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JPH03182357A - Hot melt ink jet recording head - Google Patents

Hot melt ink jet recording head

Info

Publication number
JPH03182357A
JPH03182357A JP32168289A JP32168289A JPH03182357A JP H03182357 A JPH03182357 A JP H03182357A JP 32168289 A JP32168289 A JP 32168289A JP 32168289 A JP32168289 A JP 32168289A JP H03182357 A JPH03182357 A JP H03182357A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
hot melt
nozzle
nozzles
recording head
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
JP32168289A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunio Nakamura
中村 邦雄
Yoshimasa Ito
伊東 良将
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 JP32168289A priority Critical patent/JPH03182357A/en
Publication of JPH03182357A publication Critical patent/JPH03182357A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

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

Abstract

PURPOSE:To secure sufficient pressuring force and to record with small drops of ink stably at high density by providing a cooling/heating means separately for each of a plurality of nozzles and using an ink pressuring chamber and an ink pressuring means in common to a plurality of the nozzles. CONSTITUTION:A hot melt ink 15 at the side of an ink nozzle 3 is kept solid. An exciting voltage is impressed to an electrode 14 by an image signal from outside, and also to electrodes 10, 11 in an opposite direction, so that a bonding part of Peltier thin films 8, 9 starts heating. Accordingly, the hot melt ink 15 at the side of the ink nozzle 3 is melted. At the same time, the volume in an ink pressuring chamber 2 is changed by the action of a piezoelectric vibrator 13 thereby to press the ink. As a result, small drops of liquid ink are discharged from the ink nozzle 3. Thus, recording is carried out. The voltage impressed to the piezoelectric vibrator 13 is finely adjusted in accordance with hot many of a plurality of the corresponding ink nozzles 3 receive discharging instructions. Therefore, the ink drops can be discharged stably at all times.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、インク小滴を画像信号に応じて吐出させ、記
録媒体上にドツトを形成し、文字、図形等を記録するた
めに用いるオンデマンド型のホットメルトインクジェッ
ト記録ヘッドに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention is an on-demand type inkjet printer used to eject ink droplets in accordance with an image signal to form dots on a recording medium to record characters, figures, etc. The present invention relates to a hot melt inkjet recording head.

従来の技術 従来、インク記録技術の一手段であるインクジェy)記
録ヘッドに関しては、種々の方式が提案されており、そ
の内、室温で固体のインクを融点以上に加熱昇温しで液
化し、インク液滴状にして記録媒体に付着させろホット
メルトインクジェット記録ヘッドが知られている。この
ホットメルトインクジェット記録ヘッドを用いた記録方
式では、ホットメルトインクが記録媒体に付着した後、
直ちに冷却固化するので、液体インクを用いた場合にし
ばしば発生する滲みの問題がなく、記録媒体に対する記
録状態が記録媒体の材質により左右されにくいという長
所があり、記録装置への応用が検討されている。上記従
来のホットメルトインクジェット記録ヘッドとしては、
例えば、特開昭61−98547号公報に記載されてい
る構成が知られている。以下、その従来例について図面
を参照しながら説明する。
BACKGROUND OF THE INVENTION Conventionally, various methods have been proposed for inkjet recording heads, which are a means of ink recording technology. Hot-melt inkjet recording heads are known in which ink is formed into droplets and adhered to a recording medium. In the recording method using this hot melt inkjet recording head, after the hot melt ink adheres to the recording medium,
Because it cools and solidifies immediately, there is no problem of bleeding that often occurs when liquid ink is used, and it has the advantage that the recording state on the recording medium is less affected by the material of the recording medium, so its application to recording devices is being considered. There is. The conventional hot melt inkjet recording head mentioned above is as follows:
For example, a configuration described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-98547 is known. The conventional example will be described below with reference to the drawings.

第2図(a)、(b)、(c)は従来のホットメルトイ
ンクジェット記録ヘッドを示し、第2図(a)は外観斜
視図、第2図(b)は第2図(a)のnb−nb矢視断
面図、第2図(c)は第2図(b)のlIc−lIc矢
視の一部拡大断面図である。
2(a), 2(b), and 2(c) show a conventional hot melt inkjet recording head, FIG. 2(a) is an external perspective view, and FIG. 2(b) is the same as that of FIG. 2(a). 2(c) is a partially enlarged sectional view taken along the line lIc-lIc in FIG. 2(b).

第2図(a)〜(C)に示すように、ヘッド基体60の
上部前側にインク加圧室61が水平方向で複数個に区画
され、ヘッド基体60の前側に各インク加圧室61を外
部に開放するインクノズル62が形成されている。イン
ク加圧室61の下方にはインク室63が形成され、これ
らインク加圧室51とインク室63は狭いインク流路6
4により連通されている。ヘッド基体50の後側にはイ
ンク補給室66が形成され、各インク補給室66の下部
はヘッド基体60の下部□水平方向に形成されたインク
流路66でインク室63の下部に連通されている。各イ
ンク補給室66の上部開口部にはカートリッジ67が装
填されるようになっており、カートリッジ67にはホッ
トメルトインク68が注入されている。ヘッド基体60
の上部には水平方向で各インク加圧室61に連通する穴
69が形成され、多穴69には棒状の圧電振動子60が
設けられ、圧電振動子60の前側には抑圧部61が設け
られている。
As shown in FIGS. 2(a) to 2(C), a plurality of ink pressurizing chambers 61 are horizontally divided on the front side of the upper part of the head base 60, and each ink pressurizing chamber 61 is divided on the front side of the head base 60. An ink nozzle 62 that opens to the outside is formed. An ink chamber 63 is formed below the ink pressurizing chamber 61, and these ink pressurizing chamber 51 and ink chamber 63 are connected to a narrow ink flow path 6.
4. An ink replenishment chamber 66 is formed on the rear side of the head base 50, and the lower part of each ink replenishment chamber 66 is communicated with the lower part of the ink chamber 63 through an ink flow path 66 formed horizontally in the lower part of the head base 60. There is. A cartridge 67 is loaded into the upper opening of each ink supply chamber 66, and hot melt ink 68 is injected into the cartridge 67. head base 60
A hole 69 communicating with each ink pressurizing chamber 61 in the horizontal direction is formed in the upper part of the ink pressurizing chamber 61 , a rod-shaped piezoelectric vibrator 60 is provided in the multi-hole 69 , and a suppressing part 61 is provided in the front side of the piezoelectric vibrator 60 . It is being

