JP4210900B2

JP4210900B2 - Ink jet print head and ink jet printer

Info

Publication number: JP4210900B2
Application number: JP2002236801A
Authority: JP
Inventors: 強北原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-08-15
Filing date: 2002-08-15
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: JP2003063010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット印刷ヘッドに関し、特に気泡の滞留やインク吐出時のクロストークを防止するためのインク流路の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、本発明に関連する従来のインクジェット印刷ヘッド１の代表的な断面構成を示す。
【０００３】
ヘッド１の前面のノズルプレート２は、図１の紙面を貫く方向へ並んだ多数のインク吐出ノズル３を有している。このノズルプレート２の背後に、各ノズル３にそれぞれ連通する多数の圧力室５（図の紙面を貫く方向へ並んでいる）と、それらの圧力室５にインクを供給する共通のインクリザーバ７（圧力室５の配列に沿って図の紙面を貫く方向へ長く伸びている）とが設けられている。そして、インクカートリッジ（図示せず）からインクを運んで来るインク供給路９が、ヘッド１のケーシング１１を貫通してインクリザーバ７と接続している。通常、インク供給路９は、図の紙面を貫く方向へ長く伸びたインクリザーバ７の中央部分に接続している。
【０００４】
各圧力室５及びインクリザーバ７の背面は可撓性又は弾性のあるフィルム１３で覆われ、このフィルム１３には、ステンレススチール板のような剛性のある補強板１５がラミネートされている。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った補強板１５の断面図である（なお、図１のヘッドの断面は図２のＢ−Ｂ線に沿っている）。図２に示すように、補強板１５には複数の穴１７、１９、２１がエッチング法により穿たれており、長方形の穴１７は圧力室５の列の背面に当たり、中央の円形の穴１９はインク供給路９のリザーバ７への出口に当たり、その両側のウィング状の穴２１はリザーバ７の中央部分以外の部分の背面に当たっている。また、穴１７の内側に存在する多数の短冊形の島部分１８はそれぞれ、個々の圧力室５の背面に位置している。
【０００５】
再び図１を参照して、各圧力室５の背面のフィルム１３には、圧電素子２３の多数に別れた櫛歯状部分の各先端が図２に示した各島部分１８を介して接合されている。圧電素子２３はケーシング１１に固定されており、この圧電素子２３の各櫛歯部分がケーブル２５からの信号を受けて膨張収縮運動をすることにより、各圧力室５のフィルム１３が往復動して各圧力室５内に圧力を発生し、各ノズル３からインクを吐出する。これと同時に圧力室５からリザーバ７へもインクの噴流が出るが、リザーバ７の背面を覆ったフィルム１３がこの噴流の圧力を吸収する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
インクカートリッジから供給路９を通ってリザーバ７へと流れてくるインクに気泡が含まれていることがある。この気泡は、最悪の場合、供給路９の直径大にまで成長することがあるが、そのような大きな気泡は供給路９とリザーバ７との接続部付近でトラップされて滞留することがある。そうすると、インクの流れが悪くなり正常にインクをノズルから吐出できなくなる。
【０００７】
インク吐出時、リザーバ７内では、圧力室５からのインク噴流がトリガとなって、リザーバ背面のフィルム１３のコンプライアンスＣとインク供給路９のイナータンスＭとからなるＭＣ回路が発振して圧力振動が発生することがある。すると、インク吐出速度の変動や他の非駆動ノズル３からのインク吐出などの不具合（クロストークと呼ばれる）が生じる。
【０００８】
クロストークが発生し易いのは、ノズル列の中央部付近のノズルを駆動したときである。その理由は次の通りである。この場合、中央部付近の圧力室５からリザーバ７の中央部つまりインク供給路９との接続部付近へインク噴流が出る。ところが、リザーバ７の中央部付近は、その背面が図２に示すように補強板１５のインク供給路出口穴１９の周囲部分１５Ａ（これはインク供給路９の出口の周囲部分と接合するために必要な箇所である）で覆われているため、噴流の逃げ場が無い。従って、この中央部で高圧波が発生して周辺へ伝播し、他の非吐出ノズルからのインク吐出などの問題を引き起こす。
【０００９】
従って、本発明の目的は、インク流路内での気泡の滞留を防止することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、インク吐出時のクロストークを抑制することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に従がうインクジェット印刷ヘッドは、列に並べられた複数のインク吐出ノズルと、これらノズルにそれぞれ連通する、列に並べられた複数の圧力室と、この圧力室の列に沿って延び、それら圧力室に共通に連通する、所定の幅と深さをもったインクリザーバと、インクリザーバの外面の少なくとも一部を変形可能な状態で覆う可撓性のフィルムと、インクリザーバに連通するインク供給路とを備える。そして、可撓性フィルムが変形可能な状態でインクリザーバを覆っている領域は、圧力室の近傍で、圧力室の列に沿って、少なくとも圧力室の列の一端から他端までの範囲に連続して亙っている。
【００１２】
