JPH04332650A - Liquid drop delivery device - Google Patents

Liquid drop delivery device

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Publication number
JPH04332650A
JPH04332650A JP10303391A JP10303391A JPH04332650A JP H04332650 A JPH04332650 A JP H04332650A JP 10303391 A JP10303391 A JP 10303391A JP 10303391 A JP10303391 A JP 10303391A JP H04332650 A JPH04332650 A JP H04332650A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
shape memory
memory alloy
cylinder
wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10303391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunihiko Nakamura
邦彦 中村
Ryuichi Toyoda
隆一 豊田
Seiji Yamamori
山森 清司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP10303391A priority Critical patent/JPH04332650A/en
Publication of JPH04332650A publication Critical patent/JPH04332650A/en
Pending legal-status Critical Current

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

Abstract

PURPOSE:To obtain a printing head for on-demand printer provided with a high-density nozzle alignment and a simple drive circuit relating to a liquid drop delivery device in which fluid to be delivered is delivered from nozzles as fine liquid drops. CONSTITUTION:Shape memory alloy wires 1 are provided in a cavity in a body 2. One end of the shape memory allay wire 1 is fixed through a conduction electrode B4. The shape memory alloy wire 1 can be electrothermally heated through a conduction electrode A3 and the conduction electrode B4. By inputting an image signal, the shape memory alloy wire 1 is electrothermally heated to be shrunk. Ink is charged into a cylinder chamber 11 from an ink injection port 7. Next, an electric current is interrupted, and the shape memory alloy wires 1 are expanded by being cooled naturally as well as forcibly by the ink to increase an ink pressure in the cylinder to deliver the ink. In this construction, a high-density multi-nozzle head is easily realized by arranging the shape memory alloy wires 1 of the order of 50mum in diameter, and ink can be delivered by a simple drive voltage of the order of several volts.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は被吐出用液体を、電気信
号に応じてノズルより間欠的に微小液滴として吐出させ
る液滴吐出として、例えば記録媒体上に文字や図形を印
刷するオンデマンド型プリンタヘッド等の液滴吐出装置
に関するものである。
[Industrial Application Field] The present invention relates to droplet ejection in which a liquid to be ejected is intermittently ejected as minute droplets from a nozzle in response to an electrical signal, for example, on-demand for printing characters or figures on a recording medium. The present invention relates to a droplet ejecting device such as a type printer head.

【0002】0002

【従来の技術】従来よりオンデマンド型インクジェット
ヘッドにおけるインク吐出のための圧力発生手段の一つ
としてピエゾ素子が用いられていることは公知である。
2. Description of the Related Art It is well known that piezo elements have been used as one of pressure generating means for ejecting ink in on-demand ink jet heads.

【0003】例えば、その代表的なものに特公昭53−
12138号公報に開示された構造のものが知られてい
る。
[0003] For example, a representative example is
A structure disclosed in Japanese Patent No. 12138 is known.

【0004】以下、図4を参照して従来圧電素子を用い
たインクジェットヘッドについて説明する。図4におい
て、22は圧力室で、一方にはインク吐出口23、他方
にはインク供給口21を有している。圧力室22の壁面
の一部は、圧電板24と金属板25が貼りあわせたもの
で構成されている。
Hereinafter, a conventional inkjet head using a piezoelectric element will be explained with reference to FIG. In FIG. 4, a pressure chamber 22 has an ink discharge port 23 on one side and an ink supply port 21 on the other side. A part of the wall surface of the pressure chamber 22 is composed of a piezoelectric plate 24 and a metal plate 25 pasted together.

【0005】いま、図4(a)において、インクを圧力
室22内に満たした状態で圧電板24と金属板25間に
画像信号26を印加すると、圧電板24と金属板25が
圧力室22側に反り、急激な体積変化を生じさせ、その
とき生じる圧力によりインク吐出口23よりインクを吐
出させる。
Now, in FIG. 4A, when an image signal 26 is applied between the piezoelectric plate 24 and the metal plate 25 with the pressure chamber 22 filled with ink, the piezoelectric plate 24 and the metal plate 25 move into the pressure chamber 22. It warps to the side, causing a sudden change in volume, and the pressure generated at that time causes ink to be ejected from the ink ejection port 23.