以上の構成において、以下、その動作について説明する
The operation of the above configuration will be described below.

カートリッジ67内のホットメルトインク68を加熱融
解し、この液状のインク58aをインク補給室66、イ
ンク流路66、インク室63、インク流路64を経てイ
ンク加圧室61に供給する。そして、棒状の圧電振動子
60の電極62に画像信号が印加されろと、棒状の圧電
振動子60が長さ方向に伸縮し、抑圧部61によりイン
ク加圧室610体積を変動させ、インクを加圧してイン
クノズル62よりインク液滴を吐出させ、記録媒体上に
文字、図形等を記録することができる。
The hot melt ink 68 in the cartridge 67 is heated and melted, and the liquid ink 58a is supplied to the ink pressurizing chamber 61 through the ink supply chamber 66, the ink channel 66, the ink chamber 63, and the ink channel 64. Then, when an image signal is applied to the electrode 62 of the rod-shaped piezoelectric vibrator 60, the rod-shaped piezoelectric vibrator 60 expands and contracts in the length direction, and the volume of the ink pressurizing chamber 610 is changed by the suppressing part 61, and the ink is By pressurizing and ejecting ink droplets from the ink nozzle 62, characters, figures, etc. can be recorded on the recording medium.

次に、上記ホットメルトインクジェット記録ヘッドと比
較するため、常温で液体のインクを用いた場合の典型的
なインクジェット記録ヘッドの一例を第3図に示す分解
斜視図により説明する。同図に示すように、ヘッド基体
71は基板72と上板73とからなり、基板72にはイ
ンク加圧室74、インク流路76、インクノズル76お
よびインク室77が水平面内で形成されている。インク
ノズル76はインク流路76を先端側で集めることによ
り高密度(例えば、8本/Il)で配置されている。
Next, for comparison with the hot melt ink jet recording head described above, an example of a typical ink jet recording head using liquid ink at room temperature will be described with reference to an exploded perspective view shown in FIG. As shown in the figure, the head base 71 consists of a substrate 72 and an upper plate 73, and the substrate 72 has an ink pressurizing chamber 74, an ink flow path 76, an ink nozzle 76, and an ink chamber 77 formed in a horizontal plane. There is. The ink nozzles 76 are arranged at a high density (for example, 8 nozzles/Il) by gathering the ink channels 76 at the tip side.

上板73にはインク加圧室2o上で圧電振動子78が設
けられている。
A piezoelectric vibrator 78 is provided on the upper plate 73 above the ink pressurizing chamber 2o.

両者の構造上の差は、インクの粘度に起因している。す
なわち、液体インクの粘度が2〜3cpであるのに対し
、ホットメルトインクの粘度は、動作温度(約100℃
)においても10cp程度あり、流れの抵抗が大きい。
The structural difference between the two is due to the viscosity of the ink. That is, while the viscosity of liquid ink is 2 to 3 cp, the viscosity of hot melt ink is
) is also about 10 cp, and the flow resistance is large.

したがって、ホットメルトインクはインクノズル62か
もの吐出に大きな力が必要で、第2図に示すような大き
な形状の圧電振動子60を用い、インク加圧室61とイ
ンクノズル62間の距離を極力短くするように設計され
ている。つまり、第3図に示すように、インクノズル7
6とインク加圧室74の間にインク流路76を設け、イ
ンク流路76の集中化を図るような設計は、ホットメル
トインクを用いるヘッドの場合には採用することができ
ない。また、第3図に示すような平面流路構成とするこ
ともできない。
Therefore, hot melt ink requires a large force to be ejected from the ink nozzle 62, and a piezoelectric vibrator 60 with a large shape as shown in FIG. 2 is used to minimize the distance between the ink pressurizing chamber 61 and the ink nozzle 62. Designed to be short. In other words, as shown in FIG.
A design in which an ink flow path 76 is provided between the ink pressure chamber 6 and the ink pressurizing chamber 74 to centralize the ink flow path 76 cannot be adopted in the case of a head using hot melt ink. Furthermore, a planar flow path configuration as shown in FIG. 3 is also not possible.

