JPH07266556A - Ink jet head - Google Patents

Ink jet head

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Publication number
JPH07266556A
JPH07266556A JP6305694A JP6305694A JPH07266556A JP H07266556 A JPH07266556 A JP H07266556A JP 6305694 A JP6305694 A JP 6305694A JP 6305694 A JP6305694 A JP 6305694A JP H07266556 A JPH07266556 A JP H07266556A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
pressure chamber
flow path
chamber
nozzle
Prior art date
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Pending
Application number
JP6305694A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuharu Takahashi
光治 高橋
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.)
Seikosha KK
Original Assignee
Seikosha KK
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 Seikosha KK filed Critical Seikosha KK
Priority to JP6305694A priority Critical patent/JPH07266556A/en
Publication of JPH07266556A publication Critical patent/JPH07266556A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To prevent bubbles from residing in an ink channel. CONSTITUTION:An ink channel having a nozzle 7 that ejects ink at the front end thereof and a common ink chamber 3 communicating with the ink channel are formed on the top side of a substrate 1. The ink channel is comprised of a rear ink channel 4, a pressure chamber 5 and a front ink channel 6. The ink channels 4, 6 become shallow toward a nozzle 7 from the pressure chamber and toward the ink chamber 3 from the pressure chamber 5, inclining continuously at an angle of 10 deg. or less. Ink flows smoothly along the moderately inclined stepless surface of the ink channels 4, 6 from the common chamber 3 to the nozzle 7 through the rear ink channel 4, pressure chamber 5, and the front ink channel 6 during the initial operation process of filling ink in the ink channels and bubbles contained in residual ink in the ink channels seldom reside.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッドに
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet head.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的に、インクジェットヘッドは、平
板状のガラス基板の上面にエッチング加工によって圧力
室及びノズルを有するインク流路と、このインク流路に
連通する共通インク室等を設け、その上に剛性の大きい
薄い振動板を固着している。振動板の圧力室に対向する
位置の上面には、圧電素子が貼着してある。所定の圧力
で共通インク室に供給されたインクは、インク流路を経
て圧力室に供給される。ここで圧電素子に電圧が印加さ
れると、電歪現象によって変形し、振動板を介して圧力
室内のインクにエネルギーを与え、インクを圧力室から
インク流路内に押し出し、ノズルから外に向けて噴射す
るようにしてある。
2. Description of the Related Art Generally, an ink jet head is provided with an ink channel having a pressure chamber and a nozzle by etching on a flat glass substrate and a common ink chamber communicating with the ink channel. A thin diaphragm with high rigidity is fixed on top. A piezoelectric element is attached to the upper surface of the diaphragm facing the pressure chamber. The ink supplied to the common ink chamber at a predetermined pressure is supplied to the pressure chamber through the ink flow path. When a voltage is applied to the piezoelectric element here, it deforms due to the electrostriction phenomenon, imparts energy to the ink in the pressure chamber through the vibrating plate, pushes the ink from the pressure chamber into the ink flow path, and directs it from the nozzle to the outside. It is designed to be ejected.

【0003】上記した構成においては、圧力室でエネル
ギーを与えられたインクが、ノズル方向へ送られると同
時に、共通インク室方向へも逆流する。そこで問題の1
つは、いかに多くのインクを高速に、かつ効率よくノズ
ルから噴射させるかということであり、他の問題は、共
通インク室から圧力室にインクをいかに迅速に供給する
かということにある。
In the above structure, the ink to which the energy is applied in the pressure chamber is sent toward the nozzle and at the same time flows back toward the common ink chamber. So problem 1
One is how to eject a large amount of ink at high speed and efficiently from a nozzle, and another problem is how to rapidly supply ink from a common ink chamber to a pressure chamber.

【0004】これを解決する改良技術としては、圧力室
の前後のインク流路のうち、共通インク室とインク流路
との連通部(リストリクション部)及びノズル部分を、
他の流路部分に対して段差を設けて浅く形成したものが
ある。
As an improved technique for solving this, among the ink flow passages before and after the pressure chamber, the communication portion (restriction portion) between the common ink chamber and the ink flow passage and the nozzle portion are
There is one that is formed shallower by providing a step with respect to other flow path portions.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の改良技
術では、印字動作時にはインクの逆流を防ぐので、応答
周波数は向上する。その反面、インクジェットヘッドの
始動時に共通インク室からインク流路にインクを充填す
る際には、流路内に残ったりインク内に混入した気泡
が、この段差部分に滞留してしまう。また、負圧によっ
て生じたメニスカスが復帰する時に、ノズル先端から気
泡が取り込まれる場合があるが、この気泡が段差部分に
滞留してしまう。この気泡の存在によって、圧電素子か
らインクに伝えられるべき加圧力が減少するので、その
分、インク吐出の効率が低下し、印字速度が低下し、印
字不能となるおそれがある。
In the above-mentioned conventional improved technique, the backflow of the ink is prevented during the printing operation, so that the response frequency is improved. On the other hand, when the ink flow path is filled with ink from the common ink chamber at the time of starting the inkjet head, bubbles remaining in the flow path or mixed in the ink stay in the step portion. Further, when the meniscus generated by the negative pressure is restored, air bubbles may be taken in from the tip of the nozzle, but the air bubbles stay in the step portion. Due to the presence of the air bubbles, the pressing force to be transmitted from the piezoelectric element to the ink is reduced, and accordingly, the efficiency of ink ejection is reduced, the printing speed is reduced, and printing may be impossible.

