JP3104304B2 - 圧電式インクジェットプリンタヘッド - Google Patents
圧電式インクジェットプリンタヘッドInfo
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Description
タヘッドに係り、より詳細には局所変形積層圧電素子を
利用した圧電式インクジェットプリンタヘッドに関す
る。
報において、複数個に分割された内部電極を有し、電圧
印加に伴い個別に局所変形を生ずる局所変形部を備えた
一体の積層圧電素子をインク滴の噴射に利用した圧電式
インクジェットプリンタヘッドを提案した。この圧電式
インクジェットプリンタヘッドは、積層圧電素子の電圧
印加による圧電・電歪の効果の内、縦効果の変形を利用
している。従って電圧印加時の変位量xは、x=(d33
・V)・nで表され(d33:縦効果の圧電定数、V:駆
動電圧)積層枚数nを増やすことで必要な変位量xを得
るための駆動電圧を低減することができ、低電圧駆動が
可能な圧電式インクジェットプリンタヘッドを供給する
ことができる。前記圧電式インクジェットプリンタヘッ
ドはヘッドとしての小型化を考えた場合、用いる積層圧
電素子の厚みを薄くする必要がある。従って、積層圧電
素子の厚みを薄くし、且つ積層枚数を増やすためには積
層する圧電材料の一層の厚みを薄くする必要がある。積
層圧電素子の静電容量Cは、C=ε・S/tで表され
(ε:圧電材料の誘電率、S:内部電極のトータル面
積、t:圧電材料の一層の厚み)積層枚数が増加し、圧
電材料の一層の厚みが薄くなるほど大きくなる。
ヘッドでは用いた局所変形積層圧電素子11の静電容量
は一つの局所変形駆動部につき約35nFである。また
インク滴噴射に必要なインクキャビティの容量変化はこ
のヘッドでは約3.37×10-4mm3であり、そのた
めに必要な駆動電圧は約20Vである。
(波形)、素子両端電圧波形、電流波形の概要を示す。
従来の駆動方法では、所定電圧(−20V)の矩形波を
入力3μsecの程度で素子両端電圧を−20Vまで立
ち上げ圧電素子を変形させ、10μsecの間、所定電
圧(−20V)を印加した後2μsec程度で放電させ
素子を元の形状に戻していた。インクキャビティの容量
変化としては電圧印加時に容積を増加させインクの補給
を行い、電圧除去時に容積を減少させ(元の容積に戻
す)インク滴の噴射を行うと言う方式を採用している。
尚このヘッドは印字品質を考慮して最大10kHzで駆
動される。従って本ヘッドの印字周期は最短100μs
ecである。
駆動方法を用いた場合、圧電素子は駆動時には電気的に
コンデンサと見なせるので35nFの静電容量を持つコ
ンデンサの両端電圧を−20Vまで3μsecで昇圧す
るためには充電時に約−470mAの最大瞬時電流が必
要となり非常に大きな瞬時電流を流す必要があった。ま
た、もし64個の局所変形駆動部が同時に駆動されると
充電時に約−30Aの最大瞬時電流が必要となる。従っ
て瞬時ではあるが最大600VA程度の非常に大きな電
源容量を持った電源がヘッドの駆動に対してのみ必要と
なる等の問題があった。
同時に駆動させる(64個のインク噴射孔から同時にイ
ンク滴が噴射される)ことは、ほとんどなく大きな電源
容量の電源には、無駄が多かった。また大容量の電源を
必要とすると言うことはインクジェットプリンタの小型
化が困難になり電源コストアップも引き起こす等、問題
点が多かった。
決するためになされたものであり、充電時のトータルの
最大瞬時電流を実質上低減し、低電圧駆動可能な上記圧
電式インクジェットプリンタヘッドの駆動装置を提示す
ることにある。
子を変形させ、複数のインクキャビティから選択的にイ
ンク滴を噴射する圧電式インクジェットプリンタヘッド
において、圧電素子変形部を駆動する駆動信号を発振す
る発振器と、発振器からの信号を少なくとも2つ以上の
組の信号に分割する分周器と、分周器からの信号により
少なくとも2つ以上の組に分けられた圧電素子変形部を
インクジェットプリンタヘッドの印字周期内で各組毎に
タイミングをずらして駆動する駆動回路とを備え、前記
駆動回路は、分周器からの信号により圧電素子の充電を
開始する充電スイッチと、圧電素子の充電時間を制御す
るタイマと、充電された圧電素子を放電する放電スイッ
チとを有する
よれば、同時に動作させうる圧電素子中の局所変形駆動
部を少なくとも2つ以上の組に分け、インクジェットプ
リンタヘッドの印字周期内において、各組毎にタイミン
グをずらして駆動させることにより、分けた組の数をN
とすると充電時のトータルの最大瞬時電流の値を1/N
とすることが出来る。また圧電素子の各局所変形駆動部
を変形させるために必要な圧電素子端子電圧の立ち上げ
時間(電荷の充電時間)を長くすることにより、圧電素
子端子電圧の立ち上げ時間をM倍にしたとすると充電時
のトータルの最大瞬時電流の値を1/Mとすることがで
きる。
参照して説明する。本実施例の圧電式インクジェットプ
リンタヘッドの概略構成を図1に示す。該圧電式インク
ジェットプリンタヘッドは、局所変形積層圧電素子11
と、インクキャビティプレート15と、インクノズルプ
レート17と、バックプレート19を積み重ねた構造を
している。図2に局所変形積層圧電素子11の概略構成
図を示す。局所変形積層圧電素子11の外径寸法は1
4.4×68×0.5mmである。局所変形積層圧電素
子11は14.4×68×0.5mmの面に64個の分
割された1×6.7mm寸法の内部電極12または13
×66mm寸法の共通内部電極13が形成された厚み4
0μmの圧電セラミックス層の積層体として構成されて
いる。一層おきに形成された分割内部電極12を連結す
