JPH01234254A - Ink jet printing head - Google Patents

Ink jet printing head

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Publication number
JPH01234254A
JPH01234254A JP5996888A JP5996888A JPH01234254A JP H01234254 A JPH01234254 A JP H01234254A JP 5996888 A JP5996888 A JP 5996888A JP 5996888 A JP5996888 A JP 5996888A JP H01234254 A JPH01234254 A JP H01234254A
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JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
vibrator
generating means
piezoelectric
coil
Prior art date
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Pending
Application number
JP5996888A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mari Sakai
真理 酒井
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.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH01234254A publication Critical patent/JPH01234254A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm

Abstract

PURPOSE:To control the attenuation characteristics of a piezoelectric vibrator independently of the characteristics of an ink flow passage or those of a piezoelectric element and the piezoelectric vibrator, by changing the intensity of a magnetic field by a magnetic field generating means in synchronous relation to the electric signal to the piezoelectric vibrator. CONSTITUTION:An on-demmand type ink jet printing head is constituted of a multinozzle. A vibrator is formed by bonding 9 piezoelectric elements to a thin plate 18 composed of a magnetostriction material and fine notches are formed to the thin plate 18 so as to independently constitute vibrators of the respective piezoelectric elements and the respective vibrators are bonded by an adhesive so as to be overlapped with a cavity to constitute a multinozzle head. A magnetic field generating means is formed by superposing a polyethylene terephthalate film 12, which has the pattern of oval ring coils 10 each having a shape matched with that of each of the vibrators formed thereto, on the vibrators. The number of windings of each coil is properly set corresponding to the intensity of a magnetic field to be generated. Each coil is connected to a power supply circuit 11 and stably operated by allowing a current to flow to the coil so as to set the min. value of the magnetic field formed in the vibrator to Hs or more.

Description

【発明の詳細な説明】 I産業上の利用分野1 本発明は、オンディマンド式のインクジェットプリンタ
ヘッドに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application 1 The present invention relates to an on-demand inkjet printer head.

1従来の技術) オンディマンド式インクジェットプリンタヘッドでは、
圧電素子へ第14図(b)に示すようなパルス電圧を加
えることによって、圧電振動子は第14図(a)に示す
ように過渡応答を経て最大変位量に達した後、振動子と
インクで構成させる系の固有振動数で振動しながら減衰
していく。この時、ノズルより吐出するインク滴は、振
動子の振幅に応じて先頭から順に径の小さくなるインク
滴′びかも形成され、先頭をのぞくインク滴は先頭から
時間的に遅れて被記録媒体に到達するため画像に乱れを
生じさせる。また、振動が十分減衰するまで次のインク
滴を吐出できないため、印字速度を高速にすることがで
きない。そのため、従来のインクジェットプリンタヘッ
ドでは流路の流体抵抗を適度に大きくすることで画像の
乱れが許容される程度に振動子へ減衰を与えたり、振動
子の振動の運動量を小さくさせる方向に圧電歪を与える
ように圧電振動子へ加える電圧を調整することで能動的
に減衰を与える方法が取られていた。
1. Prior art) In an on-demand inkjet printer head,
By applying a pulse voltage as shown in FIG. 14(b) to the piezoelectric element, the piezoelectric vibrator undergoes a transient response and reaches the maximum displacement as shown in FIG. 14(a), and then the vibrator and ink It is damped while vibrating at the natural frequency of the system made up of. At this time, the ink droplets ejected from the nozzle are formed into ink droplets whose diameter decreases in order from the beginning depending on the amplitude of the vibrator, and the ink droplets except the beginning reach the recording medium with a time delay from the beginning. This causes disturbances in the image. Furthermore, since the next ink droplet cannot be ejected until the vibration is sufficiently damped, the printing speed cannot be increased. Therefore, in conventional inkjet printer heads, by appropriately increasing the fluid resistance of the flow path, the vibrator is damped to the extent that image disturbance is tolerated, and piezoelectric strain is applied in the direction of reducing the vibrating momentum of the vibrator. The method used was to actively provide damping by adjusting the voltage applied to the piezoelectric vibrator so as to give .

