, the internal configuration of the
本体100上部には、制御基板109等の電気系部品が配置されている。また、本体下部110には、電磁弁108、ポンプユニット106等の循環系制御部品が配置されており、その近くには、ノズルに供給するインクを収容するインク容器1が納められている。扉105は開閉可能で、インク容器を扉105側に引き出すことができ、インクの補給や廃棄等の保守作業が容易にできるようになっている。
On the upper part of the
次に、インクジェット記録装置のインク循環系と印字部の概略構成について図8を用いて説明する。 Next, a schematic configuration of the ink circulation system and the printing unit of the ink jet recording apparatus will be described with reference to FIG.
インク供給経路21は、インクを収容するインク容器1、インクを圧送する供給ポンプ2、インク圧力を調節する調圧弁3、供給インクの圧力を計測し表示する圧力計4、インク中の異物を捕らえるフィルタ5から成り、ノズル6にインクを供給する。ノズル6には圧電素子が付いており、70kHz程度の正弦波を圧電素子に印加することによって、ノズル6の終端に存在するオリフィスからインクが噴出し、噴出したインクは飛翔中に粒子に分裂する。帯電電極7には、記録信号源(図示せず)が接続されており、帯電電極7に記録信号電圧を印加することによって、ノズル6より規則的に噴射するインク粒子8を帯電させる。上部偏向電極9は高電圧源(図示せず)と接続され、下部偏向電極10は接地されているので、上部偏向電極9と下部偏向電極10との間に静電界が形成される。帯電電極7で帯電したインク粒子8は、静電界中を通過する間に自身が有する帯電量に応じて偏向され、図示しない記録媒体上に付着し、画像を形成する。
The
インク回収経路22は、ガタ−11、フィルタ12、回収ポンプ14から成り、帯電電極7で帯電されず、前記静電界中を通過する間に偏向されなかったインク粒子8は、ガター11で回収されてインク容器1へ戻り、再利用される。なお、フィルタ12を含むインク回収経路22は印字ヘッド101の内部に形成されるので、外面から目視できない位置に存在する。
The
次に、本発明のノズル6について図1と図3を用いて説明する。図1は本発明のノズル6の断面図である。ノズル6は、一端側にオリフィス31を備えた円筒管30と、円筒管30の外周部に配置された加振手段である圧電素子29と、円筒管30のオリフィス31側と反対側の一端に配置された継ぎ手27から構成される。継ぎ手27は、接着剤によって円筒管30に接合されている。
Next, the
インクは継ぎ手27から円筒管30に供給され、円筒管30内部の3段階に直径が徐々に小さくなるインク流路37、38、39を通り、その先のオリフィス31から噴出する。円筒管30の材質はステンレスであり、3段階に直径が徐々に小さくなるインク流路はドリル加工によって製作する。その先のオリフィス31はプレス加工によって製作する。なお、3段階に直径が小さくなる流路37、38、39を設ける理由については、後述する。
The ink is supplied from the
また、円筒管30は、円筒管30a、30bに分割可能になっている。これは、使用するインクに用いている溶媒の揮発性が高いために、インク噴出を停止している時間が長いとオリフィス31が目詰まりを起こすので、円筒管30bだけを分離してオリフィス31部を洗浄する必要があるためである。オリフィス31を洗浄する場合には、ノズル6を印字ヘッドから外し、さらに円筒管30aと30bを分離して超音波洗浄する。洗浄することにより、オリフィス31の目詰まりを除去することができる。
The cylindrical tube 30 can be divided into
図3は図1のノズル先端部を拡大した図である。円筒管30aと30bはネジ50によって接合する構造となっている。すなわち円筒管30a側に雄ねじが、円筒管30b側に雌ねじが切ってある。さらに、流路38と流路39との境界(円筒管30aと円筒管30bの結合部)には、シール部材(本実施例ではゴム板40を使用)を装着してインク漏れを防止する。
FIG. 3 is an enlarged view of the nozzle tip of FIG.