本発明の第２の観点に従がうインクジェット印刷ヘッドは、列に並べられた複数のインク吐出ノズルと、これらノズルにそれぞれ連通する、列に並べられた複数の圧力室と、この圧力室の列に沿って延び、それら圧力室に共通に連通する、所定の幅と深さをもったインクリザーバと、インクリザーバに連通するインク供給路とを備える。そして、インク供給路の出口は、インクリザーバの中央部であってかつ圧力室の側とは逆側に寄った箇所に配置されている。
【００１３】
本発明の第３の観点に従がうインクジェット印刷ヘッドは、列に並べられた複数のインク吐出ノズルと、これらノズルにそれぞれ連通する、列に並べられた複数の圧力室と、この圧力室の列に沿って延び、それら圧力室に共通に連通する、所定の幅と深さをもったインクリザーバと、インクリザーバに連通するインク供給路と、インクリザーバの外面の少なくとも一部を変形可能な状態で覆い、それにより圧力室からインクリザーバへ噴出する圧力を吸収するよう作用する可撓性のフィルムとを備える。そして、インク供給路の出口は、圧力室の列に沿った方向でのインクリザーバの中央部に位置し、かつ圧力室の側とは逆側に寄った箇所に配置され、そのインク供給路の出口の幅はインクリザーバの幅より小さい。更に、可撓性フィルムが変形可能な状態でインクリザーバを覆っている領域は、圧力室の近傍で、圧力室の列に沿って、少なくとも圧力室の列の一端から他端までの範囲に連続して亙っている。
【００１４】
このインクジェット印刷ヘッドによれば、どの圧力室からのインク噴流に対しても、その噴流の圧力を可撓性のフィルムが効果的に吸収してクロストークを低減させる。
【００１５】
本発明は更に、上述したような構造のインクジェット印刷ヘッドと、このインクジェット印刷ヘッドを移動させるキャリッジ機構と、用紙を搬送する紙送り機構と、これらを駆動し制御する制御回路とを備えたインクジェットプリンタも提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の一実施形態にかかるインクジェット印刷ヘッド３１の断面構成を示す。
【００１７】
ヘッド３１の前面のノズルプレート３２は、図３の紙面を貫く方向へ列に並べられた多数のインク吐出ノズル３３を有している。このノズルプレート３２の背面に、例えばシリコン製のスペーサ３５が接合されている。このスペーサ３５内には、エッチング加工によって、各ノズル３３にそれぞれ連通する多数の圧力室３７（図の紙面を貫く方向へ列に並べられている）と、それらの圧力室３７にインクを供給する共通のインクリザーバ３９（圧力室３７の配列に沿って図の紙面を貫く方向へ延びている）とが形成されている。各圧力室３７はリザーバ３９に、非常に細い流路４１を通じて繋がっている。
【００１８】
スペーサ３５の背面には、樹脂製又は金属製の可撓性及び弾性のあるフィルム４３が貼りつけられていて、このフィルム４３が圧力室３７及びリザーバ３９の背面を覆っている。このフィルム４３には、その背面からステンレススチール板のような剛性のある補強板４５がラミネートされている。上述したノズルプレート３２、スペーサ３５、フィルム４３及び補強板４５の積層構造を、流路ユニット４６と呼ぶ。この流路ユニット４６の背面にヘッド３１のケーシング４７が接合されている。そして、インクカートリッジ（図示せず）からインクを運んで来るインク供給路４９が、ケーシング４７を貫通して、流路ユニット４５内のインクリザーバ３９の中央部に接続している。このインク供給路４９は、インクカートリッジに繋がる入口４９Ａからインクリザーバ３９へ繋がる出口４９Ｂへ向かってテーパが付けられている。従って、インク供給路４９の断面積は出口４９Ｂにて最も小さくなっており、このことは、後述するように気泡の停留防止に役立ち、また、リザーバ３９の背面のフィルム４３のコンプライアンスを大きくしてクロストークを抑制することにも貢献する。
【００１９】
各圧力室３７の背面のフィルム４３には、圧電素子５０（圧力室３７の列に沿って紙面を貫く方向へ延びている）の櫛歯状に多数に別れた各部分の先端が、補強板４５の後述する島部分５８を介して接合されている。圧電素子５０は、例えばステンレスチール製の重量のある保持ブロック５１に固定されており、この保持ブロック５１は接着剤５３などでケーシング４７に固定されている。圧電素子５０には信号ケーブル５５が接続されている。このケーブル５５から与えられる信号により圧電素子５０の各櫛歯部分が膨張収縮運動することにより、各圧力室３７の背面のフィルム４３が往復動して各圧力室３７内に圧力を発生して、各ノズル３からインクを吐出する。これと同時に圧力室３７からリザーバ３９へもインクの噴流が出るが、以下に詳細に説明するように、リザーバ３９の背面を覆ったフィルム４３によってこの噴流の圧力が、図１に示した従来のヘッドより効果的に吸収される。
【００２０】
図４は、図３のＣ−Ｃ線に沿った補強板４５の断面図であり、図５は、図３のＤ−Ｄ線に沿ったスペーサ３５の断面図である（なお、図４、５のＥ−Ｅ線に沿ったヘッドの断面図が図３の断面図である）。
【００２１】
図４に示すように、補強板４５には複数の穴５７、５９、６１がエッチング法により穿たれている。図４と図５を対比すると良く分かるように、補強板４５の長方形の穴５７は、スペーサ３５内の圧力室３７の列の背面に当たり、また、この長方形穴５７の内側に存在する多数の短冊形の島部分５８は、それぞれ個々の圧力室３７の背面に位置しており、前述したように圧電素子５０の各櫛歯部分の先端を各圧力室３７の背面のフィルム４３へ接合するための仲介となっている。また、図４に示す楕円形又は長円形の穴５９は、図５に示すリザーバ３９とインク供給路４９とが接続する供給路出口４９Ｂに当たり、その楕円形穴５９の周囲の破線で囲んだ部分４５Ａはインク供給路４９の出口の周囲部分と接着するための部分である。また、図４に示すウィング状の穴６１は、図５に示すリザーバ３９の背面に当たっている（供給路出口４９Ｂの部分は除く）。
【００２２】
