JP3099653B2 - Fluid ejection device and method - Google Patents

Fluid ejection device and method

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JP3099653B2
JP3099653B2 JP06278261A JP27826194A JP3099653B2 JP 3099653 B2 JP3099653 B2 JP 3099653B2 JP 06278261 A JP06278261 A JP 06278261A JP 27826194 A JP27826194 A JP 27826194A JP 3099653 B2 JP3099653 B2 JP 3099653B2
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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・プ
リント、特に、広範囲の噴射繰り返しレートにわたって
ほぼ一定の噴射速度で、インク・ジェット・ヘッドから
のインク滴(流体)を噴射する装置及び方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to ink jet printing, and more particularly, to an apparatus and method for ejecting ink droplets (fluids) from an ink jet head at a substantially constant ejection speed over a wide range of ejection repetition rates. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】高い繰り返しレートでインク・ジェット
・プリント・ヘッドからインク滴を噴射する装置及び方
法が従来から知られている。インク・ジェット滴の組織
及び噴射を支配する物理的法則は、複雑に相互作用す
る。したがって、1988年3月8日に発行された米国
特許第4730197号の「インパルス・インク・ジェ
ット・システム」は、インク・ジェットの幾何学的特
徴、トランスジューサ駆動波形、インク・メニスカス及
び圧力室共振、並びにインク滴噴射特性間の多くの相互
作用について説明すると共に、特徴づけている。複数の
オリフィス・プリント・ヘッドにつても記載されてお
り、「ダミー・チャンネル」及び柔軟な部屋壁を設け
て、噴射間のクロストークにより生じるインク滴の不均
一性を最少にしている。圧電トランスジューサ(PZ
T)駆動波形補償技法により、インク滴噴射レート(単
位時間当たりのインク滴の噴射回数)を大きくできる。
この技法は、プリント・ヘッドの共振、流体の共振、及
び過去のインク滴のタイミング補償を考慮している。適
応したPZT駆動波形回路及び複雑なインク・ジェット
・ヘッド構造が、インク滴噴射レートを7KHz以上に
上げている。
2. Description of the Related Art Apparatus and methods for ejecting ink droplets from an ink jet print head at a high repetition rate are known in the art. The physical laws governing the structure and ejection of an ink jet drop interact in a complex way. Accordingly, U.S. Pat. No. 4,730,197 issued on Mar. 8, 1988, entitled "Impulse Ink Jet System" describes the ink jet geometry, transducer drive waveforms, ink meniscus and pressure chamber resonance, Also, many interactions between ink drop ejection characteristics are described and characterized. Is described can have multiple orifice print head Nitsu, provided a "dummy channels" and flexible room wall, and the non-uniformity of ink droplets caused by the cross talk between the injection and to minimize. Piezoelectric transducer (PZ
T) The drive waveform compensation technique can increase the ink droplet ejection rate (the number of ink droplet ejections per unit time).
This technique allows for print head resonance, fluid resonance, and timing compensation of past drops. Adapted PZT drive waveform circuits and complex ink jet head structures have increased the drop ejection rate to over 7 KHz.

【0003】1992年12月8日に発行され、本願出
願人に譲渡された米国特許第5170177号の「イン
ク・ジェットを動作させて、高いプリント品質及び早い
プリント・レートを達成する方法」は、PZT駆動波形
について説明しており、この駆動波形のスペクトラム・
エネルギーの分布は、「主(ドミナント)音響共振周波
数」にて最小になる。この主周波数については、メニス
カス共振周波数や、ヘルムホルツ共振周波数や、PZT
駆動共振周波数や、インク・ジェット・プリント・ヘッ
ドを形成する異なるチャンネル及び経路の種々の音響共
振周波数の任意のものを含んでいると説明されている。
インク・ジェット出口チャンネルの共振周波数でのPZ
Tエネルギーを抑圧して、10KHzよりも高いインク
滴噴射レートで、インク滴の量を一定にし、噴射速度も
一定にすることも説明している。
US Pat. No. 5,170,177, issued Dec. 8, 1992 and assigned to the assignee of the present invention, describes a method for operating an ink jet to achieve high print quality and a high print rate. The PZT drive waveform is explained, and the spectrum of this drive waveform
The energy distribution is minimized at the "dominant (dominant) acoustic resonance frequency". Regarding the main frequency, a meniscus resonance frequency, a Helmholtz resonance frequency, a PZT
It is described as including any of the drive resonance frequencies and the various acoustic resonance frequencies of the different channels and paths forming the ink jet print head.
PZ at the resonant frequency of the ink jet outlet channel
It is also described that the T energy is suppressed to make the amount of ink droplets constant and the ejection speed constant at an ink droplet ejection rate higher than 10 KHz.

【0004】インク滴が電界に支配される点は既知であ
り、インク滴の噴射繰り返し速度を早くする点は、19
92年6月3日に米国特許出願され本願出願人に譲渡さ
れたロイ等による特許米国特許出願第07/89249
4号の「電界を用いたドロップ・オン・デマンド・イン
ク・ジェット・プリント・ヘッドによるプリント方法及
び装置」に開示されている。時間により変化しない電界
により、異なる量のインク滴に対して時間対紙の補償を
行えると共に、広範囲にわたる量でインク滴を噴射で
き、少ないPZT駆動エネルギーでインク滴を噴射でき
る。よって、最大インク滴噴射レートを8KHz以上に
早くできる。
[0004] It is known that ink droplets are governed by an electric field.
U.S. Patent Application Serial No. 07/89249 by Roy et al., Filed on June 3, 1992 and assigned to the present assignee.
No. 4, entitled "Printing Method and Apparatus by Drop-on-Demand Ink-Jet Print Head Using Electric Field". An electric field that does not change with time allows time-to-paper compensation for different amounts of ink droplets, allows ink droplets to be ejected in a wide range of amounts, and allows ink droplets to be ejected with low PZT drive energy. Therefore, the maximum ink droplet ejection rate can be increased to 8 KHz or more.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、残念なこと
に、電界装置は、複雑で、高価であり、衝撃に弱い。ま
た、電界がほこりを引きつけるので、信頼性及びプリン
ト品質も問題になる。
Unfortunately, however, electric field devices are complex, expensive, and vulnerable to impact. In addition, reliability and print quality are also issues because the electric field attracts dust.

【0006】よって、電界を用いることなく、1秒当た
り0から13000インク滴以上までの範囲のレートに
て噴射されるインク滴に対して、インク滴噴射速度をほ
ぼ一定とする簡単なインク・ジェット・プリント・ヘッ
ド・システムが求められている。
Therefore, a simple ink jet that keeps the ink droplet ejection speed substantially constant for ink droplets ejected at a rate ranging from 0 to 13,000 ink droplets per second without using an electric field. -There is a need for a print head system.

