JP3290056B2 - インク噴射装置およびその駆動方法 - Google Patents
インク噴射装置およびその駆動方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インク噴射装置および
その駆動方法に関するものである。
その駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】今日、これまでのインパクト方式の印字
装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト方式の印字装置のなかで、原理が最も単
純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとし
て、インクジェット方式の印字装置が挙げられる。なか
でも印字に使用するインク滴のみを噴射するドロップ・
オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコス
トの安さなどから急速に普及している。
装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト方式の印字装置のなかで、原理が最も単
純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとし
て、インクジェット方式の印字装置が挙げられる。なか
でも印字に使用するインク滴のみを噴射するドロップ・
オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコス
トの安さなどから急速に普及している。
【０００３】ドロップ・オン・デマンド型として特公昭
５３−１２１３８号公報に開示されているカイザー型、
あるいは特公昭６１−５９９１４号公報に開示されてい
るサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。
このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインク
に加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とさ
れ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。
５３−１２１３８号公報に開示されているカイザー型、
あるいは特公昭６１−５９９１４号公報に開示されてい
るサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。
このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインク
に加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とさ
れ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。
【０００４】以上のような欠陥を同時に解決する新たな
方式として提案されたのが、特開昭６３−２４７０５１
号公報に開示されている圧電セラミックスを利用したせ
ん断モード型である。
方式として提案されたのが、特開昭６３−２４７０５１
号公報に開示されている圧電セラミックスを利用したせ
ん断モード型である。
【０００５】図６に示すように、上記せん断モード型の
インク噴射装置６００は、底壁６０１、天壁６０２及び
その間のせん断モードアクチュエータ壁６０３からな
る。そのアクチュエータ壁６０３は、底壁６０１に接着
され、且つ矢印６１１方向に分極された下部壁６０７
と、天壁６０２に接着され、且つ矢印６０９方向に分極
された上部壁６０５からなっている。アクチュエータ壁
６０３は一対となって、その間にインク流路６１３を形
成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁６０３の間に
は、インク流路６１３よりも狭い空間６１５を形成して
いる。
インク噴射装置６００は、底壁６０１、天壁６０２及び
その間のせん断モードアクチュエータ壁６０３からな
る。そのアクチュエータ壁６０３は、底壁６０１に接着
され、且つ矢印６１１方向に分極された下部壁６０７
と、天壁６０２に接着され、且つ矢印６０９方向に分極
された上部壁６０５からなっている。アクチュエータ壁
６０３は一対となって、その間にインク流路６１３を形
成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁６０３の間に
は、インク流路６１３よりも狭い空間６１５を形成して
いる。
【０００６】各インク流路６１３の一端には、ノズル６
１８を有するノズルプレート６１７が固着され、各アク
チュエータ壁６０３の両側面には電極６１９，６２１が
金属化層として設けられている。各電極６１９，６２１
はインクと絶縁するための絶縁層（図示せず）で覆われ
ている。そして、空間６１５に面している電極６２１は
アース６２３に接続され、インク流路６１３内に設けら
れている電極６１９はアクチュエータ駆動信号を与える
シリコン・チップ６２５に接続されている。
１８を有するノズルプレート６１７が固着され、各アク
チュエータ壁６０３の両側面には電極６１９，６２１が
金属化層として設けられている。各電極６１９，６２１
はインクと絶縁するための絶縁層（図示せず）で覆われ
ている。そして、空間６１５に面している電極６２１は
アース６２３に接続され、インク流路６１３内に設けら
れている電極６１９はアクチュエータ駆動信号を与える