ここで注目すべきことは、補強板４５において、リザーバ３９の背面に当たるウィング状穴６１が、図２に示した従来のウィング状穴２１のように中央部分で途切れているのではなく、圧力室３７の列に沿ってリザーバ３９の一端から他端までの全範囲に亙って連続している点である（この穴６１の領域で、フィルム４３は変形可能であって圧力室３７からのインク噴流の圧力を吸収するように、つまりコンプライアンスとして、作用する）。これに伴い、リザーバ３９の幅Ｗよりも供給路出口４９Ｂの幅（幅Ｗ方向の直径）Ｄ１は小さく設計され、かつ、供給路出口４９Ｂはリザーバ３９に対して、圧力室３７とは逆側の縁へ寄せて配置され、圧力室３７側の縁からは離れている。このような構成により、インク吐出時にどの圧力室３７からインクが噴出しても、リザーバ３９背面のフィルム４３がそのインク噴流のエネルギーを効果的に吸収することができるので、クロストークが低減される。
【００２３】
以下、上記構成の下での本実施形態の作用について説明する。
【００２４】
図６（Ａ）は、本実施形態におけるインクに含まれる気泡の流れを示し、図６（Ｂ）は図１に示した従来のヘッドのそれを示している。
【００２５】
図６（Ａ）に示す本実施形態では、インク供給路出口４９Ｂの面積が、図６（Ｂ）に示す従来ヘッドのインク供給路９の出口面積よりも小さい。インク流量を同じとした場合、インク供給路出口での流速は出口面積に半比例するから、本実施形態のインク供給路出口での流速ｖ１は、従来ヘッドの出口流速ｖ２よりも大きい。また、本実施形態ではインク供給路４９内の流速は出口４９Ｂに近づくほど増大していく。そのため、本実施形態の方が従来ヘッドよりも気泡を押し流す力が強く、しかも最も気泡がトラップされ易い曲がり角であるインク供給路出口４９Ｂで気泡を押し流す力は最大となるから、気泡が滞留しにくい。
【００２６】
また、気泡がインク供給路内で供給路径近くのサイズに成長した場合、図６（Ｂ）に示す従来ヘッドではインク供給路９の出口でその大きな気泡７３がリザーバ７の壁面に当たって停留するおそれがあるが、図６（Ａ）に示す本実施形態ではインク供給路出口３９Ｂの径が小さいため気泡７１も小粒でありリザーバ３９内を通り易い。
【００２７】
図７（Ａ）は、本実施形態におけるリザーバ３９背面のフィルム４３のコンプライアンスＣとインク供給路４９のイナータンスＭを示しており、図７（Ｂ）は、このコンプライアンスＣとイナータンスＭをもつインク流路の等価回路を示している（Ｒは粘性等による流路の抵抗を示し、Ｉはインク流量を示す）。
【００２８】
インク吐出時に圧力室３７からリザーバ３９へインク噴流が噴出することは、図７（Ｂ）の等価回路にステップ状の外乱が加わったようなものであり、これによってＭＣ回路が発振する。回路理論から明らかなように、Ｃが大きくＭが小さいほど発振の圧力振幅は小さい。本実施形態では、図４、５を参照して説明したように、リザーバ３９背面でフィルム４３がコンプライアンスとして作用する領域が従来ヘッドよりも広く且つ従来ヘッドのように中央部で途切れることがないので、従来ヘッドよりもＣが大きい。また、インク供給路４９は出口では細いが、入口に近づくほど太くなっているので、インク供給路４９全体のＭは小さい。従って、リザーバ３９内の圧力振幅は小さくクロストークは小さい。
【００２９】
図８は、上述した気泡滞留防止及びクロストーク低減の作用を効果的にするための好ましい寸法関係を示している。
【００３０】
すなわち、インク供給路４９の出口４９Ｂでの幅（直径）Ｄ１は、リザーバ３９の深さＤ２より小さいことが望ましい。それにより、インク供給路４９からリザーバ３９へ入った気泡がリザーバ３９内を通り易くなる。但し、必ずしもＤ１＜Ｄ２でなければならないわけではなく、Ｄ１＞Ｄ２であってもインク流速が適当に高ければ気泡は停留しない。また、リザーバ３９の幅Ｗは、インク供給路４９の出口幅Ｄ１よりも大きいことが望ましく、リザーバ３９の深さＤ２よりも大きければ更に望ましい。これにより、リザーバ背面のフィルム４３のコンプライアンスが大きくなり、クロストークの低減効果が大きくなる。
【００３１】
図９は、本発明の原理が利用できるインク供給路４９の形状又は構造についての幾つかの変形例を示す。
【００３２】
図９（Ａ）の例では、インク供給路４９は、入口４９Ａ付近と出口４９Ｂ付近にテーパが付けられて入口４９Ａと出口４９Ｂが細く、他の部分は太い同一径となっており、そのような形状の穴を開けた２個の部材８１、８３を接合して作られている。図９（Ｂ）のインク供給路４９は、出口４９Ｂにだけテーパが付けられて出口４９Ｂが最も細く、他部分は太い同一径となっており、そのような形状の穴を開けた２個の部材８５、８７を接合して作られている。図９（Ｃ）のインク供給路４９は、出口４９Ｂの若干上流側でテーパが付けられて、出口４９Ｂは最も細く同一径となっており、テーパ部より上流側は太い同一径となっており、そのような形状の穴を開けた３個の部材８９、９１、９３を接合して作られている。
【００３３】
図１０は、インク供給路４９の更に別の変形例を示している。
【００３４】
図１０（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ図１０（Ａ）のＦ−Ｆ線、Ｇ−Ｇ線によるインク供給路４９の断面図である。このインク供給路４９の断面は、出口４９Ｂにおいて楕円形であって、これはリザーバ３９背面のフィルムのコンプライアンスＣの増大に寄与し、また、他の太い部分では円形であって、これはインク供給路４９のインナータンスＭの最小化に寄与する。
【００３５】
図１１は、インク供給路４９の更にまた別の変形例を示す。
【００３６】
このインク供給路４９は、ヘッドのケーシング４７内を斜めに貫通しており、出口付近にはテーパが付けられていて出口４９Ｂが最も細くなっている。尚、番号１０１はインクカートリッジ（図示せず）に差し込まれる針を示し、番号１０３はインクのゴミを除去するフィルタを示している。通常、インクカートリッジはリザーバ３９に比較してかなり大きいので、インクカートリッジの所定箇所からリザーバ３９へインクを導くために、インク供給路４９が斜めに配されている。
【００３７】
図１２はインク供給路の別の配置例を説明するための、補強板４５の変形例の断面図である。
【００３８】