【0007】したがって、本発明の目的の1つは、広範
囲の噴射繰り返しレートにわたってほぼ一定の噴射速度
でインク・ジェット・ヘッドからインク滴を噴射する流
体噴射装置及び方法の提供にある。
It is, therefore, one object of the present invention to provide a fluid ejection apparatus and method for ejecting ink drops from an ink jet head at a substantially constant ejection velocity over a wide range of ejection repetition rates.

【0008】本発明の他の目的は、電界を必要とするこ
となく噴射性能を強化するように従来のインク・ジェッ
ト・ヘッドを駆動する改良された方法の提供にある。
It is another object of the present invention to provide an improved method of driving a conventional ink jet head to enhance jetting performance without requiring an electric field.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のインク・ジェッ
ト(流体噴射)装置及び方法によれば、特定のエネルギ
ー分布のトランスジューサ駆動波形を供給することによ
り、高分解能で高速のプリントができる。このエネルギ
ー分布によれば、主(ヘルムホルツ)インク滴噴射モー
ド、又はこの整数分数又は整数倍(サブハーモニクッス
又はハーモニックス)に関連した周波数付近にエネルギ
ーが集中しており、インク・ジェット・ヘッドのインク
入口及びインク出口の構造に関連した共振周波数にて、
エネルギーが抑圧されている。
According to the ink jet apparatus and method of the present invention, high resolution and high speed printing can be performed by supplying a transducer driving waveform having a specific energy distribution. According to this energy distribution, energy is concentrated near the frequency associated with the main (Helmholtz) ink drop ejection mode or its integral fraction or multiple (subharmonics or harmonics), and the ink jet head At the resonance frequency associated with the structure of the ink inlet and the ink outlet,
Energy is suppressed.

【0010】本発明によれば、インク滴の噴射速度は広
範囲の噴射繰り返しレートにわたってほぼ同じ噴射速度
であるので、高分解能で高速のプリントを行える。
According to the present invention, since the ejection speed of ink droplets is substantially the same over a wide range of ejection repetition rates, high-speed printing with high resolution can be performed.

【0011】また、本発明は、従来のインク・ジェット
・ヘッドの噴射性能を強化できる駆動波形整形原理を達
成する。
Further, the present invention achieves a driving waveform shaping principle capable of enhancing the ejection performance of a conventional ink jet head.

【0012】本発明のその他の目的及び利点は、添付図
を参照した好適実施例の以下の詳細説明より明らかにな
ろう
Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiment, taken in conjunction with the accompanying drawings.

【0013】[0013]

【実施例】本発明の他の目的及び利点は、添付図を参照
した以下の説明より理解できよう。図1は、本発明を用
いるのに適する多オリフィス・インク・ジェット・プリ
ント・ヘッドの一部であるインク・ジェット10の断面
図である。インク・ジェット10は、インク多岐管(マ
ニフォルド)12の境界を定める本体を具えており、こ
のインク多岐管12を介して、インクがインク・ジェッ
ト・プリント・ヘッドに供給される。本体は、インク滴
形成オリフィス14と、インク多岐管12からオリフィ
ス14へのインク流経路との境界を定める。一般的に、
インク・ジェット・プリント・ヘッドは、インク滴をプ
リント媒体(図示せず)にプリントするのに用いるた
め、互いに密接に離間したオリフィス14の配列を好ま
しくは含んでいる。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other objects and advantages of the present invention can be understood from the following description with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of an ink jet 10 that is part of a multi-orifice ink jet print head suitable for using the present invention. Ink jet 10 includes a body that defines an ink manifold 12 through which ink is supplied to an ink jet print head. The body defines an ink drop forming orifice 14 and an ink flow path from the ink manifold 12 to the orifice 14. Typically,
The ink jet print head preferably includes an array of orifices 14 that are closely spaced from one another for use in printing ink drops on a print medium (not shown).

【0014】典型的なインク・ジェット・プリント・ヘ
ッドは、黒とカラー・プリントに用いる黒、シアン、マ
ゼンタ及びイエロのインクを受ける少なくとも4個の多
岐管を具えている。しかし、かかる多岐管の数は、プリ
ントを黒インク単独で行うか、色の全範囲未満で行うか
により、変化する。インクは、多岐管12から、入口ポ
ート16、入口チャンネル(溝)18、圧力室ポート2
0を介してインク圧力室22に流れる。インクは、オフ
セット・チャンネル・ポート24を介して、圧力室22
を離れ、更に、オプションのオフセット室26及び出力
チャンネル28を介してノズル14に流れる。このノズ
ル14からインク滴が噴射される。
A typical ink jet printhead has at least four manifolds for receiving black, cyan, magenta and yellow inks for use in black and color printing. However, the number of such manifolds will vary depending on whether printing is done with black ink alone or less than the full range of colors. The ink is supplied from the manifold 12 to the inlet port 16, the inlet channel (groove) 18, the pressure chamber port 2
0 flows into the ink pressure chamber 22. Ink is supplied to the pressure chamber 22 via the offset channel port 24.
And flows to the nozzle 14 via an optional offset chamber 26 and output channel 28. An ink droplet is ejected from the nozzle 14.

【0015】インク圧力室22は、フレキシブル隔壁
(ダイアフラム)30が一方の側部となる。PZTの如
き電気機械トランスジューサ32は、適切な接着剤で隔
壁30に固定され、インク圧力室22に被さる。従来形
式では、トランスジューサ32は、金属フィルム層34
を具えており、この金属フィルム層に電気トランスジュ
ーサ駆動器が電気的に接続される。他の形式のトランス
ジューサを用いてもよいが、電圧が金属フィルム層34
に供給されると、トランスジューサ32がその形を変化
しようとするような曲がりモードでトランスジューサ3
2が動作する。しかし、トランスジューサ32は確実且
つ堅固に隔壁30に取り付けられているので、トランス
ジューサ32が曲がると、隔壁30が変形する。よっ
て、インク圧力室22にインクを供給すると、インクは
通路26を介してノズル14に流れる。インク滴が噴射
された後、トランスジューサ32が逆に曲がり、隔壁3
0も付随的に動くので、インク圧力室22にインクが再
び供給される。
The ink pressure chamber 22 has a flexible partition (diaphragm) 30 on one side. An electromechanical transducer 32, such as PZT, is secured to the septum 30 with a suitable adhesive and covers the ink pressure chamber 22. In a conventional manner, the transducer 32 comprises a metal film layer 34
An electrical transducer driver is electrically connected to the metal film layer. Although other types of transducers may be used, the voltage is applied to the metal film layer 34.
Supplied to the transducer 3 in a bending mode such that the transducer 32 attempts to change its shape.
2 works. However, since the transducer 32 is securely and firmly attached to the partition 30, when the transducer 32 bends, the partition 30 is deformed. Therefore, when ink is supplied to the ink pressure chamber 22, the ink flows to the nozzle 14 via the passage 26. After the ink droplets have been ejected, the transducer 32 bends in the opposite direction and the partition 3
Since 0 also moves incidentally, ink is supplied to the ink pressure chamber 22 again.