次に、圧電素子29について図5を用いて詳細に説明する。圧電素子29は円筒形状で、内外面に電極が設けられている。圧電素子29の内面電極51は、円筒部の内面全面と端面に設けられている。また外面電極52と内面電極51との間に電気的絶縁を保つため、圧電素子29の外面には無電極部54がある。圧電素子29は円筒管30に圧電素子29の振動が効率よく伝達できるように、内面電極51の部分が円筒管30と接着接合されている。圧電素子29の内面電極51は、電気抵抗が無視できる薄い接着層を介して円筒管30に接触するので、円筒管30と内面電極51は導通している。従って、外面電極52と円筒管30との間に正弦波の電気信号を発生する発信機を接続することにより、圧電素子29を振動させることができる。
Next, the
次に、流路の構造の設計方法について説明する。 Next, a method for designing the flow path structure will be described.
圧電素子29に高周波電圧を印加して振動させた場合、その振動が円筒管30内を流れるインクに伝達する様子について説明する。圧電素子29に印加可能な電圧の範囲では、振動が非常に小さく粒子形成には不十分である。そのため、円筒管30の軸方向の共振周波数fb(機械共振)をノズル駆動周波数(インクを粒子化する周波数)fn付近になるようにして、円筒管30で振動を増幅するように構成した。軸方向の共振周波数fbは、次式で求めることができる。
The manner in which the vibration is transmitted to the ink flowing in the cylindrical tube 30 when the
fb=nVb/4(L+k1) (数1)
ここで、nは共振モードにより決まる整数値、Lは円筒管30の重心位置とオリフィスとの間隔、Vbは円筒管30中の音速、k1は補正係数で実験により決まるものである。一般に、長さに対して細い丸い棒の軸方向の共振周波数fは、棒の長さ全体に反比例するが、本実施例のように、外径が一様ではなく、かつ、内部に穴のあいた円筒形のノズルでは、重心位置とノズルの終端(オリフィス)までの距離に反比例することが実験的に確認できた。本実施例での音速Vbは、円筒管の材質がステンレス鋼であるので、Vb=5800〜5900m/sである。固体内での音速はヤング率に依存しており、ヤング率は温度による変化が小さいので、固体内での音速は温度の影響が少ない。
f b = nV b / 4 (L + k 1 ) (Equation 1)
Here, n is an integer value determined by a resonance mode, L is distance between the position of the center of gravity and the orifice of the cylindrical tube 30, V b are those speed of sound in the cylindrical tube 30, k 1 is determined experimentally by the correction factor. In general, the resonance frequency f in the axial direction of a round rod that is thin with respect to the length is inversely proportional to the entire length of the rod, but the outer diameter is not uniform as in this embodiment, and there is no hole inside. It was confirmed experimentally that the cylindrical nozzle was inversely proportional to the position of the center of gravity and the distance to the nozzle end (orifice). The sound velocity V b in this embodiment is V b = 5800 to 5900 m / s because the material of the cylindrical tube is stainless steel. The speed of sound in a solid depends on the Young's modulus, and since the Young's modulus changes little with temperature, the speed of sound in a solid is less affected by temperature.
ノズルの駆動周波数fnは、オリフィス径(本実施例での孔径はφ0.065mm)によって最適値がほぼ決定され、fn=70kHzである。fbとfnを近づけることにより、圧電素子31の振動が円筒管30で増幅されて、インクを振動させるので、効率のよい粒子形成が可能となる。
The optimum value of the nozzle drive frequency f n is almost determined by the orifice diameter (the hole diameter in this embodiment is φ0.065 mm), and f n = 70 kHz. By bringing f b and f n closer, the vibration of the
数1においてn=1の場合、L+k1は20〜22mm程度となり、この長さが図1のL5となる。また、数1を変形することにより、L+k1は、円筒管30中の音速Vbを円筒管30の軸方向の共振周波数fbで除算した値(円筒管30の軸方向の共振波長)の4分の1になる。この値をλbとする。 When n = 1 in Equation 1 , L + k 1 is about 20 to 22 mm, and this length is L5 in FIG. Further, by transforming Equation 1 , L + k 1 is a value obtained by dividing the sound velocity V b in the cylindrical tube 30 by the resonance frequency f b in the axial direction of the cylindrical tube 30 (resonant wavelength in the axial direction of the cylindrical tube 30). It becomes a quarter. This value and λ b.