そこで、第2図に示すようなヘッド構成が提案されてい
る。
Therefore, a head configuration as shown in FIG. 2 has been proposed.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような従来のホットメルトインク
ジェット記録ヘッドの構成では、インク加圧室51を各
インクノズル62に対応して独立的に設け、しかも、イ
ンク加圧室51とインクノズル620間の距離を短くす
るため、インクノズル62の高密度配置に限度がある。
Problems to be Solved by the Invention However, in the configuration of the conventional hot melt inkjet recording head as described above, the ink pressurizing chamber 51 is provided independently corresponding to each ink nozzle 62, and furthermore, the ink pressurizing chamber 51 In order to shorten the distance between the ink nozzles 620 and the ink nozzles 620, there is a limit to the high-density arrangement of the ink nozzles 62.

また、インク補給室65かもインク加圧室61までの間
に長い距離と立体的流路の形成が必要となり、一方、ホ
ットメルトインク68を用いると、当然、常温と動作温
度間のヒートサイクルがヘッドに掛かり、このホットメ
ルトインク68は融解時に約10〜20%の体積膨張が
ある。このため、冷却時に熱収縮し、流路内のいたると
ころで空間を生じ、空気が入り込み、ホットメルトイン
ク68の加熱融解時に気泡として残り、インク切れ現象
が発生するなどの問題がある。
Furthermore, it is necessary to form a long distance and a three-dimensional flow path between the ink supply chamber 65 and the ink pressurizing chamber 61. On the other hand, when hot melt ink 68 is used, a heat cycle between normal temperature and operating temperature is required. The hot melt ink 68 applied to the head expands in volume by about 10 to 20% when melted. For this reason, the hot melt ink 68 thermally contracts when cooled, creating spaces everywhere in the flow path, allowing air to enter and remaining as bubbles when the hot melt ink 68 is heated and melted, causing problems such as ink shortage.

本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するもの
で、インクノズルを高密度に配置することができ、また
、インク切れ現象の発生を防止することができ、したが
って、安定したインク小滴の高密度記録を実現すること
ができるようにしたホットメルトインクジェット記録ヘ
ッドを提供することを目的とするものである。
The present invention solves the problems of the prior art as described above, and allows ink nozzles to be arranged with high density, and also prevents the occurrence of ink shortage phenomenon, thus achieving a stable ink volume. It is an object of the present invention to provide a hot melt inkjet recording head that can realize high-density recording of droplets.

課題を解決するための手段 上記目的を達成するための本発明の技術的解決手段は、
複数のノズルと、複数のノズルに共通に設づられたイン
ク加圧室、このインク加圧室内のインクを加圧するため
の加圧手段および上記インク加圧室に連通ずるインク溜
と、上記各ノズル毎に設けられた冷却、加熱手段を備え
たものである。
Means for Solving the Problems The technical solution of the present invention for achieving the above object is as follows:
A plurality of nozzles, an ink pressurizing chamber provided in common to the plurality of nozzles, a pressurizing means for pressurizing ink in the ink pressurizing chamber, an ink reservoir communicating with the ink pressurizing chamber, and each of the above. It is equipped with cooling and heating means provided for each nozzle.

そして、上記ノズル、インク加圧室およびインク溜に通
ずる流路が本質的にほぼ平面に配置するのが好ましい。
Preferably, the nozzle, the ink pressurizing chamber, and the flow path communicating with the ink reservoir are arranged essentially in a substantially flat plane.

また、上記インク加圧室と加圧手段を複数組設け、各組
のインク加圧室と加圧手段を複数のノズルに対応させる
ことができる。
Furthermore, it is possible to provide a plurality of sets of the ink pressurizing chamber and pressurizing means, and to make each set of ink pressurizing chamber and pressurizing means correspond to a plurality of nozzles.

また、上記ノズル側の高さを少なくともインク溜側より
低く形成し、記録装置本体にノズル側から挿入し、ヘッ
ド基体底面を上記記録装置本体に設けている加熱手段と
熱的に接触させ、交換使用するように構成することがで
きる。
Further, the height of the nozzle side is formed at least lower than the ink reservoir side, and the head base is inserted into the recording apparatus main body from the nozzle side, and the bottom surface of the head base is brought into thermal contact with the heating means provided on the recording apparatus main body, and the head base is replaced. can be configured for use.

また、上記冷却、加熱手段としてペルチェ素子を用いる
ことができ、また、上記ヘッド基体を熱伝導性の金属材
料により形成し、このヘッド基体におけろノズルの吐出
側の外面周囲を耐熱性樹脂薄膜で被覆し、この耐熱性樹
脂薄膜上に薄膜状のペルチェ素子を形成することができ
、また、上記ペルチェ素子上に耐熱性を有し、かつ液化
したインクをはじく性質を有する樹脂薄膜を被覆するこ
とができる。
Further, a Peltier element can be used as the cooling and heating means, and the head base is formed of a thermally conductive metal material, and the outer surface of the nozzle on the discharge side of the head base is covered with a heat-resistant resin thin film. A thin Peltier element can be formed on this heat-resistant resin thin film, and a resin thin film having heat resistance and a property of repelling liquefied ink is coated on the Peltier element. be able to.