【0016】本発明に利用可能なインク・ジェット・プ
リント・ヘッドの製造を容易にするために、好ましく
は、ステンレス・スチールの如き多くの薄板(薄いプレ
ート)又はシートによりインク・ジェット10を形成す
る。これらシートを重ね関係で積み重ねる。図1の本発
明の実施例において、これらシート又は板は、隔壁30
を形成する隔壁板40と;インク圧力室22の境界を定
めるインク圧力室板42と;圧力室ポート20の境界を
定め、インク圧力室22の一方の側部に接し、出口チャ
ンネル・ポート24の一部の境界を定める分離板44
と;入口チャンネル18と出口チャンネル・ポート24
の一部との境界を定める入口チャンネル板46と;入口
ポート16、並びに出口チャンネル・ポート24及び多
岐管12の一部を特定する他の分離板48と;出口オフ
セット・チャンネル26と多岐管12の一部との境界を
定めるオフセット・チャンネル板50と;出口チャンネ
ル28及び多岐管12の一部の境界を定める分離板52
と;出口チャンネル28の一部の境界を定める出口板5
4と、インク・ジェットのオリフィス14の境界を定め
るオリフィス板56とを含んでいる。
To facilitate the manufacture of an ink jet print head that can be used in the present invention, the ink jet 10 is preferably formed from a number of thin plates or sheets, such as stainless steel. . These sheets are stacked in a stacking relationship. In the embodiment of the invention shown in FIG.
An ink pressure chamber plate 42 defining an ink pressure chamber 22; defining a pressure chamber port 20; contacting one side of the ink pressure chamber 22; Separation plate 44 defining a part of boundary
And inlet channel 18 and outlet channel port 24
An inlet channel plate 46 delimiting a portion of the manifold 12; the inlet port 16 and other separator plates 48 identifying the outlet channel port 24 and a portion of the manifold 12; the outlet offset channel 26 and the manifold 12 An offset channel plate 50 delimiting a portion of the outlet channel 28 and a separation plate 52 delimiting a portion of the manifold 12.
Exit plate 5 delimiting part of exit channel 28
4 and an orifice plate 56 that bounds the ink jet orifice 14.

【0017】図示したものよりも多いか又は少ない板
(プレート)を用いて、インク・ジェット・プリント・
ヘッドの種々のインク流れ経路、多岐管及び圧力室の境
界を定めてもよい。例えば、多数の板を用いて、図1に
示した単一板の代わりに、インク圧力室の境界を定めて
もよい。また、種々の機能の総てに対して、分離した金
属のシート又は層は必要ない。例えば、(化学的エッチ
ングを製造に用いるならば)化学的に金属をエッチング
するためにテンプレートとして用いるホトレジスト内の
パターンは、金属シートの各側部上で異なる。よって、
一層特定した例として、インク入口経路用のパターンを
金属シートの一方の側部上に配置できる一方、圧力室用
のパターンを他の側部にて前から後ろへのレジストレー
ションに配置できる。よって、注意深く制御したエッチ
ングにより、分離したインク入口経路と層を含む圧力室
とを、1つの共通層に組み合わせることができる。
Using more or less plates than shown, ink jet print printing can be used.
The various ink flow paths, manifolds and pressure chambers of the head may be defined. For example, multiple plates may be used to delimit ink pressure chambers instead of the single plate shown in FIG. Also, separate sheets or layers of metal are not required for all of the various functions. For example, the pattern in the photoresist used as a template to chemically etch the metal (if chemical etching is used in manufacturing) is different on each side of the metal sheet. Therefore,
As a more specific example, the pattern for the ink inlet path can be located on one side of the metal sheet, while the pattern for the pressure chambers can be located on the other side in front-to-back registration. Thus, with carefully controlled etching, separate ink inlet paths and pressure chambers containing layers can be combined into one common layer.

【0018】組立コストを最小にするために、オリフィ
ス板56を除いて、インク・ジェット・プリント・ヘッ
ドの総ての金属層を、金属シートに対する比較的安価な
従来の光パターン及びエッチング過程を用いて組立がで
きるようにする。機械加工又は他の金属加工過程は不要
である。オリフィス板56は、任意の数の過程を用いて
適切に作るが、これらの過程には、硫化ニッケルのバス
による電鋳処理、300シリーズのステンレス・スチー
ルにおける微小放電機械加工、300シリーズのステン
レス・スチールにおける打ち抜きがある。最後の2つの
アプローチは、オリフィス自体を除いて、オリフィス板
56の総ての特徴を光パターン処理及びエッチングする
のに用いる。他の適切なアプローチは、オリフィスに穴
をあけ、標準ブランキング処理を用いて、オリフィス板
に残す任意の特徴を形成する。
To minimize assembly costs, except for the orifice plate 56, all metal layers of the ink jet print head are fabricated using relatively inexpensive conventional light patterning and etching processes for metal sheets. To be assembled. No machining or other metalworking steps are required. The orifice plate 56 is suitably made using any number of processes, including electroforming with a nickel sulfide bath, micro-discharge machining in 300 series stainless steel, and 300 series stainless steel. There is punching in steel. The last two approaches use all features of the orifice plate 56, except for the orifices themselves, to light pattern and etch. Another suitable approach is to pierce the orifice and use a standard blanking process to create any features that remain on the orifice plate.

【0019】表1は、図1のインク・ジェットの許容寸
法である。用いる実際の寸法は、インク・ジェット配列
の機能と、特定のアプリケーションに対するパッケージ
とにより決まる。例えば、オリフィス板56内のオリフ
ィス14のオリフィス直径は、約25ミクロンから約1
50ミクロンの間で可変してもよい。
Table 1 shows the permissible dimensions of the ink jet of FIG. The actual dimensions used will depend on the capabilities of the ink jet arrangement and the package for the particular application. For example, the orifice diameter of orifice 14 in orifice plate 56 may range from about 25 microns to about 1 micron.
It may vary between 50 microns.