【0006】そこで、本発明の目的は、インク流路内に
気泡を滞留しにくくして、インク吐出の効率の低下を防
ぐことにある。
Therefore, an object of the present invention is to prevent air bubbles from staying in the ink flow path and prevent a decrease in ink ejection efficiency.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のインクジェットヘッドは、先端にインク
を射出するノズルを有するインク流路と、このインク流
路に連通する共通インク室と、インク流路中に設けてあ
る圧力室と、圧力室の容積を変化させる加圧手段とを有
し、インク流路は、圧力室からノズル方向に、及び圧力
室から共通インク室方向に、それぞれ10°以下の傾斜
角で傾斜して浅くなっていることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, an ink jet head of the present invention comprises an ink flow path having a nozzle for ejecting ink at its tip, and a common ink chamber communicating with this ink flow path. A pressure chamber provided in the ink flow path, and a pressurizing means for changing the volume of the pressure chamber, the ink flow path from the pressure chamber to the nozzle direction, and from the pressure chamber to the common ink chamber direction, Each is characterized by being inclined at an inclination angle of 10 ° or less and becoming shallower.

【0008】[0008]

【作用】初期動作のプライミングの際には、共通インク
室からインク流路に充填されるインクは、インク流路内
の段差のない緩やかな傾斜面に沿って滑らかに流入す
る。また、印字動作後の負圧によって生じたメニスカス
が復帰する時には、待機していたインクがインク流路内
の段差のない緩やかな傾斜面に沿って滑らかに流入す
る。
In the priming of the initial operation, the ink filled in the ink flow path from the common ink chamber smoothly flows along the gently inclined surface having no step in the ink flow path. Further, when the meniscus generated by the negative pressure after the printing operation is restored, the ink that has been on standby smoothly flows in along the gently sloped surface having no step in the ink flow path.

【0009】[0009]

【実施例】以下本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。図1,2に示すように、この実施例におけ
るインクジェットヘッドの基本的構成は、従来技術と同
様であり、厚さ1〜3mmのガラス板または合成樹脂板
の上面に、エッチング等により流路となる溝を形成して
流路基板1としている。この流路基板1の上面に、厚さ
0.2mmのガラス板で構成した振動板2を接着してあ
る。この両者の間に、インクを溜めておくための共通イ
ンク室3、後部インク流路4、圧力室5,前部インク流
路6およびインクを噴射するノズル7等が形成してあ
る。振動板2の上面には、各圧力室5と対向する位置に
圧電素子8が装着してある。後部インク流路4の共通イ
ンク室3に連通する部分は、リストリクション部4aで
ある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the basic configuration of the ink jet head in this embodiment is similar to that of the prior art, and a channel is formed by etching or the like on the upper surface of a glass plate or a synthetic resin plate having a thickness of 1 to 3 mm. The groove is formed to form the flow path substrate 1. A diaphragm 2 made of a glass plate having a thickness of 0.2 mm is bonded to the upper surface of the flow path substrate 1. A common ink chamber 3 for storing ink, a rear ink flow path 4, a pressure chamber 5, a front ink flow path 6 and a nozzle 7 for ejecting ink are formed between them. Piezoelectric elements 8 are mounted on the upper surface of the diaphragm 2 at positions facing the pressure chambers 5. A portion of the rear ink channel 4 that communicates with the common ink chamber 3 is a restriction portion 4a.

【0010】前部インク流路6の底面は、圧力室5から
ノズル7にかけて10°以下の傾斜角で連続的に傾斜し
て浅くなっている。同様に、後部インク流路4の底面
は、圧力室5からリストリクション部4aにかけて10
°以下の傾斜角で連続的に傾斜して浅くなっている。
The bottom surface of the front ink flow path 6 is continuously inclined from the pressure chamber 5 to the nozzle 7 at an inclination angle of 10 ° or less to be shallow. Similarly, the bottom surface of the rear ink flow path 4 extends from the pressure chamber 5 to the restriction portion 4a by 10
It is continuously inclined and shallowed at an inclination angle of less than °.