シリコン・チップ６２５に接続されている。
【０００７】次に、このインク噴射装置６００の製造方
法を説明する。まず、矢印６１１に分極された圧電セラ
ミックス層を底壁６０１に接着し、矢印６０９に分極さ
れた圧電セラミックス層を天壁６０２に接着する。各圧
電セラミックス層の厚みは、下部壁６０７、上部壁６０
５の高さに等しい。次に、圧電セラミックス層に、平行
な溝をダイヤモンドカッティング円板の回転等によって
形成して、下部壁６０７、上部壁６０５を形成する。そ
して、真空蒸着によって下部壁６０７の側面に電極６１
９を形成し、その電極６１９上に前記電極層を設ける。
同様にして上部壁６０５の側面に電極６２１、前記絶縁
層を設ける。
法を説明する。まず、矢印６１１に分極された圧電セラ
ミックス層を底壁６０１に接着し、矢印６０９に分極さ
れた圧電セラミックス層を天壁６０２に接着する。各圧
電セラミックス層の厚みは、下部壁６０７、上部壁６０
５の高さに等しい。次に、圧電セラミックス層に、平行
な溝をダイヤモンドカッティング円板の回転等によって
形成して、下部壁６０７、上部壁６０５を形成する。そ
して、真空蒸着によって下部壁６０７の側面に電極６１
９を形成し、その電極６１９上に前記電極層を設ける。
同様にして上部壁６０５の側面に電極６２１、前記絶縁
層を設ける。
【０００８】上部壁６０５の天頂部と下部壁６０７の天
頂部とを接着してインク流路６１３と空間６１５とを形
成する。次に、ノズル６１８が形成されているノズルプ
レート６１７を、ノズル６１８がインク流路６１３と対
応するように、インク流路６１３及び空間６１５の一端
に接着し、インク流路６１３と空間６１５との他端をシ
リコン・チップ６２５とアース６２３とに接続する。
頂部とを接着してインク流路６１３と空間６１５とを形
成する。次に、ノズル６１８が形成されているノズルプ
レート６１７を、ノズル６１８がインク流路６１３と対
応するように、インク流路６１３及び空間６１５の一端
に接着し、インク流路６１３と空間６１５との他端をシ
リコン・チップ６２５とアース６２３とに接続する。
【０００９】そして、各インク流路６１３の電極６１９
にリコン・チップ６２５が電圧を印加することによっ
て、各アクチュエータ壁６０３がインク流路６１３の容
積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。例えば図
７に示すようにインク流路６１３ｃに電圧Ｖが印加され
るとアクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆにそれぞれ矢
印６２７、６２９の方向の電界が発生し、アクチュエー
タ壁６０３ｄ、６０３ｅがインク流路６１３ｃの容積を
増加する方向に圧電厚みすべり変形する。このときノズ
ル６１８ｃ付近を含むインク流路６１３ｃ内の圧力が減
少する。この状態を、圧力波がインク流路６１３内を片
道伝播する時間Ｔだけ維持する。すると、その間図示し
ないマニホールドからインクが供給される。なお、上記
片道伝播時間Ｔはインク流路６１３内の圧力波が、イン
ク流路６１３の長手方向に伝播するのに必要な時間であ
り、インク流路６１３の長さＬとこのインク流路６１３
内部のインク中での音速ａとによりＴ＝Ｌ／ａと決ま
る。圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加から
ちょうど時間Ｔがたつとインク流路６１３内の圧力が逆
転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに合わせて
インク流路６１３ｃの電極６１９ｃに印加されている電
圧を０に戻す。
にリコン・チップ６２５が電圧を印加することによっ
て、各アクチュエータ壁６０３がインク流路６１３の容
積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。例えば図
７に示すようにインク流路６１３ｃに電圧Ｖが印加され
るとアクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆにそれぞれ矢
印６２７、６２９の方向の電界が発生し、アクチュエー
タ壁６０３ｄ、６０３ｅがインク流路６１３ｃの容積を
増加する方向に圧電厚みすべり変形する。このときノズ
ル６１８ｃ付近を含むインク流路６１３ｃ内の圧力が減
少する。この状態を、圧力波がインク流路６１３内を片
道伝播する時間Ｔだけ維持する。すると、その間図示し
ないマニホールドからインクが供給される。なお、上記
片道伝播時間Ｔはインク流路６１３内の圧力波が、イン
ク流路６１３の長手方向に伝播するのに必要な時間であ
り、インク流路６１３の長さＬとこのインク流路６１３
内部のインク中での音速ａとによりＴ＝Ｌ／ａと決ま
る。圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加から
ちょうど時間Ｔがたつとインク流路６１３内の圧力が逆
転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに合わせて
インク流路６１３ｃの電極６１９ｃに印加されている電
圧を０に戻す。
【００１０】すると、アクチュエータ壁６０３ｅ、６０
３ｆが変形前の状態（図６）に戻り、インクに圧力が加
えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、アクチュ
エータ壁６０３ｅ、６０３ｆが変形前の状態に戻ること
により発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力