この補強板４５では、インクリザーバ３９の背面に当たる穴１１３の一端が、圧力室の列の背面に当たる穴５７より外へ延び出ていて、この穴１１４３の延び出ている端部の脇に、インク供給路の出口に当たる穴１１１が形成されている。これは、インクリザーバが圧力室の列から外れた場所まで延び出ていて、この延び出た部分にインク供給路の出口が接続していることを意味する。この構成によれば、圧力室前のリザーバの全域で圧力室からのインク噴流を吸収することができるので、クロストークの低減効果は一層良くなる。しかし、インク供給路を圧力室の列の外方へ配置した分だけ、ヘッドのサイズは大きくなる。
【００３９】
図１３は、上記実施形態にかかるインクジェット印刷ヘッド３１を用いたインクジェットプリンタの全体構成を示す。
【００４０】
プリンタ１２０は、上述したような構成のインクジェット印刷ヘッド３１と、このインクジェット印刷ヘッドを移動させるキャリッジ機構１２３と、用紙を搬送する紙送り機構と１２５、これらインクジェット印刷ヘッド１２１、キャリッジ機構１２３及び紙送り機構１２５を駆動し制御する制御回路１２１とを備える。この様なプリンタは、コンピュータシステムの出力装置、ファクシミリ端末装置、ワードプロセッサ用プリンタ、ＡＴＭ用プリンタなど様々な印刷用途に用いることができる。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで本発明の説明のための例示であり、本発明を上記実施形態にのみ限定する趣旨ではない。従って、本発明は、上記実施形態以外の様々な形態でも実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のインクジェット印刷ヘッドの、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った補強板１５の断面図。
【図３】本発明の一実施形態にかかるインクジェット印刷ヘッドの、図４、５のＥ−Ｅ線に沿った断面図。
【図４】図３のＣ−Ｃ線に沿った補強板４５の断面図。
【図５】図３のＤ−Ｄ線に沿ったスペーサ３５の断面図。
【図６】インクに含まれる気泡の流れを本実施形態（Ａ）と従来ヘッド（Ｂ）で対比して示した図。
【図７】本実施形態におけるリザーバ３９背面のフィルム４３のコンプライアンスＣとインク供給路４９のイナータンスＭ、及びコンプライアンスＣとイナータンスＭをもつインク流路の等価回路を示した図。
【図８】本実施形態における好ましい寸法関係を示した図。
【図９】本発明の原理が利用できるインク供給路４９の形状又は構造についての幾つかの変形例を示した図。
【図１０】インク供給路４９の更に別の変形例を示した図。
【図１１】インク供給路４９の更にまた別の変形例を示した図。
【図１２】インク供給路の別の配置例を説明するための、補強板４５の変形例の断面図。
【図１３】本発明のインクジェット印刷ヘッドを用いたインクジェットプリンタの全体の構成図。
【符号の説明】
３１インクジェット印刷ヘッド
３３ノズル
３５スペーサ
３７圧力室
３９インクリザーバ
４３フィルム
４５補強板
４６流路ユニット
４７ケーシング
４９インク供給路
４９Ａインク供給路の入口
４９Ｂインク供給路の出口
５０圧電素子
５７、５９、６１、１１１、１１３補強板の穴[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet print head, and more particularly to an improvement in an ink flow path for preventing air bubbles from staying and crosstalk during ink ejection.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 shows a typical cross-sectional configuration of a conventional ink jet print head 1 related to the present invention.
[0003]
The nozzle plate 2 on the front surface of the head 1 has a large number of ink discharge nozzles 3 arranged in a direction penetrating the paper surface of FIG. Behind the nozzle plate 2 are a large number of pressure chambers 5 (lined up in a direction penetrating the paper surface of the drawing) communicating with the respective nozzles 3 and a common ink reservoir 7 for supplying ink to these pressure chambers 5 ( Along the arrangement of the pressure chambers 5 and extending in a direction penetrating the paper surface of the figure). An ink supply path 9 that carries ink from an ink cartridge (not shown) passes through the casing 11 of the head 1 and is connected to the ink reservoir 7. Usually, the ink supply path 9 is connected to a central portion of the ink reservoir 7 that extends long in a direction penetrating the paper surface of the drawing.
