JPH08323981A - Ink-jet head - Google Patents
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- JPH08323981A JPH08323981A JP7134985A JP13498595A JPH08323981A JP H08323981 A JPH08323981 A JP H08323981A JP 7134985 A JP7134985 A JP 7134985A JP 13498595 A JP13498595 A JP 13498595A JP H08323981 A JPH08323981 A JP H08323981A
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タのインクジェットヘッドに関し、特に円筒形の圧電素
子で圧力室の壁面を形成し、圧電素子の少なくとも一端
に弾性部材を介してノズル或いはインク供給口の側部に
接合したインクジェットヘッド及び弾性部材を粘弾性を
有する材料で形成した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 of an ink jet printer, and in particular, a wall surface of a pressure chamber is formed by a cylindrical piezoelectric element, and at least one end of the piezoelectric element is provided with a nozzle or an ink supply port via an elastic member. The present invention relates to an inkjet head joined to a side portion and an inkjet head in which an elastic member is formed of a material having viscoelasticity.
【0002】近来、コンピュータの出力機としてのプリ
ンタやファクシミリ等に、印字媒体にインクの微粒子を
インクジェットヘッドのノズルから直接吹きつけて記録
するインクジェットプリンタが、印字媒体に対する制限
がなく、且つ高速度印刷、低騒音で、印刷コストが低廉
であり、カラー化が容易であることから急速に普及しつ
つある。2. Description of the Related Art Recently, an ink jet printer, which prints by directly spraying fine particles of ink onto a print medium from nozzles of an ink jet head, to a printer or a facsimile as an output device of a computer, has no limitation on the print medium and can print at high speed. The low noise, low printing cost, and easy colorization are rapidly spreading.
【0003】このプリンタのインクジェットヘッドとし
て、円筒形の圧電素子を圧力室の壁面として使用し、圧
電素子に電圧を印加して圧力室内に吸引されたインクを
噴射してドット印字を形成するものがある。As an ink jet head for this printer, a cylindrical piezoelectric element is used as a wall surface of the pressure chamber, and a voltage is applied to the piezoelectric element to eject ink sucked into the pressure chamber to form dot printing. is there.
【0004】このようなインクジェットヘッドは、圧電
素子の両端がインク供給口やノズル側の壁部材に接合さ
れていて、この部分の弾性係数が高く硬いために、圧電
素子の変形が妨げられて、圧力室内の体積変位が十分で
なく、噴射されるインクに所定の粒量が得られないばか
りか、インク粒子の飛翔速度の低下を招き、印字ドット
が所定位置に記録されないという現象が生じるので、こ
れを解決すると共に、更に高速印字に対応できる方法が
望まれている。In such an ink jet head, both ends of the piezoelectric element are joined to the ink supply port and the wall member on the nozzle side, and since the elastic modulus of this portion is high and hard, the deformation of the piezoelectric element is hindered. Since the volume displacement in the pressure chamber is not sufficient, a predetermined amount of particles cannot be obtained in the ejected ink, and the flight speed of the ink particles is reduced, which causes a phenomenon that a print dot is not recorded at a predetermined position. There is a demand for a method capable of solving this problem and coping with higher speed printing.
【0005】[0005]
【従来の技術】図10にインクジェットプリンタの概要
を示す。図に示すように、インクジェットヘッド(以下
印字ヘッドという)1を搭載したキャリア2にガイドシャ
フト3が嵌合し、また、プーリP1,P2 に掛けられたタイ
ミングベルト(以下ベルトという)4にキャリア2が固定
され、プーリP1はモータM1に連結されている。2. Description of the Related Art FIG. 10 shows an outline of an ink jet printer. As shown in the figure, a guide shaft 3 is fitted to a carrier 2 on which an inkjet head (hereinafter referred to as a print head) 1 is mounted, and a carrier 2 is mounted on a timing belt (hereinafter referred to as a belt) 4 hung on pulleys P1 and P2. Is fixed, and the pulley P1 is connected to the motor M1.
【0006】キャリア2は板状のプラテン5の上方に配
置され、モータM1の正逆方向回転によりベルト4によっ
てプラテン5に平行に矢印A、B方向に移動する。プラ
テン5の前段にモータM2に連結された送りローラ6が配
置されている。The carrier 2 is disposed above the plate-shaped platen 5, and is moved in parallel with the platen 5 in the directions of arrows A and B by the belt 4 by the rotation of the motor M1 in the forward and reverse directions. A feed roller 6 connected to a motor M2 is arranged in front of the platen 5.
【0007】印字ヘッド1は、ヘッド部10及びインクタ
ンク11から成り、ヘッド部10は、プラテン5に所定の間
隙を介して対向し、先端に後述する複数のノズルを有し
ている。インクタンク11は、複数のノズルに共通し、ヘ
ッド部10に供給するインクが収容されている。The print head 1 comprises a head portion 10 and an ink tank 11. The head portion 10 faces the platen 5 with a predetermined gap and has a plurality of nozzles, which will be described later, at its tip. The ink tank 11 is common to a plurality of nozzles and stores ink to be supplied to the head unit 10.
【0008】従って、キャリア2が移動しながら、印字
ヘッド1はノズルからインクを噴射して印字用紙7にマ
トリックスドットによって印字を形成する。印字用紙7
は送りローラ6の回転によって矢印C方向に行送りされ
る。Therefore, while the carrier 2 moves, the print head 1 ejects ink from the nozzles to form a print on the print paper 7 by matrix dots. Printing paper 7
Is fed in the direction of arrow C by the rotation of the feed roller 6.