上述したように、k1は実験的に決まるものであり、円筒管30内の円柱穴の内径、加振手段の大きさによって定まり、Lの±10%以内の大きさとなる。従って、L5の値はλbの0.9倍〜1.1倍の範囲に入る。 As described above, k 1 is experimentally determined, and is determined by the inner diameter of the cylindrical hole in the cylindrical tube 30 and the size of the vibration means, and is within ± 10% of L. Therefore, the value of L5 enters the range of 0.9 to 1.1 times of lambda b.
以下、具体的にL1〜L4の長さの設計方法について述べる。 Hereinafter, a method for designing the lengths L1 to L4 will be specifically described.
まず、円筒管30の内部の長さL2〜L4の設計方法について述べる。 First, a design method for the lengths L2 to L4 inside the cylindrical tube 30 will be described.
上述したように、ノズルは円筒管30と継ぎ手27が接続された形状になっており、インクは円筒管30のインク流路37、38、39に導入される。インク流路37、38、39は、それぞれ内径が異なる段付構造にしている。すなわち、オリフィス31側に行くに従って内径が小さくなるような構造している。これは、同一の内径であるインク流路を短く分けることによって、インク流路で発生する流体共振周波数を高くして、インクを粒子化する駆動周波数にてインクを振動させた際に、温度依存性の大きい流体共振を防止するためである。
As described above, the nozzle has a shape in which the cylindrical tube 30 and the joint 27 are connected, and the ink is introduced into the
インク流路での流体共振について説明する。インク流路の流体共振周波数fiは、次式で求められる。 The fluid resonance in the ink flow path will be described. The fluid resonance frequency f i of the ink flow path is obtained by the following equation.
fi=nVi/4(l+k2) (数2)
ここで、Viはインク中の音速、lはインク流路の長さ、k2は補正係数であり、実験によって決まるものである。nは共振モードにより決まる整数値で、インク流路39の場合は、内径に対しオリフィスの孔径が十分に小さいので、片端閉、片端開の境界条件をとり、1次モードでn=1、2次モードでn=3、3次モードでn=5となる。また、インク流路37、38は、両端開の境界条件となるため、1次モードでn=2、2次モードでn=4、3次モードでn=6となる。また、一般的にインク中の音速は常温にて1200〜1400m/sであるが、温度によってインク中の音速は変化する。その変化量は、インクジェット記録装置の稼動温度範囲である0〜45℃において±10%程度である。そのため、本実施例では、粒子形成が流体共振の影響を受けないようにするために、流体共振周波数を駆動周波数から離れるように流路長さlを設定した。インク流路37、38での1次モードのlは、9〜10mm、インク流路39での1次モードは4〜5mmとなる。さらに高次のモードの流体共振も避けるために、L2とL3は上記二つの範囲の中間に、L4は上記の4〜5mmよりも小さく設定した。
f i = nV i / 4 (l + k 2 ) (Equation 2)
Here, V i is the speed of sound in the ink, l is the length of the ink flow path, k 2 is the correction factor, are those determined by experiment. n is an integer value determined by the resonance mode. In the case of the
このように設定することで、それぞれの流路を流れるインクの流体共振周波数を駆動周波数より高くすることができる。なお、本実施例では流路の径を3段階に区分したが、さらに、段数を多くしても問題は発生しない。 By setting in this way, the fluid resonance frequency of the ink flowing through each flow path can be made higher than the drive frequency. In this embodiment, the diameter of the flow path is divided into three stages. However, even if the number of stages is increased, no problem occurs.
次に、継ぎ手の長さL1の設計方法について述べる。 Next, a design method for the joint length L1 will be described.