【0011】この傾斜角度を決めるために、予め次のよ
うな実験を行った。すなわち、インク流路の傾斜角度を
種々に変えたインクジェットヘッドを構成し、各インク
ジェットヘッドについて、インク流路の隅々にインクを
充填する初期動作を行った。一例としてノズル7をキャ
ップで覆い、キャップを真空ポンプに連動して真空状態
にすると、図示しないインクタンクから共通インク室3
にインクが吸い込まれ、後部インク流路4,圧力室
5,,前部インク流路6を介してノズル7からインクが
流出し、インクが全流路に充填される。このプライミン
グ時にインク内に気泡が滞留する割合(不良率)(%)
を縦軸とし、インク流路の傾斜角度を横軸として、相互
の関係を示す線を図3に表したものである。実験を重ね
た結果、図3に示すように、圧力室5に連通する後部イ
ンク流路4と前部インク流路6の傾斜角度を、それぞれ
10°以下の傾斜角で圧力室5から連続的に傾斜して浅
くした場合に、気泡の滞留する割合が顕著に減少するこ
とを突き止めた。この結果から、本発明では10°以下
の傾斜角を採用した。
In order to determine this inclination angle, the following experiment was conducted beforehand. That is, an ink jet head was constructed in which the inclination angle of the ink flow path was variously changed, and an initial operation of filling ink in every corner of the ink flow path was performed for each ink jet head. As an example, when the nozzle 7 is covered with a cap and the cap is brought into a vacuum state by interlocking with a vacuum pump, the common ink chamber 3 is removed from an ink tank (not shown).
The ink is sucked into the nozzle, the ink flows out from the nozzle 7 through the rear ink flow path 4, the pressure chamber 5, and the front ink flow path 6, and the ink is filled in all the flow paths. Percentage of bubbles remaining in the ink during this priming (defective rate) (%)
Is the vertical axis, and the inclination angle of the ink flow path is the horizontal axis. As a result of repeated experiments, as shown in FIG. 3, the rear ink passage 4 and the front ink passage 6 communicating with the pressure chamber 5 are continuously inclined from the pressure chamber 5 at an inclination angle of 10 ° or less. It was found that the rate of air bubbles staying was significantly reduced when the water was inclined at a shallow angle. From this result, an inclination angle of 10 ° or less was adopted in the present invention.

【0012】次に、印字動作の際に、圧電素子8に電圧
が印加されると、圧電素子8が変形し、これにともない
圧力室5の対向面に位置する振動板2が変形して、瞬時
に圧力室5の容積を変化させる。この瞬間的な容積の変
化により、圧力室5内に充填されているインクに圧力エ
ネルギーを与え、圧力室内のインクを、前後のインク流
路4,6へ押し出し、インク流路内に溜っていたインク
を順送りに押し出すように働く。このときリストリクシ
ョン部4aは、流体の損失係数を大きくし、圧力室5に
て圧力を与えられたインクが逆流するのを妨害する働き
をする。これに対し、ノズル7側に押し出されるインク
は、ノズル側に向けて浅くなる前部インク流路6の傾斜
面によって流路抵抗を小さくしてあるので、ノズル側へ
スムーズに押し出され、ノズル7から噴射される。噴射
が終った時点で、振動板2が元の位置に復帰すると、こ
んどは圧力室5に負圧が発生し、共通インク室3に待機
しているインクが後部インク流路4を経て圧力室5に充
填される。
Next, when a voltage is applied to the piezoelectric element 8 during the printing operation, the piezoelectric element 8 is deformed, and the diaphragm 2 located on the opposite surface of the pressure chamber 5 is also deformed accordingly. The volume of the pressure chamber 5 is instantly changed. Due to this instantaneous change in volume, pressure energy is applied to the ink filled in the pressure chamber 5, the ink in the pressure chamber is pushed out to the front and rear ink flow paths 4 and 6, and is accumulated in the ink flow path. It works to push the ink out in sequence. At this time, the restrictor portion 4a functions to increase the fluid loss coefficient and prevent the ink, which is pressurized in the pressure chamber 5, from flowing back. On the other hand, since the ink pushed out to the nozzle 7 side has the flow passage resistance reduced by the inclined surface of the front ink flow passage 6 which becomes shallower toward the nozzle side, it is pushed out smoothly to the nozzle side, Is jetted from. When the vibrating plate 2 returns to its original position at the end of ejection, negative pressure is now generated in the pressure chamber 5, and the ink waiting in the common ink chamber 3 passes through the rear ink flow path 4 and pressure chamber. 5 is filled.