【0006】次に、図4(b)において、吐出時とは逆
方向の画像信号26を印加することによって、圧電板2
4と金属板25を反対方向に反らせ、圧力室22内の圧
力を急激に減少させることにより、インク供給路21よ
りインクを圧力室22内に強制的に供給する。この図4
(b)に示した動作の際に、インク吐出口23より圧力
室22内に空気を吸い込まないように、インク吐出口2
3の抵抗をインク供給路21のそれより大きくした構造
にしてある。
Next, in FIG. 4(b), by applying an image signal 26 in the opposite direction to that at the time of ejection, the piezoelectric plate 2
4 and the metal plate 25 in opposite directions to rapidly reduce the pressure inside the pressure chamber 22, ink is forcibly supplied into the pressure chamber 22 from the ink supply path 21. This figure 4
During the operation shown in (b), the ink discharge port 23 is
The resistance of the ink supply path 21 is made larger than that of the ink supply path 21.

【0007】なお、図4(b)に示した動作を省略して
も、図4(a)の動作終了後圧電板24と金属板25は
自ら有する弾性によって元の位置に復帰する。このため
、図4(b)の作用と同様の作用が程度の差はあるがな
される。
Note that even if the operation shown in FIG. 4(b) is omitted, the piezoelectric plate 24 and the metal plate 25 return to their original positions due to their own elasticity after the operation shown in FIG. 4(a) is completed. Therefore, the same effect as that shown in FIG. 4(b) is performed, although there is a difference in degree.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、圧電素子の変位量がきわめて小さいため
インクを安定に吐出させるためには圧電板の面先を最小
でも2mm角または直径2mm程度にしなければならず
、構造が簡単ではあるが4ノズル/mm以上のノズル密
度を有するコンパクト化したマルチノズルヘッドの作製
が難しいという課題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above conventional configuration, the amount of displacement of the piezoelectric element is extremely small, so in order to eject ink stably, the tip of the piezoelectric plate must be at least 2 mm square or 2 mm in diameter. Although the structure is simple, it is difficult to manufacture a compact multi-nozzle head having a nozzle density of 4 nozzles/mm or more.

【0009】また、圧電素子を駆動させるためには少な
くとも数十V以上の信号電圧が必要で、駆動回路のコス
ト負担が大きかった。
[0009] Furthermore, in order to drive the piezoelectric element, a signal voltage of at least several tens of volts or more is required, which imposes a large cost burden on the drive circuit.

【0010】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で、構造が簡単で多数のノズルを高密度に配し、低電圧
駆動を可能とする液滴吐出装置を提供するものである。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a droplet ejecting device that has a simple structure, has a large number of nozzles arranged at high density, and can be driven at a low voltage.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、インク吐出のための圧力発生用変位素子と
してワイヤ状の形状記憶合金と、形状記憶合金をピスト
ンとして内包するシリンダとから成り、前記形状記憶合
金ピストンを画像信号に応じて通電加熱により伸張、収
縮させることにより上記目的を達成させる構成を有して
いる。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, the present invention uses a wire-shaped shape memory alloy as a displacement element for generating pressure for ink ejection, and a cylinder containing the shape memory alloy as a piston. The object is achieved by expanding and contracting the shape memory alloy piston by energizing and heating it in accordance with an image signal.

【0012】0012

【作用】本発明は上記構成により、前記形状記憶合金ピ
ストンを画像信号に応じて通電加熱により収縮させてシ
リンダ内にインクを注入し、次に通電を断ち自然放熱お
よび注入されたインクによる強制冷却により前記形状記
憶合金ピストンを伸張させてシリンダ内のインクに急激
な圧力上昇を生じさせてインク滴を吐出させることがで
きる。また形状記憶合金に発生した熱を吸収した被吐出
用液体の粘度の低下、及び形状記憶合金ピストンによる
シリンダ内液体の高圧縮力により、粘度の高い被吐出用
液体も効率よく微小液滴として吐出することができるた
め、高粘度インク用の印字ヘッドを構成することができ
る。
[Operation] With the above configuration, the present invention contracts the shape memory alloy piston by heating it with electricity in response to an image signal, injects ink into the cylinder, and then cuts off the electricity, allowing natural heat dissipation and forced cooling by the injected ink. By expanding the shape memory alloy piston, a sudden pressure increase is caused in the ink in the cylinder, and an ink droplet can be ejected. In addition, by absorbing the heat generated in the shape memory alloy, the viscosity of the liquid to be discharged decreases, and by the high compression force of the liquid in the cylinder by the shape memory alloy piston, even highly viscous liquid to be discharged can be efficiently discharged as minute droplets. Therefore, a print head for high viscosity ink can be constructed.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0014】図1は本発明の一実施例における液滴吐出
装置におけるプリンタヘッドの構成を示す断面図である
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a printer head in a droplet ejecting device according to an embodiment of the present invention.