[0004]
The back surfaces of the pressure chambers 5 and the ink reservoir 7 are covered with a flexible or elastic film 13, and a rigid reinforcing plate 15 such as a stainless steel plate is laminated on the film 13. FIG. 2 is a cross-sectional view of the reinforcing plate 15 along the line AA in FIG. 1 (note that the cross section of the head in FIG. 1 is along the line BB in FIG. 2). As shown in FIG. 2, a plurality of holes 17, 19, and 21 are formed in the reinforcing plate 15 by an etching method. The rectangular holes 17 hit the back of the row of pressure chambers 5, and the central circular hole 19 is At the outlet of the ink supply path 9 to the reservoir 7, the wing-shaped holes 21 on both sides of the ink supply path 9 are in contact with the back of the portion other than the central portion of the reservoir 7. In addition, a large number of strip-shaped island portions 18 existing inside the holes 17 are located on the back surfaces of the individual pressure chambers 5.
[0005]
Referring to FIG. 1 again, the tips of the comb-like portions of the piezoelectric element 23 divided into a large number are joined to the film 13 on the back of each pressure chamber 5 via the island portions 18 shown in FIG. ing. The piezoelectric element 23 is fixed to the casing 11, and each comb tooth portion of the piezoelectric element 23 receives a signal from the cable 25 and expands and contracts, whereby the film 13 in each pressure chamber 5 reciprocates. Pressure is generated in each pressure chamber 5 and ink is ejected from each nozzle 3. At the same time, an ink jet flows from the pressure chamber 5 to the reservoir 7, and the film 13 covering the back surface of the reservoir 7 absorbs the pressure of the jet.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Ink flowing from the ink cartridge to the reservoir 7 through the supply path 9 may contain bubbles. In the worst case, the bubbles may grow to a large diameter of the supply path 9, but such large bubbles may be trapped and stay in the vicinity of the connection portion between the supply path 9 and the reservoir 7. As a result, the flow of ink becomes worse and ink cannot be ejected normally from the nozzles.
[0007]
When ink is ejected, the ink jet from the pressure chamber 5 is triggered in the reservoir 7, and the MC circuit composed of the compliance C of the film 13 on the back surface of the reservoir and the inertance M of the ink supply path 9 oscillates to cause pressure vibration. May occur. Then, problems such as fluctuations in the ink discharge speed and ink discharge from other non-driven nozzles 3 (referred to as crosstalk) occur.
[0008]
Crosstalk is likely to occur when the nozzles near the center of the nozzle row are driven. The reason is as follows. In this case, an ink jet flows from the pressure chamber 5 near the center to the center of the reservoir 7, that is, near the connection with the ink supply path 9. However, in the vicinity of the central portion of the reservoir 7, as shown in FIG. 2, the back surface of the reservoir 7 is joined to the peripheral portion 15A of the ink supply passage outlet hole 19 of the reinforcing plate 15 (this is to join the peripheral portion of the outlet of the ink supply passage 9). Because it is covered with a necessary part), there is no jet escape. Therefore, a high-pressure wave is generated at this central portion and propagates to the periphery, causing problems such as ink ejection from other non-ejection nozzles.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to prevent bubbles from staying in the ink flow path.
[0010]
Another object of the present invention is to suppress crosstalk during ink ejection.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An ink jet print head according to a first aspect of the present invention includes a plurality of ink discharge nozzles arranged in a row, a plurality of pressure chambers arranged in a row that respectively communicate with the nozzles, An ink reservoir having a predetermined width and depth that extends along the row and communicates with the pressure chambers in common, and a flexible film that covers at least a part of the outer surface of the ink reservoir in a deformable state; An ink supply path communicating with the ink reservoir. The region covering the ink reservoir in a state where the flexible film can be deformed is continuously in the vicinity of the pressure chamber along at least the range from one end to the other end of the pressure chamber along the row of pressure chambers. And sing.
[0012]
An ink jet print head according to a second aspect of the present invention includes a plurality of ink discharge nozzles arranged in a row, a plurality of pressure chambers arranged in a row that respectively communicate with the nozzles, and the pressure chambers. An ink reservoir having a predetermined width and depth that extends along the row and communicates with the pressure chambers in common, and an ink supply path that communicates with the ink reservoir. The outlet of the ink supply path is arranged at a location near the center of the ink reservoir and on the opposite side of the pressure chamber.
[0013]
An ink jet print head according to a third aspect of the present invention includes a plurality of ink discharge nozzles arranged in a row, a plurality of pressure chambers arranged in a row that respectively communicate with the nozzles, and the pressure chambers. An ink reservoir having a predetermined width and depth that extends along the row and communicates with the pressure chambers in common, an ink supply path that communicates with the ink reservoir, and at least a part of the outer surface of the ink reservoir can be deformed And a flexible film that acts to absorb pressure ejected from the pressure chamber to the ink reservoir. The outlet of the ink supply path is located at the center of the ink reservoir in the direction along the row of pressure chambers, and is located on the opposite side of the pressure chamber side. The width of the outlet is smaller than the width of the ink reservoir. Further, the region covering the ink reservoir in a state where the flexible film can be deformed is continuous in the vicinity of the pressure chambers and at least from one end to the other end of the pressure chamber rows in the vicinity of the pressure chambers. And sing.
[0014]
According to the ink jet print head, the flexible film effectively absorbs the pressure of the ink jet from any pressure chamber, thereby reducing crosstalk.
[0015]
The present invention further includes an ink jet printer having the above-described ink jet print head, a carriage mechanism for moving the ink jet print head, a paper feed mechanism for transporting paper, and a control circuit for driving and controlling them. Also provide.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of an inkjet print head 31 according to an embodiment of the present invention.
