JP2007160735A - Liquid droplet ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液滴吐出ヘッドに関し、特に高粘度のインクを液滴として吐出する液滴吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a droplet discharge head, and more particularly to a droplet discharge head that discharges high-viscosity ink as droplets.
液滴吐出装置として知られている現在市販されている水性インクジェットプリンターは、概ね粘度5cps前後、高々10cpsオーダの染料インクや顔料インクを採用している。媒体に着弾した際のインク滲み防止や、光学的な色濃度アップ、含水量低減による媒体の膨潤抑制/短時間乾燥、あるいは、そうした高品質インクをトータル設計するに当たり自由度が大きくとれる等の理由から、インク粘度を増加することによってプリント性能は向上できることが知られている。 A currently marketed aqueous inkjet printer known as a droplet discharge device employs a dye ink or a pigment ink having a viscosity of about 5 cps or so and an order of 10 cps at most. Reasons such as prevention of ink bleeding when landing on the medium, increase in optical color density, suppression of swelling / short time drying of the medium due to reduced water content, or greater freedom in total design of such high quality ink Therefore, it is known that the printing performance can be improved by increasing the ink viscosity.
反面、高粘度インクを吐出するには、高出力な圧力発生機構が必要であり、コストやヘッドサイズ増加等の弊害を招く。従来からイジェクターにヒーターを別途設け、吐出時のインク粘度を強制的に下げる技術は公知である(例えば、特許文献1参照)が、インクを加熱する上記の方法はインク劣化や流路のダメージを早める根本課題があり、また使用できるインクも熱による劣化のないものに制限される。 On the other hand, in order to eject high-viscosity ink, a high-output pressure generation mechanism is required, which causes adverse effects such as an increase in cost and head size. Conventionally, a technique for forcibly lowering the ink viscosity at the time of ejection by separately providing a heater in the ejector is known (see, for example, Patent Document 1). However, the above-described method of heating ink causes ink deterioration and flow path damage. There is a fundamental problem to be accelerated, and the ink that can be used is limited to one that does not deteriorate due to heat.
このほか、インク吐出する際の逆方向へのインク流を梁状の弁によって抑制し、より高粘度なインクを吐出する技術(例えば、特許文献2参照)が開示されている。 In addition, a technique (for example, see Patent Document 2) is disclosed in which ink flow in the reverse direction when ink is ejected is suppressed by a beam-like valve and ink with higher viscosity is ejected.
大変形が得られる座屈曲がりを利用し、圧力発生機構自体をパワーアップする方法として、発熱体層との熱膨張差で変形するダイヤフラム状アクチュエータを使用した技術(例えば、特許文献3参照)、また、同様の構成で片持ち梁状のアクチュエータを使用した技術(例えば、特許文献4参照)が開示されている。 As a method of powering up the pressure generation mechanism itself using a seat bending beam that can obtain a large deformation, a technique using a diaphragm actuator that deforms due to a difference in thermal expansion with the heating element layer (see, for example, Patent Document 3), Further, a technique using a cantilever-like actuator with the same configuration (for example, see Patent Document 4) is disclosed.
例えば図14に示すインクジェット記録ヘッド100はインク室106中のインク101をアクチュエータ102を図14(a)から図14(b)のように変形させることによって急激に加圧し、ノズル104からインク滴108として吐出させる。
For example, the ink
しかしながら、上記の従来技術でも、粘度10cpsを大きく上回る50〜100cpsのような高粘度インクを、常温において安定吐出することは極めて困難である。 However, even with the above-described prior art, it is extremely difficult to stably eject a high viscosity ink having a viscosity of 50 to 100 cps, which greatly exceeds 10 cps, at room temperature.
本願発明者らは、梁に圧縮と回転運動を与え、座屈曲げ方向が反転する際の急峻な上下運動を利用して、ノズルから高粘度インク滴を所望の方向に慣性離脱させるインクジェット記録ヘッドを先に出願した(特許文献5〜8参照)。
本願発明者が検討を進めた結果、このヘッドでより高速/高周波に高粘度インク吐出させる方法として、インク流路に背圧(バックプレッシャー)を与え、かつノズルが吐出方向および逆方向に移動する際、流路の往復移動において両運動方向ともに梁の座屈反転運動を発生させる吐出方法を見い出した。
The inventors of the present application provide an ink jet recording head that applies a compressive and rotational motion to a beam and makes a high-viscosity ink droplet inertially release from a nozzle in a desired direction by using a steep vertical motion when the seat bending direction is reversed. (See Patent Documents 5 to 8).
As a result of investigation by the inventors of the present application, as a method of discharging high-viscosity ink at a higher speed / higher frequency with this head, back pressure (back pressure) is applied to the ink flow path, and the nozzle moves in the discharge direction and in the reverse direction. At the same time, they found out a discharge method that generates the buckling reversal motion of the beam in both motion directions in the reciprocating movement of the flow path.