【0013】また、噴射が終った時点の加圧室5に生じ
た負圧により、前部インク流路6中のインクが加圧室5
方向に逆流し、メニスカスが流路6のかなり深い所まで
凹部となって生じるが、前部インク流路6は圧力室5か
らノズル7先端にかけて段差なく傾斜しているので、従
来のように気泡がインク中に取り込まれた場合でも段差
部に滞留してインク吐出不良の原因となることがなくな
った。
Further, due to the negative pressure generated in the pressurizing chamber 5 at the time when the ejection is completed, the ink in the front ink flow path 6 is forced to flow in the pressurizing chamber 5.
However, since the front ink flow path 6 is inclined without a step from the pressure chamber 5 to the tip of the nozzle 7, bubbles are generated as in the conventional case. Even when the ink is taken into the ink, it does not stay in the step portion and cause the ink ejection failure.

【0014】流路基板1に圧力室5や前後インク流路
4,6の傾斜面を設ける方法として、幅の狭い部分は広
い部分よりもエッチングレートが低いというエッチング
特性を利用する。そこで、図2に示すように、ノズル7
とリストリクション部4aの幅を狭くし、ノズル7から
圧力室5に至る流路及びリストリクション部4aから圧
力室5に至る流路を連続的に幅が広くなるように設計す
る。これにより、図1に示すように、1度のエッチング
によって幅が広い部分は深く、幅が狭い部分は浅く、幅
が連続的に狭くなる部分は深さも連続的に浅くなるよう
に形成できる。図2では、ノズル7の開口の幅を10〜
50μmとし、圧力室5の前部インク流路口5aの幅を
300〜500μmとすれば、ノズル7の深さを約50
μmエッチングしたとき、圧力室5の深さを約100μ
m程度に同時にエッチングできる。
As a method for providing the pressure chamber 5 and the inclined surfaces of the front and rear ink flow paths 4 and 6 in the flow path substrate 1, the etching characteristic that the narrow portion has a lower etching rate than the wide portion is utilized. Therefore, as shown in FIG.
The width of the restriction portion 4a is narrowed, and the flow path from the nozzle 7 to the pressure chamber 5 and the flow path from the restriction portion 4a to the pressure chamber 5 are designed to be continuously wide. As a result, as shown in FIG. 1, it is possible to form a portion having a wide width, a portion having a narrow width, a portion having a narrow width, and a portion having a continuously narrow width, a depth having a continuous depth as well by a single etching. In FIG. 2, the width of the opening of the nozzle 7 is 10 to
If the width of the front ink passage port 5a of the pressure chamber 5 is 300 to 500 μm, the depth of the nozzle 7 is about 50 μm.
The depth of the pressure chamber 5 is approx.
m can be etched at the same time.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、共通イン
ク室からインク流路の隅々までインクを充填する際に、
インク流路内に残ったりインク内に混入した気泡が滞留
する割合が少なくなる。また、インク吐出後に負圧によ
りノズルから取り込まれた気泡がインク流路内に滞留し
にくくなる。
As described above, according to the present invention, when the ink is filled from the common ink chamber to every corner of the ink flow path,
The proportion of bubbles remaining in the ink flow path or mixed in the ink is reduced. In addition, the bubbles taken from the nozzles due to the negative pressure after the ink is discharged are less likely to stay in the ink flow path.

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

【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1の振動板を取り外した状態の平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view showing a state where the diaphragm of FIG. 1 is removed.

【図3】不良率とインク流路の傾斜角度との関係を示す
グラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a defect rate and an inclination angle of an ink flow path.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 共通インク室 5 圧力室 4,6 インク流路 7 ノズル 8 加圧手段(圧電素子) 3 Common ink chamber 5 Pressure chamber 4,6 Ink flow path 7 Nozzle 8 Pressurizing means (piezoelectric element)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 先端にインクを射出するノズルを有する
インク流路と、上記インク流路に連通する共通インク室
と、上記インク流路中に設けてある圧力室と、上記圧力
室の容積を変化させる加圧手段とを有し、 上記インク流路は、上記圧力室から上記ノズル方向に、
及び上記圧力室から上記共通インク室方向に、それぞれ
10°以下の傾斜角で傾斜して浅くなっていることを特
徴とするインクジェットヘッド。
1. An ink flow path having a nozzle for ejecting ink at a tip, a common ink chamber communicating with the ink flow path, a pressure chamber provided in the ink flow path, and a volume of the pressure chamber. And a pressure means for changing the ink flow path, the ink flow path from the pressure chamber to the nozzle direction,
And an ink jet head which is inclined from the pressure chamber toward the common ink chamber at an inclination angle of 10 ° or less and is shallow.
JP6305694A 1994-03-31 1994-03-31 Ink jet head Pending JPH07266556A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011062907A (en) * 2009-09-17 2011-03-31 Toshiba Corp Droplet ejection head and method of manufacturing coated body
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