そして、上記ホットメルトインクジェット記録ヘッドを
駆動するには、ヘッド基体を外部から加熱し、インク加
圧室内のインクをまず融解し、この部分からノズル側お
よびインク溜側の両方に向かって融解が進み、最後にイ
ンク溜内の最上部のインクを融解させ、この間、ノズル
先端部は、冷却手段で固体状態を保つ。その後、外部か
らの画像信号により、共通の加圧手段を動作させ、かつ
選択的にノズル冷却手段を停止させてノズル加熱手段を
動作させ、ノズル先端部のインクを融解して吐出させ、
動作終了後はすべてのノズル先端部のインクが固体状態
になった状態で全体加熱を停止し、インク溜内の最上部
表面から固化させ、インク加圧室内のインクを最後に固
化させる。上記駆動に際し、インクを吐出するノズルの
数に応じてインク加圧手段への電力投入を微調整する。
To drive the hot-melt inkjet recording head, the head base is heated from the outside to first melt the ink in the ink pressure chamber, and the melting progresses from this part toward both the nozzle side and the ink reservoir side. Finally, the ink at the top of the ink reservoir is melted, and during this time the nozzle tip is kept in a solid state by cooling means. Thereafter, in response to an image signal from the outside, the common pressure means is operated, and the nozzle cooling means is selectively stopped and the nozzle heating means is operated to melt and eject the ink at the tip of the nozzle.
After the operation is completed, the overall heating is stopped when the ink at the tips of all the nozzles is in a solid state, and the ink is solidified from the top surface in the ink reservoir, and finally the ink in the ink pressurizing chamber is solidified. During the above driving, the power input to the ink pressurizing means is finely adjusted depending on the number of nozzles that eject ink.

作用 したがって、本発明によれば、インク加圧室とノズル間
、インク溜とインク加圧室間の流路を短く、かつ平面構
成とすることができ、インクの流れの抵抗が小さいので
、大きな吐出力を必要とせず、しかも、インク加圧室、
加圧手段を共用する方式としているので、ノズルを高密
度配列にしても、十分な大きさの吐出力を確保すること
ができろ。また、上記のように流路が短く、かつ平面構
成とすることができるので、気泡が混入しても容易に押
し出して排除することができ、また、ノズル開口部は吐
出動作状態を除いてインクが固体になっていて、しかも
、吐出方向に陽圧になっている時に固化し、冷却収縮に
よる隙間が生じず、気密性が保たれているので、使用後
の冷却時にそこから空気が侵入することがなく、気泡混
入の問題はほとんどなくなる。
Therefore, according to the present invention, the flow paths between the ink pressurizing chamber and the nozzle and between the ink reservoir and the ink pressurizing chamber can be made short and have a flat configuration, and the resistance to the ink flow is small, so that a large No ejection force is required, and the ink pressure chamber
Since the pressurizing means is shared, a sufficient ejection force can be ensured even if the nozzles are arranged in a high density arrangement. In addition, as mentioned above, the flow path is short and has a flat configuration, so even if air bubbles get mixed in, they can be easily pushed out and removed. It solidifies when there is positive pressure in the discharge direction, and airtightness is maintained without creating any gaps due to cooling contraction, so air can enter from there when cooling after use. This eliminates the problem of air bubbles.

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。
EXAMPLES Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(aJ〜(C1は本発明の一実施例におけるホッ
トメルトインクジェット記録ヘッドを示し、第1図(8
)は平面図、第1図(b)は第1図(a)のIb−Ib
矢矢筒断面図第1図(C)は正面図である。
Figure 1 (aJ to (C1) shows a hot melt inkjet recording head in one embodiment of the present invention;
) is a plan view, and FIG. 1(b) is Ib-Ib in FIG. 1(a).
The cross-sectional view of the arrow quiver (FIG. 1C) is a front view.

第1図(a)〜(C)に示すように、ヘッド基体1は熱
伝導性に優れた金属材料からなり、その前側部にインク
加圧室2が形成され、このインク加圧室2は前側部が先
端側に至るに従い次第に収れん形状に形成され、ヘッド
基体1の前面に形成されたインクノズル3により外方に
開放されている。ヘクト基体1の後側部にはインク溜4
が形成され、インク溜4はヘッド基体1の底部でインク
加圧室2にインク補給流路6で連通されている。インク
溜4の頂部には空気穴6が形成されている。ヘッド基体
1の前側部にはインクノズル3を囲むように電気的、熱
的に絶縁性を有するテフロン等からなる絶縁薄膜7が形
成され、この絶縁薄膜7上に同様にインクノズル3を囲
むように冷却、加熱手段として2種類の半導体材料から
なるペルチェ素子薄膜8と9が蒸着により形成されてい
る。これらのペルチェ素子薄膜8と9はヘッド基体1の
前面、すなわちインクノズル3の開放側で重ねられ、冷
却、加熱現象を起こす接合部が形成されている(なお、
この接合部は必ずしも両生導体材料が重ならなくてもよ
く、電気良導体の金属を介して形成してもよい)。
As shown in FIGS. 1(a) to (C), the head base 1 is made of a metal material with excellent thermal conductivity, and an ink pressurizing chamber 2 is formed in the front side thereof. The front side portion is formed into a gradually converging shape as it reaches the tip side, and is opened outward by an ink nozzle 3 formed on the front surface of the head base body 1. An ink reservoir 4 is provided on the rear side of the hecht base 1.
The ink reservoir 4 is connected to the ink pressurizing chamber 2 at the bottom of the head base 1 through an ink replenishment channel 6. An air hole 6 is formed at the top of the ink reservoir 4. An insulating thin film 7 made of electrically and thermally insulating Teflon or the like is formed on the front side of the head base 1 so as to surround the ink nozzles 3 . As cooling and heating means, Peltier element thin films 8 and 9 made of two types of semiconductor materials are formed by vapor deposition. These Peltier element thin films 8 and 9 are overlapped on the front surface of the head base 1, that is, on the open side of the ink nozzle 3, forming a joint that causes cooling and heating phenomena (note that
This joint does not necessarily require that the two conductor materials overlap, and may be formed using a metal that is a good electrical conductor.)