本発明は先願をさらに発展させ、例えば梁の両端を保持する保持部材と、これに圧縮と回転を与える回転エンコーダとを結合する際、エンコーダ回転中心からのオフセットをゼロ、または小として保持部材を支持するとともに梁に予め初期撓みを与えることで、1回のインク吐出毎に梁を吐出方向とその反対方向に座屈反転させる。 The present invention further develops the prior application. For example, when a holding member that holds both ends of a beam and a rotary encoder that applies compression and rotation to the holding member are combined, an offset from the encoder rotation center is set to zero or small. The beam is buckled and reversed in the ejection direction and in the opposite direction for each ink ejection by providing the beam with initial deflection in advance.
従来法では、高粘度インクの粘性で流路抵抗が大きくなるためリフィル(インクの再充填あるいはメニスカス復帰)が遅れ、高速高周波駆動で吐出不可能であるのに対し、本発明ではインク流路内をノズルに向かうインク慣性流が増加させることができ、さらに背圧付加の効果と合わせて従来法よりも短時間のリフィルが可能となる。 In the conventional method, the flow resistance is increased due to the viscosity of the high-viscosity ink, so refill (refilling ink or returning to the meniscus) is delayed, and it is impossible to discharge by high-speed high-frequency driving. Ink flow toward the nozzles can be increased, and in addition to the effect of adding back pressure, refilling can be performed in a shorter time than the conventional method.
本発明の目的は、梁に圧縮と回転運動を与え、座屈曲げ方向が反転する際の急峻な上下運動を利用してノズルから高粘度の液滴(インク滴)を慣性離脱により高い駆動周波数で吐出させる液滴吐出ヘッドを提供することである。
本発明は上記事実を考慮し、常温で高粘度液体を高い駆動周波数で吐出可能な液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。 In consideration of the above facts, an object of the present invention is to provide a droplet discharge head capable of discharging a high-viscosity liquid at a high drive frequency at room temperature.
請求項1に記載の液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、前記ノズルを含む液体流路部材と、前記液体流路部材と接合もしくは液体流路部材を含み、液滴吐出方向に凹となるように座屈反転変形した後、液滴吐出方向に凸となるよう座屈反転変形し、前記ノズル近傍の液体に吐出方向の慣性を与えることにより前記ノズルより液滴を吐出させる梁部材と、を備えたことを特徴とする。
The liquid droplet ejection head according to
上記構成の発明では、インク滴吐出過程の往復ともに座屈変形し流路内部のインクにノズルへ向かう慣性流が生じることで、インクのリフィルがより早く行われ、インク滴の高速高周波吐出が可能となる。 In the invention with the above-described configuration, the ink drops are buckled during both the ink drop ejection processes, and an inertial flow toward the nozzles is generated in the ink inside the flow path, so that ink refilling is performed faster and ink droplets can be ejected at high speed and high frequency. It becomes.
請求項2に記載の液滴吐出ヘッドは、前記梁部材の長手方向両端または一端を液滴吐出方向に回動自在に保持し、前記梁部材が液滴吐出方向に凹となるように前記梁部材の長手方向に圧縮し座屈反転変形させた後、前記梁部材の長手方向両端または一端を回転させて液滴吐出方向に凸となるように座屈反転変形させる保持部材を備えたことを特徴とする。
The droplet discharge head according to
上記構成の発明では、インク滴吐出過程の往復ともに座屈変形し流路内部のインクにノズルへ向かう慣性流が生じることで、インクのリフィルがより早く行われ、インク滴の高速高周波吐出が可能となる。 In the invention with the above-described configuration, the ink drops are buckled during both the ink drop ejection processes, and an inertial flow toward the nozzles is generated in the ink inside the flow path, so that ink refilling is performed faster and ink droplets can be ejected at high speed and high frequency. It becomes.
請求項3に記載の液滴吐出ヘッドは、前記保持部材の一方または両方を液滴吐出方向に回動自在に支持し前記梁部材を回転させる回転エンコーダを備え、前記保持部材は予め前記梁部材を長手方向に圧縮して曲げを付与した状態で前記エンコーダの回転中心あるいは回転中心よりオフセットした位置で支持することにより、前記エンコーダの回動が前記梁部材を液滴吐出方向に凹および凸とする動作の両方において前記梁部材を座屈反転変形させることを特徴とする。
The droplet discharge head according to
上記構成の発明では、インク滴吐出過程の往復ともに座屈変形し流路内部のインクにノズルへ向かう慣性流が生じることで、インクのリフィルがより早く行われ、インク滴の高速高周波吐出が可能となる。 In the invention with the above-described configuration, the ink drops are buckled during both the ink drop ejection processes, and an inertial flow toward the nozzles is generated in the ink inside the flow path, so that ink refilling is performed faster and ink droplets can be ejected at high speed and high frequency. It becomes.