がインク流路６１３ｃのノズル６１８ｃ付近の部分に生
じて、インクがノズル６１８ｃから噴射される。
３ｆが変形前の状態（図６）に戻り、インクに圧力が加
えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、アクチュ
エータ壁６０３ｅ、６０３ｆが変形前の状態に戻ること
により発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力
がインク流路６１３ｃのノズル６１８ｃ付近の部分に生
じて、インクがノズル６１８ｃから噴射される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述した構成のインク
噴射装置の駆動方法では、インク滴をノズル６１８ｃか
ら噴射するタイミングは前述のように比較的高い圧力
を、インク流路６１３ｃ内のインクに与えることができ
る。しかし、図８（ｂ）に示すように、この時点でのメ
ニスカス２４は、ノズル６１８ｃの内部に後退してい
る。従って、前述した噴射時のインクの高い圧力も、そ
の一部をノズル出口までメニスカス２４を押し戻すのに
費やしてしまい、インク滴噴射に寄与する部分は少な
い。このためインク量が多く必要な場合、必要なインク
滴体積が得られず、良好な印字品質が得られないという
欠点があった。
噴射装置の駆動方法では、インク滴をノズル６１８ｃか
ら噴射するタイミングは前述のように比較的高い圧力
を、インク流路６１３ｃ内のインクに与えることができ
る。しかし、図８（ｂ）に示すように、この時点でのメ
ニスカス２４は、ノズル６１８ｃの内部に後退してい
る。従って、前述した噴射時のインクの高い圧力も、そ
の一部をノズル出口までメニスカス２４を押し戻すのに
費やしてしまい、インク滴噴射に寄与する部分は少な
い。このためインク量が多く必要な場合、必要なインク
滴体積が得られず、良好な印字品質が得られないという
欠点があった。
【００１２】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、印字に必要な体積を持つインク
滴が形成でき、良好な印字品質の得られる低コストのイ
ンク噴射装置およびその駆動方法を提示することを目的
とする。
になされたものであり、印字に必要な体積を持つインク
滴が形成でき、良好な印字品質の得られる低コストのイ
ンク噴射装置およびその駆動方法を提示することを目的
とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のインク噴射装置では、インクを充填するイン
ク流路と、前記インク流路の一部を構成するアクチュエ
ータ壁と、前記アクチュエータ壁にパルス信号を印加す
るための駆動電源と、前記アクチュエータ壁に前記駆動
電源からパルス信号を印加することにより、該パルス信
号の一端で、前記インク流路の容積を増大させてインク
流路内に圧力波を発生させ、パルス信号の他端で、増大
状態から容積を自然状態に減少させてインク流路内のイ
ンクに圧力を加えてインク滴を噴射させる制御手段とを
備えたインク噴射装置において、前記制御手段は、前記
インク流路の容積を増大させる前記パルス信号の一端か
ら、前記インク流路内を圧力波が片道伝播する時間Ｔの
時点で、パルス信号の他端で、増大状態から容積を自然
状態に減少させてインク滴を噴射させる第１のパルス信
号と、その第１のパルス信号の印加前に、第１のパルス
信号と波高値が同じで、且つ、パルス信号の一端で、前
記インク流路の容積を増大させ、０．３Ｔ以下、または
（Ｎ−０．３）Ｔ〜（Ｎ＋０．３）Ｔの時点で（Ｎは偶
数）、パルス信号の他端で、増大状態から容積を自然状
態に減少させるがインク滴を噴射しない第２のパルス信
号とを、前記アクチュエータ壁に印加することを特徴と
する。また本発明のインク噴射装置の駆動方法では、イ
ンクを充填するインク流路と、前記インク流路の一部を
構成するアクチュエータ壁と、前記アクチュエータ壁に
パルス信号を印加するための駆動電源とを備えたインク
噴射装置において、前記パルス信号の一端で、前記イン
ク流路の容積を増大させてインク流路内に圧力波を発生
させ、パルス信号の他端で、増大状態から容積を自然状
態に減少させて インク流路内のインクに圧力を加えてイ
ンク滴を噴射させる駆動方法であって、前記インク流路
内を圧力波が片道伝播する時間をＴとしたとき、前記イ
ンク流路の容積を増大させるパルス信号の一端から前記
容積を自然状態に減少させるパルス信号の他端までのパ
ルス幅が、０．３Ｔ以下、または（Ｎ−０．３）Ｔ〜
（Ｎ＋０．３）Ｔで（Ｎは偶数）、インク滴を噴射しな
い第２のパルス信号を前記アクチュエータ壁に印加し、
その後、その第２のパルス信号と波高値が同じで、且
つ、前記インク流路の容積を増大させるパルス信号の一
端から前記容積を自然状態に減少させるパルス信号の他
端までのパルス幅が前記Ｔと一致する時間で、インク滴
を噴射する第１のパルス信号を前記アクチュエータ壁に
印加することを特徴とする。
に本発明のインク噴射装置では、インクを充填するイン
ク流路と、前記インク流路の一部を構成するアクチュエ
ータ壁と、前記アクチュエータ壁にパルス信号を印加す
るための駆動電源と、前記アクチュエータ壁に前記駆動
電源からパルス信号を印加することにより、該パルス信
号の一端で、前記インク流路の容積を増大させてインク
流路内に圧力波を発生させ、パルス信号の他端で、増大
状態から容積を自然状態に減少させてインク流路内のイ
ンクに圧力を加えてインク滴を噴射させる制御手段とを