【0009】次に、図11(a) の側断面図、及び(b) の
圧電素子の斜視図により印字ヘッド1の詳細を説明す
る。(a) では、ヘッド部10として1つのノズルに対応す
る部分だけを示しているが、実際には図示のものが複数
個存在する。Next, the details of the print head 1 will be described with reference to the side sectional view of FIG. 11A and the perspective view of the piezoelectric element of FIG. 11B. In (a), only the portion corresponding to one nozzle is shown as the head portion 10, but there are actually a plurality of those shown in the figure.
【0010】図11に示すように、圧力室8aは、ノズル
9aを有するノズル板14a、インク供給口12aを有する側
板13a、及びノズル板14aと側板13aを両端で連結する
円筒形の圧電素子15aで構成されている。インク供給口
12aはインクタンク11に連通し、インクタンク11からの
インク16aを圧力室8aに供給する。As shown in FIG. 11, the pressure chamber 8a has a nozzle
It is composed of a nozzle plate 14a having 9a, a side plate 13a having an ink supply port 12a, and a cylindrical piezoelectric element 15a connecting the nozzle plate 14a and the side plate 13a at both ends. Ink supply port
12a communicates with the ink tank 11, and supplies the ink 16a from the ink tank 11 to the pressure chamber 8a.
【0011】圧電素子15aの内周及び外周には電極17a,
17b が設けられ、駆動回路18より電極に電圧が印加され
ると、圧電素子15aに電気歪み(図中矢印方向に変形)
が生じて、圧力室8a内の体積が減少し、圧力が増加す
る。すると、圧力室8a内のインク16aがノズル9aから噴
射する。Electrodes 17a are formed on the inner and outer circumferences of the piezoelectric element 15a.
When 17b is provided and a voltage is applied to the electrodes from the drive circuit 18, the piezoelectric element 15a is electrically distorted (deformed in the direction of the arrow in the figure).
Occurs, the volume in the pressure chamber 8a decreases and the pressure increases. Then, the ink 16a in the pressure chamber 8a is ejected from the nozzle 9a.
【0012】印字用紙7に印字を形成するには、複数の
圧電素子15aを選択的に駆動する必要があり、駆動回路
18は、印字データに基づいて図示していない制御部の指
令で、選択的に駆動信号をヘッド部10に送信して圧電素
子15aを駆動させる。In order to form a print on the print paper 7, it is necessary to selectively drive the plurality of piezoelectric elements 15a.
Reference numeral 18 is a command from a control unit (not shown) based on the print data, and selectively sends a drive signal to the head unit 10 to drive the piezoelectric element 15a.
【0013】印字ヘッド1の駆動方法には、圧電素子
15aに電圧を印加した時に、圧電素子15aが長手方向及
び外周方向に収縮して圧力室8aの体積が減少する時のイ
ンク16aの圧力増加でノズル9aからインク16aを噴射
し、電圧印加の解除で圧力室8aの体積が元に戻る時の圧
力減少で、インク16aをインク供給口12aから吸引する
方法と、電圧の印加で圧電素子15aが長手方向及び外
周方向に伸びて圧力室8aの体積が増加する時の圧力減少
で、インク16aをインク供給口12aから吸引し、電圧印
加の解除で圧力室8aの体積が元に戻る時のインク16aの
圧力増加でノズル9aからインク16aを噴射する方法とが
ある。以下の方法で説明する。The driving method of the print head 1 includes a piezoelectric element.
When a voltage is applied to 15a, the piezoelectric element 15a contracts in the longitudinal direction and the outer peripheral direction to decrease the volume of the pressure chamber 8a, so that the ink 16a is ejected from the nozzle 9a by the pressure increase of the ink 16a, and the voltage application is released. The method of sucking the ink 16a from the ink supply port 12a by the pressure decrease when the volume of the pressure chamber 8a returns to the original, and the volume of the pressure chamber 8a in which the piezoelectric element 15a extends in the longitudinal direction and the outer peripheral direction by the application of a voltage. The ink 16a is sucked from the ink supply port 12a due to the decrease in pressure when the pressure increases, and the ink 16a is ejected from the nozzle 9a due to the increase in pressure of the ink 16a when the volume of the pressure chamber 8a returns to the original due to the release of the voltage application. There is a method. The method will be described below.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】上記従来方法によれ
ば、ノズルから噴射されるインク粒子の体積とその飛翔
速度は、夫々圧力室内の体積変化によって決定される。
そのため、適切な粒子特性を有するインク粒子を噴出す
るには、電圧印加状態が同じ場合において圧力室内の体
積変化と圧力変化が共に大きく、各変化量が必要量を満
たすことが必要である。According to the above-mentioned conventional method, the volume of the ink particles ejected from the nozzle and the flight speed thereof are determined by the volume change in the pressure chamber.
Therefore, in order to eject ink particles having appropriate particle characteristics, both volume change and pressure change in the pressure chamber are large under the same voltage application state, and each change amount needs to satisfy the required amount.
【0015】ところが、円筒形の圧電素子の両端がイン
ク供給口やノズル側の壁部材に接合されていて、この部
分の弾性係数が高く硬いために、電圧の印加で圧電素子
が電気歪みを生じようとしても、両端が拘束されている
ので変形が妨げられて少なめにしか得られない。However, since both ends of the cylindrical piezoelectric element are joined to the ink supply port and the wall member on the nozzle side, and the elastic coefficient of this portion is high and hard, the piezoelectric element causes electrical distortion when a voltage is applied. Even if it tries, since both ends are constrained, the deformation is hindered and it is obtained only in a small amount.