請求項4に記載の液滴吐出ヘッドは、前記液体流路内の液体は背圧を付与されたことを特徴とする。 The liquid droplet ejection head according to claim 4 is characterized in that a back pressure is applied to the liquid in the liquid flow path.
上記構成の発明では、インク流路内のインクに背圧を付与したことにより短時間でリフィルすることができる。 In the invention with the above configuration, refilling can be performed in a short time by applying a back pressure to the ink in the ink flow path.
請求項5に記載の液滴吐出ヘッドは、前記液体流路内の液体は背圧により前記液体流路内を常時圧送されることを特徴とする。 The liquid droplet ejection head according to claim 5 is characterized in that the liquid in the liquid channel is constantly pumped through the liquid channel by back pressure.
上記構成の発明では、インク流路内のインクに背圧を付与したことにより短時間でリフィルすることができ、ノズル上流側と下流側の圧差によって、メニスカスの凸量すなわち吐出後のリフィル速度を変えることができる。 In the invention having the above-described configuration, the back pressure is applied to the ink in the ink flow path, so that the refill can be performed in a short time, and the convex amount of the meniscus, that is, the refill speed after the discharge is determined by the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the nozzle. Can be changed.
請求項6に記載の液滴吐出ヘッドは、前記梁部材あるいは前記液体流路は、前記ノズルより溢れた液体を液滴吐出方向の反対側に排出する液体排出部を備えたことを特徴とする。 The droplet discharge head according to claim 6, wherein the beam member or the liquid flow path includes a liquid discharge portion that discharges the liquid overflowing from the nozzle to the opposite side of the droplet discharge direction. .
上記構成の発明では、オーバフローした余剰インクを吐出と反対側に排出することでインク圧送時でも正確な吐出を行うことができる。 In the invention with the above configuration, it is possible to accurately discharge even during ink pressure feeding by discharging the overflowed excess ink to the side opposite to the discharge.
請求項7に記載の液滴吐出ヘッドは、前記液体排出部より排出された液体を回収する液体回収手段を備えたことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a liquid droplet ejection head comprising a liquid recovery means for recovering the liquid discharged from the liquid discharge portion.
上記構成の発明では、吐出と反対方向への座屈反転に加え、ノズル側から裏面側に流れるエアーなどの吸引手段で吸引援用することにより、余剰インクを確実に排除できる。 In the invention with the above-described configuration, in addition to buckling inversion in the direction opposite to the ejection, surplus ink can be reliably removed by suction assistance using suction means such as air flowing from the nozzle side to the back surface side.
本発明は上記構成としたので、常温で高粘度の液滴を高い駆動周波数で吐出可能な液滴吐出ヘッドとすることができた。 Since the present invention has the above-described configuration, a droplet discharge head capable of discharging droplets having a high viscosity at room temperature at a high driving frequency can be obtained.
<基本構成>
図1(b)には、本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが示されている。
<Basic configuration>
FIG. 1B shows an ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.
図1(b)に示すように、インクジェット記録ヘッド10は内部にインク流路13を備え、長さ方向略中央または端部にノズル16を備えたインク流路部材12と、インク流路部材12を支持する梁部材14とが柱状に接合され、両端を保持部材18が支持する構造となっている。
As shown in FIG. 1B, the ink
梁部材14にはピエゾ素子30が接合され、さらにピエゾ素子30には個別電極32が接合され梁部材14、ピエゾ素子30、個別電極32でアクチュエータ36を構成している。梁部材14はピエゾ素子30の共通電極を兼ねており、梁部材14と個別電極32とでピエゾ素子30を挟む構造となっている。個別電極32の一方の端には電極パッド33が設けられ、配線にて図示しないスイッチングICと接続されている。このスイッチングICからの信号によりピエゾ素子30は駆動され、梁部材14を撓ませる/撓ませないの制御が行われる。
A
インク流路部材12は、インク吐出方向(図中上)および逆方向に撓み可能であり、保持部材18の内部に設けたインクプール24から供給されインク流路13を通ってノズル16まで達したインクを慣性によって吐出方向にインク滴として吐出する。
The ink
図1(c)には、本発明の第2実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが示されている。 FIG. 1C shows an ink jet recording head according to the second embodiment of the present invention.
図1(c)のノズル16近辺を図1(d)に拡大して示す。流路部材12の端面はそのまま垂直あるいは図1(d)のように角度をつけたテーパ上に切断された切り口として形成され、流路13は端面でそのままノズル16としてインク滴を吐出する。
The vicinity of the
ここで用いられるインクは前述のように、媒体に着弾した際のインク滲み防止や、光学的な色濃度アップ、含水量低減による媒体の膨潤抑制や短時間乾燥、あるいは、そうした高品質インクをトータル設計するに当たり自由度が大きくとれる等の理由から、インク粘度の極めて高い、具体的には粘度20cpsを大きく上回るような、例えば50〜100cpsの高粘度インクである。 As described above, the ink used here prevents ink bleeding when landing on the medium, increases the optical color density, suppresses the swelling of the medium by reducing the water content, or dries for a short time, or totals such high quality ink. For example, it is a high viscosity ink having a very high ink viscosity, for example, a viscosity much higher than 20 cps, for example, 50 to 100 cps due to a large degree of freedom in designing.