備えたインク噴射装置において、前記制御手段は、前記
インク流路の容積を増大させる前記パルス信号の一端か
ら、前記インク流路内を圧力波が片道伝播する時間Ｔの
時点で、パルス信号の他端で、増大状態から容積を自然
状態に減少させてインク滴を噴射させる第１のパルス信
号と、その第１のパルス信号の印加前に、第１のパルス
信号と波高値が同じで、且つ、パルス信号の一端で、前
記インク流路の容積を増大させ、０．３Ｔ以下、または
（Ｎ−０．３）Ｔ〜（Ｎ＋０．３）Ｔの時点で（Ｎは偶
数）、パルス信号の他端で、増大状態から容積を自然状
態に減少させるがインク滴を噴射しない第２のパルス信
号とを、前記アクチュエータ壁に印加することを特徴と
する。また本発明のインク噴射装置の駆動方法では、イ
ンクを充填するインク流路と、前記インク流路の一部を
構成するアクチュエータ壁と、前記アクチュエータ壁に
パルス信号を印加するための駆動電源とを備えたインク
噴射装置において、前記パルス信号の一端で、前記イン
ク流路の容積を増大させてインク流路内に圧力波を発生
させ、パルス信号の他端で、増大状態から容積を自然状
態に減少させて インク流路内のインクに圧力を加えてイ
ンク滴を噴射させる駆動方法であって、前記インク流路
内を圧力波が片道伝播する時間をＴとしたとき、前記イ
ンク流路の容積を増大させるパルス信号の一端から前記
容積を自然状態に減少させるパルス信号の他端までのパ
ルス幅が、０．３Ｔ以下、または（Ｎ−０．３）Ｔ〜
（Ｎ＋０．３）Ｔで（Ｎは偶数）、インク滴を噴射しな
い第２のパルス信号を前記アクチュエータ壁に印加し、
その後、その第２のパルス信号と波高値が同じで、且
つ、前記インク流路の容積を増大させるパルス信号の一
端から前記容積を自然状態に減少させるパルス信号の他
端までのパルス幅が前記Ｔと一致する時間で、インク滴
を噴射する第１のパルス信号を前記アクチュエータ壁に
印加することを特徴とする。
【００１４】
【作用】上記の構成を有する本発明に係るインク噴射装
置およびその駆動方法では、インク滴を噴射する第１の
パルス信号の印加前に、第１のパルス信号と波高値が同
じで、且つ、パルス幅が、０．３Ｔ以下、または（Ｎ−
０．３）Ｔ〜（Ｎ＋０．３）Ｔである（Ｎは偶数）イン
ク滴を噴射しない第２のパルス信号を、前記アクチュエ
ータ壁に前記駆動電源から印加することによって、イン
ク滴の噴射前に圧力波の変動により予めノズルからイン
クが押し出され、その後、第１のパルス信号にてインク
滴を噴射することで、第１のパルス信号単独にてインク
滴を噴射する場合よりも大きなインク滴が噴射できる。
置およびその駆動方法では、インク滴を噴射する第１の
パルス信号の印加前に、第１のパルス信号と波高値が同
じで、且つ、パルス幅が、０．３Ｔ以下、または（Ｎ−
０．３）Ｔ〜（Ｎ＋０．３）Ｔである（Ｎは偶数）イン
ク滴を噴射しない第２のパルス信号を、前記アクチュエ
ータ壁に前記駆動電源から印加することによって、イン
ク滴の噴射前に圧力波の変動により予めノズルからイン
クが押し出され、その後、第１のパルス信号にてインク
滴を噴射することで、第１のパルス信号単独にてインク
滴を噴射する場合よりも大きなインク滴が噴射できる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１６】本実施例のインク噴射装置６００は、図６
に示す従来のインク噴射装置６００と同様に、底壁６０
１、天壁６０２及びその間のせん断モードアクチュエー
タ壁６０３からなる。そのアクチュエータ壁６０３は、
底壁６０１に接着され、且つ矢印６１１方向に分極され
た下部壁６０７と、天壁６０２に接着され、且つ矢印６
０９方向に分極された上部壁６０５からなっている。ア
クチュエータ壁６０３は一対となって、その間にインク
流路６１３を形成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁
６０３の間には、インク流路６１３よりも狭い空間６１
５を形成している。
に示す従来のインク噴射装置６００と同様に、底壁６０
１、天壁６０２及びその間のせん断モードアクチュエー
タ壁６０３からなる。そのアクチュエータ壁６０３は、
底壁６０１に接着され、且つ矢印６１１方向に分極され
た下部壁６０７と、天壁６０２に接着され、且つ矢印６
０９方向に分極された上部壁６０５からなっている。ア
クチュエータ壁６０３は一対となって、その間にインク
流路６１３を形成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁
６０３の間には、インク流路６１３よりも狭い空間６１
５を形成している。
【００１７】各インク流路６１３の一端には、ノズル６
１８を有するノズルプレート６１７が固着され、各アク
チュエータ壁６０３の両側面には電極６１９，６２１が
金属化層として設けられている。各電極６１９，６２１
はインクと絶縁するための絶縁層（図示せず）で覆われ
ている。そして、空間６１５に面している電極６２１は
アース６２３に接続され、インク流路６１３内に設けら
れている電極６１９はアクチュエータ駆動信号を与える
シリコン・チップ６２５に接続されている。
１８を有するノズルプレート６１７が固着され、各アク
チュエータ壁６０３の両側面には電極６１９，６２１が
金属化層として設けられている。各電極６１９，６２１
はインクと絶縁するための絶縁層（図示せず）で覆われ
ている。そして、空間６１５に面している電極６２１は
アース６２３に接続され、インク流路６１３内に設けら
れている電極６１９はアクチュエータ駆動信号を与える
シリコン・チップ６２５に接続されている。