ペルチェ素子薄膜8.9上には電圧印加用の金属製の電
極10.11が設けられ、これらの電極10.11が記
録装置本体(図示省略)と接続されている。上記ペルチ
ェ素子材料としては、例えば正の熱電気係数材料にビス
マス・テルル・アンチモンの合金の蒸着膜を用い、負の
材料にビスマス・テルル・セレンの合金の蒸着膜を用い
る。これらの電気抵抗率は10 Ω・傭で、熱伝導率は
2x1o  w/(α・deg)程度である。ここで、
負の熱電気係数材料側から電流を流すと、この設定で冷
却吸熱現象が起こり、逆方向から電流を流すと発熱現象
が起こる。
Metal electrodes 10.11 for voltage application are provided on the Peltier element thin film 8.9, and these electrodes 10.11 are connected to the main body of the recording apparatus (not shown). As the Peltier element material, for example, a deposited film of an alloy of bismuth, tellurium, and antimony is used as a positive thermoelectric coefficient material, and a deposited film of an alloy of bismuth, tellurium, and selenium is used as a negative material. The electrical resistivity of these is 10 Ω·m, and the thermal conductivity is about 2×1 ow/(α·deg). here,
When a current is applied from the side of the material with a negative thermoelectric coefficient, an endothermic cooling phenomenon occurs under this setting, and when an electric current is applied from the opposite direction, an exothermic phenomenon occurs.

インク加圧室2はすべてのインクノズル3に共通となる
ように形成されている。インク加圧室2の上部は金属製
の可動板(振動板)12に形成され、可動板12上に圧
電振動子13が設けられ、圧電振動子13上に電極14
が設けられている。
The ink pressurizing chamber 2 is formed to be common to all the ink nozzles 3. The upper part of the ink pressurizing chamber 2 is formed by a metal movable plate (diaphragm) 12, a piezoelectric vibrator 13 is provided on the movable plate 12, and an electrode 14 is provided on the piezoelectric vibrator 13.
is provided.

可動板12がアース電極を兼用し、電極14に加振電圧
が印加されることにより圧電振動子13が振動して可動
板13が可動され、インク加圧室2の容積が変化される
。そして、これらはすべてのインクノズル3に共通の加
圧振動子として働く。
The movable plate 12 also serves as a ground electrode, and when an excitation voltage is applied to the electrode 14, the piezoelectric vibrator 13 vibrates, the movable plate 13 is moved, and the volume of the ink pressurizing chamber 2 is changed. These act as pressure vibrators common to all ink nozzles 3.

記録装置本体との電気的接続は電極14との接触で行わ
れている。
Electrical connection with the main body of the recording device is made through contact with the electrode 14.

上記インクノズル3、インク加圧室2およびインク溜4
に通ずる流路は本質的にほぼ平面に配置されている。ま
た、ノズル3側の高さが少なくともインク溜4側より低
く形成され、記録装置本体にインクノズル3側から挿入
され、ヘッド基体1の底面と側面が上記記録装置本体に
設けられている加熱手段と熱的に接触されるようになっ
ている。
The ink nozzle 3, ink pressurizing chamber 2 and ink reservoir 4
The flow channels leading to are arranged essentially in a substantially planar manner. Further, the height of the nozzle 3 side is at least lower than that of the ink reservoir 4 side, and the heating means is inserted into the recording apparatus main body from the ink nozzle 3 side, and the bottom and side surfaces of the head base 1 are provided in the recording apparatus main body. It is designed to be in thermal contact with.

上記のように構成されたホットメルトインクジェット記
録ヘッドはインク溜4内のホットメルトインクを使い切
った時には新たに交換する使い捨てとして用いろことも
できる。
The hot-melt ink jet recording head configured as described above can also be used as a disposable head that is replaced with a new one when the hot-melt ink in the ink reservoir 4 is used up.

本実施例では、例えば、2kHzの周波数で圧電振動子
13を加振し、これに同期し、かつ適当な位相差をもっ
て、ペルチェ素子薄膜8.9を駆動させる。ペルチェ素
子薄膜8.9は、吐出命令に従って、インクノズル3の
先端部のインク16を冷却し、若しくは加熱することが
できる。加熱されたインクノズル3の先端部のインク1
6は融解し、圧電振動子13の振動によるインク加圧室
2の容積変化に伴い、インク小滴となって吐出される。
In this embodiment, the piezoelectric vibrator 13 is vibrated at a frequency of, for example, 2 kHz, and the Peltier element thin film 8.9 is driven in synchronization with this and with an appropriate phase difference. The Peltier element thin film 8.9 can cool or heat the ink 16 at the tip of the ink nozzle 3 according to a discharge command. Ink 1 at the tip of heated ink nozzle 3
6 melts and is ejected as ink droplets as the volume of the ink pressurizing chamber 2 changes due to the vibration of the piezoelectric vibrator 13.

冷却されればインク16は固化し、吐出が止まる。When cooled, the ink 16 solidifies and stops being ejected.

以上の構成において、以下、その動作について説明する
The operation of the above configuration will be described below.