保持部材18は回転エンコーダ20に固定され、回転エンコーダ20の回動に伴って両側から押圧され、あるいは曲げ方向に力が加えられインク吐出方向あるいは逆方向に梁部材14と接合したインク流路部材12を撓ませる。
<遠心力によるリフィル>
図2〜4には本発明の第1実施形態に係る高粘度インクのリフィルが示されている。
The holding
<Refill by centrifugal force>
2 to 4 show refills of high viscosity ink according to the first embodiment of the present invention.
従来、通常の圧力波吐出すなわちピエゾ方式やサーマル方式などのインク吐出では図2のように圧力波によってノズル16よりインク滴が吐出され(図2(b)〜(c))、インク滴2が自由表面粒子速により離脱した後は図2(d)の図中白矢印のように表面張力によってインクのリフィルが行われていた。しかし高粘度のインクを用いれば表面張力ではリフィルが追い付かず、不吐出などの発生する恐れがある。
Conventionally, in normal pressure wave discharge, that is, ink discharge using a piezo method or thermal method, ink droplets are discharged from the
これに対して本発明では図3に示すように遠心力を利用することで高粘度のインクを用いながら従来法よりも短時間のリフィルが可能となる。 On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 3, by using centrifugal force, refilling can be performed in a shorter time than the conventional method while using high-viscosity ink.
図3のグラフには梁部材14の中央部の、インク吐出方向の動きが示されている。座屈反転直前の状態を時間0とすると、このときノズル16近傍は図3(a)のようにインク滴吐出は始まっておらず、図3(e)のように梁部材14(流路部材12)は吐出方向と反対側(図中下)に凸となっている。
The graph of FIG. 3 shows the movement of the central portion of the
ここから回転エンコーダ20の回動に伴って梁部材14の座屈反転が始まり、流路13内のインクには遠心力による液流が発生し、メニスカスの凸化が起こる。このとき図3(f)のように、流路13内のインクのうちノズル16近傍のインクにも遠心力が作用し、図3(f)図中白矢印のような方向でノズル16に向けてインクが押し出される。
From here, the buckling reversal of the
図3(b)→(c)のように吐出方向への慣性でインク液柱が形成され、梁部材14の座屈反転移動が吐出方向に凸となる最高点に達すると(図3(g))、図3(d)のように慣性離脱によるインク滴2の吐出が行われる。このとき流路13内のインクもまた上記のように遠心力によるリフィルが行われ、高粘度のインクを用いていても吐出と同時にリフィルが行われるのでノズル16近傍のインクが不足し不吐出が発生するなどの不具合を防ぐことができる。
As shown in FIGS. 3B to 3C, an ink liquid column is formed by inertia in the ejection direction, and when the buckling reversal movement of the
さらに図3(g)から初期状態に戻る際、すなわち吐出方向に凹となる時にも梁部材14を座屈反転させることによってインク流路13の端部からもノズル16の近傍に遠心力でインクを送り出すことができる。これによってインク吐出動作を続けている限り、常にノズル16近傍にはインクが不足することはなく、確実な吐出を行うことができる。
<オフセット有無と座屈反転回数>
図4および図5には本発明に係る梁部材の支持位置と座屈反転回数の関係が示されている。
Further, when returning to the initial state from FIG. 3G, that is, when it becomes concave in the ejection direction, the
<Offset presence and number of buckling reversals>
4 and 5 show the relationship between the support position of the beam member and the number of buckling reversals according to the present invention.