【0016】このため圧力室内の体積変位及び圧力変化
が十分でなく、噴射されるインクに所定の粒量が得られ
ないばかりか、インク粒子の飛翔速度が低下して、印字
ドットが所定位置に記録されないために印字品質が低下
するので、所定の粒量及び飛翔速度を得るためには、圧
電素子を大きめにするか、印加電圧を増加させる必要が
ある。Therefore, not only the volume displacement and pressure change in the pressure chamber are not sufficient, but a predetermined amount of particles cannot be obtained in the ejected ink, and the flying speed of the ink particles is lowered, so that the print dot is located at a predetermined position. Since printing quality is deteriorated because recording is not performed, it is necessary to increase the size of the piezoelectric element or increase the applied voltage in order to obtain a predetermined particle amount and flight speed.
【0017】また、圧電素子の駆動で圧力室が収縮して
インクを噴射する時に、インク供給口からもインクタン
クの方向へインクが逆流して圧力損失を生じており、ま
た、逆流したインクを含めて補充インクを噴射後にイン
ク吸引する必要があるので、吸引時間が長く掛ってお
り、高速印字の要請に応えるためにはこれを解決する必
要がある。という問題点がある。When the pressure chamber is contracted by driving the piezoelectric element to eject the ink, the ink flows backward from the ink supply port toward the ink tank to cause a pressure loss. In addition, since it is necessary to suck the replenishment ink after ejecting the replenishment ink, it takes a long suction time, and it is necessary to solve this in order to meet the request for high-speed printing. There is a problem.
【0018】本発明は、噴射されるインクの粒量及びイ
ンク粒子の飛翔速度が得られ、印字品質を確保すること
ができるインクジェットヘッドを提供することを目的と
している。An object of the present invention is to provide an ink jet head which can obtain the amount of ejected ink particles and the flight speed of ink particles and can secure the printing quality.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理図で
ある。図において、9はノズル、12はインク供給口、16
はインク、14はノズル9を有するノズル板、13はインク
供給口12を有する側板、15は円筒形の圧電素子、19は圧
電素子15の少なくとも一端とノズル板14或いは側板13の
間に介在して接合する弾性部材、8は側板13及びノズル
板14を圧電素子15及び弾性部材19で連結して形成された
圧力室である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention. In the figure, 9 is a nozzle, 12 is an ink supply port, 16
Is ink, 14 is a nozzle plate having nozzles 9, 13 is a side plate having an ink supply port 12, 15 is a cylindrical piezoelectric element, 19 is interposed between at least one end of the piezoelectric element 15 and the nozzle plate 14 or the side plate 13. An elastic member 8 to be joined together is a pressure chamber formed by connecting the side plate 13 and the nozzle plate 14 with the piezoelectric element 15 and the elastic member 19.
【0020】圧電素子15に電圧を印加してインク供給口
12から圧力室8内に吸引されたインク16をノズル9から
噴射するように構成されている。以下、請求項2〜請求
項8に対応する手段を説明する。Ink supply port by applying voltage to the piezoelectric element 15
The ink 16 sucked into the pressure chamber 8 from 12 is ejected from the nozzle 9. Hereinafter, means corresponding to claims 2 to 8 will be described.
【0021】請求項2では、請求項1において、弾性部
材19は、ヤング率が1×105 〜1×109 〔N/mm
2 〕の材料である。請求項3では、請求項1において、
弾性部材19は、ベローズ状に形成される。According to a second aspect, in the first aspect, the elastic member 19 has a Young's modulus of 1 × 10 5 to 1 × 10 9 [N / mm.
2 ] is the material. In claim 3, in claim 1,
The elastic member 19 is formed in a bellows shape.
【0022】請求項4では、請求項1或いは請求項3に
おいて、弾性部材19は、インク供給口12の少なくとも一
部を構成する。請求項5では、請求項1において、弾性
部材19は、粘弾性を有する材料で形成される。In the fourth aspect, the elastic member 19 constitutes at least a part of the ink supply port 12 in the first or third aspect. According to a fifth aspect, in the first aspect, the elastic member 19 is formed of a material having viscoelasticity.
【0023】請求項6では、請求項5において、弾性部
材19は、変形速度が小さい時はヤング率が小さく、変形
速度が大きい時はヤング率が大きくなる材料で構成され
る。請求項7では、弾性部材19は、インク16を圧力室8
内に吸引する時のヤング率は、1×105 〜1×106
〔N/mm2 〕であり、インク16を噴射する時のヤング
率は、1×107 〜1×108 〔N/mm2 〕となる材
料で構成される。According to a sixth aspect, in the fifth aspect, the elastic member 19 is made of a material having a small Young's modulus when the deformation rate is low and a large Young's modulus when the deformation rate is high. In claim 7, the elastic member 19 causes the ink 16 to flow into the pressure chamber 8.
Young's modulus when sucking inside is 1 × 10 5 to 1 × 10 6
[N / mm 2 ], and the Young's modulus when ejecting the ink 16 is 1 × 10 7 to 1 × 10 8 [N / mm 2 ] and is composed of a material.