【００１８】本インク噴射装置の具体的な寸法の一例を
述べる。インク流路６１３の長さＬは７．５ｍｍであ
る。ノズル６１８の寸法は、インク噴射側の径が４０μ
ｍ、インク流路６１３側の径が７２μｍ、長さが１００
μｍである。また、実験に供したインクは、粘性が２ｍ
Ｐａ・ｓ、表面張力が３０ｍＮ／ｍである。そして、こ
のインク流路６１３内のインク中における音速ａとイン
ク流路６１３の長さＬとの比Ｌ／ａ（＝圧力波の片道伝
播時間Ｔ）は８μｓｅｃである。
述べる。インク流路６１３の長さＬは７．５ｍｍであ
る。ノズル６１８の寸法は、インク噴射側の径が４０μ
ｍ、インク流路６１３側の径が７２μｍ、長さが１００
μｍである。また、実験に供したインクは、粘性が２ｍ
Ｐａ・ｓ、表面張力が３０ｍＮ／ｍである。そして、こ
のインク流路６１３内のインク中における音速ａとイン
ク流路６１３の長さＬとの比Ｌ／ａ（＝圧力波の片道伝
播時間Ｔ）は８μｓｅｃである。
【００１９】次に本発明のインク流路６１３内の電極６
１９に印加する駆動波形１０を図１に示す。駆動波形１
０は、インク噴射前のインク流路６１３内に予備圧力波
を与えるための第２のパルス信号Ｂと、インクを噴射さ
せるための第１のパルス信号Ａとからなり、第２のパル
ス信号Ｂ、第１のパルス信号Ａのどちらも波高値（電圧
値）はＶ（例えば２０ｖ）である。第２のパルス信号Ｂ
の幅Ｗｂはインク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間
Ｔの２倍、すなわち１６μｓｅｃである。第１のパルス
信号Ａの幅Ｗａは、インク流路６１３内の圧力波の片道
伝播時間Ｔ（Ｌ／ａ）に一致し、すなわち８μｓｅｃで
ある。第２のパルス信号Ｂの立ち下がりタイミングＴｅ
から第１のパルス信号Ａの立ち上がりタイミングＴｓま
での時間Ｔｄは、インク流路６１３内の圧力波の片道伝
播時間Ｔの０．５倍、すなわち４μｓｅｃである。
１９に印加する駆動波形１０を図１に示す。駆動波形１
０は、インク噴射前のインク流路６１３内に予備圧力波
を与えるための第２のパルス信号Ｂと、インクを噴射さ
せるための第１のパルス信号Ａとからなり、第２のパル
ス信号Ｂ、第１のパルス信号Ａのどちらも波高値（電圧
値）はＶ（例えば２０ｖ）である。第２のパルス信号Ｂ
の幅Ｗｂはインク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間
Ｔの２倍、すなわち１６μｓｅｃである。第１のパルス
信号Ａの幅Ｗａは、インク流路６１３内の圧力波の片道
伝播時間Ｔ（Ｌ／ａ）に一致し、すなわち８μｓｅｃで
ある。第２のパルス信号Ｂの立ち下がりタイミングＴｅ
から第１のパルス信号Ａの立ち上がりタイミングＴｓま
での時間Ｔｄは、インク流路６１３内の圧力波の片道伝
播時間Ｔの０．５倍、すなわち４μｓｅｃである。
【００２０】この駆動波形１０を実現するための駆動回
路の一実施例を図２、３を用いて説明する。図２に示す
出力信号Ｘ、Ｙは、それぞれインク流路６１３内の電極
６１９に与える電圧をＶ、０にするための信号である。
出力信号Ｘがオンになると、電圧Ｖを発生し、出力信号
Ｙがオンになると電圧が０になる。コンデンサ１９１は
インク流路６１３のアクチュエータ壁６０３とその両側
に形成された電極６１９、６２１によって構成される。
路の一実施例を図２、３を用いて説明する。図２に示す
出力信号Ｘ、Ｙは、それぞれインク流路６１３内の電極
６１９に与える電圧をＶ、０にするための信号である。
出力信号Ｘがオンになると、電圧Ｖを発生し、出力信号
Ｙがオンになると電圧が０になる。コンデンサ１９１は
インク流路６１３のアクチュエータ壁６０３とその両側
に形成された電極６１９、６２１によって構成される。
【００２１】駆動回路は破線で囲まれる２つのブロック
から構成され、それぞれが噴射用充電回路１８２、放電
用回路１８４である。そして、入力信号Ｘがオンすると
きはトランジスタＴｃが導通し、抵抗Ｒ１２０を介して
コンデンサー１９１の電極Ｅに正の電源１８７からＶの
電圧、例えば２０ｖを印加する。入力信号Ｙがオンする
ときはトランジスタＴｇが導通し、抵抗Ｒ１２０を介し
てコンデンサー１９１の電圧Ｅをアースする。
から構成され、それぞれが噴射用充電回路１８２、放電
用回路１８４である。そして、入力信号Ｘがオンすると
きはトランジスタＴｃが導通し、抵抗Ｒ１２０を介して
コンデンサー１９１の電極Ｅに正の電源１８７からＶの
電圧、例えば２０ｖを印加する。入力信号Ｙがオンする
ときはトランジスタＴｇが導通し、抵抗Ｒ１２０を介し
てコンデンサー１９１の電圧Ｅをアースする。
【００２２】入力信号Ｘ、Ｙのそれぞれのタイミングチ
ャート１１、１２と電極Ｅの出力電圧波形１３を図３に
示す。入力信号Ｘのタイミングチャート１１のように、
入力信号Ｘは通常オフの状態に有り、所定のタイミング
Ｔ１にてオンされ、タイミングＴ２にてオフされる。そ
の後のタイミングＴ３にてオンされ、タイミングＴ４に
てオフされる。入力信号Ｙのタイミングチャート１２
は、上記入力信号Ｘがオンのときオフされ、上記入力信
号Ｘがオフのときオンされる。
ャート１１、１２と電極Ｅの出力電圧波形１３を図３に
示す。入力信号Ｘのタイミングチャート１１のように、
入力信号Ｘは通常オフの状態に有り、所定のタイミング
Ｔ１にてオンされ、タイミングＴ２にてオフされる。そ
の後のタイミングＴ３にてオンされ、タイミングＴ４に
てオフされる。入力信号Ｙのタイミングチャート１２
は、上記入力信号Ｘがオンのときオフされ、上記入力信
号Ｘがオフのときオンされる。
【００２３】そのときの電極Ｅでの出力波形１３は、通