図4に示すように、梁部材14を支持する保持部材18が回転エンコーダ20の回転中心からオフセットした位置に保持されている場合、吐出動作1サイクルで座屈反転は1回となる。
As shown in FIG. 4, when the holding
すなわち、図4(a)の初期状態から図4(b)でエンコーダ20を吐出方向と逆に回転させることで梁部材14に反吐出方向の初期撓み(図中下に凸)を発生させ、図4(c)でエンコーダ20を吐出方向に回転させることで梁部材14の撓み(図中下に凸)を増加させる。
That is, by causing the
さらにエンコーダ20を吐出方向に回転させ続けると梁部材14は座屈反転を起こし、下に凸の撓みが吐出方向に反転し、図中上に凸となる。このときインク滴2が吐出される。
When the
これに対して図5に示すように梁部材14を支持する保持部材18が回転エンコーダ20の回転中心からオフセットしない位置に保持されている場合、吐出動作1サイクルで座屈反転を2回起こすことができる。
On the other hand, as shown in FIG. 5, when the holding
このとき図5(a)に示すように、回転エンコーダ20がニュートラルの位置にあるとき、梁部材14が真っ直ぐに伸びている場合は上下どちらに回転エンコーダ20を回動させても座屈反転を起こさないため、予め図5(b)に示すように両端から、つまり回転エンコーダ20から梁部材14を長さ方向に圧縮し、初期撓みを付加しておく必要がある。
At this time, as shown in FIG. 5 (a), when the
すなわち図5(b)のように例えば下凸となるよう初期撓みをもたせ、図5(c)のように回転エンコーダ20を回動させると下凸の撓み量が増大する。
That is, when the initial deflection is given, for example, downward convex as shown in FIG. 5B, and the
更に回転エンコーダ20を回動させると図5(d)のように下凸から上凸に座屈反転が起こり、図示しないノズル16よりインク滴2を吐出する。
When the
この状態で梁部材14は上方向に凸となっているので、回転エンコーダ20を逆転させ、図5(e)のように上凸の撓みを増加させることで下方向、すなわち吐出方向とは反対方向に座屈反転させることができる。つまり図5(f)のように回転エンコーダ20をさらに逆回転(吐出動作時とは逆の方向に回転)させることで梁部材14は座屈反転を起こし、梁部材14の長さ方向中央近傍に設けられた図示しないノズル16に向けて流路13内のインクに慣性流を発生させる。
In this state, the
これによりノズル16から射出されたインク滴2のために消費されたノズル16近傍にある流路13内部のインクは速やかにリフィルされ、インク滴吐出間隔の短縮、すなわち吐出周波数の向上にともなう不吐出などの画像故障を防止することができる。
<背圧付加と常時圧送>
図6乃至図8には本発明に係るインクにかかる背圧とメニスカスとの関係が示されている。
As a result, the ink in the
<Back pressure application and constant pumping>
6 to 8 show the relationship between the back pressure applied to the ink according to the present invention and the meniscus.
図6に示すように、インク流路13内部のインクに両側から正の背圧がかかりノズル16近傍における両方向からの背圧P1とP2が略等しい場合、図6(a)のようにインク滴吐出直後においてメニスカス3は凹面となっていても、背圧P1およびP2によって流路13の両側からインクが押され、図6(b)のようにノズル16からインクが押し出されメニスカス3は凸となる。
As shown in FIG. 6, when positive back pressure is applied to the ink inside the
この状態でインク滴吐出が行われずに放置された場合、図6(c)のようにメニスカス3は肥大し、さらに時間が経過すれば図6(d)のようにノズル16近傍にインクが溢れ出す結果となる。
In this state, if the ink droplets are left without being ejected, the
これに対して図7のように流路13の一方から他方へ向けてインクが圧送される場合、すなわち図7(a)のようにノズル16に向けてインクを圧送する背圧P2により、図中右方向から左方向に向けてインクが圧送される場合を考える。このとき背圧P1とP2はP1≦P2の関係であるとすれば、インク滴吐出直後の図7(a)からメニスカス3は背圧P2によってノズル16より突出するが、同時に背圧P1とP2との差によりインク流路13内部のインクは背圧の低い側であるP1側(図中左側)に圧送される。これにょりメニスカス3は一定以上突出せず、図7(c)のように一定高さを保ったまま推移するので、図6(c)(d)に示すようにメニスカス3がノズル16より突出し、ノズル16周囲にインクが溢れる事態を避けることができる。
In contrast, when the ink is pumped from one side of the
さらに、背圧P1とP2の大小関係によってメニスカスの突出量を制御することもできる。図8(a)(b)に示すように、背圧P1とP2の差によってメニスカス3の突出量が決定される。
Furthermore, the protrusion amount of the meniscus can be controlled by the magnitude relationship between the back pressures P1 and P2. As shown in FIGS. 8A and 8B, the amount of protrusion of the
すなわち、背圧P1とP2がP1≦P2であれば両者の差は少ないのでメニスカス3の突出量は少なく、P1≪P2であれば両者の差は大きいのでメニスカス3の突出量は大きくなる。つまりP2により、高圧でインクが圧送されていることになるためノズル16から突出するメニスカスの高さも大きくなるためである。
That is, if the back pressures P1 and P2 are P1 ≦ P2, the difference between the two is small and the amount of protrusion of the
従来の圧力波方式ヘッドではインクの供給路が必要なため、このような圧送供給方式は採用困難であった。本発明の構成ではインク滴を慣性で吐出しているのでノズル近傍に絞りが不要であり、特に有効な供給方式であると言える。 Since a conventional pressure wave type head requires an ink supply path, it is difficult to adopt such a pressure supply type. In the configuration of the present invention, since ink droplets are ejected with inertia, no aperture is required in the vicinity of the nozzle, which can be said to be a particularly effective supply method.