【0015】図1(a)において、1はワイヤ状の形状
記憶合金、2はそれを内包する絶縁材よりなるボディ、
3および4は形状記憶合金1を通電加熱するための通電
電極であり、通電電極4を介して前記形状記憶合金1の
末端とボディ2とが固定されている。形状記憶合金1の
他方の末端はピストンとして、ボディ2とともに図1(
b)に示すところのシリンダ室11を形成している。 5はインク供給口であり、ここから高電気抵抗の油性イ
ンク9がインク室6に供給されるようになっている。7
はシリンダ室11へのインク注入口、8は記録媒体への
インク吐出口である。
In FIG. 1(a), 1 is a wire-shaped shape memory alloy, 2 is a body made of an insulating material containing the shape memory alloy,
Reference numerals 3 and 4 are current-carrying electrodes for heating the shape-memory alloy 1 through current-carrying, and the end of the shape-memory alloy 1 and the body 2 are fixed via the current-carrying electrode 4. 1 (
A cylinder chamber 11 as shown in b) is formed. Reference numeral 5 denotes an ink supply port through which high electrical resistance oil-based ink 9 is supplied to the ink chamber 6. 7
8 is an ink injection port into the cylinder chamber 11, and 8 is an ink discharge port to the recording medium.

【0016】次に図1を用いてインク吐出動作原理を示
す。図1(a)においてはこのインクジェットヘッドに
は画像信号10は送られていない。この状態では、形状
記憶合金1は非通電状態で伸張しており、インク注入口
7を塞いでインク9がシリンダ室11に注入されるのを
防いでいる。次に画像信号10がこのインクジェットヘ
ッドに送られてきた状態が図1(b)である。この送ら
れた画像信号10により通電電極A3および通電電極B
4を通して形状記憶合金1が通電加熱され、形状記憶合
金1は通電電極B4を固定点として長さ方向に収縮し、
シリンダ室11の空間をつくる。このときインク9はイ
ンク注入口7を通してシリンダ室11に注入される。こ
のシリンダ内へのインクの注入が終わると図1(c)の
ように形状記憶合金への通電を終了する。形状記憶合金
1は非通電状態における自然放熱および注入されたイン
ク9による強制冷却により伸張する。形状記憶合金1を
冷却したインク9は温度が上昇し自らの粘性を減らし、
かつ形状記憶合金1の強い形状復元力によるピストン動
作によってシリンダ内で圧力を増し、やがてインク吐出
口8より吐出される。
Next, the principle of ink ejection operation will be explained using FIG. 1. In FIG. 1(a), the image signal 10 is not sent to this inkjet head. In this state, the shape memory alloy 1 is expanded in a non-energized state, and blocks the ink injection port 7 to prevent the ink 9 from being injected into the cylinder chamber 11. Next, the state in which the image signal 10 is sent to this inkjet head is shown in FIG. 1(b). The sent image signal 10 causes the current-carrying electrode A3 and the current-carrying electrode B to
4, the shape memory alloy 1 is heated with electricity, and the shape memory alloy 1 contracts in the length direction with the energized electrode B4 as a fixed point,
A space for the cylinder chamber 11 is created. At this time, the ink 9 is injected into the cylinder chamber 11 through the ink injection port 7. When the injection of ink into the cylinder is completed, the power supply to the shape memory alloy is ended as shown in FIG. 1(c). The shape memory alloy 1 expands due to natural heat dissipation in a non-energized state and forced cooling by the injected ink 9. The ink 9 that has cooled the shape memory alloy 1 increases in temperature and reduces its own viscosity.
The pressure inside the cylinder increases due to the piston movement due to the strong shape restoring force of the shape memory alloy 1, and the ink is eventually ejected from the ink ejection port 8.

【0017】図2はワイヤ径50μmの形状記憶合金ワ
イヤを用いて微小液滴吐出ノズルを複数個横に並べたプ
リンタヘッドの正面図であり、10ノズル/mmの高ノ
ズル密度を有している。また、1ノズルあたり数V程度
の駆動電源でインクを吐出できる。
FIG. 2 is a front view of a printer head in which a plurality of micro droplet discharge nozzles are arranged side by side using shape memory alloy wire with a wire diameter of 50 μm, and has a high nozzle density of 10 nozzles/mm. . Further, ink can be ejected with a drive power of about several volts per nozzle.