【表1】 [Table 1]

【0020】本発明のインク・ジェット・プリント・ヘ
ッド用に選択した電気機械変換機構は、エポキシにより
隔壁板40に接着された6辺形切り口のセラミック・ト
ランスジューサを具えており、トランスジューサの各々
は、各インク圧力室22の中心に位置する。この形式の
トランスジューサ機構にとって、6角形はほぼ円であ
り、この形は、ピエゾセラミック要素の所定領域に配置
される量に関しては、最高の電気機械効率である。
The electromechanical transducer selected for the ink jet print head of the present invention comprises a hexagonal cut ceramic transducer glued to the septum plate 40 by epoxy, each of the transducers comprising: It is located at the center of each ink pressure chamber 22. For this type of transducer mechanism, the hexagon is approximately circular, which is the highest electromechanical efficiency in terms of the amount placed in a given area of the piezoceramic element.

【0021】図1に示す如きインク・ジェット・ヘッド
から、制御可能な量のインク滴を噴射するには、トラン
スジューサ・ドライバ36から多数の選択可能な駆動波
形をトランスジューサ32に供給する必要がある。トラ
ンスジューサ32は、インク内の圧力波を誘導すること
により、選択された波形に応答する。この圧力波は、オ
リフィス14内で、インク流体が流れるようにする。
In order to eject a controllable amount of ink droplets from an ink jet head as shown in FIG. 1, a number of selectable drive waveforms must be supplied from the transducer driver 36 to the transducer 32. Transducer 32 responds to the selected waveform by inducing a pressure wave in the ink. This pressure wave causes the ink fluid to flow within the orifice 14.

【0022】図2A、2B及び2Cは、図1のプリント
・ヘッドのオリフィス部分の拡大断面図である。メニス
カス62を有するインク・コラム(柱)60がオリフィ
ス14内に位置している。図2A、2B及び2Cにおい
てモード(形状)0、1及び2と夫々なっている3つの
動作モードにて、メニスカス62が励起される。図2C
は、高いオーダの発振モードのメニスカス表面の中央可
動域(エクスカーション)Ce を示している。
FIGS. 2A, 2B and 2C are enlarged sectional views of the orifice portion of the print head of FIG. An ink column 60 having a meniscus 62 is located in the orifice 14. The meniscus 62 is excited in three operation modes, which are modes (shapes) 0, 1, and 2 in FIGS. 2A, 2B, and 2C. FIG. 2C
Indicates a central movable range (excursion) Ce of the meniscus surface in a high-order oscillation mode.

【0023】図2Aは、動作モード0を示す。これは、
オリフィス14の壁64内のインク・コラム60の容積
前方変位に対応する。従来は、インク・ジェット及び駆
動波形がモード0の動作を基本にしていたが、その可能
性を充分に活用していなかった。壁64に関連したイン
ク表面の張力及び粘性境界層の影響により、メニスカス
62は、高いオーダ・モードの欠如を示す形の丸くなっ
た特性となる。モード0の自然な(ナチュラル)共振周
波数は、インク・ジェット内側のインクの圧力と相互作
用するインクの集合の容積の動きにより(即ち、ヘルム
ホルツ発振器のように)、主に決まる。なお、「容量
性」圧力室22は、「インダクタンス性」入口チャンネ
ル18、組み合わせた出口チャンネル構造24、26、
28及びオリフィス14共に並列共振回路を形成する。
総て図1に示すチャンネル18、26、28、多岐管1
2、部品16、20、22及び圧力室22の如く、流体
的に結合した種々のインク・ジェットの要素の幾何学的
寸法は、オリフィス発振モードと相互作用する不要又は
寄生共振周波数を避けるように設定される。
FIG. 2A shows the operation mode 0. this is,
It corresponds to the volume forward displacement of the ink column 60 in the wall 64 of the orifice 14. In the past, ink jet and drive waveforms were based on mode 0 operation, but the potential was not fully exploited. Due to the effects of the ink surface tension and the viscous boundary layer associated with the wall 64, the meniscus 62 has a rounded shape in the form of a lack of high order mode. The natural (natural) resonance frequency of mode 0 is determined primarily by the movement of the volume of the ink mass interacting with the pressure of the ink inside the ink jet (ie, like a Helmholtz oscillator). Note that the "capacitive" pressure chamber 22 comprises an "inductance" inlet channel 18, a combined outlet channel structure 24,26,
28 and the orifice 14 together form a parallel resonant circuit.
Channels 18, 26, 28, manifold 1 all shown in FIG.
2. The geometric dimensions of the various fluidly coupled ink jet elements, such as components 16, 20, 22, and pressure chamber 22, are such that unnecessary or parasitic resonant frequencies interacting with the orifice oscillation mode are avoided. Is set.

【0024】広範囲の噴射レートにわたって一定のイン
ク滴噴射速度に適するように駆動波形を設定するには、
オリフィス及びメニスカス・システム要素の自然周波数
を知ることが更に必要である。よって、所望モードの自
然周波数付近の周波数にエネルギーを集中させ、他のモ
ードの自然周波数や、所望モードのエネルギーと競合す
る不要又は寄生共振周波数で、エネルギーを抑圧するよ
うに波形を設定できる。これら不要及び寄生共振周波数
は、インク滴の大きさやインク滴の速度、又はオリフィ
から噴射されたインク滴がプリント媒体に到達するの
にかかる時間に限定されないが、これらを含んだいくつ
かの事項において、インク・ジェット・オリフィスから
のインク滴の噴射に不利な影響を与える。
To set the drive waveform to be suitable for a constant ink drop ejection speed over a wide range of ejection rates,
It is further necessary to know the natural frequencies of the orifice and meniscus system elements. Therefore, the energy can be concentrated at a frequency near the natural frequency of the desired mode, and the waveform can be set so as to suppress the energy at the natural frequency of another mode or at an unnecessary or parasitic resonance frequency that competes with the energy of the desired mode. These unwanted and parasitic resonance frequencies are dependent on the size of the ink drop, the speed of the ink drop, or the orifice.
In some ways, including, but not limited to, the time it takes for the ink droplets ejected from the ink jet to reach the print media, it adversely affects the ejection of the ink droplets from the ink jet orifice.

【0025】図1のインク・ジェット10を動作させる
のに用いる波形を設定するには、入口チャンネル18の
基本(ファンダメンタル)共振周波数と、オフセット・
チャンネル・ポート24、オフセット・チャンネル2
6、出口チャンネル28及びオリフィス14を含む組合
せ出口チャンネル構造の基本共振周波数を知る必要があ
る。
To set the waveform used to operate the ink jet 10 of FIG. 1, the fundamental (fundamental) resonance frequency of the inlet channel 18 and the offset
Channel port 24, offset channel 2
6. It is necessary to know the fundamental resonance frequency of the combined outlet channel structure including the outlet channel 28 and the orifice 14.