【0024】[0024]
【作用】図1に示すように、円筒形の圧電素子15の少な
くとも一端をと側板13或いはノズル板14の間に弾性部材
19を介して接合することにより、圧電素子15に電圧を印
加して駆動させた時に、圧電素子15の変形が容易に行
え、圧力室8内の変位体積を大きくして、インク16の粒
量を増し、且つ、インク16の飛翔速度を高めることがで
きるので、印字品質の低下を防止することができる。従
って、圧電素子15を大きくしたり、印加電圧を高める必
要がない。As shown in FIG. 1, an elastic member is provided between at least one end of the cylindrical piezoelectric element 15 and the side plate 13 or the nozzle plate 14.
When the piezoelectric element 15 is driven by applying a voltage, the piezoelectric element 15 can be easily deformed by bonding via 19 and the displacement volume in the pressure chamber 8 can be increased to increase the amount of ink 16 particles. As a result, the flying speed of the ink 16 can be increased and the deterioration of printing quality can be prevented. Therefore, it is not necessary to enlarge the piezoelectric element 15 or increase the applied voltage.
【0025】以下、請求項2〜請求項8に対応する作用
を説明する。請求項2では、弾性部材19のヤング率を1
×105 〜1×109 〔N/mm2〕とすることによ
り、請求項1の効果を得ることができる。The operation corresponding to claims 2 to 8 will be described below. In claim 2, the Young's modulus of the elastic member 19 is 1
The effect of claim 1 can be obtained by setting it to × 10 5 to 1 × 10 9 [N / mm 2 ].
【0026】請求項3では、弾性部材19をベローズ状に
形成したことにより、弾性率の高い材料を使用しても柔
らかい弾力性を得ることができる。請求項4では、弾性
部材19がインク供給口12の少なくとも一部を構成するこ
とにより、圧電素子15が駆動した時に、圧電素子15の収
縮による弾性部材19の変形によりインク供給口12が狭め
られて、インク供給口12からインク16の逆流が制限され
るので、圧力室8内の圧力低下が防止され、圧力がイン
ク16の噴射に有効に利用され、しかも、インク噴射後の
インク16の吸入に際して補充量が少なくて済むので、吸
入時間を短縮することができ、高速度印字に対応するこ
とができる。According to the third aspect, since the elastic member 19 is formed in a bellows shape, soft elasticity can be obtained even if a material having a high elastic modulus is used. According to the present invention, the elastic member 19 constitutes at least a part of the ink supply port 12, so that when the piezoelectric element 15 is driven, the elastic member 19 is deformed due to the contraction of the piezoelectric element 15 to narrow the ink supply port 12. Since the backflow of the ink 16 from the ink supply port 12 is restricted, the pressure drop in the pressure chamber 8 is prevented, the pressure is effectively used for ejecting the ink 16, and the ink 16 is sucked after the ink is ejected. In this case, since the replenishment amount is small, the suction time can be shortened and high speed printing can be supported.
【0027】請求項5、請求項6及び請求項7では、弾
性部材19を粘弾性を有する材料で形成することにより、
インク噴射過程では、圧力室8内の急激な圧力上昇に対
して、圧電素子15を支持する弾性部材19の剛性が高いた
めに、一層圧力損失が小さくなり、インク16の粒量及び
飛翔速度が大きくなって印字品質が確保される。また、
インク吸引過程では弾性部材の剛性が低くなることによ
り迅速にインク16を吸引することができるため、高速印
字に対応することができる。According to the fifth, sixth, and seventh aspects, the elastic member 19 is formed of a material having viscoelasticity.
In the ink ejection process, since the elastic member 19 supporting the piezoelectric element 15 has high rigidity against a rapid pressure increase in the pressure chamber 8, the pressure loss is further reduced, and the particle amount of the ink 16 and the flight speed are reduced. The print quality is increased and the print quality is secured. Also,
In the ink suction process, since the rigidity of the elastic member is lowered, the ink 16 can be quickly sucked, and thus high-speed printing can be supported.
【0028】[0028]
【実施例】以下、本発明の実施例1〜実施例4を図2〜
図9により説明する。全図を通じて同一符号は同一対象
物を示す。EXAMPLES Examples 1 to 4 of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. The same reference numerals denote the same objects throughout the drawings.
【0029】1)実施例1 図2は本発明の実施例1(請求項1及び請求項2に対応
する)を示す印字ヘッドを示す側断面図、図3は図2の
b−b´間(圧電素子及び弾性部材)を示す斜視図、図
4は図3のc−c´線に沿う断面図である。1) Embodiment 1 FIG. 2 is a side sectional view showing a print head showing Embodiment 1 of the present invention (corresponding to claim 1 and claim 2), and FIG. 3 is a section bb 'of FIG. FIG. 4 is a perspective view showing (piezoelectric element and elastic member), and FIG. 4 is a sectional view taken along line cc ′ of FIG. 3.
【0030】図2及び図3に示すように、印字ヘッド1a
のヘッド部10aにおいて、圧電素子15aの前端とノズル
板14aの間に弾性部材19a、及び圧電素子15aの後端と
側板13aとの間に弾性部材19bが夫々接合されている。As shown in FIGS. 2 and 3, the print head 1a
In the head portion 10a, an elastic member 19a is joined between the front end of the piezoelectric element 15a and the nozzle plate 14a, and an elastic member 19b is joined between the rear end of the piezoelectric element 15a and the side plate 13a.
【0031】弾性部材19a,19b は、ヤング率が1×10
5 〜1×109 〔N/mm2 〕程度のゴム、例えば、シ
リコーンゴムで円筒形に形成されている。なお、圧電素
子15aの電気歪みによる変位方向には、d31の変位方向
か、d33方向がくるようになっている。The elastic members 19a and 19b have a Young's modulus of 1 × 10.