あるいは、インク流路部材12の長さ方向中央ではなく端部にノズル16が設けられていた場合、図8(c)に示すようにノズル16よりメニスカス3は隆起する一方であり、時間と共にノズル16よりインクが溢れ出す。これはリフィルのための正の背圧Pに対してインクを押し戻す表面張力が弱いためであり、あふれ出たインクはノズル周辺に液だれとなって溜まるので、この構成においてメニスカス3を維持するには端部ノズル構造は望ましくない。
Alternatively, when the
以上のことから、メニスカス3を定常的に凸状態に維持するためにはインク流路13の中央にノズル16を設け、両端から印加される背圧Pに大小をつけ、内部のインクを一方向に圧送供給する図7の構成が最も望ましいと言える。
<背圧付加と座屈反転回数>
図9乃至図10には本発明の第2実施形態に係るインクにかかる背圧と座屈反転回数との関係が示されている。
From the above, in order to maintain the
<Back pressure applied and buckling reversal count>
9 to 10 show the relationship between the back pressure applied to the ink according to the second embodiment of the present invention and the number of buckling reversals.
図9に示すようにインク流路13内部のインクに正の背圧Pがかかった状態で端面ノズル構造のインク流路部材12を支持する梁部材14が座屈反転することによりノズル16よりインク滴を吐出する構成において、背圧Pの大小と座屈反転回数によりインクのリフィル状態とメニスカスの状態変化を図10に示す。
As shown in FIG. 9, the
例として100cpsの高粘度インクを用い、内径80μmのチューブ状インク流路の端面に、45度の角度でノズルを形成して20Hzにて駆動した場合、背圧Pが0であれば図10(e)のようにインクのリフィルが十分に行われず、吐出すべきインクがノズル16近傍に存在しなくなるため、不吐出などの画像故障が発生してしまう。すなわち梁部材14の座屈反転による吐出動作が図10(e−2)で行われてもノズル16にインクがリフィルされていないため吐出されず、吐出動作が終了しても図10(e−3)のようにインク流路13は空隙のままとなる。
As an example, when high-viscosity ink of 100 cps is used, a nozzle is formed at an angle of 45 degrees on the end face of a tubular ink flow path having an inner diameter of 80 μm, and the nozzle is driven at 20 Hz. As in e), the ink is not sufficiently refilled, and the ink to be ejected does not exist in the vicinity of the
これに対して背圧Pを僅かに(ここでは5mmHg)印加すると、図10(d)のようにインクのリフィルが行われるためインク滴2が吐出される。しかしリフィルが十分でないためインク滴2は滴径10μm前後で容量が小さく、また吐出後のメニスカスも正しく復帰しない。すなわち図10(d−2)で梁部材14の座屈反転による吐出動作でインク滴2が吐出されるが、この時点でインク流路13中のインク量がリフィル不十分のため不足しており、インク滴2の大きさもインク流路やノズルの径に対して不足している。また吐出動作が終了しても図10(d−3)のようにインク流路13はリフィル不足のためメニスカスも復帰しないので、吐出毎のインク滴径は安定しない。
On the other hand, when the back pressure P is applied slightly (here, 5 mmHg), ink refilling is performed as shown in FIG. However, since the refill is not sufficient, the
さらに背圧Pを大きくする(ここでは10mmHg)と、図10(c)のようにインク滴2は滴径20〜30μm前後と比較的大きくなるがリフィルが不足する。すなわち、図10(c−2)で梁部材14の座屈反転による吐出動作でインク滴2が吐出されるが、この時点でインク流路13中のインク量がリフィル不十分のため不足しており、インク滴2の大きさもまだ不足している。また吐出動作が終了しても図10(c−3)のようにインク流路13はリフィル不足のためメニスカスも正しく復帰しないので、吐出毎のインク滴径は安定しない。
When the back pressure P is further increased (here, 10 mmHg), the
そこでこの背圧Pのまま、梁部材14をインク吐出時に加えて復帰時にも座屈反転させる(図5参照)場合、インク滴2の大きさは滴径40〜50μmと十分であり、かつ座屈反転動作によるリフィルで、吐出されたインクの補充は十分に行われるのでメニスカスも復帰する。すなわち、図10(b−2)で梁部材14の座屈反転による吐出動作でインク滴2が吐出されるが、この時点でインク流路13中のインク量はリフィル十分なので不足はなく、インク滴2の大きさもインク流路やノズルの径に対して不足はない。また吐出動作が終了すれば復帰時の座屈反転によりインクのリフィルが行われるので、図10(b−3)のようにインク流路13は十分なインク量でリフィルが行われ、メニスカスも正しく復帰する。このため、吐出毎のインク滴径は安定する。
Therefore, when the
あるいは背圧Pをさらに大きくすることでリフィルを促進することもできる。背圧Pをさらに大きくする(ここでは20mmHg)と、図10(a)のようにインク滴2は滴径50μm前後と大きくなりリフィルも十分となる。すなわち、図10(a−2)で梁部材14の座屈反転による吐出動作でインク滴2が吐出されるが、この時点でインク流路13中のインク量は高い背圧Pのためリフィルは十分であり、インク滴2の大きさもインク流路やノズルの径に対して十分である。また吐出動作が終了したのち図10(a−3)のようにインク流路13もリフィルは背圧Pによってメニスカスも正しく復帰するので、吐出毎のインク滴径は安定する。
Alternatively, the refill can be promoted by further increasing the back pressure P. When the back pressure P is further increased (here, 20 mmHg), the
しかし、高い駆動周波数でもリフィルが追従するように背圧Pを高めていくと、それだけノズル16から排出されるインクの量も多くなり、連続吐出時は問題なく作動していても、吐出が停止すると背圧Pによりノズル16から排出されるインクがインク垂れを起こす危険がある。よって単純に背圧Pを高めるよりも座屈反転回数を増やす構成がインク垂れ防止の点で望ましい。
However, if the back pressure P is increased so that the refill follows even at a high drive frequency, the amount of ink discharged from the
また、図10(b)に示すような座屈反転動作を1サイクルに複数回行う構成においても、必ずしも吐出1回、復帰1回という動作である必要はなく、例えば復帰→復帰→吐出で座屈反転3回といった1サイクルであってもよいことは言うまでもない。
<インク回収>
図11乃至図12には本発明の第3実施形態に係るインク回収方法が示されている。
Further, even in a configuration in which the buckling reversal operation as shown in FIG. 10B is performed a plurality of times in one cycle, it is not always necessary to perform the operation of one discharge and one return. Needless to say, it may be one cycle such as three turns.