【0026】基本的なオルガン・パイプ周波数の計算を
用い、多岐管12及びインク圧力室22が一定の圧力範
囲で動作すると仮定すると、式f=a/2Lを用いて、
入口チャンネルのおおよその共振周波数を計算できる。
なお、「a」はインク流における音の速度であり、
「L」は入口チャンネルの長さである。組み合わせた出
口チャンネル構造に対するのと同様な方法で、出口14
が閉じた(ゼロ速度の)境界として作用すると仮定する
と、組み合わせた出口チャンネル構造のおおよその共振
周波数を、式f=a/4Lから計算できる。
Using the basic organ pipe frequency calculations and assuming that the manifold 12 and the ink pressure chamber 22 operate in a constant pressure range, using the equation f = a / 2L,
The approximate resonance frequency of the inlet channel can be calculated.
Note that “a” is the speed of sound in the ink flow,
"L" is the length of the inlet channel. In the same manner as for the combined outlet channel structure, the outlet 14
Assuming that acts as a closed (zero velocity) boundary, the approximate resonant frequency of the combined exit channel structure can be calculated from the equation f = a / 4L.

【0027】表1を参照すると、インク・ジェット10
の入口チャンネルの長さは約6.35ミリメートルであ
り、組み合わせた出口チャンネルの長さは約3.50ミ
リメートルである。流体内の音の速度は、1秒当たり約
1000メートルである。よって、入口共振周波数は約
79KHzであり、出口共振周波数は約73KHzであ
る。
Referring to Table 1, the ink jet 10
Has a length of about 6.35 millimeters and the combined outlet channel has a length of about 3.50 millimeters. The speed of sound in the fluid is about 1000 meters per second. Therefore, the entrance resonance frequency is about 79 KHz, and the exit resonance frequency is about 73 KHz.

【0028】本願出願人による特願平6−189062
号明細書に記載の流体の流れ理論と共に上述の理論を、
インク・ジェット10用のPZT駆動波形の設定に適用
した。トランスジューサ・ドライバ36が発生する電気
的波形は、所望モードの周波数範囲にエネルギーが集中
する一方、他の競合モードで、インク・ジェット10の
入口及び出口チャンネル構造の共振周波数ではエネルギ
ーが抑圧される。
Japanese Patent Application No. 6-189062 filed by the present applicant
The above theory together with the fluid flow theory described in
This was applied to the setting of the PZT drive waveform for the ink jet 10. The electrical waveform generated by the transducer driver 36 has energy concentrated in the frequency range of the desired mode, while energy is suppressed at the resonant frequency of the inlet and outlet channel structures of the ink jet 10 in other competing modes.

【0029】図3は、本発明によるPZT駆動波形を発
生するのに適切なトランスジューサ・ドライバ36を表
す従来装置である。勿論、他の波形発生器も利用でき
る。
FIG. 3 is a prior art device representing a transducer driver 36 suitable for generating a PZT drive waveform according to the present invention. Of course, other waveform generators can be used.

【0030】プロセッサ100は、トリガ・パルスを負
パルス・タイマ102に供給する。この負パルス・タイ
マ102は、電界効果トランジスタ104を駆動して、
プロセッサ100で決まる期間中、抵抗回路網106を
負電圧源−Voに電気的に接続する。
Processor 100 provides a trigger pulse to negative pulse timer 102. This negative pulse timer 102 drives a field effect transistor 104,
During a period determined by the processor 100, the resistor network 106 is electrically connected to the negative voltage source -Vo.

【0031】負パルス・タイマ102が計時を終わる
と、プロセッサ100で決まる待ち期間に対して、待ち
期間タイマ108がトリガされる。この待ち期間タイマ
108の計時が終わると、正パルス・タイマ110は電
界効果トランジスタ112を駆動して、プロセッサ10
0で決まる期間だけ、抵抗回路網106を正電圧源+V
oに電気的に接続する。
When the negative pulse timer 102 times out, a wait period timer 108 is triggered for a wait period determined by the processor 100. When the waiting period timer 108 finishes counting, the positive pulse timer 110 drives the field effect transistor 112 to
0, the resistor network 106 is connected to the positive voltage source + V
o to be electrically connected.

【0032】タイマ102及び110が非動作状態か、
タイマ108が動作状態の期間中、抵抗回路網106は
電源+Vo及び−Voから電気的に切り放される。よっ
て、2極(バイポーラ)電気駆動を行って、抵抗回路網
106を介して、トランスジューサ32のフィルム層3
4の金属の1つに電気的に接続する。
Whether timers 102 and 110 are inactive,
While timer 108 is active, resistor network 106 is electrically disconnected from power supplies + Vo and -Vo. Therefore, a two-pole (bipolar) electric drive is performed to connect the film layer 3 of the transducer 32 through the resistor network 106.
4 electrically connected to one of the metals.

【0033】抵抗回路網106は、値が5000及び6
000オームの範囲の直列抵抗器114と、値が約55
60オームの並列抵抗器116とを含んでいる。本願出
願人に譲渡され1993年5月18日に発行された米国
特許第5212497号「配列噴射速度の正常化」に記
載されているように、直列抵抗器114は、インク・ジ
ェット10からのインク滴の噴射速度が所定となるよう
な値にトリミングされる。本願は、所定の噴射速度を確
立する点に直接は関係しないが、インク滴噴射レートの
広範囲にわたって噴射速度をいかにほぼ一定に維持する
かを説明している。
The resistor network 106 has values of 5000 and 6
A series resistor 114 in the range of 1000 ohms and a value of about 55
And a parallel resistor 116 of 60 ohms. As described in commonly assigned U.S. Pat. No. 5,212,497, issued May 18, 1993, entitled "Normalization of Array Firing Velocity", series resistor 114 is used to provide ink from ink jet 10. Trimming is performed so that the ejection speed of the droplet becomes a predetermined value. This application does not directly relate to establishing a predetermined firing velocity, but describes how to maintain a substantially constant firing velocity over a wide range of ink drop firing rates.

【0034】図4は、14KHzを目指すインク滴噴射
レートにて、モード0のインク滴噴射速度をほぼ一定と
する好適なPZT駆動波形160を示す。駆動波形16
0の形状は、主(ヘルムホルツ)共振周波数付近にエネ
ルギーが集中し、入口チャンネル18及び組合せ出口チ
ャンネル構造の共振周波数付近ではエネルギーが抑圧さ
れるようになっている。多くの駆動波形の形状は同じ結
果を達成できるが、駆動波形160は、トランスジュー
サ・ドライバ36(図3)に2極駆動波形162を発生
させることにより所望結果を達成できる。なお、この2
極駆動波形162は、12.5ミリ秒の期間の正の50
ボルト・パルス168から12.5ミリ秒の待ち期間1
66により分離された12.5ミリ秒の負の50ボルト
・パルス164を含んでいる。適切な駆動波形を発生で
きるが、上述のパルス期間及び待ち期間の各々は、約4
ミリ秒から約30ミリ秒の範囲内でもよい。
FIG. 4 shows a preferred PZT drive waveform 160 which makes the ink drop ejection speed in mode 0 almost constant at an ink drop ejection rate aiming at 14 KHz. Drive waveform 16
The shape of 0 is such that energy concentrates near the main (Helmholtz) resonance frequency and energy is suppressed near the resonance frequency of the inlet channel 18 and the combined outlet channel structure. While many drive waveform shapes can achieve the same result, drive waveform 160 can achieve the desired result by generating a bipolar drive waveform 162 in transducer driver 36 (FIG. 3). Note that this 2
The polar drive waveform 162 has a positive 50 for a period of 12.5 milliseconds.
12.5 millisecond waiting period 1 from volt pulse 168
It includes a 12.5 millisecond negative 50 volt pulse 164 separated by 66. Although an appropriate driving waveform can be generated, each of the above-described pulse period and waiting period is about 4 times.
It may be in the range from milliseconds to about 30 milliseconds.