It is formed into a cylindrical shape with a rubber of about 5 to 1 × 10 9 [N / mm 2 ], for example, silicone rubber. The displacement direction of the piezoelectric element 15a due to electric strain is the displacement direction of d31 or the direction of d33.
【0032】このような構成を有するので、印字データ
に基づく駆動回路11からの駆動信号により、圧電素子15
aに電圧が印加されると、図4に示すように、圧電素子
15aの内径が小さくなるように変形し、それに連れて圧
力室8a内の体積変化及び圧力上昇が生じ、圧力室8a内の
インク16aがノズル9aから噴射する。With this structure, the piezoelectric element 15 is driven by the drive signal from the drive circuit 11 based on the print data.
When a voltage is applied to a, as shown in FIG.
The inner diameter of 15a is deformed so that the inner diameter of the pressure chamber 8a becomes smaller, and the volume change and pressure increase in the pressure chamber 8a occur accordingly, and the ink 16a in the pressure chamber 8a is ejected from the nozzle 9a.
【0033】この時、圧電素子15aの両端が弾性部材19
a,19b で支持されているので、ノズル板14a及び側板13
aによって変形が妨げられることがなく、圧電素子15a
の電気歪みが体積変化及び圧力上昇に有効に利用され
て、インク16aの粒量を増し、且つインク16の飛翔速度
を高めることができるので、印字品質の低下を防止する
ことができる。従って、圧電素子15aを大きくしたり、
印加電圧を高める必要がなくなる。At this time, both ends of the piezoelectric element 15a are elastic members 19a.
The nozzle plate 14a and the side plate 13 are supported by a and 19b.
The deformation is not hindered by a, and the piezoelectric element 15a
The electric strain of 1 is effectively used for volume change and pressure increase, so that the particle amount of the ink 16a can be increased and the flight speed of the ink 16 can be increased, so that the deterioration of print quality can be prevented. Therefore, the size of the piezoelectric element 15a is increased,
There is no need to increase the applied voltage.
【0034】2)実施例2 図5に実施例2(請求項1及び請求項2に対応する)を
示す。実施例2が実施例1と異なるのは、弾性部材をベ
ローズ状に形成したことである。2) Second Embodiment FIG. 5 shows a second embodiment (corresponding to claims 1 and 2). The second embodiment differs from the first embodiment in that the elastic member is formed in a bellows shape.
【0035】即ち、図5の側断面図に示すように、ヘッ
ド部10bにおいて、弾性部材19A,19B はベローズ状に形
成されている。従って、弾性率の高い材料を使用しても
柔らかい弾力性を得ることができるので、電圧印加及び
印加解除時の圧電素子15aの伸縮に対応して、圧電素子
15aの電気歪みを有効に体積上昇及び圧力上昇に利用で
き、実施例1と同様の効果を容易に得ることができる。That is, as shown in the side sectional view of FIG. 5, in the head portion 10b, the elastic members 19A and 19B are formed in a bellows shape. Therefore, even if a material having a high elastic modulus is used, it is possible to obtain a soft elasticity, so that the piezoelectric element 15a can be expanded and contracted in response to the expansion and contraction of the piezoelectric element 15a when a voltage is applied or released.
The electric strain of 15a can be effectively utilized for increasing the volume and increasing the pressure, and the same effect as that of the first embodiment can be easily obtained.
【0036】3)実施例3 図6に実施例3(請求項1及び請求項4に対応する)を
示す。実施例3が実施例1及び実施例2と異なるのは、
インク供給口を弾性部材に挟まれるように設けたことで
ある。3) Third Embodiment FIG. 6 shows a third embodiment (corresponding to claims 1 and 4). The third embodiment differs from the first and second embodiments in that
That is, the ink supply port is provided so as to be sandwiched between the elastic members.
【0037】即ち、図6の斜視図に示すように、ヘッド
部10dにおいて、圧電素子15aの側板13b側の端部に設
けた弾性部材19cにインク供給口12bが設けられてい
る。インク供給口12bは、対向する二面が弾性部材19c
に挟まれ、他の二面は圧電素子15aと側板13bに挟まれ
ている。That is, as shown in the perspective view of FIG. 6, in the head portion 10d, the ink supply port 12b is provided in the elastic member 19c provided at the end portion of the piezoelectric element 15a on the side plate 13b side. The ink supply port 12b has elastic members 19c on two opposite surfaces.
The other two surfaces are sandwiched between the piezoelectric element 15a and the side plate 13b.
【0038】従って、圧電素子15aが駆動した時に、圧
電素子15aの収縮による弾性部材19cの変形によりイン
ク供給口12bが狭められて、インク供給口12bからイン
ク16aの逆流が制限されるので、圧力室8a内の圧力低下
が防止され、圧力がインク16aの噴射に有効に利用さ
れ、しかも、インク噴射後のインク16aの吸入時の補充
量が少なくて済むので、吸入時間を短縮することがで
き、高速度印字に対応することができる。Therefore, when the piezoelectric element 15a is driven, the ink supply port 12b is narrowed by the deformation of the elastic member 19c due to the contraction of the piezoelectric element 15a, and the backflow of the ink 16a from the ink supply port 12b is restricted. The pressure drop in the chamber 8a is prevented, the pressure is effectively used for ejecting the ink 16a, and the replenishment amount of the ink 16a after ink ejection is small, so that the inhalation time can be shortened. It can support high speed printing.