る64個の外部電極14が68×0.5mmの両面に各
々32個ずつ形成されている。また一層おきに形成され
た共通内部電極13を連結する外部電極14が14.4
×0.5mmの片方の面に形成されている。インクキャ
ビティプレート15は外径寸法14.4×68×0.1
mmで分割電極により形成された各局所変形駆動部に対
応する位置関係に64個のインクキャビティ16が寸法
1.6×6.3×0.1mmにて形成されている。イン
クノズルプレート17は外径寸法14.4×68×0.
1mmで643個の各インクキャビティ16に対応する
位置に、64個のインク噴射孔18が設けられている。
バックプレート19は外径寸法14.4×68×0.5
mmで局所変形積層圧電素子11の14.4×86mm
の裏面と強固に接着されている。
4個の局所変形駆動部を4つの組に分け、同時にインク
滴噴射できる局所変形駆動部を各々16とし、4つの組
の1印字周期内でインク滴噴射のタイミングをずらした
駆動方法がある。
振器20と四分周器21によって4分割された信号によ
り駆動される駆動回路22、23、24、25とから構
成される。
ば、発振器20から発振されたパルスは四分周期21に
よって4分割され4つの駆動回路22、23、24、2
5に送出される。駆動回路22、23、24、25の4
つの組を1印字周期内に駆動させる場合、例えば1印字
周期を100μsecとすると、25μsecずつ、4
つの組のインク滴噴射のタイミングをずらして4つの駆
動回路22、23、24、25に送りインク滴噴射を行
なう。
(充電時)の最大瞬時電流は約−7.5Aになる。次
に、最大瞬時電流低減例の第2実施例を説明する。
行なう場合について説明する。インクの噴射は素子端子
の電圧をあげ、インク室の容積を増加させ、充電された
電荷を放電させる時にインク室の容量がもとに戻るとき
に行なわれる。しかしながら、インク噴射に寄与するの
は、放電時の時間なのでインク室の容積増加はゆっくり
立ち上げるようにしてもよい。立ち上げ時間を長くとれ
ば瞬時電流の値は低減できることになる。
て説明する。電源30が充電スイッチ31と抵抗R32
を介して圧電素子33の一端に接続されている。一方、
抵抗R32と、圧電素子33の一端には放電スイッチ3
4が接続されている。
ェットプリンタヘッドは次のように動作する。図5を用
いて説明すると第1スイッチ31がONされると、電源
30から入力電圧−20Vが供給され(図5(A))、
抵抗R32を介して圧電素子33を充電する(図5
(B))。その後、一定時間(10μsec)の後、第
1スイッチ31をOFFし、第2スイッチ34をONす
ると圧電素子33に充電された電荷が放電される(図5
C)。
両端電圧の立ち上がり時間を6μsecとし、−20V
に保持される時間を7μseとして、0Vに戻るのに2
μsecとする。この際の最大瞬時電流は1つの局所変
形駆動部当り充時約−235mA、放電時約700mA
となった。この際同時インク滴噴射時(充電時)の最大
瞬時電流は−15Aとなった。
説明する。本実施例の構成によれば、第1実施例と第3
実施例とを組み合わせた構成となり、第1の実施例と同
様の機能を有する部分には同じ符号を付して説明する。
け、同時にインク滴噴射できる局所変形駆動部を各々1
6とし、4つの組の1印字周期内でのインク滴噴射のタ
イミングをずらして噴射する。発振器20から発振され
たパルスは四分周期21によって4分割され4つの駆動
回路22、23、24、25によって送出される。
イマ27、放電SW28及び充電SW29から構成され
る。このように構成されたインクジェットプリンタヘッ
ドは次のように動作する。
周器21で4つに分け、それぞれその信号について対応
する駆動回路22、23、24及び25に送出する。駆
動回路22に送られた信号は、パルス検出回路26に送
られ、タイマ27に送られ、タイマ27から信号は放電
SW28及び放電SW29に送られる。すなわち、パル
スがパルス検出回路26で検出され、その信号でタイマ
27が駆動されると同時に充電SW31がONする。所
定の時間が経過すると充電SW31がOFFし、放電S
W34がONして図5に示したように入力電圧波形
(A)と素子両端電圧波形(B)のような波形が得られ
る。
の遅延時間は約25μsecとした。素子両端電圧は第
2の実施例で示したと同様、−20Vまでの立ち上がり
が6μsec、キープ時間が7μsec、0Vまでの立
ち下げが2μsecとなる。この際の最大瞬時電流は1
つの局所変形駆動部当り充電時約−235mA、放電時
約700mAとなり、同時インク滴噴射時(充電時)の
最大瞬時電流は約−3.8Aとなった。
た。ここで3つの例とも個々の局所変形駆動部の放電時
の最大瞬時電流700mAは変っていない。これはイン
ク滴噴射に対しては局所変形駆動部の変形は瞬時に行な
われる必要があり、放電時の変形をインクの噴射に利用
しているためである。瞬時の放電に対処する方法として
は64個の局所駆動部毎に放電用トランジスタを用いる
ことで簡単に対処できる。700mAの電流ならば、寸
法的にも表面実装タイプトランジスタを用いることがで
きる。
発明によればインク滴を同時に噴射させる際、充電時の
最大トータル瞬時電流を実質上低減し、電源コストを上
昇させることなく低電圧駆動を実施することができる。
により充電時の最大トータル瞬時電流を実質上低減させ
ることができる。さらに、発振器からの信号をずらして
さらに圧電素子の立ち上げ時間を長くすることにより、
さらに、充電時の最大トータル瞬時電流を実質上低減す
ることができる。
ェットプリンタヘッドの構造図である。
る局所変形積層圧電素子概略構成図である。
施例のブロック図である。