今、インク溜4内のホットメルトインク16がインク補
給流路6を経てインク加圧室2内に満たされ、この状態
でホットメルトインク15が固体状態を保っているとす
る。そして、まず、記録装置本体に電源が投入されると
、記録装置本体側の外部加熱手段が動作を開始し、ヘッ
ド基体1の底部および側面が温められ、これと同時に電
極1o、11に電圧印加され、ペルチェ素子薄膜8.9
の接合部が冷却作用を開始する。これにより固体状態の
ホットメルトインク15をインク加圧室2内から融解し
、この部分からインクノズル3側およびインク溜4側の
両方へ向かって融解が進み、最後にインク溜4内の最上
部のホットメルトインク16が融解する。この間、イン
クノズル3の側のホットメルトインク16は融点以下の
温度で固体状態に維持される。ここで、外部からの画像
信号により電極14に加振電圧が印加されろと共に、電
極10.11に逆方向で電圧印加され、ペルチェ素子薄
膜8.9の接合部が加熱作用を開始する。
Now, it is assumed that the hot melt ink 16 in the ink reservoir 4 is filled into the ink pressurizing chamber 2 through the ink supply channel 6, and in this state, the hot melt ink 15 is maintained in a solid state. First, when the power is turned on to the recording apparatus main body, the external heating means on the recording apparatus main body side starts operating to warm the bottom and side surfaces of the head base 1, and at the same time, voltage is applied to the electrodes 1o and 11. and Peltier element thin film 8.9
The joint begins its cooling action. As a result, the solid hot melt ink 15 is melted from inside the ink pressurizing chamber 2, and the melting progresses from this part toward both the ink nozzle 3 side and the ink reservoir 4 side, and finally reaches the top of the ink reservoir 4. hot melt ink 16 is melted. During this time, the hot melt ink 16 on the side of the ink nozzle 3 is maintained in a solid state at a temperature below its melting point. Here, an excitation voltage is applied to the electrode 14 by an external image signal, and at the same time, a voltage is applied in the opposite direction to the electrode 10.11, so that the joint portion of the Peltier element thin film 8.9 starts heating.

これによりインクノズル3側のホットメルトインク16
が融解されると共に、圧電振動子13の駆動によりイン
ク加圧室2内の容積が変化し、インク加圧室2内のイン
クが加圧されるので、インクノズル3かも液状のインク
小滴が吐出され、記録媒体上に文字、図形等が記録され
る。ここで、圧電振動子13への印加電圧は、対応する
複数のインクノズル3が吐出命令を受ける割合に応じて
微調整し、常に安定したインク小滴の吐出状態が保てる
ようにする。すなわち、例えば、全開の場合には、最大
印加電圧とし、全開の場合は最小の印加電圧とし、60
%の場合は、両者の中間の印加電圧とする。吐出された
インク16の補給は、インク流路6経由で、インク溜4
内のインク16が供給されることで達成できる。インク
消費に伴うインク溜4内スペースが増大するが、空気穴
6がら空気が供給されて減圧状態になるのが防止される
As a result, the hot melt ink 16 on the ink nozzle 3 side
As the ink is melted, the volume inside the ink pressurizing chamber 2 changes due to the drive of the piezoelectric vibrator 13, and the ink inside the ink pressurizing chamber 2 is pressurized. The liquid is ejected, and characters, figures, etc. are recorded on the recording medium. Here, the voltage applied to the piezoelectric vibrator 13 is finely adjusted depending on the rate at which the corresponding plurality of ink nozzles 3 receive ejection commands, so that a stable ink droplet ejection state can always be maintained. That is, for example, when fully open, the maximum applied voltage is set, and when fully opened, the minimum applied voltage is set to 60
%, the applied voltage is between the two. The ejected ink 16 is replenished via the ink flow path 6 to the ink reservoir 4.
This can be achieved by supplying the ink 16 inside. Although the space within the ink reservoir 4 increases as ink is consumed, air is supplied through the air holes 6 and a reduced pressure state is prevented.

記録終了後、記録装置本体の電源が切られると、まず、
外部加熱手段が加熱を停止すると共に、ペルチェ素子薄
膜8.9の接合部が冷却作用を開始し、ヘッド内のイン
ク16は、インク溜4の外壁に接触している部分および
インクノズル3側の部分から冷却し、最後にインク加圧
室2内のインク16およびインク溜4内のインク15の
中央部が固化する。インク固化に伴い、熱収縮現象が発
生し、ヘッド内で間隙が生ずるが、インクノズル3の先
端部のインク16が固体状態であるので、上記間隙に空
気が入ることはほとんどない。万一、気泡が混入しても
、第1図(b)に示すように、はとんど平面に近い流路
になっているので、空気穴6がら空気による圧力をイン
ク溜4内のインク16に加えれば容易に除去することが
できる。また、インク16に混入、あるいは溶融してい
る空気は、あらかじめカートリッジに詰める前に真空中
で加熱融解して空気を抜いておくので、外部から空気が
混入しない限り、気泡によるインク切れは発生しない。
After recording is complete, when the power to the recording device is turned off,
At the same time as the external heating means stops heating, the joint of the Peltier element thin film 8.9 starts cooling, and the ink 16 in the head is transferred to the part that is in contact with the outer wall of the ink reservoir 4 and the ink nozzle 3 side. The central portions of the ink 16 in the ink pressurizing chamber 2 and the ink 15 in the ink reservoir 4 are finally solidified. As the ink solidifies, a thermal contraction phenomenon occurs and a gap is created within the head, but since the ink 16 at the tip of the ink nozzle 3 is in a solid state, air hardly ever enters the gap. Even in the unlikely event that air bubbles get mixed in, as shown in FIG. 16, it can be easily removed. In addition, the air mixed in or melted in the ink 16 is heated and melted in a vacuum to remove the air before filling it into the cartridge, so as long as air is not mixed in from the outside, ink shortages due to air bubbles will not occur. .