[0017]
The nozzle plate 32 on the front surface of the head 31 has a large number of ink ejection nozzles 33 arranged in a row in a direction penetrating the paper surface of FIG. For example, a silicon spacer 35 is bonded to the back surface of the nozzle plate 32. In the spacer 35, a large number of pressure chambers 37 (arranged in a direction penetrating the paper surface in the drawing) communicated with the nozzles 33 by etching, and ink is supplied to the pressure chambers 37. A common ink reservoir 39 (extending along the arrangement of the pressure chambers 37 in a direction penetrating the drawing sheet) is formed. Each pressure chamber 37 is connected to a reservoir 39 through a very thin channel 41.
[0018]
A resin or metal flexible and elastic film 43 is attached to the back surface of the spacer 35, and the film 43 covers the pressure chamber 37 and the back surface of the reservoir 39. A rigid reinforcing plate 45 such as a stainless steel plate is laminated on the film 43 from the back side. The laminated structure of the nozzle plate 32, the spacer 35, the film 43, and the reinforcing plate 45 described above is referred to as a flow path unit 46. A casing 47 of the head 31 is joined to the back surface of the flow path unit 46. An ink supply path 49 that carries ink from an ink cartridge (not shown) passes through the casing 47 and is connected to the center of the ink reservoir 39 in the flow path unit 45. The ink supply path 49 is tapered from an inlet 49 </ b> A connected to the ink cartridge to an outlet 49 </ b> B connected to the ink reservoir 39. Therefore, the cross-sectional area of the ink supply path 49 is the smallest at the outlet 49B, which helps prevent air bubbles from stopping as will be described later, and increases the compliance of the film 43 on the back surface of the reservoir 39. It also contributes to suppressing crosstalk.
[0019]
The film 43 on the back of each pressure chamber 37 has a reinforcing plate at the tip of each of the piezoelectric elements 50 (extending in the direction penetrating the paper surface along the row of pressure chambers 37) in a comb-like shape. It joins via the island part 58 of 45 mentioned later. The piezoelectric element 50 is fixed to a heavy holding block 51 made of, for example, stainless steel, and the holding block 51 is fixed to the casing 47 with an adhesive 53 or the like. A signal cable 55 is connected to the piezoelectric element 50. Each comb-tooth portion of the piezoelectric element 50 expands and contracts by a signal supplied from the cable 55, whereby the film 43 on the back surface of each pressure chamber 37 reciprocates to generate pressure in each pressure chamber 37. Ink is ejected from each nozzle 3. At the same time, an ink jet flows from the pressure chamber 37 to the reservoir 39. As will be described in detail below, the pressure of this jet is changed by the film 43 covering the back surface of the reservoir 39 as shown in FIG. Absorbed more effectively than the head.
[0020]
4 is a cross-sectional view of the reinforcing plate 45 taken along the line CC of FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the spacer 35 taken along the line DD of FIG. 5 is a cross-sectional view of the head taken along line EE in FIG.
[0021]
As shown in FIG. 4, the reinforcing plate 45 has a plurality of holes 57, 59, 61 formed by an etching method. 4 and FIG. 5, the rectangular holes 57 of the reinforcing plate 45 correspond to the back surface of the row of pressure chambers 37 in the spacer 35, and a large number of strips existing inside the rectangular holes 57. Each of the shaped island portions 58 is located on the back surface of each pressure chamber 37, and as described above, the tip of each comb tooth portion of the piezoelectric element 50 is joined to the film 43 on the back surface of each pressure chamber 37. Intermediary. 4 corresponds to the supply passage outlet 49B where the reservoir 39 and the ink supply passage 49 shown in FIG. 5 are connected, and is a portion surrounded by a broken line around the elliptic hole 59. Reference numeral 45 </ b> A denotes a portion for adhering to the peripheral portion of the outlet of the ink supply path 49. Further, the wing-shaped hole 61 shown in FIG. 4 is in contact with the back surface of the reservoir 39 shown in FIG. 5 (except for the supply path outlet 49B).
[0022]
What should be noted here is that, in the reinforcing plate 45, the wing-shaped hole 61 that hits the back surface of the reservoir 39 is not interrupted at the central portion as in the conventional wing-shaped hole 21 shown in FIG. 37 is continuous over the entire range from one end of the reservoir 39 to the other end along the line 37 (in the region of the hole 61, the film 43 is deformable and the ink from the pressure chamber 37 is It acts to absorb the pressure of the jet, that is, as a compliance). Accordingly, the width (diameter in the width W direction) D1 of the supply passage outlet 49B is designed to be smaller than the width W of the reservoir 39, and the supply passage outlet 49B is opposite to the pressure chamber 37 with respect to the reservoir 39. It is arranged close to the edge of the pressure chamber 37 and is separated from the edge on the pressure chamber 37 side. With such a configuration, even if ink is ejected from any pressure chamber 37 when ink is ejected, the film 43 on the back surface of the reservoir 39 can effectively absorb the energy of the ink jet flow, thereby reducing crosstalk. .
[0023]
Hereinafter, the operation of the present embodiment under the above configuration will be described.
[0024]
6A shows the flow of bubbles contained in the ink in this embodiment, and FIG. 6B shows that of the conventional head shown in FIG.
[0025]
In this embodiment shown in FIG. 6A, the area of the ink supply path outlet 49B is smaller than the outlet area of the ink supply path 9 of the conventional head shown in FIG. 6B. When the ink flow rate is the same, the flow velocity at the ink supply path outlet is half proportional to the outlet area. Therefore, the flow velocity v1 at the ink supply path outlet of this embodiment is larger than the outlet flow velocity v2 of the conventional head. In the present embodiment, the flow velocity in the ink supply path 49 increases as it approaches the outlet 49B. For this reason, this embodiment has a stronger force for pushing the bubbles than the conventional head, and the force for pushing the bubbles at the ink supply path outlet 49B, which is the corner at which the bubbles are most easily trapped, is maximized. .