【0039】4)実施例4 図7〜図10に実施例4(請求項1、請求項5、請求項
6及び請求項7に対応する)を示す。実施例4が実施例
1と異なるのは、弾性部材に粘弾性を有する材料を使用
したことである。4) Embodiment 4 FIGS. 7 to 10 show Embodiment 4 (corresponding to claims 1, 5, 6, and 7). Example 4 is different from Example 1 in that a viscoelastic material is used for the elastic member.
【0040】上記の実施例1〜実施例3において、電圧
の印加で圧電素子の変形によって圧力室の圧力が高めら
れる(約10気圧=1×106 〔N/mm2 〕)と、この
圧力で圧電素子及び弾性部材にも作用して圧力室内部が
膨らむ方向、つまり、圧力室内の内径が増える方向に撓
む。圧電素子と弾性部材が撓むと圧力が逃げるために、
圧力室内の圧力が所定の値より低下することになり、噴
射されるインクに所定の粒量が得られないばかりか、イ
ンク粒子の飛翔速度が低下する。In Examples 1 to 3 above, when the pressure of the pressure chamber is increased by the deformation of the piezoelectric element by the application of a voltage (about 10 atm = 1 × 10 6 [N / mm 2 ]), this pressure is applied. Thus, the piezoelectric element and the elastic member also act to bend in the direction in which the inside of the pressure chamber swells, that is, in the direction in which the inner diameter of the pressure chamber increases. Since the pressure escapes when the piezoelectric element and the elastic member bend,
The pressure in the pressure chamber falls below a predetermined value, and a predetermined amount of particles cannot be obtained in the ejected ink, and the flying speed of the ink particles decreases.
【0041】この時、圧電素子のヤング率と弾性部材の
ヤング率に格段の差があって、圧力が圧力室内に加わる
場合、弾性部材の撓み量は圧電素子の撓み量の数10倍
以上となり、圧力低下の主要因は弾性部材の撓みに因る
と考えられる。At this time, when the Young's modulus of the piezoelectric element and the Young's modulus of the elastic member are significantly different and pressure is applied to the pressure chamber, the amount of bending of the elastic member is several ten times or more the amount of bending of the piezoelectric element. The main cause of the pressure drop is considered to be the bending of the elastic member.
【0042】従って、弾性部材の変形によって噴射時の
インクの粒量及び飛翔速度を劣化させているといえるの
で、この弾性部材の材料的特性(力学的応答において時
間的依存性を示す粘弾性を有する材料)に着目した方法
を適用した。Therefore, it can be said that the deformation of the elastic member deteriorates the amount of ink particles and the flying velocity at the time of ejection. Therefore, the material characteristic of this elastic member (the viscoelasticity showing the time dependence in the mechanical response is The method focusing on the material) was applied.
【0043】即ち、図7の側断面図に示すように、印字
ヘッド1bのヘッド部1dにおいて、圧電素子15aの両端に
弾性部材191,192 が設けられて、夫々ノズル板14a及び
側板13aに接合されている。That is, as shown in the side sectional view of FIG. 7, in the head portion 1d of the print head 1b, elastic members 19 1 and 19 2 are provided at both ends of the piezoelectric element 15a, and the nozzle plate 14a and the side plate 13a are respectively provided. Is joined to.
【0044】弾性部材191,192 は、粘弾性を有する材
料、例えば、中空のフッ素ゴム内に天然ゴムのキシレン
溶液(コロイド溶液)を封入して形成され、図8に示す
ように、変形速度に増加に応じてヤング率が増加する性
質を有している。The elastic members 19 1 and 19 2 are formed by enclosing a xylene solution (colloidal solution) of natural rubber in a material having viscoelasticity, for example, hollow fluororubber, and deformed as shown in FIG. It has the property that Young's modulus increases with increasing speed.
【0045】なお、圧力室8aのインク16aを噴射する時
のヤング率は、1×107 〜1×108 〔N/mm2 〕
とし、インク16aを圧力室8a内に吸引する時のヤング率
は、1×105 〜1×106 〔N/mm2 〕に設定され
る。The Young's modulus when the ink 16a in the pressure chamber 8a is ejected is 1 × 10 7 to 1 × 10 8 [N / mm 2 ].
The Young's modulus when sucking the ink 16a into the pressure chamber 8a is set to 1 × 10 5 to 1 × 10 6 [N / mm 2 ].
【0046】このような構成を有するので、図9に示す
ように、インク16aの噴射及び吸引において圧電素子15
aに対して印加する電圧波形を設定(例えば、t0〜tSの
吸引時間t1=90μs、tS〜tfの噴射時間t2=10μ
s)すると、インク噴射過程では、圧電素子15aを高速
駆動して、弾性部材191,192 の剛性が高くなって、圧力
損失が小さくなり、インク吸引過程では、弾性部材191,
192 の剛性が低いことにより、インクタンク11から圧力
室8a内へのインク16aの吸引が迅速に行われる。Due to such a constitution, as shown in FIG. 9, the piezoelectric element 15 is used for ejecting and sucking the ink 16a.
set the voltage waveform to be applied to a (e.g., t 0 ~t S of suction time t 1 = 90μs, t S ~t f of injection time t 2 = 10 [mu]
s) Then, in the ink jetting process, the piezoelectric element 15a is driven at high speed , the rigidity of the elastic members 19 1, 19 2 becomes high, and the pressure loss becomes small, and in the ink sucking process, the elastic member 19 1, 19 2.