]発明が解決しようとする課題l しかし、インク流路の流体抵抗を大きくすると流路にお
ける圧力損失が大きくなるためインク滴の吐出速度が遅
くなったり、極端な場合には吐出しなくなるなどの問題
点を有している。また流路抵抗による損失分を振動子の
振動エネルギを大きくすることで補おうとすると、振動
子のドライバに負荷がかかると共にエネルギ効率の低い
装τとなってしまうという間U点も有している。
] Problems to be Solved by the Invention l However, if the fluid resistance of the ink flow path is increased, the pressure loss in the flow path will increase, resulting in problems such as slowing down the ejection speed of ink droplets, or in extreme cases, no ejection. It has points. Furthermore, if an attempt is made to compensate for the loss due to flow path resistance by increasing the vibration energy of the vibrator, a load will be placed on the vibrator driver and the system will have low energy efficiency. .

また、圧電振動子へ印加する電圧を調整することで能動
的に減衰を与える方法を圧電振動子の変形状態を知るこ
と無しに行うことは、個々の振動子や駆動用回路に特性
ばらつきがあるため難い。
Furthermore, if we actively apply damping by adjusting the voltage applied to the piezoelectric vibrator without knowing the deformation state of the piezoelectric vibrator, there will be variations in the characteristics of individual vibrators and drive circuits. It's hard to save.

また、圧電素子の電極間電圧をモニタしてその情報を基
に圧電振動子への印加電圧を制御する場合には、制御回
路系が非常に複雑なものとなってしまう問題点を有して
いる。
Additionally, when monitoring the voltage between the electrodes of the piezoelectric element and controlling the voltage applied to the piezoelectric vibrator based on that information, there is a problem that the control circuit system becomes extremely complicated. There is.

そこで本発明の課題はこのような問題点を解決すること
で、その目的とするところは圧電振動子の減衰特性をイ
ンク流路や圧電素子及び圧電振動子の駆動回路の特性と
は独立に制御することを可能にする方式を提供し、印字
品質の安定した高速のオンディマンド式のインクジェッ
トプリンタヘッドを提供することにある。
Therefore, the object of the present invention is to solve these problems, and its purpose is to control the damping characteristics of the piezoelectric vibrator independently of the characteristics of the ink flow path, the piezoelectric element, and the drive circuit of the piezoelectric vibrator. The purpose of the present invention is to provide a high-speed, on-demand inkjet printer head with stable print quality.

1課題を解決するための手段) 本発明のインクジェットプリンタヘッドは、磁歪材料か
らなる弾性体の板と圧電体の板を接合させた圧a振動子
の磁歪材料へ磁界を及ぼす磁界発生手段を有し、圧電振
動子への電気信号に同期して磁界発生手段により磁界を
発生させることを特徴とする。
1. Means for Solving the Problems) The inkjet printer head of the present invention has a magnetic field generating means that applies a magnetic field to the magnetostrictive material of the pressure a vibrator, which is made by joining an elastic plate made of a magnetostrictive material and a piezoelectric plate. The piezoelectric vibrator is characterized in that a magnetic field is generated by the magnetic field generating means in synchronization with an electric signal to the piezoelectric vibrator.

さらに、前記の磁界発生手段により磁界を発生させる期
間が、圧電振動子へ印字信号に応じて印加するパルス電
圧の立ち上がり時刻からパルス電圧の印加に伴う圧電振
動子のたわみ振動の最初の最大たわみ発生時刻の間を少
なくとも含むことを特徴とする。さらに、前記の磁界発
生手段により圧電振動子の磁歪材料からなる板へ作用す
る磁界の強さが磁歪材料の磁化を飽和させる強さ以上で
あることを特徴とする。
Furthermore, the period during which the magnetic field is generated by the magnetic field generating means is from the rise time of the pulse voltage applied to the piezoelectric vibrator in response to the print signal to the time when the first maximum deflection of the deflection vibration of the piezoelectric vibrator due to the application of the pulse voltage occurs. It is characterized by including at least between times. Furthermore, the magnetic field generating means is characterized in that the strength of the magnetic field acting on the plate made of the magnetostrictive material of the piezoelectric vibrator is greater than or equal to the strength that saturates the magnetization of the magnetostrictive material.