[0026]
Further, when bubbles grow to a size close to the diameter of the supply path in the ink supply path, there is a possibility that the large bubble 73 hits the wall surface of the reservoir 7 at the outlet of the ink supply path 9 in the conventional head shown in FIG. However, in the present embodiment shown in FIG. 6A, since the diameter of the ink supply path outlet 39B is small, the bubbles 71 are also small and easily pass through the reservoir 39.
[0027]
FIG. 7A shows the compliance C of the film 43 on the back surface of the reservoir 39 and the inertance M of the ink supply path 49 in this embodiment, and FIG. 7B shows the ink flow having the compliance C and the inertance M. An equivalent circuit of the path is shown (R indicates the resistance of the flow path due to viscosity or the like, and I indicates the ink flow rate).
[0028]
The ejection of the ink jet from the pressure chamber 37 to the reservoir 39 during ink ejection is like adding a step-like disturbance to the equivalent circuit of FIG. 7B, and the MC circuit oscillates. As is clear from circuit theory, the larger the C and the smaller M, the smaller the oscillation pressure amplitude. In the present embodiment, as described with reference to FIGS. 4 and 5, the area where the film 43 acts as a compliance on the back surface of the reservoir 39 is wider than the conventional head and is not interrupted at the center as in the conventional head. C is larger than that of the conventional head. Further, although the ink supply path 49 is thin at the outlet, it becomes thicker as it approaches the inlet, so the M of the ink supply path 49 as a whole is small. Therefore, the pressure amplitude in the reservoir 39 is small and the crosstalk is small.
[0029]
FIG. 8 shows a preferable dimensional relationship for making the above-described bubble retention prevention and crosstalk reduction effective.
[0030]
That is, the width (diameter) D1 at the outlet 49B of the ink supply path 49 is desirably smaller than the depth D2 of the reservoir 39. As a result, bubbles entering the reservoir 39 from the ink supply path 49 can easily pass through the reservoir 39. However, D1 <D2 does not necessarily have to be satisfied, and even if D1> D2, if the ink flow rate is appropriately high, bubbles do not stay. The width W of the reservoir 39 is desirably larger than the outlet width D1 of the ink supply path 49, and more desirably larger than the depth D2 of the reservoir 39. Thereby, the compliance of the film 43 on the back surface of the reservoir is increased, and the effect of reducing crosstalk is increased.
[0031]
FIG. 9 shows several variations on the shape or structure of the ink supply channel 49 in which the principles of the present invention can be utilized.
[0032]
In the example of FIG. 9A, the ink supply path 49 is tapered in the vicinity of the inlet 49A and in the vicinity of the outlet 49B, the inlet 49A and the outlet 49B are thin, and the other portions have the same large diameter. It is made by joining two members 81 and 83 having holes of various shapes. In the ink supply path 49 of FIG. 9B, only the outlet 49B is tapered, the outlet 49B is the thinnest, the other part has the same large diameter, and two holes having such a shape are formed. The members 85 and 87 are joined to each other. The ink supply path 49 in FIG. 9C is tapered slightly upstream of the outlet 49B, the outlet 49B is the thinnest and has the same diameter, and the upstream side of the tapered portion has the same diameter that is thick. The three members 89, 91, and 93 each having a hole having such a shape are joined to each other.
[0033]
FIG. 10 shows still another modification of the ink supply path 49.
[0034]
10B and 10C are cross-sectional views of the ink supply path 49 along the lines FF and GG in FIG. 10A, respectively. The cross section of the ink supply path 49 is elliptical at the outlet 49B, which contributes to increasing the compliance C of the film on the back of the reservoir 39, and is circular in the other thick part, which is the ink supply. This contributes to minimization of the inner chest M of the passage 49.
[0035]
FIG. 11 shows still another modification of the ink supply path 49.
[0036]
The ink supply path 49 obliquely penetrates the casing 47 of the head, has a taper in the vicinity of the outlet, and the outlet 49B is the thinnest. Reference numeral 101 denotes a needle inserted into an ink cartridge (not shown), and reference numeral 103 denotes a filter for removing ink dust. Usually, the ink cartridge is considerably larger than the reservoir 39, and therefore, an ink supply path 49 is arranged obliquely in order to guide ink from a predetermined portion of the ink cartridge to the reservoir 39.
[0037]
FIG. 12 is a cross-sectional view of a modified example of the reinforcing plate 45 for explaining another arrangement example of the ink supply path.
[0038]
In the reinforcing plate 45, one end of the hole 113 that hits the back surface of the ink reservoir 39 extends outward from the hole 57 that hits the back surface of the row of pressure chambers. A hole 111 that hits the outlet of the supply path is formed. This means that the ink reservoir extends to a place outside the row of pressure chambers, and the outlet of the ink supply path is connected to the extended portion. According to this configuration, the ink jet flow from the pressure chamber can be absorbed in the entire reservoir in front of the pressure chamber, so that the effect of reducing crosstalk is further improved. However, the head size is increased by the amount of the ink supply path disposed outside the row of pressure chambers.
[0039]
FIG. 13 shows the overall configuration of an inkjet printer using the inkjet print head 31 according to the above embodiment.
[0040]
The printer 120 includes the ink jet print head 31 configured as described above, a carriage mechanism 123 that moves the ink jet print head, a paper feed mechanism 125 that transports paper, the ink jet print head 121, the carriage mechanism 123, and paper feed. And a control circuit 121 that drives and controls the mechanism 125. Such a printer can be used for various printing applications such as an output device of a computer system, a facsimile terminal device, a word processor printer, and an ATM printer.