By 19 second low rigidity, ink suction 16a from the ink tank 11 into the pressure chamber 8a is carried out rapidly.
【0047】このことを示すために、この構成に対して
圧力印加により圧電素子15aの電気歪みでインク16aの
圧力を圧力室8a内に加えた時に、弾性部材191,192 のヤ
ング率が960K〔N/mm2 〕の場合(実施例1相
当)と、ヤング率が100M〔N/mm2 〕の場合(剛
性が高くなった状態に相当)での変位体積を比較する。In order to show this, when the pressure of the ink 16a is applied to the pressure chamber 8a by the electric strain of the piezoelectric element 15a by applying pressure to this structure, the Young's modulus of the elastic members 19 1, 19 2 is The displacement volumes in the case of 960 K [N / mm 2 ] (corresponding to Example 1) and the Young's modulus of 100 M [N / mm 2 ] (corresponding to the state in which the rigidity is high) are compared.
【0048】なお、圧力室8aの大きさを100μm×1
000μm(内径×円筒形方向の長さ)とし、圧電素子
15aの外径を100μmとし、弾性部材191,192 の大き
さを100μm×10μm(内径×円筒の軸方向長さ)
とする。The size of the pressure chamber 8a is 100 μm × 1.
000 μm (inner diameter x length in cylindrical direction), piezoelectric element
The outer diameter of 15a is 100 μm, and the sizes of the elastic members 19 1, 19 2 are 100 μm × 10 μm (inner diameter × axial length of cylinder).
And
【0049】そこで、圧力室8a内に1M〔N/mm2 〕
(≒1気圧)の圧力を印加すると、その時の圧力室8a内
の変位体積は次のとおりである。 ヤング率〔N/mm2 〕 960×103 100×106 変位体積〔ピコリットル〕 20721 21.63 この結果より、変位体積はヤング率の増加によって元の
値0.1%程度になることが分かる。従って、実施例1で
の力学的応答において時間依存性のない弾性部材19a,19
b を用いた場合に生じる撓みによる圧力損失を、弾性部
材191,192 を用いて低下させることができる。Therefore, 1M [N / mm 2 ] is set in the pressure chamber 8a.
When a pressure of (≈1 atm) is applied, the displacement volume in the pressure chamber 8a at that time is as follows. Young's modulus [N / mm 2 ] 960 × 10 3 100 × 10 6 Displacement volume [picoliter] 20721 21.63 From these results, the displacement volume can be reduced to the original value of about 0.1% by increasing Young's modulus. I understand. Therefore, the elastic members 19a, 19 having no time dependence in the mechanical response in the first embodiment.
The pressure loss due to bending that occurs when b is used can be reduced by using the elastic members 19 1 and 19 2 .
【0050】上記実施例では、圧電素子15aの両端に弾
性部材を設けた場合を説明したが、片側(但し、実施例
3では、側板13a側)だけに弾性部材を設けても良い。In the above embodiment, the elastic members are provided at both ends of the piezoelectric element 15a, but the elastic members may be provided only on one side (in the third embodiment, the side plate 13a side).
【0051】[0051]
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
請求項1及び請求項2では、圧電素子に電圧を印加して
駆動させた時に、圧電素子の変形が容易に行え、圧力室
内の変位体積を大きくして、インクの粒量を増し、且
つ、インクの飛翔速度を高めることができるので、印字
品質の低下を防止することができる。従って、圧電素子
を大きくしたり、印加電圧を高める必要がない。As described above, according to the present invention,
According to the first and second aspects, when the piezoelectric element is driven by applying a voltage, the piezoelectric element can be easily deformed, the displacement volume in the pressure chamber is increased, and the amount of ink particles is increased. Since the flying speed of the ink can be increased, it is possible to prevent the print quality from deteriorating. Therefore, it is not necessary to enlarge the piezoelectric element or increase the applied voltage.
【0052】請求項3では、弾性率の高い材料を使用し
ても柔らかい弾力性を得ることができる。請求項4で
は、圧電素子が駆動した時に、圧電素子の収縮による弾
性部材の変形によりインク供給口が狭められて、インク
供給口からインクの逆流が制限されるので、圧力室内の
圧力低下が防止され、圧力がインクの噴射に有効に利用
される。しかも、インク噴射後のインクの吸入に際して
補充量が少なくて済むので、吸入時間を短縮することが
でき、高速度印字に対応することができる。According to the third aspect, soft elasticity can be obtained even if a material having a high elastic modulus is used. According to the present invention, when the piezoelectric element is driven, the ink supply port is narrowed due to the deformation of the elastic member due to the contraction of the piezoelectric element, and the backflow of the ink from the ink supply port is limited. Therefore, the pressure drop in the pressure chamber is prevented. The pressure is effectively used for ejecting ink. In addition, since the replenishment amount is small at the time of inhaling the ink after ejecting the ink, the inhalation time can be shortened and high speed printing can be supported.
【0053】請求項5、請求項6及び請求項7では、イ
ンク噴射過程では、圧力室内の急激な圧力上昇に対し
て、圧電素子を支持する弾性部材の剛性が高いために、
一層圧力損失が小さくなり、インクの粒量及び飛翔速度
が大きくなって印字品質が確保される。また、インク吸
引過程では弾性部材の剛性が低くなることにより迅速に
インクを吸引することができるため、高速印字に対応す
ることができる。という効果がある。According to the fifth aspect, the sixth aspect and the seventh aspect, in the ink jetting process, the rigidity of the elastic member supporting the piezoelectric element is high against a rapid pressure increase in the pressure chamber.