継ぎ手27の一端は円筒管30に挿入して接着剤で接合する。その他端にはインクを導入する配管を接続する。L2からL4までの長さの和はL5より短いので、ノズルの重心位置は継ぎ手27が円筒管30に挿入された部分に存在する。継ぎ手の外径が円筒管の外径と同じであった場合、重心はノズル全体の中央になるため、オリフィス位置と継ぎ手のインク導入口との距離はL5の2倍となり、その結果L1はL5よりも長くなる(L1は、2×L5−L2−L3−L4となる)。しかし、ノズルの長さは短い方が取り扱いやすいため、L1の長さはなるべく短い方が好ましい。継ぎ手でインク配管を接続する部分は、外径がインク配管の内径に合わせた太さ、長さは5〜10mm程度あれば十分であるので、L1の長さを短くするためには、継ぎ手の直径の一部を大きくして重量を大きくする必要がある。ここで、ノズルの直径を印字する文字の高さである8〜10mm程度に合わせると、複数のノズルを多段に配置したインクジェットプリンタに適用できるようになるので、それを考慮すると継ぎ手部分の最大径は8〜10mm程度となる(複数ノズルを記録ヘッドに多段に配置したインクジェットプリンタの例は後述する)。以上の条件より、L1の下限値はL5とほぼ同程度となる。 One end of the joint 27 is inserted into the cylindrical tube 30 and joined with an adhesive. A pipe for introducing ink is connected to the other end. Since the sum of the lengths from L2 to L4 is shorter than L5, the center of gravity of the nozzle exists at the portion where the joint 27 is inserted into the cylindrical tube 30. When the outer diameter of the joint is the same as the outer diameter of the cylindrical tube, the center of gravity is at the center of the entire nozzle, so the distance between the orifice position and the ink inlet of the joint is twice L5. As a result, L1 is L5. (L1 becomes 2 × L5-L2-L3-L4). However, since the shorter nozzle is easier to handle, it is preferable that the length of L1 is as short as possible. As for the portion where the ink pipe is connected by the joint, it is sufficient that the outer diameter is about 5 to 10 mm in accordance with the inner diameter of the ink pipe. Therefore, in order to shorten the length of L1, the joint is connected. It is necessary to increase the weight by increasing a part of the diameter. Here, if the nozzle diameter is adjusted to about 8 to 10 mm, which is the height of the character to be printed, it can be applied to an inkjet printer having a plurality of nozzles arranged in multiple stages. Is about 8 to 10 mm (an example of an ink jet printer in which a plurality of nozzles are arranged in multiple stages on the recording head will be described later). From the above conditions, the lower limit value of L1 is approximately the same as L5.
上記のようにL1の長さの範囲はL5に対する比率で決定するが、さらに以下のことを考慮する必要がある。L1の長さとなる継ぎ手の部分は、一定の内径を有するインク流路となるので、この部分での流体共振を避けなくてはならない。この部分は、両端開の境界条件となるため、上述した数2のnは、1次モードでn=2、2次モードでn=4、3次モードでn=6となる。n=2の場合、l+k2は8.5〜10mm程度となり、この長さはL5より短いのでL1の下限値以下となるため、1次モードは存在しない。n=4の場合、l+k2は17〜20mm程度(n=4の場合のl+k2は、インク中の音速をインク粒子化周波数で除算した値に等しい。この値をλiとする。)となるので、L1の長さはこの範囲を避ける必要がある。 As described above, the range of the length of L1 is determined by the ratio with respect to L5, but the following must be further considered. Since the joint portion having a length L1 becomes an ink flow path having a constant inner diameter, fluid resonance in this portion must be avoided. Since this part is a boundary condition with both ends open, the above-mentioned n in Equation 2 is n = 2 in the primary mode, n = 4 in the secondary mode, and n = 6 in the tertiary mode. For n = 2, l + k 2 becomes about 8.5~10Mm, since this length is equal to or less than the lower limit value of is shorter than L5 L1, 1-order mode does not exist. When n = 4, l + k 2 is about 17 to 20 mm (l + k 2 when n = 4 is equal to a value obtained by dividing the speed of sound in ink by the ink particleization frequency. This value is assumed to be λi). Therefore, the length of L1 needs to avoid this range.