<Ink collection>
11 to 12 show an ink recovery method according to the third embodiment of the present invention.
図11に示すように、インク流路13内部のインクに背圧Pがかかった状態で端面ノズル構造のインク流路部材12を支持する梁部材14が座屈反転することによりノズル16よりインク滴2を吐出する構成において、背圧Pによりノズル16から溢れるインクの処理方法について示す。
As shown in FIG. 11, when the back pressure P is applied to the ink inside the
図11(a)のように梁部材14上に設けられたインク流路部材12の端部にノズル16が開口しているとき、前述のように背圧Pによって連続吐出時は問題なく作動していても、吐出が停止すると背圧Pによりノズル16から排出されるインクがインク垂れを起こす危険がある。
When the
上記の場合、流路13内のインクはノズル16より溢れ出るので、図11(a)のように排出部17を設けることにより、インク滴吐出の際に妨げとならないように処理することができる。
In the above case, since the ink in the
図11(b)に示す側面図のようにノズル16より溢れたインクは排出部17から白矢印のように排出される構成とすれば、ノズル16近傍に溢れたインクがインク滴吐出の妨げとなることはない。すなわち、梁部材14(インク流路部材12)が下方に座屈反転する際に、溢れたインクは排出部17を通ってインク回収部19に回収され、以後の工程に影響することを防ぐ。
As shown in the side view of FIG. 11B, if the ink overflowing from the
この時の工程を図12に示す。図12(a)に示すように、背圧Pを印加されたインクがノズル16よりオーバーフローを始め、図12(b)のように排出部17よりインク垂れが発生する。このときインク滴吐出動作が開始され、梁部材14は下方(インク吐出方向と逆方向)に座屈反転する。
The process at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 12A, the ink to which the back pressure P is applied starts to overflow from the
これにより図12(c)のように、インク垂れはインク滴2Bとなって排出される。これによりノズル16周辺にオーバーフローして溢れたインクは排除されるので、吐出されるインク滴2の形成に悪影響を与える恐れはない。
As a result, as shown in FIG. 12C, the ink dripping is discharged as
続いてインク滴吐出方向すなわち図中上方向に梁部材14は座屈反転を起こす。このため図12(d)のようにインク流路13中のインクはリフィルされて図12(c)で排出されたインクを補充し、メニスカスは正常に復帰する。
Subsequently, the
さらに図12(e)で吐出方向への座屈反転が終了すると、吐出方向へインク滴2が形成され、図12(f)で吐出が行われる。このときは座屈反転動作によりインクのリフィルが行われ、背圧Pによる圧送と併せてインク流路13中のインクは不足なく補充される。
Further, when the buckling inversion in the ejection direction is completed in FIG. 12E, an
このとき、図11(b)に示したインク回収部19はバキューム機構などで負圧を発生させ、溢れたインクが排出部17から落ちる際に吸引するなど積極的に回収する機構としてもよく、あるいはより簡易にスポンジなどのインク吸収部材を底面に貼付してもよい。
At this time, the
しかし、インクに背圧Pを常時印加し、常時圧送する構成であった場合、ノズル16よりオーバーフローしたインクは回収/再利用しなければインク消費が激しく、コスト/インク補充の手間の面でユーザーの負担となるので、溢れたインクはインク回収部19にて回収した後、再度インク流路13に送り、循環させる構成としてオーバーフローしたインクもまた再利用する方が望ましい。
However, when the back pressure P is constantly applied to the ink and the ink is constantly pumped, the ink that overflows from the
また排出部17の形状は図11(c)に示すように、ノズル形状ではなく幅方向の両サイドを削り、幅を細くした部分としてもよい。この場合は両サイドからインク回収部19に向けてオーバーフローしたインクを排出することになる。
Further, as shown in FIG. 11C, the shape of the
あるいは排出部17を一個の穴でなく複数の穴で構成してもよく、またメッシュ状の部材を用いる等の構成でもよい。
Or the
図13には本発明の第4実施形態に係るインク回収方法が示されている。 FIG. 13 shows an ink recovery method according to the fourth embodiment of the present invention.