[0041]
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the said embodiment is an illustration for description of this invention to the last, and is not the meaning which limits this invention only to the said embodiment. Therefore, the present invention can be implemented in various forms other than the above-described embodiment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional inkjet print head taken along line BB in FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a reinforcing plate 15 along the line AA in FIG.
3 is a cross-sectional view of the inkjet print head according to the embodiment of the present invention, taken along line EE of FIGS.
4 is a cross-sectional view of a reinforcing plate 45 taken along the line CC in FIG. 3;
5 is a cross-sectional view of the spacer 35 taken along the line DD in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing the flow of bubbles contained in ink in comparison between the present embodiment (A) and a conventional head (B).
FIG. 7 is a view showing an equivalent circuit of a compliance C of the film 43 on the back surface of the reservoir 39 and an inertance M of the ink supply path 49 and an ink flow path having the compliance C and the inertance M in the present embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a preferable dimensional relationship in the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing several modified examples of the shape or structure of the ink supply path 49 in which the principle of the present invention can be used.
10 is a view showing still another modified example of the ink supply path 49. FIG.
FIG. 11 is a view showing still another modification of the ink supply path 49;
FIG. 12 is a cross-sectional view of a modified example of the reinforcing plate 45 for explaining another arrangement example of the ink supply path.
FIG. 13 is an overall configuration diagram of an ink jet printer using the ink jet print head of the present invention.
[Explanation of symbols]
31 Inkjet print head 33 Nozzle 35 Spacer 37 Pressure chamber 39 Ink reservoir 43 Film 45 Reinforcement plate 46 Flow path unit 47 Casing 49 Ink supply path 49A Ink supply path inlet 49B Ink supply path outlet 50 Piezoelectric elements 57, 59, 61, 111, 113 Reinforcing plate holes

Claims

A plurality of ink ejection nozzles arranged in a row;
A plurality of pressure chambers arranged in a row, each communicating with the nozzle;
An ink reservoir extending along the row of pressure chambers and in common communication with the plurality of pressure chambers;
A flexible film covering the upper surface of the ink reservoir in a deformable state;
An ink supply path communicating with the upper surface of the ink reservoir; a casing penetrating the ink supply path;
A reinforcing plate interposed between the casing and the film and penetrating through the ink supply path;
On the upper surface of the ink reservoir , there is a supply path outlet that is an outlet of the ink supply path,
The reinforcing plate has a first hole connected to the outlet of the supply path and serving as a part of the ink supply path , and a second hole formed in a region facing the ink reservoir,
Far from the column of the pressure chamber extend along columns of the pressure chamber, overhanging inner wall surface forming the ink reservoir, the side of the pressure chamber and from the inner wall surface to the opposite sides of said supply path outlet two There are two overhangs,
The ink reservoir includes a first portion between the overhang portions, which is connected to the supply path outlet, and a second portion of each overhang portion on the opposite side of the first portion. There is
The first portion and the second portion of the ink reservoir are connected to each other and are not separated from each other by the overhanging portion, and the second portion is continuous on the row side of the pressure chamber with respect to the overhanging portion. And
And the surrounding portion of said first bore in said reinforcing plate, and the surrounding portion of the ink supply path in the casing, the support the respective projecting portions are bonded on said extended portion,
Inkjet print head.

The supply path outlet is disposed at a central portion of the ink reservoir in a direction along the row of the pressure chambers, and at a position close to the side opposite to the pressure chamber side;
The width of the supply passage outlet along the direction perpendicular to the row of pressure chambers is smaller than the maximum width of the ink reservoir along the direction perpendicular to the row of pressure chambers, and the shape of the supply passage outlet Is substantially oval or oval long in the direction in which the ink reservoir extends,
The second hole continuously extends in a range from one end of the ink reservoir to the other end along the row of pressure chambers;
The ink jet print head according to claim 1.

An inkjet printhead;
A carriage mechanism for moving the inkjet print head;
A paper feed mechanism for conveying paper,
A control circuit that drives and controls the ink jet print head, the carriage mechanism, and the paper feed mechanism;
The ink jet print head comprises:
A plurality of ink ejection nozzles arranged in a row;
A plurality of pressure chambers arranged in a row, each communicating with the nozzle;
An ink reservoir extending along the row of pressure chambers and in common communication with the plurality of pressure chambers;
A flexible film covering the upper surface of the ink reservoir in a deformable state;
An ink supply path communicating with the upper surface of the ink reservoir; a casing penetrating the ink supply path;
A reinforcing plate interposed between the casing and the film and penetrating through the ink supply path;
On the upper surface of the ink reservoir , there is a supply path outlet that is an outlet of the ink supply path,
The reinforcing plate has a first hole connected to the outlet of the supply path and serving as a part of the ink supply path , and a second hole formed in a region facing the ink reservoir,
Far from the column of the pressure chamber extend along columns of the pressure chamber, overhanging inner wall surface forming the ink reservoir, the side of the pressure chamber and from the inner wall surface to the opposite sides of said supply path outlet two There are two overhangs,
The ink reservoir includes a first portion between the overhang portions, which is connected to the supply path outlet, and a second portion of each overhang portion on the opposite side of the first portion. There is
The first portion and the second portion of the ink reservoir are connected to each other and are not separated from each other by the overhanging portion, and the second portion is continuous on the row side of the pressure chamber with respect to the overhanging portion. And
And the surrounding portion of said first bore in said reinforcing plate, and the surrounding portion of the ink supply path in the casing, the support the respective projecting portions are bonded on said extended portion,
Inkjet printer.