]作用 1 磁歪材料へ応力を与えた場合の応力−歪曲綿は、第12
図の曲線aに示すような特徴を有している。
] Effect 1 Stress when stress is applied to magnetostrictive material - strained cotton is the 12th
It has characteristics as shown by curve a in the figure.

即ち、歪が小さい領域では大きな領域よりも見かけ上の
弾性係数が小さくなる。この特性は、−aにΔE効果と
して知られている。このような磁歪材料の磁化特性の典
型的な例を第13図に示すが、この磁歪材料へ第13図
のHbの強さの磁界をかけたときの応力−歪曲線は第1
2図の曲線すへ、また第13図のHs以上の磁界He 
 (この場合、磁歪材料の磁化は飽和している)をかけ
たときの応力−歪曲線は第12図の曲km cへ、それ
ぞれ示したようになる。即ち、磁界の強さを増すとΔE
効果は小さくなり、磁歪材料の磁化が飽和するとΔE効
果は無くなることになる。更に言い替えると、磁歪材料
の弾性係数を磁界で変えることができる。
That is, the apparent elastic modulus is smaller in a region where the strain is small than in a region where the strain is large. This property is known as the ΔE effect. A typical example of the magnetization characteristics of such a magnetostrictive material is shown in FIG. 13. When a magnetic field with a strength of Hb in FIG. 13 is applied to this magnetostrictive material, the stress-strain curve
The curve S in Figure 2, and the magnetic field He greater than Hs in Figure 13
(In this case, the magnetization of the magnetostrictive material is saturated), the stress-strain curves become as shown in curves km and c in FIG. 12, respectively. That is, as the strength of the magnetic field increases, ΔE
The effect becomes smaller and the ΔE effect disappears when the magnetization of the magnetostrictive material is saturated. In other words, the elastic modulus of the magnetostrictive material can be changed by a magnetic field.

また、ΔE効果を有する磁歪材料に振動を加えると、応
力と歪の関係が第12図の破線に示すようにヒステリシ
スを持つようになり、振動のエネルギが熱エネルギに変
換されることで振動は急激に減衰する。しかし、この磁
歪材料に磁界をかけるとΔE効果が小さくなるため、ヒ
ステリシスが小さくなり、振動の減衰もそれに伴い小さ
くなる。
Furthermore, when vibration is applied to a magnetostrictive material that has a ΔE effect, the relationship between stress and strain becomes hysteretic, as shown by the broken line in Figure 12, and the vibration energy is converted into thermal energy, causing the vibration to decrease. Attenuates rapidly. However, when a magnetic field is applied to this magnetostrictive material, the ΔE effect becomes smaller, so the hysteresis becomes smaller, and the vibration damping also becomes smaller accordingly.

磁界が磁歪材料の磁化を飽和させるほど強くなるとΔE
効果が無くなるため、振動は減衰しなくなる。言い替え
ると、磁歪材料の振動吸収特性を磁界で変えることがで
きる。
When the magnetic field is strong enough to saturate the magnetization of the magnetostrictive material, ΔE
Since the effect is lost, the vibrations are no longer damped. In other words, the vibration absorption properties of the magnetostrictive material can be changed by a magnetic field.

本発明の上記の構成によれば、振動子の磁歪材料へ磁界
を作用させ振動子の弾性特性と振動吸収特性を変えるこ
とにより、印字信号に応じて圧電振動子へ加えたパルス
電圧に応答する振動の減衰速度と振幅をインク流路の形
状や振動子の駆動回路とは独立に制御することが可能と
なる。
According to the above configuration of the present invention, by applying a magnetic field to the magnetostrictive material of the vibrator and changing the elastic properties and vibration absorption characteristics of the vibrator, the piezoelectric vibrator responds to a pulse voltage applied to the piezoelectric vibrator in accordance with a print signal. It becomes possible to control the damping speed and amplitude of vibration independently of the shape of the ink flow path and the drive circuit of the vibrator.