L1の下限値はL5とほぼ同程度であるため、L1の設定値はλiよりも長くなる。数2のk2は実験によって定まる値であり、継ぎ手の内径によって変化し、変動幅はlの±10%以内である。以上の結果により、L1はλiの1.1倍以上に設定すればよい。 Since the lower limit value of L1 is substantially the same as L5, the set value of L1 is longer than λi. K 2 in Equation 2 is a value determined by experiment, and varies depending on the inner diameter of the joint, and the fluctuation range is within ± 10% of l. Based on the above results, L1 may be set to 1.1 times or more of λi.
また、数2においてn=6の場合は、l+k2は25.5〜30mm程度となり、L1はこの範囲も避ける必要がある。この場合、L1の0.9倍以上1.1倍の範囲が、λiの1.5倍を避けることになるので、L1はλiの1.4倍以下、またはλiの1.7倍以上となる。 When n = 6 in Equation 2 , l + k2 is about 25.5 to 30 mm, and L1 needs to avoid this range. In this case, since the range of 0.9 to 1.1 times L1 avoids 1.5 times λi, L1 is 1.4 times or less of λi or 1.7 times or more of λi. Become.
前記範囲を総合してL1の設定値を定めると、L1は短い方が取り扱い易いことを考慮すれば、L1はλiの1.1倍以上1.4倍以下に設定することが好ましい。 Considering that the shorter L1 is easier to handle when the set value of L1 is determined by combining the above ranges, it is preferable to set L1 to 1.1 times or more and 1.4 times or less of λi.
以上のようにL1〜L4を設定することにより、流体共振の影響を小さくできるので、温度が変化してもインクを粒子化する駆動電圧の変動が小さいという効果がある。 By setting L1 to L4 as described above, the influence of fluid resonance can be reduced, so that even if the temperature changes, there is an effect that the fluctuation of the driving voltage for atomizing ink is small.
次に、ノズルの取り付け方法について説明する。 Next, a method for attaching the nozzle will be described.
ノズルを印字ヘッドに固定するためには、ノズルをノズルホルダに固定して、ノズルホルダを印字ヘッドに取り付ける方法が一般的である。 In order to fix the nozzle to the print head, it is common to fix the nozzle to the nozzle holder and attach the nozzle holder to the print head.
図2は、本発明のノズルをノズルホルダに固定している状態の断面図である。ノズル6は、ノズルホルダ32にネジ33により円筒管30の直径の最も大きい位置で固定されている。この位置はノズルの重心よりもインク供給側にあるので、ノズルの機械共振状態を弱めることがなく、安定した振動を維持できるという特徴がある。なお、ノズルホルダ32には、圧電素子29に信号を供給するためのリード線の取り出し口である開口部34が設けてある。
FIG. 2 is a sectional view showing a state in which the nozzle of the present invention is fixed to the nozzle holder. The
図9は、印字ヘッド101の先端部の外観図である。ノズルホルダ32に取り付けられたノズル6は取り付け基板41にネジで固定され、前記取り付け基板41は印字ヘッド101にネジで固定されている。取り付け基板41には、ノズルの他に帯電電極7、上部偏向電極9と下部偏向電極10がネジによって固定されている。印字に使用されなかったインク粒子は、ガター11で回収され、印字ヘッド101の内部のインク回収経路(図示せず)を経て本体内のインクタンクに戻る。
FIG. 9 is an external view of the front end portion of the
以上のようなノズル6を製作することによって、温度に対して変化が少ない機械共振を利用した振動増幅が得られるため、安定した粒子形成が可能となる。同時に、上記の構成のノズルは、温度に対して変化が大きい流体共振の影響を受けることがないという特徴がある。
By manufacturing the
次に、図1と異なるノズル6の例について説明する。
Next, an example of the
図4は図1と異なる構成のノズル6の外観を示している。図1の構成は、圧電素子29の内径とノズル6の外径を合わせた構成であるが、本図の構成は、圧電素子29の外径とノズル6の外径を合わせた構成である。L1〜L5の設定方法は図1の場合と変わりはない。このように構成した場合、圧電素子29の取り付け部のノズル外形は図1と同じにする必要があり、他のノズル外形が大きくなるため、図4の構成は図1の構成と比較して重量が大きくなる。このため、インクを粒子化する電圧は高くなるが、固体間のばらつきは小さくなるという特徴がある。
FIG. 4 shows the appearance of the
次に、複数のノズル6を搭載する印字ヘッドについて説明する。
Next, a print head equipped with a plurality of
図1と図4に示したノズルは直径が小さいため、2本以上のノズルを印字ヘッド内に並置することによって、2倍以上の領域を同時に印字可能な印字ヘッドを構成することができる。 Since the nozzles shown in FIGS. 1 and 4 have a small diameter, a print head capable of simultaneously printing more than twice as many regions can be configured by juxtaposing two or more nozzles in the print head.