すなわち、図13に示すように、インク流路部材12の端部ではなく長さ方向略中央にノズル16を設けた構成においても前述のインク回収部19を適用することができる。
That is, as shown in FIG. 13, the above-described
すなわち、図13(a)のようにインク流路13を吐出方向と逆側(図中下側)に設け、ノズル16の設けられた吐出方向側を面一として凹凸を少なくすることでワイピングなどに有利な構造とすることができる。アクチュエータ36を貫通するノズル16を形成し、図13(c)に示すようにノズル面(表面)およびノズル内壁には保護膜23を蒸着し、表面には更に撥水膜21をスプレーコートなどで形成することで更にインク耐性を高めることができる。
That is, as shown in FIG. 13A, the
このとき、排出部17は図13(b)に示すように円形状の穴ではなくスリットスキャン加工等で形成の容易な矩形形状の穴としてもよい。また、排出部17の位置は図13(c)のようにノズル16の直下でなくとも、ノズル16の近傍にあればよい。
<その他>
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
At this time, the
<Others>
In addition, this invention is not limited to said embodiment.
例えば、上記実施の形態では、アクチュエータはピエゾ素子30と梁部材14とからなっているが、ピエゾ素子30のかわりに発熱抵抗体を利用し、熱膨張差で撓み変形するアクチュエータであっても良いし、静電力や磁力を利用したものであっても良い。或いは、その他の形態のアクチュエータであっても良い。
また、上記実施の形態では、ノズル16とインク流路13は、それぞれ別々の樹脂フィルムに形成して接着接合したが、これに限定されない。例えば、ノズル、インク供給路を一体に形成しても良い。或いは、さらに梁部材14が一体の構造であっても良い。或いは、その他の形態であっても良い。
For example, in the above-described embodiment, the actuator includes the
Moreover, in the said embodiment, although the
また、本明細書における液滴吐出ヘッドはインクジェット記録ヘッドを例にあげているが、必ずしもインクを用いた記録紙上への文字や画像の記録に限定されるものではない。すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また吐出される液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、液状の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成したりするなど、工業用的に用いられる液滴噴射装置全般に対して本発明を利用することが可能である。 In addition, although the ink jet recording head is taken as an example of the droplet discharge head in the present specification, it is not necessarily limited to recording characters and images on recording paper using ink. That is, the recording medium is not limited to paper, and the ejected liquid is not limited to ink. For example, industrial uses such as creating color filters for displays by discharging ink onto polymer films or glass, or forming bumps for component mounting by discharging liquid solder onto a substrate The present invention can be applied to all types of liquid droplet ejecting apparatuses.
2 インク滴
3 メニスカス
10 インクジェット記録ヘッド
12 インク流路部材
13 インク流路
14 梁部材
16 ノズル
18 保持部材
20 回転エンコーダ
30 ピエゾ素子
32 個別電極
36 アクチュエータ
2
Claims (7)
前記ノズルを含む液体流路部材と、
前記液体流路部材と接合もしくは液体流路部材を含み、液滴吐出方向に凹となるように座屈反転変形した後、液滴吐出方向に凸となるよう座屈反転変形し、前記ノズル近傍の液体に吐出方向の慣性を与えることにより前記ノズルより液滴を吐出させる梁部材と、
を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A nozzle for discharging droplets;
A liquid flow path member including the nozzle;
In the vicinity of the nozzle, including the liquid flow path member or including the liquid flow path member, buckling and reversing deformation so as to be concave in the droplet discharge direction, and then buckling and reversing deformation so as to be convex in the liquid discharge direction A beam member for discharging liquid droplets from the nozzle by giving inertia in the discharge direction to the liquid;
A liquid droplet ejection head comprising:
前記保持部材は予め前記梁部材を長手方向に圧縮して曲げを付与した状態で前記エンコーダの回転中心あるいは回転中心よりオフセットした位置で支持することにより、前記エンコーダの回動が前記梁部材を液滴吐出方向に凹および凸とする動作の両方において前記梁部材を座屈反転変形させることを特徴とする請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。 A rotary encoder that rotatably supports one or both of the holding members in a droplet discharge direction and rotates the beam member;
The holding member supports the beam member at a position offset from the rotation center or the rotation center of the encoder in a state where the beam member is previously compressed and bent in the longitudinal direction. The droplet discharge head according to claim 2, wherein the beam member is buckled and reversed in both the concave and convex operations in the droplet discharge direction.
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