【0018】図3は本液滴吐出装置を用いたフルマルチ
のプリンタ装置であり、形状記憶合金ピストンの加熱・
放熱過程にかかる所用時間による印字スピードの低下を
高密度ノズルのノズル数で補った構成を有するものであ
る。この構成では、インク吐出口8と記録紙14はかな
り近接した位置関係になっているが、形状記憶合金ピス
トンとローラ13との間に電界をかけることによってイ
ンク吐出距離が増えるため、インク吐出口8と記録紙1
4の間に距離をおく構成も可能である。
FIG. 3 shows a full multi-function printer using this droplet ejecting device, in which the shape memory alloy piston is heated and
It has a structure in which the decrease in printing speed due to the time required for the heat dissipation process is compensated for by the number of high-density nozzles. In this configuration, the ink ejection port 8 and the recording paper 14 are in a fairly close positional relationship, but since the ink ejection distance increases by applying an electric field between the shape memory alloy piston and the roller 13, the ink ejection port 8 and recording paper 1
A configuration in which there is a distance between 4 and 4 is also possible.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上のように本発明は、ワイヤ状形状記
憶合金ピストンと前記形状記憶合金ピストンを内包する
シリンダよりなる液滴吐出装置を、オンデマンド型プリ
ンタヘッドのインク滴を吐出させる手段とすることによ
り、ピエゾ素子によるインクジェットヘッドに比べてノ
ズルの高密度化を可能とし、駆動電圧を数V程度にでき
るために駆動回路を簡素化することができ、かつ高粘度
のインクも吐出することができる優れたプリンタヘッド
を実現できるものである。
As described above, the present invention utilizes a droplet ejecting device comprising a wire-shaped shape memory alloy piston and a cylinder containing the shape memory alloy piston as a means for ejecting ink droplets from an on-demand printer head. By doing so, it is possible to increase the density of the nozzles compared to inkjet heads using piezo elements, and the drive circuit can be simplified because the drive voltage can be reduced to about a few volts, and it is also possible to eject highly viscous ink. This makes it possible to realize an excellent printer head that can perform

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

【図1】(a)本発明の一実施例における液滴吐出装置
における静止状態のプリンタヘッド断面図(b)同装置
における動作開始状態のプリンタヘッド断面図(c)同
装置におけるインク吐出状態のプリンタヘッド断面図
FIG. 1: (a) A cross-sectional view of a printer head in a static state in a droplet ejection device according to an embodiment of the present invention; (b) A cross-sectional view of a printer head in a state where the same device has started operation; Printer head cross section

【図2】同実施例の液滴吐出装置におけるプリンタヘッ
ド正面断面図
[Fig. 2] Front sectional view of the printer head in the droplet ejection device of the same embodiment.

【図3】本発明の一実施例におけるの液滴吐出装置フル
マルチ型プリンタ概念図
[Fig. 3] Conceptual diagram of a full multi-type printer with a droplet ejection device according to an embodiment of the present invention.

【図4】従来のインクジェットヘッドの断面図[Figure 4] Cross-sectional view of a conventional inkjet head

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  形状記憶合金 2  ボディ 3  通電電極A 4  通電電極B 5  インク供給口 6  インク室 7  インク注入口 8  インク吐出口 9  インク 10  画像信号 11  シリンダ室 12  フルマルチプリンタヘッド 13  ローラ 14  記録紙 21  インク供給口 22  圧力室 23  インク吐出口 24  圧電板 25  金属板 26  画像信号 1 Shape memory alloy 2 Body 3 Current-carrying electrode A 4 Current-carrying electrode B 5 Ink supply port 6 Ink chamber 7 Ink inlet 8 Ink discharge port 9 Ink 10 Image signal 11 Cylinder chamber 12 Full multi-printer head 13 Roller 14 Recording paper 21 Ink supply port 22 Pressure chamber 23 Ink discharge port 24 Piezoelectric plate 25 Metal plate 26 Image signal

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  ワイヤ状形状記憶合金ピストンと、前
記形状記憶合金ピストンを内包するボディと、ボディ末
端に設けられた微小液滴吐出口より構成されるシリンダ
と、前記形状記憶合金ピストンを通電加熱によりワイヤ
長方向に収縮させてシリンダ内に被吐出用液体を注入し
、続いて非通電状態における自然放熱及び注入された前
記被吐出用液体による強制冷却により前記形状記憶合金
ピストンを伸張させ、シリンダ内の被吐出用液体の圧力
を高め、微小液滴吐出口より液滴を吐出させる圧力発生
手段とを有する液滴吐出装置。
1. A cylinder composed of a wire-shaped shape memory alloy piston, a body containing the shape memory alloy piston, a micro droplet discharge port provided at the end of the body, and a cylinder configured by electrically heating the shape memory alloy piston. The wire is contracted in the longitudinal direction and the liquid to be discharged is injected into the cylinder, and then the shape memory alloy piston is expanded by natural heat dissipation in a non-energized state and forced cooling by the injected liquid to be discharged, and the cylinder is A droplet ejecting device comprising a pressure generating means for increasing the pressure of a liquid to be ejected inside the device and ejecting a droplet from a micro droplet ejection port.
JP10303391A 1991-05-09 1991-05-09 Liquid drop delivery device Pending JPH04332650A (en)

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