【0035】圧力トランスジューサ32の特性容量は約
500ピコファラッドであり、抵抗回路網106は簡単
な抵抗容量(RC)フィルタを形成し、これにより、駆
動波形160がロールオフした特徴的な形となる。他の
RCの値の組合せも可能であり、2極波形162を適切
に調整して補償できることが、当業者には明らかであろ
う。
The characteristic capacitance of the pressure transducer 32 is approximately 500 picofarads, and the resistive network 106 forms a simple resistive capacitance (RC) filter, which causes the drive waveform 160 to have a rolled-off characteristic shape. . It will be apparent to those skilled in the art that other combinations of RC values are possible and that the bipolar waveform 162 can be properly adjusted and compensated.

【0036】図5は、駆動波形160により圧力トラン
スジューサ32を駆動した結果によるエネルギー分布1
70に対する周波数のフーリエ級数の近似を示す。エネ
ルギー分布170は、インク・ジェット10の19KH
zの主共振周波数付近のピーク172にて集中し、79
KHz及び73KHzの入口及び出口チャンネル共振周
波数の夫々の近傍のヌル点174にて抑圧される。
FIG. 5 shows an energy distribution 1 as a result of driving the pressure transducer 32 by the driving waveform 160.
4 shows an approximation of the Fourier series of frequencies to 70. The energy distribution 170 is 19 KH for the ink jet 10.
concentrated at a peak 172 near the main resonance frequency of z, 79
It is suppressed at null points 174 near the KHz and 73 KHz entry and exit channel resonance frequencies, respectively.

【0037】図6は、インク・ジェット10の駆動結果
による噴射性能を、従来波形の場合と、図4の好適な駆
動波形160の場合とで比較したものである。従来の駆
動波形は、米国特許第5170177号に記載された形
であり、エネルギーが19KHz主周波数付近で集中し
ているが、出口チャンネルの73KHz共振周波数のみ
にてエネルギーが最小になっている。11.0マイクロ
秒の期間の正の50ボルト・パルスから3.0マイクロ
秒待ち期間だけ分離した12.0マイクロ秒期間の負の
50ボルト・パルスを有する2極駆動波形をトランスジ
ューサ・ドライバ36(図3)が発生した際に、従来波
形となる。
FIG. 6 shows a comparison of the ejection performance based on the driving result of the ink jet 10 between the case of the conventional waveform and the case of the preferred driving waveform 160 of FIG. The conventional drive waveform is of the type described in U.S. Pat. No. 5,170,177, where the energy is concentrated around the 19 KHz main frequency, but the energy is minimized only at the 73 KHz resonance frequency of the exit channel. A two-pole drive waveform having a negative 50 volt pulse of 12.0 microseconds separated by a 3.0 microsecond wait period from a positive 50 volt pulse of 11.0 microseconds was converted to transducer driver 36 ( When FIG. 3) occurs, the waveform becomes a conventional waveform.

【0038】従来波形でインク・ジェット10を駆動
し、0.81ミリメートル離れたプリント媒体にオリフ
ィス14から向かう噴射インク滴がかかる時間を、イン
ク滴噴射レートに対して記録したものが図6である。曲
線180は、1KHzから10KHzまでの噴射レート
の範囲にわたって、インク・ジェット10を従来波形で
駆動した場合に、媒体までの時間変動が100マイクロ
秒であることを示している。媒体までの時間変動が50
%あると、インク滴の配置にエラーが生じ、高分解能プ
リント・アプリケーションにてプリント速度が制限され
る。
FIG. 6 shows the time required for the ink jet 10 to be driven from the orifice 14 on the print medium 0.81 mm apart by driving the ink jet 10 with a conventional waveform, with respect to the ink drop ejection rate. . Curve 180 shows that the time variation to the medium is 100 microseconds when the ink jet 10 is driven with a conventional waveform over a range of firing rates from 1 KHz to 10 KHz. Time variation to media is 50
% Will cause errors in ink drop placement and limit printing speed in high resolution printing applications.

【0039】次に、好ましい駆動波形160によりイン
ク・ジェット10を駆動し、0.81ミリメートル離れ
たプリント媒体にオリフィス14から向かう噴射インク
滴に必要な時間を、インク滴噴射レートに対して再び記
録した。曲線182は、1KHzから13KHzの噴射
レート範囲にわたって、好ましい駆動波形160でイン
ク・ジェット10を駆動した結果、媒体までの時間の変
動が65マイクロ秒であることを示している。インク・
ジェット10の噴射レートが12.5KHzに制限され
た場合、媒体までの時間変動は40ミリ秒になる。媒体
までの時間変動が20〜30%である結果、インク滴噴
射レートが25〜30%も改善されたのと合わせて、時
間変動が50%も改善されたことになる。
Next, the ink jet 10 is driven by the preferred drive waveform 160, and the time required for the ejected ink drop from the orifice 14 to the print medium 0.81 millimeters apart is again recorded relative to the ink drop ejection rate. did. Curve 182 shows that driving the ink jet 10 with the preferred drive waveform 160 over a firing rate range of 1 KHz to 13 KHz results in a 65 microsecond variation in time to media. ink·
If the jet rate of the jet 10 is limited to 12.5 KHz, the time variation to the medium will be 40 milliseconds. As a result of the time variation up to the medium of 20 to 30%, the time variation is improved by 50% in addition to the improvement of the ink droplet ejection rate by 25 to 30%.

【0040】本願で説明した原理に応じて設定し整形し
たトランスジューサ駆動波形を用いて、高速高分解能プ
リント・アプリケーションを同様に改善できる。
The use of transducer drive waveforms set and shaped according to the principles described herein can similarly improve high speed, high resolution printing applications.