上記実施例において、インクノズル30間隔を中心点間
で260μmとし、48ノズル構成で、水平方向に約1
2朋とした。また、記録装置本体に設置した状態で、4
8ノズルが311の垂直方向の幅の中に等間隔で配置さ
れろよう、第1図(c)で斜め右上りにノズル位置を決
めた。したがって、同図で、省略されている左端のノズ
ルの高さは、右端のノズルと3關のレベル差がある。イ
ンク溜4のインク液レベルとの落差は、左端が一番犬き
いことにkるが、この圧力差はわずかでほとんど無視で
きる。圧電振動子13の大きさは、1211rN X4
1nlとし、十分インク吐出力が得られるようにした。
In the above embodiment, the spacing between the ink nozzles 30 is 260 μm between center points, and the 48 nozzle configuration is approximately 1 mm in the horizontal direction.
2 friends. In addition, when installed in the recording device main body, 4
The nozzle positions were determined diagonally upward to the right in FIG. 1(c) so that eight nozzles would be arranged at equal intervals within the vertical width of 311. Therefore, in the figure, the left end nozzle, which is omitted, has a height difference of three degrees from the right end nozzle. The difference between the ink level and the ink level in the ink reservoir 4 is the worst at the left end, but this pressure difference is so small that it can be almost ignored. The size of the piezoelectric vibrator 13 is 1211rN
The amount of ink was set to 1 nl to ensure a sufficient ink ejection force.

そして、上記のように、共通のインク加圧室2からはほ
ぼ直結の複数のインクノズル3からのインク液滴の吐出
は、流路抵抗がわずかであるので、わずかな圧力を加え
ることにより可能でありインク15の補給も共通の通路
5かもわずかな流路抵抗で実現することができ、インク
小滴の吐出を十分な吐出力で、安定して行うことができ
た。
As mentioned above, ink droplets can be ejected from the plurality of ink nozzles 3 that are almost directly connected from the common ink pressurizing chamber 2 by applying a slight pressure because the flow path resistance is small. Therefore, replenishment of the ink 15 through the common passage 5 could be realized with slight flow path resistance, and ink droplets could be stably ejected with sufficient ejection force.

なお、インク加圧室2、圧電振動子13がすべてのイン
クノズル3に共通に対応しなくてもよく。
Note that the ink pressurizing chamber 2 and the piezoelectric vibrator 13 do not have to correspond to all the ink nozzles 3 in common.

複数のインク加圧室2、圧電振動子13を用意し、各イ
ンク加圧室2と圧電振動子1301組を複数のインクノ
ズル3に対応させ、インク吐出に必要り圧力を確保しつ
つ、複数のインクノズル3を同時に動作することができ
る。また、第1図では示していないが、ペルチェ素子薄
膜8.9のインク漏れおよびインクとの化学反応は、は
とんど問題ないが、ペルチェ素子薄膜8.9上に、耐熱
性を有し、かつ液化したインクをはじく性質を有するテ
フロン等からなる樹脂薄膜を被覆してもよく、これによ
り、インクとの問題は全く解消されることになり、空気
との熱的結合が緩和され、熱設計しも有利となる。
A plurality of ink pressurizing chambers 2 and piezoelectric vibrators 13 are prepared, and each ink pressurizing chamber 2 and piezoelectric vibrator 1301 pair is made to correspond to a plurality of ink nozzles 3, while ensuring the pressure necessary for ink ejection. The ink nozzles 3 can be operated simultaneously. Although not shown in FIG. 1, ink leakage and chemical reactions with ink from the Peltier element thin film 8.9 are not a problem, but there is a heat resistant layer on the Peltier element thin film 8.9. , and may be coated with a thin resin film made of Teflon or the like that has the property of repelling liquefied ink.This completely eliminates the problem with ink, reduces thermal bonding with air, and reduces heat resistance. Design is also advantageous.

発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、複数のノズルに個
別に冷却、加熱手段を設け、複数のノズルに共通したイ
ンク加圧室およびインク加圧手段を組合わせることによ
り、流路が短く、はぼ平面に配置された流路が形成でき
、ノズルを高密度配置としても、十分な加圧面積を確保
することができ、十分な加圧力を確保できる。しかも、
ノズル先端部のインクは、インク吐出状態を除いて常に
固体状態で、ノズルから空気が入ることはなく、インク
の熱膨張収縮による気泡混入はほとんどない。したがっ
て、安定したインク小滴の記録が高密度で可能になる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, a plurality of nozzles are individually provided with cooling and heating means, and an ink pressure chamber and an ink pressure means common to the plurality of nozzles are combined to improve the flow. It is possible to form flow channels that are short and arranged on a flat surface, and even if the nozzles are arranged in a high density, a sufficient pressurizing area can be secured, and a sufficient pressurizing force can be secured. Moreover,
The ink at the tip of the nozzle is always in a solid state except when the ink is being ejected, and air never enters from the nozzle, and there is almost no air bubbles mixed in due to thermal expansion and contraction of the ink. Therefore, stable ink droplet recording is possible at high density.