施例のブロック図である。
両端電圧波形及び電流波形を示す図である。
ッドの第3実施例のブロック図である。
である。
Claims (1)
- 【請求項1】 電極への電圧印加により圧電素子を変形
させ、複数のインクキャビティから選択的にインク滴を
噴射する圧電式インクジェットプリンタヘッドにおい
て、圧電素子変形部 を駆動する駆動信号を発振する発振器
と、発振器からの信号を少なくとも2つ以上の組の信号
に分割する分周器と、分周器からの信号により少なくと
も2つ以上の組に分けられた圧電素子変形部をインクジ
ェットプリンタヘッドの印字周期内で各組毎にタイミン
グをずらして駆動する駆動回路とを備え、前記駆動回路
は、分周器からの信号により圧電素子の充電を開始する
充電スイッチと、圧電素子の充電時間を制御するタイマ
と、充電された圧電素子を放電する放電スイッチとを有
することを特徴とする圧電式インクジェットプリンタヘ
ッド。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17805191A JP3104304B2 (ja) | 1991-07-18 | 1991-07-18 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
US07/886,332 US5402159A (en) | 1990-03-26 | 1992-05-20 | Piezoelectric ink jet printer using laminated piezoelectric actuator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17805191A JP3104304B2 (ja) | 1991-07-18 | 1991-07-18 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0524188A JPH0524188A (ja) | 1993-02-02 |
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Family
ID=16041747
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17805191A Expired - Lifetime JP3104304B2 (ja) | 1990-03-26 | 1991-07-18 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3104304B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7850264B2 (en) | 2005-08-24 | 2010-12-14 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Droplet ejecting apparatus and current control method |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE19515406C2 (de) * | 1994-04-26 | 1999-04-01 | Seiko Epson Corp | Tintenstrahl-Schreibkopf und Herstellungsverfahren für den Tintentstrahl-Schreibkopf |
KR101141405B1 (ko) * | 2009-12-04 | 2012-05-03 | 삼성전기주식회사 | 잉크젯 헤드 패키지 |
-
1991
- 1991-07-18 JP JP17805191A patent/JP3104304B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7850264B2 (en) | 2005-08-24 | 2010-12-14 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Droplet ejecting apparatus and current control method |
US8038242B2 (en) | 2005-08-24 | 2011-10-18 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Droplet ejecting apparatus and current control method |
US8052240B2 (en) | 2005-08-24 | 2011-11-08 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Droplet ejecting apparatus and current control method |
US8465112B2 (en) | 2005-08-24 | 2013-06-18 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Droplet ejecting apparatus and current control method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0524188A (ja) | 1993-02-02 |
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