【0041】本発明の一部の別の実施例としては、例え
ば、種々の色の水性インク及び相変化インクに限定する
ものではないが、これらのインクなどを含む種々の流体
型式の噴射にも適用してもよい。
Some alternative embodiments of the present invention include, but are not limited to, for example, aqueous inks of various colors and phase change inks, as well as jetting of various fluid types including these inks and the like. May be applied.

【0042】波形16以外の波形でも所望結果を達成
できると共に、スペクトラム・アナライザ又は高速フー
リエ変換(FFT)表示オシロスコープを用いてエネル
ギーのスペクトラム結果を観測しながら、所定のエネル
ギー分布になるように波形を整形できることが、当業者
には理解できよう。さらに、RCろ波以外のフィルタを
用いたり、ろ波を全く行わずに、所望の駆動波形のエネ
ルギー分布を達成できる。
[0042] with the desired result can be achieved also by the waveform 16 2 other than the waveform, spectrum analyzer or fast while Fourier transform (FFT) using the display oscilloscope to observe a spectrum results of the energy, waveform to a predetermined energy distribution It will be understood by those skilled in the art that Furthermore, a desired drive waveform energy distribution can be achieved without using a filter other than RC filtering or performing filtering at all.

【0043】本発明は、ディザや、電界によるインク滴
の加速などの種々の従来技法と組み合わせると、画像品
質やインク滴の配置精度が更に改善されて、有用である
点に留意されたい。
It should be noted that the present invention is useful when combined with various conventional techniques, such as dithering and accelerating the ink drops by an electric field, with further improvements in image quality and ink drop placement accuracy.

【0044】要約すると、本発明は、いかなる流体噴射
駆動機構にも適用でき、適切なオリフィスに対して必要
な駆動波形エネルギー分布を与えることができる。
In summary, the present invention is applicable to any fluid ejection drive mechanism and can provide the necessary drive waveform energy distribution for the appropriate orifice.

【0045】本発明の要旨を逸脱することなく、本発明
の上述の実施例について種々の変更が可能である。例え
ば、上述のPZTベンディング・モード型式以外の電気
・機械トランスジューサを用いてもよい。代わりのもの
としては、シェアー・モード、環状圧縮、電気ひずみ、
電気磁気及び磁気ひずみなど型式のトランスジューサが
適切である。同様に、トランスジューサを駆動する電気
エネルギー波形の見地から上述したが、任意の他の適切
なエネルギー形態を利用して、音響又はマイクロ波エネ
ルギーに限定されないが、これらエネルギーのトランス
ジューサを動作させることもできる。電気波形を用いた
場合、パルスの単極、2極対又はグループにより、所望
のエネルギー分布を等しく達成できる。よって、本発明
は、インク・ジェット・プリンタに用いる以外の流体噴
射アプリケーションにも適用できる。
Various modifications can be made to the above-described embodiments of the present invention without departing from the spirit of the invention. For example, electromechanical transducers other than the PZT bending mode type described above may be used. Alternatives include shear mode, annular compression, electrostriction,
Transducers of the type such as electromagnetism and magnetostriction are suitable. Similarly, although described above in terms of electrical energy waveforms driving the transducers, any other suitable form of energy may be utilized to operate the transducers, including but not limited to acoustic or microwave energy. . When using electrical waveforms, unipolar, dipole pairs or groups of pulses can achieve the desired energy distribution equally. Thus, the present invention is applicable to fluid ejection applications other than those used in ink jet printers.

【0046】[0046]

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、インク・ジ
ェット・ヘッドから噴射するインク滴の噴射速度を、広
範囲の噴射繰り返しレートにわたってほぼ一定とするこ
とができる。
As described above, according to the present invention, the ejection speed of ink droplets ejected from the ink jet head can be made substantially constant over a wide range of ejection repetition rates.

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

【図1】本発明に用いる型式の典型的なインク・ジェッ
ト・プリント・ヘッドにおける1つであるPZT駆動イ
ンク・ジェットの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a PZT driven ink jet, one of the typical ink jet print heads of the type used in the present invention.

【図2】本発明が適用されるオリフィス流体の流れ動作
モード0、1及び2における図1のプリント・ヘッドの
オリフィス部分の拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the orifice portion of the print head of FIG. 1 in orifice fluid flow operating modes 0, 1, and 2 to which the present invention is applied.

【図3】本発明によりPZT駆動波形を発生するのに用
いる従来装置のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a conventional device used to generate a PZT drive waveform according to the present invention.

【図4】本発明による方法により、高い繰り返しレート
でインク滴を発生する際に用いるPZT駆動波形の電圧
対時間の好適な波形図である。
FIG. 4 is a preferred voltage versus time waveform diagram of a PZT drive waveform used in generating ink droplets at a high repetition rate according to the method of the present invention.

【図5】図4に示すPZT駆動波形の周波数に対するエ
ネルギーのスペクトラムを示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an energy spectrum with respect to a frequency of the PZT driving waveform illustrated in FIG. 4;

【図6】図4に示す好適な駆動波形と従来のPZT駆動
波形とによるインク滴噴射レートと媒体までのインク滴
の時間との関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between an ink droplet ejection rate and a time of an ink droplet reaching a medium based on a preferred driving waveform illustrated in FIG. 4 and a conventional PZT driving waveform.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 インク・ジェット 12 インク多岐管 14 オリフィス 18 入口チャンネル 22 圧力室 28 出口チャンネル 32 トランスジューサ 36 トランスジューサ・ドライバ 10 Ink Jet 12 Ink Manifold 14 Orifice 18 Inlet Channel 22 Pressure Chamber 28 Outlet Channel 32 Transducer 36 Transducer Driver