図10は2本のノズルを有するインクジェット記録装置のインク循環系と印字部の概略構成を示している。 FIG. 10 shows a schematic configuration of an ink circulation system and a printing unit of an ink jet recording apparatus having two nozzles.
図8と同様に、インク供給経路21は、インクを収容するインク容器1、インクを圧送する供給ポンプ2、インク圧力を調節する調圧弁3、供給インクの圧力を表示する圧力計4、インク中の異物を捕らえるフィルタ5から成り、フィルタ5を出たインクは、第一ノズル6aと第二ノズル6bに分かれる。第一ノズル6aに入ったインクは、圧電素子の振動によってオリフィスから噴出後に空中で粒子に分裂する。インク粒子8aは帯電電極7aで帯電して、上部偏向電極9aと下部偏向電極10aで形成される静電界によって偏向される。印字に使用されなかったインク粒子は、本体100内に配置されたポンプの吸引によってガター11aから回収される。回収するインクはフィルタ12aを通ることによって、埃などの異物を取り除かれる。第二ノズル6bは、ノズル6aよりも下方に配置され、その距離は第一ノズル6aで印字する文字の大きさと等しくなっている。第二ノズル6bを使用した印字の方法、及び印字に使用されなかったインク粒子の回収方法は、第一ノズル6aを使用した場合と同様である。
As in FIG. 8, the
次に、インクの回収に二つの回収経路を設ける理由について説明する。インクをポンプで回収する場合は、インクと同時に多量の空気も同時に吸入している。その場合、回収経路内の空気とインクの分量比率が絶えず変化しており、回収時の流路抵抗も絶えず変化している。一つのポンプの吸引力を二つに分岐して回収すると、回収抵抗の少ない側からの流量が大きくなり、他方の回収量が小さくなる。回収量の小さな回収路からも確実に回収するためには、ポンプの吸引量を大きくする必要がなる。従って、一つのポンプの吸引力を二つに分岐することなく、二つのポンプを用いることによって、ポンプの回収量の和は、一つのポンプの回収量よりも小さくなる。本インクジェットプリンタで使用するインクの溶媒は揮発性が高いので、ポンプの回収量が大きくなると、インクの溶媒がインクジェット記録装置の外へ揮発していく量が増加し、環境に悪影響を及ぼすことになる。従って、二つのポンプを用いることによって、溶媒の揮発量を減らすことができ、環境に悪影響を及ぼさないという効果がある。 Next, the reason why two recovery paths are provided for ink recovery will be described. When the ink is collected by a pump, a large amount of air is simultaneously sucked at the same time as the ink. In that case, the ratio of the amount of air and ink in the collection path is constantly changing, and the flow path resistance at the time of collection is also constantly changing. If the suction force of one pump is branched into two and collected, the flow rate from the side with less collection resistance increases and the other collection amount decreases. In order to reliably recover from a recovery path with a small recovery amount, it is necessary to increase the suction amount of the pump. Therefore, by using two pumps without branching the suction force of one pump into two, the sum of the pump recovery amounts becomes smaller than the recovery amount of one pump. Since the ink solvent used in this inkjet printer is highly volatile, the amount of ink solvent that volatilizes out of the inkjet recording device increases and the environmental impact is adversely affected if the pump recovery volume increases. Become. Therefore, by using two pumps, the amount of volatilization of the solvent can be reduced, and there is an effect that the environment is not adversely affected.