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

第1図(a)〜(c)は本発明の一実施例におけるホッ
トメルトインクジェット記録ヘッドを示し、第1図(a
)は平面図、第1図(b)は第1図(a)のIb−Ib
矢視断面図、第1図(C)は正面図、第2図(a)〜(
C)は従来のホットメルトインクジェット記録ヘッドを
示し、第2図(a)は外観斜視図、第2図(b)は第2
図(a)の■b−■b矢視断面図、第2図(c)は第2
図(b)のUc−Hc矢視の一部拡大断面図、第3図は
従来の常温で液体のインクを用いたインクジェット記録
ヘッドを示す分解斜視図である。 1・・・ヘッド基体、2・・・インク加圧室、3・・・
インクノズル、4・・・インク溜、6・・・インク補給
流路、7・・・絶縁薄膜、8.9・・・ペルチェ素子薄
膜、12・・・可動板、13・・・圧電振動子、16・
・・ホットメルトインク。
1(a) to 1(c) show a hot melt inkjet recording head according to an embodiment of the present invention, and FIG.
) is a plan view, and FIG. 1(b) is Ib-Ib in FIG. 1(a).
1(C) is a front view, FIG. 2(a)-(
C) shows a conventional hot melt inkjet recording head, FIG. 2(a) is an external perspective view, and FIG. 2(b) is a second
A sectional view taken along arrows ■b-■b in Figure (a), and Figure 2 (c) shows the second
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a conventional inkjet recording head using liquid ink at room temperature. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Head base, 2...Ink pressure chamber, 3...
Ink nozzle, 4... Ink reservoir, 6... Ink supply channel, 7... Insulating thin film, 8.9... Peltier element thin film, 12... Movable plate, 13... Piezoelectric vibrator , 16・
・Hot melt ink.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)複数のノズルと、複数のノズルに共通に設けられ
たインク加圧室、このインク加圧室内のインクを加圧す
るための加圧手段および上記インク加圧室に連通するイ
ンク溜と、上記各ノズル毎に設けられた冷却、加熱手段
を備えたホットメルトインクジェット記録ヘッド。
(1) a plurality of nozzles, an ink pressurizing chamber provided in common to the plurality of nozzles, a pressurizing means for pressurizing the ink in the ink pressurizing chamber, and an ink reservoir communicating with the ink pressurizing chamber; A hot melt inkjet recording head comprising cooling and heating means provided for each nozzle.
(2)ノズル、インク加圧室およびインク溜に通ずる流
路が本質的にほぼ平面に配置されている請求項1記載の
ホットメルトインクジェット記録ヘッド。
(2) The hot melt ink jet recording head according to claim 1, wherein the nozzle, the ink pressurizing chamber, and the flow path leading to the ink reservoir are arranged essentially in a substantially flat plane.
(3)インク加圧室と加圧手段が複数組設けられ、各組
のインク加圧室と加圧手段が複数のノズルに対応してい
る請求項1または2記載のホットメルトインクジェット
記録ヘッド。
(3) The hot melt inkjet recording head according to claim 1 or 2, wherein a plurality of sets of ink pressurizing chambers and pressurizing means are provided, and each set of ink pressurizing chambers and pressurizing means corresponds to a plurality of nozzles.
(4)ノズル側の高さが少なくともインク溜側より低く
形成され、記録装置本体にノズル側から挿入され、ヘッ
ド基体底面が上記記録装置本体に設けられている加熱手
段と熱的に接触され、交換使用されるように構成された
請求項1ないし3のいずれかに記載のホットメルトイン
クジェット記録ヘッド。
(4) The height of the nozzle side is formed to be lower than at least the ink reservoir side, the head is inserted into the recording apparatus main body from the nozzle side, and the bottom surface of the head base is in thermal contact with heating means provided on the recording apparatus main body, The hot melt ink jet recording head according to any one of claims 1 to 3, which is configured to be used interchangeably.
(5)冷却、加熱手段としてペルチェ素子を用いた請求
項1ないし4のいずれかに記載のホットメルトインクジ
ェット記録ヘッド。
(5) The hot melt inkjet recording head according to any one of claims 1 to 4, wherein a Peltier element is used as the cooling and heating means.
(6)ヘッド基体が熱伝導性の金属材料からなり、この
ヘッド基体におけるノズルの吐出側の外面周囲が耐熱性
樹脂薄膜で被覆され、この耐熱性樹脂薄膜上に薄膜状の
ペルチェ素子が形成されている請求項6記載のホットメ
ルトインクジェット記録ヘッド。
(6) The head base is made of a thermally conductive metal material, the outer surface of the head base on the discharge side of the nozzle is covered with a heat-resistant resin thin film, and a thin-film Peltier element is formed on the heat-resistant resin thin film. 7. The hot melt ink jet recording head according to claim 6.
(7)ペルチェ素子上に耐熱性を有し、かつ液化したイ
ンクをはじく性質を有する樹脂薄膜が被覆されている請
求項5または6記載のホットメルトインクジェット記録
ヘッド。
(7) The hot melt ink jet recording head according to claim 5 or 6, wherein the Peltier element is coated with a resin thin film having heat resistance and a property of repelling liquefied ink.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011230046A (en) * 2010-04-27 2011-11-17 Canon Inc Liquid delivery apparatus
JP2012162076A (en) * 2011-02-07 2012-08-30 Palo Alto Research Center Inc Method of reducing bubbles and voids in phase-change ink
JP2012162078A (en) * 2011-02-07 2012-08-30 Palo Alto Research Center Inc Method of coordinating pressure and temperature during phase change of ink
US12059896B2 (en) 2020-08-04 2024-08-13 The Regents Of The University Of Michigan Combined electrohydrodynamic and aerosol printing

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