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入口チャンネルが第1の長さを有すると
共に、流体における音の速度を上記第1の長さの2倍で
除算して決まる第1共振周波数を有し、 出口チャンネルが第2の長さを有すると共に、上記流体
における音の速度を上記第2の長さの4倍で除算して決
まる第2共振周波数を有し、 上記流体を多岐管から上記入口チャンネルを介して圧力
室に流すと共に、上記圧力室から上記出口チャンネルを
介してオリフィスに流して、噴射繰り返しレート範囲に
わたってほぼ一定の噴射速度で上記流体の滴を上記オリ
フィスから 噴射する装置であって、上記流体の滴の上記噴射繰り返しレートの範囲にわたっ
て繰り返す電気的波形を発生する トランスジューサ・ド
ライバと、上記電気的波形の繰り返しの各々を上記圧力室に伝え
て、ほぼ一定の噴射速度で上記オリフィスから上記流体
の滴を噴射させる電気機械 トランスジューサとを具え、上記電気的波形の繰り返しの各々は、上記オリフィスに
おける上記流体の主共振周波数の付近にてスペクトラム
・エネルギーのピークが存在し、上記第1共振周波数及
び上記第2共振周波数の付近にて上記スペクトラム・エ
ネルギーが実質的に低下する所定のスペクトラム・エネ
ルギー分布を有し、 上記流体の滴の上記噴射繰り返しレート範囲を広げる
とを特徴とする流体噴射装置。
1. The method of claim 1, wherein the inlet channel has a first length.
In both cases, the speed of sound in the fluid is twice the first length.
A fluid having a first resonant frequency determined by division, an outlet channel having a second length,
Divided by four times the second length
Having a second resonance frequency, and forcing the fluid from the manifold through the inlet channel
And the outlet channel from the pressure chamber
Flow through the orifice to the injection repetition rate range
The droplet of the fluid is sprayed at a substantially constant
A device for injecting from a fiss over a range of the ejection repetition rate of the fluid droplet.
A transducer driver for generating an electrical waveform that repeats and transmitting each of the electrical waveform repetitions to the pressure chamber.
The fluid from the orifice at a substantially constant injection speed.
An electromechanical transducer for injecting drops of each of the electrical waveforms into the orifice.
Spectrum around the main resonance frequency of the above fluid
An energy peak exists, and the first resonance frequency and
And the above-mentioned spectrum energy around the second resonance frequency.
Predetermined spectrum energy where energy is substantially reduced
A fluid ejecting apparatus having a lug distribution and expanding the range of the ejection repetition rate of the fluid droplet.
【請求項2】 入口チャンネルが第1の長さ及び第1共
振周波数を有し、出口チャンネルが第2の長さ及び第2
共振周波数を有し、インク滴がオリフィスにて主共振周
波数を有し、インクを多岐管から上記入口チャンネルを
介して圧力室に流すと共に、上記圧力室から上記出口チ
ャンネルを介して上記オリフィスに流して、上記インク
滴を噴射繰り返しレート範囲にわたってほぼ一定の噴射
速度で上記オリフィスから噴射する方法であって、上記インクにおける音の速度を上記第1の長さの2倍で
除算して上記第1共振周波数を求め、 上記インクにおける音の速度を上記第2の長さの4倍で
除算して上記第2共振 周波数を求め、 上記オリフィスにおける上記流体の主共振周波数の付近
にてスペクトラム・エネルギーのピークが存在し、上記
第1共振周波数及び上記第2共振周波数の付近にて上記
スペクトラム・エネルギーが実質的に低下する所定のス
ペクトラム・エネルギー分布を繰り返しの各々が有する
電気的波形を求め、 該電気的波形を上記噴射繰り返しレートの範囲にわたっ
て発生し、 電気機械トランスジューサにより、上記電気的波形の繰
り返しの各々を上記圧力室に伝えて、ほぼ一定の噴射速
度で上記オリフィスから上記インク滴を噴射させること
を特徴とするインク滴噴射 方法。
2. The method of claim 1, wherein the inlet channel has a first length and a first length.
And the outlet channel has a second length and a second length.
It has a resonance frequency, and the ink droplets
It has a wave number and allows ink to enter the inlet channel from the manifold.
Through the pressure chamber through the outlet chamber.
Flow through the orifice through a channel
Drops are jetted almost constant over the repetition rate range
Jetting from the orifice at a velocity, wherein the velocity of the sound in the ink is twice the first length.
The first resonance frequency is obtained by division, and the speed of sound in the ink is four times the second length.
Dividing the second resonance frequency to obtain a value near the main resonance frequency of the fluid at the orifice
There is a spectrum energy peak at
In the vicinity of the first resonance frequency and the second resonance frequency,
The predetermined spectrum at which the spectrum energy is substantially reduced
Each of the repeats has a spectrum energy distribution
An electrical waveform is obtained, and the electrical waveform is spread over the range of the injection repetition rate.
And the electromechanical transducer repeats the electrical waveform.
Each return is transmitted to the above-mentioned pressure chamber, and the injection speed is almost constant.
Ejecting the ink droplets from the orifice at an angle
A method for ejecting ink droplets, characterized in that :
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5689291A (en) * 1993-07-30 1997-11-18 Tektronix, Inc. Method and apparatus for producing dot size modulated ink jet printing
JPH0952360A (en) * 1995-04-21 1997-02-25 Seiko Epson Corp Ink jet recording apparatus
US6217159B1 (en) 1995-04-21 2001-04-17 Seiko Epson Corporation Ink jet printing device
JP3173561B2 (en) * 1995-10-31 2001-06-04 セイコーエプソン株式会社 Laminated ink jet recording head and driving method thereof
JP3491187B2 (en) * 1996-02-05 2004-01-26 セイコーエプソン株式会社 Recording method using ink jet recording apparatus
JP3569289B2 (en) * 1996-04-10 2004-09-22 セイコーエプソン株式会社 Driving method of ink jet recording head
TW422787B (en) * 1997-08-29 2001-02-21 Topaz Tech Inc Non-resonant burst mode operation of drop on demand ink jet printer
JP3161404B2 (en) * 1997-12-26 2001-04-25 日本電気株式会社 Ink droplet diameter control method and ink jet recording head
JP3275965B2 (en) * 1998-04-03 2002-04-22 セイコーエプソン株式会社 Driving method of inkjet recording head
JP3389986B2 (en) 1999-01-12 2003-03-24 セイコーエプソン株式会社 Inkjet recording head
US6629741B1 (en) 1999-03-11 2003-10-07 Fuji Xerox Co., Ltd. Ink jet recording head drive method and ink jet recording apparatus
KR100421026B1 (en) * 2002-04-29 2004-03-04 삼성전자주식회사 Manufacturing method of inkjet printhead
JP2006205415A (en) * 2005-01-26 2006-08-10 Brother Ind Ltd Inkjet recording device
JP5118485B2 (en) 2005-06-24 2013-01-16 京セラ株式会社 Method for driving liquid ejection device and liquid ejection device using the method
JP4680805B2 (en) 2006-03-10 2011-05-11 ブラザー工業株式会社 Inkjet head
JP6800613B2 (en) * 2016-05-30 2020-12-16 キヤノン株式会社 Liquid discharge device and liquid discharge head

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1206996A (en) * 1982-01-18 1986-07-02 Naoyoshi Maehara Ultrasonic liquid ejecting apparatus
US4730197A (en) * 1985-11-06 1988-03-08 Pitney Bowes Inc. Impulse ink jet system
EP0437062A3 (en) * 1989-12-15 1991-12-27 Tektronix, Inc. Method and apparatus for printing with a drop-on-demand ink jet print head using an electric field
US5155498A (en) * 1990-07-16 1992-10-13 Tektronix, Inc. Method of operating an ink jet to reduce print quality degradation resulting from rectified diffusion
US5170117A (en) * 1992-03-26 1992-12-08 Chio Chuy Nan Socket for testing a plug-in type semiconductor

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