The pressure loss is further reduced, the ink particle amount and the flying speed are increased, and the printing quality is secured. Further, since the rigidity of the elastic member is lowered in the ink suction process, the ink can be swiftly sucked, and thus high-speed printing can be supported. There is an effect.
【図1】 本発明の原理図FIG. 1 is a principle diagram of the present invention.
【図2】 本発明の実施例1を示す側断面図FIG. 2 is a side sectional view showing the first embodiment of the present invention.
【図3】 図2のb−b´間を示す斜視図FIG. 3 is a perspective view showing a part between bb and b ′ in FIG. 2.
【図4】 図3のc−c´線に沿う断面図FIG. 4 is a sectional view taken along line cc ′ of FIG.
【図5】 本発明の実施例2を示す側断面図FIG. 5 is a side sectional view showing a second embodiment of the present invention.
【図6】 本発明の実施例3を示す斜視図FIG. 6 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention.
【図7】 本発明の実施例4を示す側断面図FIG. 7 is a side sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.
【図8】 粘弾性材の特性を示す図FIG. 8 is a diagram showing characteristics of a viscoelastic material.
【図9】 圧電素子への電圧印加波形を示す図FIG. 9 is a diagram showing a waveform of a voltage applied to a piezoelectric element.
【図10】 インクジェットプリンタの概要を示す斜視
図FIG. 10 is a perspective view showing an outline of an inkjet printer.
【図11】 印字ヘッドの従来例を示す構成図FIG. 11 is a configuration diagram showing a conventional example of a print head.
8,8a は圧力室、 9,9a はノズル、 1
2,12aはインク供給口、13,13a,13bは側板、 14,14
aはノズル板、 15,15aは圧電素子、16,16aはイン
ク、 19,19a〜19c,19A,19B,191,192 は弾性部材8,8a is a pressure chamber, 9,9a is a nozzle, 1
2, 12a are ink supply ports, 13, 13a, 13b are side plates, 14, 14
a is a nozzle plate, 15, 15a are piezoelectric elements, 16 and 16a are ink, 19, 19a to 19c, 19A, 19B, 19 1 and 19 2 are elastic members
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 恩田 信彦 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 加藤 秀雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 右田 和彦 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Nobuhiko Onda 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited (72) Inventor Hideo Kato, 1015, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture Fujitsu Limited ( 72) Inventor Kazuhiko Uda 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited
Claims (7)
筒形の圧電素子とを備え、 該圧電素子に電圧を印加してインク供給口から圧力室内
に吸引されたインクをノズルから噴射するインクジェッ
トヘッドであって、 前記圧電素子の少なくとも一端を弾性部材を介して前記
ノズル板、或いは前記側板に接合することを特徴とする
インクジェットヘッド。1. A nozzle plate having a nozzle, a side plate having an ink supply port, and a cylindrical piezoelectric element which forms a pressure chamber by connecting the nozzle plate and the side plate to both ends, and a voltage is applied to the piezoelectric element. An inkjet head that ejects ink that is applied and sucked into a pressure chamber from an ink supply port from a nozzle, wherein at least one end of the piezoelectric element is bonded to the nozzle plate or the side plate via an elastic member. And inkjet head.
〜1×109 〔N/mm2 〕の材料であることを特徴と
する請求項1のインクジェットヘッド。2. The elastic member has a Young's modulus of 1 × 10 5
The ink jet head according to claim 1, wherein the ink jet head is made of a material of -1 x 10 9 [N / mm 2 ].
ることを特徴とする請求項1のインクジェットヘッド。3. The ink jet head according to claim 1, wherein the elastic member is formed in a bellows shape.
とも一部を構成することを特徴とする請求項1或いは請
求項3のインクジェットヘッド。4. The ink jet head according to claim 1, wherein the elastic member constitutes at least a part of an ink supply port.
形成されることを特徴とする請求項1のインクジェット
ヘッド。5. The ink jet head according to claim 1, wherein the elastic member is formed of a material having viscoelasticity.
ヤング率が小さく、変形速度が大きい時はヤング率が大
きくなる材料であることを特徴とする請求項5のインク
ジェットヘッド。6. The ink jet head according to claim 5, wherein the elastic member is made of a material having a small Young's modulus when the deformation speed is low and a large Young's modulus when the deformation speed is high.
に吸引する時のヤング率は、1×105 〜1×10
6 〔N/mm2 〕であり、インクを噴射する時のヤング
率は、1×107 〜1×108 〔N/mm2 〕になるこ
とを特徴とする請求項6のインクジェットヘッド。7. The Young's modulus of the elastic member when sucking the ink into the pressure chamber is from 1 × 10 5 to 1 × 10 5.
6 [N / mm 2] a and the Young's modulus at the time of ejecting the ink, an ink jet head according to claim 6, characterized in that a 1 × 10 7 ~1 × 10 8 [N / mm 2].
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7134985A JPH08323981A (en) | 1995-06-01 | 1995-06-01 | Ink-jet head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7134985A JPH08323981A (en) | 1995-06-01 | 1995-06-01 | Ink-jet head |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08323981A true JPH08323981A (en) | 1996-12-10 |
Family
ID=15141235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP7134985A Withdrawn JPH08323981A (en) | 1995-06-01 | 1995-06-01 | Ink-jet head |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH08323981A (en) |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020806 |