なお、本実施例では、二つのポンプをインクジェット記録装置の本体内に設けた例を示したが、記録ヘッドにポンプを配置する場所を確保できる場合には、ポンプの位置は記録ヘッド内でもよい。記録ヘッド内にポンプを配置すると、インクと空気を記録ヘッドから離れた位置にある本体に送り込むことになる。一般にポンプの性能は、吸引能力よりも排出能力が高いので、ポンプを記録ヘッド内に配置する場合は、本体内に配置するよりも小さな回収能力のポンプを選定できるので、よりインク溶媒の揮発を抑制できるという効果がある。 In this embodiment, an example in which two pumps are provided in the main body of the ink jet recording apparatus has been described. However, the position of the pumps may be in the recording head if a place for arranging the pump in the recording head can be secured. . When a pump is arranged in the recording head, ink and air are sent to the main body at a position away from the recording head. In general, the pump performance is higher than the suction capacity, so the discharge capacity is higher than the suction capacity.Therefore, when the pump is placed in the recording head, a pump with a smaller recovery capacity can be selected than in the main body. There is an effect that it can be suppressed.
1…インク容器、2…ポンプ、6…ノズル、7…帯電電極、8…インク粒子、9…偏向電極、11…ガター、27…継ぎ手、29…圧電素子、30…円筒管、31…オリフィス。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ノズルは3つ以上の内径の異なる円柱穴を連結した段付のインク流路が形成された円筒管と、前記円筒管の内部に一端を差し込んで接合した継ぎ手と、前記円筒管の外周部にインクを加振するために加振手段を接合した構造であって、ノズルの重心位置が円筒管の内部に一端を差し込んで接合した継ぎ手側にあることを特徴とするインクジェット記録装置。 In an ink jet recording apparatus having an orifice that ejects ink, an ink flow path that guides ink to the orifice, and a nozzle that includes vibration means for applying vibration to the ink,
The nozzle includes a cylindrical tube having a stepped ink flow path in which three or more cylindrical holes having different inner diameters are connected, a joint having one end inserted and joined to the inside of the cylindrical tube, and an outer peripheral portion of the cylindrical tube An ink jet recording apparatus having a structure in which a vibration means is joined to vibrate ink, and the center of gravity of the nozzle is on the joint side where one end is inserted into the inside of the cylindrical tube and joined.
前記ノズルは3つ以上の内径の異なる円柱穴を連結した段付のインク流路が形成された円筒管と、前記円筒管の内部に一端を差し込んで接合した継ぎ手と、前記円筒管の外周部に前記加振手段を接合した構造であって、前記ノズルの重心位置とオリフィスとの間隔が、ノズルの機械共振長さ(ノズル材質内を伝搬する音波の速度をインクの粒子化周波数で除算した値の4分の1の値)の0.9倍から1.1倍の範囲にあることを特徴とするインクジェット記録装置。 In an ink jet recording apparatus having an orifice that ejects ink, an ink flow path that guides ink to the orifice, and a nozzle that includes vibration means for applying vibration to the ink,
The nozzle includes a cylindrical tube having a stepped ink flow path in which three or more cylindrical holes having different inner diameters are connected, a joint having one end inserted and joined to the inside of the cylindrical tube, and an outer peripheral portion of the cylindrical tube In this structure, the gap between the nozzle center of gravity and the orifice is the mechanical resonance length of the nozzle (the velocity of the sound wave propagating in the nozzle material is divided by the ink particleization frequency). An ink jet recording apparatus characterized by being in a range of 0.9 to 1.1 times the value of a quarter of the value.
5. The inkjet recording apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the nozzles are provided, a charging electrode for individually charging the ink particles with respect to each nozzle, and an electrostatic field for deflecting the ink particles. An ink jet recording apparatus comprising: a deflection electrode for forming a nozzle; a gutter for collecting ink individually for each nozzle; and a pump.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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WO2023017684A1 (en) | 2021-08-10 | 2023-02-16 | 株式会社日立産機システム | Inkjet recording device and inkjet recording method |
-
2005
- 2005-11-18 JP JP2005333515A patent/JP2007136839A/en active Pending
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