常０ｖであるが、タイミングＴ１にてコンデンサ１９１
への電荷が充電され、トランジスタＴｃと抵抗Ｒ１２と
コンデンサ１９１にて決まる充電時間Ｔａ後に電圧Ｖ
（例えば２０ｖ）になる、またタイミングＴ２にてコン
デンサ１９１の電荷が放電され、トランジスタＴｇと抵
抗Ｒ１２とコンデンサ１９１にて決まる放電時間Ｔｂ後
に０ｖになる。続いてタイミングＴ３にてコンデンサ１
９１への電荷が充電され、トランジスタＴｃと抵抗Ｒ１
２とコンデンサ１９１にて決まる充電時間Ｔａ後に電圧
Ｖ（例えば２０ｖ）になる、またタイミングＴ４にてコ
ンデンサ１９１の電荷が放電され、トランジスタＴｇと
抵抗Ｒ１２とコンデンサ１９１にて決まる放電時間Ｔｂ
後に０ｖになる。このように実際の駆動波形１３は立ち
上がりと立ち下がりでそれぞれＴａ、Ｔｂの遅れが生じ
るため、電圧が１／２Ｖ（例えば１１ｖ）における第２
のパルス信号Ｂの幅Ｗｂ、第１のパルス信号Ａの幅Ｗａ
および第２のパルス信号Ｂの立ち下がりタイミングＴｅ
から第１のパルス信号Ａの立ち上がりタイミングＴｓま
での遅れ時間Ｔｄを図１に示す値になるように上記各タ
イミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を設定する。
常０ｖであるが、タイミングＴ１にてコンデンサ１９１
への電荷が充電され、トランジスタＴｃと抵抗Ｒ１２と
コンデンサ１９１にて決まる充電時間Ｔａ後に電圧Ｖ
（例えば２０ｖ）になる、またタイミングＴ２にてコン
デンサ１９１の電荷が放電され、トランジスタＴｇと抵
抗Ｒ１２とコンデンサ１９１にて決まる放電時間Ｔｂ後
に０ｖになる。続いてタイミングＴ３にてコンデンサ１
９１への電荷が充電され、トランジスタＴｃと抵抗Ｒ１
２とコンデンサ１９１にて決まる充電時間Ｔａ後に電圧
Ｖ（例えば２０ｖ）になる、またタイミングＴ４にてコ
ンデンサ１９１の電荷が放電され、トランジスタＴｇと
抵抗Ｒ１２とコンデンサ１９１にて決まる放電時間Ｔｂ
後に０ｖになる。このように実際の駆動波形１３は立ち
上がりと立ち下がりでそれぞれＴａ、Ｔｂの遅れが生じ
るため、電圧が１／２Ｖ（例えば１１ｖ）における第２
のパルス信号Ｂの幅Ｗｂ、第１のパルス信号Ａの幅Ｗａ
および第２のパルス信号Ｂの立ち下がりタイミングＴｅ
から第１のパルス信号Ａの立ち上がりタイミングＴｓま
での遅れ時間Ｔｄを図１に示す値になるように上記各タ
イミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を設定する。
【００２４】図４に本実施例の駆動波形を印加したとき
のインク滴形成過程を示す。インク流路６１３内のイン
クの圧力波の片道伝播時間をＴとすると第２のパルス信
号Ｂが印加されてインク流路６１３の体積が自然状態か
ら増大状態に増大され、ｔ＝０からｔ＝Ｔまでの間、イ
ンク流路６１３内のインク圧力は負に保たれる。この
間、メニスカス２４は後退し続け、ノズル６１８内に引
っ込んでしまう。圧力伝播理論によると、ノズル６１８
付近の圧力波はｔ＝Ｔを過ぎた時点で正に転じる。そし
て正に転じた圧力もｔ＝２Ｔまでの間だけ維持され負に
転じるが、この時点で第２のパルス信号Ｂが立ち下が
り、インク流路６１３の体積が増大状態から自然状態に
減少されるので、一旦メニスカス２４を図４（ｃ）のよ
うにノズル６１８の外に押し出す。これは、ｔ＝２Ｔで
の負に転じる圧力は減衰されているので、第２のパルス
信号Ｂの立ち下がりにより発生する正の圧力の方が大き
いためである。
のインク滴形成過程を示す。インク流路６１３内のイン
クの圧力波の片道伝播時間をＴとすると第２のパルス信
号Ｂが印加されてインク流路６１３の体積が自然状態か
ら増大状態に増大され、ｔ＝０からｔ＝Ｔまでの間、イ
ンク流路６１３内のインク圧力は負に保たれる。この
間、メニスカス２４は後退し続け、ノズル６１８内に引
っ込んでしまう。圧力伝播理論によると、ノズル６１８
付近の圧力波はｔ＝Ｔを過ぎた時点で正に転じる。そし
て正に転じた圧力もｔ＝２Ｔまでの間だけ維持され負に
転じるが、この時点で第２のパルス信号Ｂが立ち下が
り、インク流路６１３の体積が増大状態から自然状態に
減少されるので、一旦メニスカス２４を図４（ｃ）のよ
うにノズル６１８の外に押し出す。これは、ｔ＝２Ｔで
の負に転じる圧力は減衰されているので、第２のパルス
信号Ｂの立ち下がりにより発生する正の圧力の方が大き
いためである。
【００２５】そして、このノズル６１８を出たメニスカ
ス２４が後退しないうちに（ノズル６１８付近の圧力が
負に転じる前であるｔ＝２．５Ｔ時点に）、第１のパル
ス信号Ａを印加して、インク流路６１３の容積を自然状
態からから増大状態としてノズル６１８付近に負圧を発
生させる。しかしながらノズル６１８を出たメニスカス
２４はノズル６１８に引き込まれず、図４（ｄ）のよう
にインク流路６１３内のインクと接続した予備インク滴
２８となる。その後ノズル６１８付近の圧力波はｔ＝
３．５Ｔを過ぎた時点で正に転じ、この時第１のパルス
信号Ａを立ち下げて、インク流路６１３の体積を増大状
態から自然状態に減少させることにより発生する正の圧
力を、前記正に転じた圧力に加えて、図４（ｅ）のよう
に予備インク滴２８を後ろから更に押し出すようにして
メニスカス２４が押し出され、その後、図４（ｈ）に示
すように比較的大きなインク液滴２６がノズル６１８か
ら噴射される。
ス２４が後退しないうちに（ノズル６１８付近の圧力が
負に転じる前であるｔ＝２．５Ｔ時点に）、第１のパル
ス信号Ａを印加して、インク流路６１３の容積を自然状
態からから増大状態としてノズル６１８付近に負圧を発
生させる。しかしながらノズル６１８を出たメニスカス
２４はノズル６１８に引き込まれず、図４（ｄ）のよう
にインク流路６１３内のインクと接続した予備インク滴
２８となる。その後ノズル６１８付近の圧力波はｔ＝
３．５Ｔを過ぎた時点で正に転じ、この時第１のパルス
信号Ａを立ち下げて、インク流路６１３の体積を増大状
態から自然状態に減少させることにより発生する正の圧
力を、前記正に転じた圧力に加えて、図４（ｅ）のよう
に予備インク滴２８を後ろから更に押し出すようにして
メニスカス２４が押し出され、その後、図４（ｈ）に示
すように比較的大きなインク液滴２６がノズル６１８か
ら噴射される。
【００２６】上記した本実施例の駆動方法にて駆動した
場合のインク噴射テストを行った。駆動電圧は２０ｖに
て駆動した場合、インク滴速度は５ｍ／ｓ、インク滴体
積は４５ｐｌであった。比較実験として本実施例の駆動
波形の第１のパルス信号Ａのみにて駆動した場合、イン
ク噴射速度が４．５ｍ／ｓ、インク滴体積は２５ｐｌで
あった。またインク滴噴射速度が５ｍ／ｓとなるように
比較実験の駆動電圧を２１ｖとした場合は、インク滴体
積は２６ｐｌであった。
場合のインク噴射テストを行った。駆動電圧は２０ｖに
て駆動した場合、インク滴速度は５ｍ／ｓ、インク滴体
積は４５ｐｌであった。比較実験として本実施例の駆動
波形の第１のパルス信号Ａのみにて駆動した場合、イン
ク噴射速度が４．５ｍ／ｓ、インク滴体積は２５ｐｌで
あった。またインク滴噴射速度が５ｍ／ｓとなるように
比較実験の駆動電圧を２１ｖとした場合は、インク滴体
積は２６ｐｌであった。
【００２７】この結果から本実施例の駆動方法により、
インク滴噴射速度、インク滴体積が増加していることが
分かる。
インク滴噴射速度、インク滴体積が増加していることが
分かる。
【００２８】次に第２のパルス信号Ｂの幅Ｗｂと、第２
のパルス信号Ｂの立ち下がりタイミングＴｅと、第１の
パルス信号Ａの立ち上がりタイミングＴｓまでの遅れ時
間Ｔｄの適正範囲を求めるために行った実験の結果を説
明する。
のパルス信号Ｂの立ち下がりタイミングＴｅと、第１の
パルス信号Ａの立ち上がりタイミングＴｓまでの遅れ時
間Ｔｄの適正範囲を求めるために行った実験の結果を説
明する。
【００２９】図５は、第２のパルス信号Ｂの幅Ｗｂを
０．３Ｔ〜７．０Ｔに変え、第２のパルス信号Ｂの立ち
下がりタイミングＴｅから第１のパルス信号Ａの立ち上
がりタイミングＴｓまでの遅れ時間Ｔｄを０．３Ｔ〜
３．０Ｔに変えたときの評価結果を示す。評価方法とし
ては２０ｖで駆動したときのインク噴射速度とインク滴
体積を測定し、第２のパルス信号Ｂによりインク滴が噴
射してしまった場合はＮＧとした。
０．３Ｔ〜７．０Ｔに変え、第２のパルス信号Ｂの立ち
下がりタイミングＴｅから第１のパルス信号Ａの立ち上
がりタイミングＴｓまでの遅れ時間Ｔｄを０．３Ｔ〜
３．０Ｔに変えたときの評価結果を示す。評価方法とし
ては２０ｖで駆動したときのインク噴射速度とインク滴
体積を測定し、第２のパルス信号Ｂによりインク滴が噴
射してしまった場合はＮＧとした。
【００３０】この結果から第２のパルス信号Ｂの立ち下
がりタイミングＴｅから第１のパルス信号Ａの立ち上が
りタイミングＴｓまでの遅れ時間Ｔｄは、０．３Ｔ〜
３．０の範囲で、インク滴噴射速度とインク滴体積の変
化はほとんどなく、第２のパルス信号Ｂの幅Ｗｂを０．
３Ｔ以下、１．７Ｔ以上２．３Ｔ以下、３．７Ｔ以上
４．３Ｔ以下、５．７Ｔ以上６．３Ｔ以下とすると、第
２パルス信号Ｂによる噴射がなく、この範囲内であれば
インク滴速度は４．８〜５．１ｍ／ｓと変動が少なく、
インク滴体積も４３〜４７ｐｌと変動が少ないことが分
かる。よって、印字品質の良好なインク噴射が行い得
る。
がりタイミングＴｅから第１のパルス信号Ａの立ち上が
りタイミングＴｓまでの遅れ時間Ｔｄは、０．３Ｔ〜
３．０の範囲で、インク滴噴射速度とインク滴体積の変
化はほとんどなく、第２のパルス信号Ｂの幅Ｗｂを０．
３Ｔ以下、１．７Ｔ以上２．３Ｔ以下、３．７Ｔ以上
４．３Ｔ以下、５．７Ｔ以上６．３Ｔ以下とすると、第
２パルス信号Ｂによる噴射がなく、この範囲内であれば
インク滴速度は４．８〜５．１ｍ／ｓと変動が少なく、
インク滴体積も４３〜４７ｐｌと変動が少ないことが分
かる。よって、印字品質の良好なインク噴射が行い得
る。
【００３１】以上、一実施例を詳細に説明したが、本発
明はこの実施例に限定されるものではない。例えば上記
実施例では、正の電源８７を用いたが、分極方向を図７
の６０９、６１１を逆にして、負の電源を用いても良
い。その他の構成についても、特許請求の範囲を逸脱す
ることなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良
を施した態様で本発明を実施できる。
明はこの実施例に限定されるものではない。例えば上記
実施例では、正の電源８７を用いたが、分極方向を図７
の６０９、６１１を逆にして、負の電源を用いても良
い。その他の構成についても、特許請求の範囲を逸脱す
ることなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良
を施した態様で本発明を実施できる。
【００３２】尚、本実施例では、アクチュエータ壁６０
３の下部壁６０７及び上部壁６０５の圧電変形によりイ
ンク流路６１３の容積を変形してインクを噴射していた
が、下部壁もしくは上部壁の一方を圧電変形しない材質
で形成し、他方の圧電変形にともなって変形するように
して、インクを噴射してもよい。
３の下部壁６０７及び上部壁６０５の圧電変形によりイ
ンク流路６１３の容積を変形してインクを噴射していた
が、下部壁もしくは上部壁の一方を圧電変形しない材質
で形成し、他方の圧電変形にともなって変形するように
して、インクを噴射してもよい。
【００３３】また、本実施例では、インク流路６１３の
両側に空気室６１５を設けていたが、空気室を設けず
に、インク流路が隣接するようにしてもよい。
両側に空気室６１５を設けていたが、空気室を設けず
に、インク流路が隣接するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】上述したように、本発明のインク噴射装
置およびその駆動方法によれば、インク滴を噴射する第
１のパルス信号の印加前に、第１のパルス信号と波高値
が同じで、且つ、パルス幅が、０．３Ｔ以下、または
（Ｎ−０．３）Ｔ〜（Ｎ＋０．３）Ｔである（Ｎは偶
数）インク滴を噴射しない第２のパルス信号を、前記ア
クチュエータ壁に前記駆動電源から印加するので、イン
ク滴の噴射前に圧力波の変動により予めノズルからメニ
スカスを前進させることができ、その後、第１のパルス
信号にてインク滴を噴射することで、第１のパルス信号
単独にてインク滴を噴 射する場合よりも大きなインク滴
が噴射でき、良好な印字品質が得られる。
置およびその駆動方法によれば、インク滴を噴射する第
１のパルス信号の印加前に、第１のパルス信号と波高値
が同じで、且つ、パルス幅が、０．３Ｔ以下、または
（Ｎ−０．３）Ｔ〜（Ｎ＋０．３）Ｔである（Ｎは偶
数）インク滴を噴射しない第２のパルス信号を、前記ア
クチュエータ壁に前記駆動電源から印加するので、イン
ク滴の噴射前に圧力波の変動により予めノズルからメニ
スカスを前進させることができ、その後、第１のパルス
信号にてインク滴を噴射することで、第１のパルス信号
単独にてインク滴を噴 射する場合よりも大きなインク滴
が噴射でき、良好な印字品質が得られる。
【図１】本発明の一実施例のインク噴射装置の駆動波形
を示す図である。
を示す図である。
【図２】前記インク噴射装置の駆動回路を示す図であ
る。
る。
【図３】前記インク噴射装置の駆動方法のタイミングチ
ャートである。
ャートである。
【図４】前記インク噴射装置の駆動波形によるインク滴
形成過程を示す図である。
形成過程を示す図である。
【図５】前記インク噴射装置の方法の第２のパルス信号
の幅と第１のパルスの印加タイミングを変えた実験の結
果を示す図である。
の幅と第１のパルスの印加タイミングを変えた実験の結
果を示す図である。
【図６】従来例、および本発明に係るインク噴射装置を
示す図である。
示す図である。
【図７】従来例、および本発明に係るインク噴射装置の
動作を説明する図である。
動作を説明する図である。
【図８】従来例の駆動波形によるインク滴形成過程を示
す図である。
す図である。
１０ 駆動波形 ６００ インク噴射装置 ６０３ アクチュエータ壁 ６１３ インク流路 ６１９ 電極 ６２１ 電極
Claims (2)
- 【請求項１】 インクを充填するインク流路と、前記イ
ンク流路の一部を構成するアクチュエータ壁と、前記ア
クチュエータ壁にパルス信号を印加するための駆動電源
と、前記アクチュエータ壁に前記駆動電源からパルス信
号を印加することにより、該パルス信号の一端で、前記
インク流路の容積を増大させてインク流路内に圧力波を
発生させ、パルス信号の他端で、増大状態から容積を自
然状態に減少させてインク流路内のインクに圧力を加え
てインク滴を噴射させる制御手段とを備えたインク噴射
装置において、前記制御手段は、 前記インク流路の容積を増大させる前記パルス信号の一
端から、前記インク流路内を圧力波が片道伝播する時間
Ｔの時点で、パルス信号の他端で、増大状態から容積を
自然状態に減少させてインク滴を噴射させる第１のパル
ス信号と、 その 第１のパルス信号の印加前に、第１のパルス信号と
波高値が同じで、且つ、パルス信号の一端で、前記イン
ク流路の容積を増大させ、０．３Ｔ以下、または（Ｎ−
０．３）Ｔ〜（Ｎ＋０．３）Ｔの時点で（Ｎは偶数）、
パルス信号の他端で、増大状態から容積を自然状態に減
少させるがインク滴を噴射しない第２のパルス信号と
を、前記アクチュエータ壁に印加することを特徴とする
インク噴射装置。 - 【請求項２】 インクを充填するインク流路と、前記イ
ンク流路の一部を構成するアクチュエータ壁と、前記ア
クチュエータ壁にパルス信号を印加するための駆動電源
とを備えたインク噴射装置において、前記パルス信号の
一端で、前記インク流路の容積を増大させてインク流路
内に圧力波を発生させ、パルス信号の他端で、増大状態
から容積を自然状態に減少させてインク流路内のインク
に圧力を加えてインク滴を噴射させる駆動方法であっ
て、 前記インク流路内を圧力波が片道伝播する時間をＴとし
たとき、前記インク流路の容積を増大させるパルス信号
の一端から前記容積を自然状態に減少させるパルス信号
の他端までのパルス幅が、０．３Ｔ以下、または（Ｎ−
０．３）Ｔ〜（ Ｎ＋０．３）Ｔで（Ｎは偶数）、インク
滴を噴射しない第２のパルス信号を前記アクチュエータ
壁に印加し、その後、その第２のパルス信号と波高値が
同じで、且つ、前記インク流路の容積を増大させるパル
ス信号の一端から前記容積を自然状態に減少させるパル
ス信号の他端までのパルス幅が前記Ｔと一致する時間
で、インク滴を噴射する第１のパルス信号を前記アクチ
ュエータ壁に印加することを特徴とするインク噴射装置
の駆動方法。
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