(実施例1 本発明の実施例として適用したインクジェットプリンタ
ヘッドのインク流路と振動子の構成を、第1図の概略図
を用いて説明する。インク流路はプラスチック成形によ
って、インクの吐出孔となるノズル3へ通じる流路2と
インクの供給タンクへ通じる流路4と振動子によって圧
力を加えるためのキャビティ1が設けらた基板5と、プ
ラスチックの薄板6を接合することで形成されている。
(Example 1) The configuration of the ink flow path and vibrator of an inkjet printer head applied as an example of the present invention will be explained using the schematic diagram of FIG. It is formed by joining a thin plastic plate 6 to a substrate 5 having a flow path 2 leading to a nozzle 3, a flow path 4 leading to an ink supply tank, and a cavity 1 for applying pressure by a vibrator. There is.

振動子は磁歪材料からなる薄板8と圧電素子7を接合し
て構成され、キャビティ1の上へ接着剤9を用いて接合
した。圧電素子は縦4關横2m厚さ0.1mmの一方向
分極PZTを用いており、電圧入力のための配線関係は
省略しである。磁歪材料からなる薄板は厚さ20μmの
Fe−A1合金板を熱処理したものを用いた。磁歪材料
としては二合金などの金属及び合金や、フェライト及び
Co。
The vibrator was constructed by bonding a thin plate 8 made of a magnetostrictive material and a piezoelectric element 7, and was bonded onto the cavity 1 using an adhesive 9. The piezoelectric element uses a unidirectionally polarized PZT measuring 4 by 2 meters by 0.1 mm thick, and wiring for voltage input is omitted. The thin plate made of magnetostrictive material was a heat-treated Fe-A1 alloy plate with a thickness of 20 μm. Magnetostrictive materials include metals and alloys such as bi-alloys, ferrite and Co.

Cu、Niなどを含むフェライト系の磁歪材料が適用で
きる。また、アモルファス磁性材料、例えばFeB51
系アモルファス合金なども磁歪材料として有効である。
Ferrite-based magnetostrictive materials containing Cu, Ni, etc. can be used. In addition, amorphous magnetic materials such as FeB51
Amorphous alloys are also effective as magnetostrictive materials.

一般に強磁性材料は多少なりとも磁歪をもっているため
、効果の程度の差はあっても適用できると考えられる。
Generally, ferromagnetic materials have some degree of magnetostriction, so it is thought that they can be applied even if the degree of effect is different.

磁歪材料に関しては以下における実施例でも同様である
ため、特には言及しない。
Regarding the magnetostrictive material, it is the same in the following examples, so it will not be specifically mentioned.

第1図には本発明の磁界発生手段は示されていない。以
下において、第2図から第6図を用いて磁界発生手段の
実施例を詳説するが、インク流路および振動子の構成は
基本的に第1図で説明したものと同様であり、詳しい説
明は省略する。また、各図において磁界発生手段におけ
る駆動回路は周知の構成であるため省略されている。
The magnetic field generating means of the present invention is not shown in FIG. In the following, an embodiment of the magnetic field generating means will be explained in detail using FIGS. 2 to 6, but the configurations of the ink flow path and the vibrator are basically the same as those explained in FIG. is omitted. Further, in each figure, the drive circuit in the magnetic field generating means is omitted because it has a well-known configuration.

−Faにオンディマンド式のインクジェットプリンタヘ
ッドは、マルチノズルで構成される。第2図(a)は、
第1図で示した基本構成を有するマルチノズルのインク
ジェットプリンタヘッドの流路パターンである。振動子
は第2図(b)に示すように、磁歪材料からなる薄板1
8へ圧電素子17を9個接合したもので、各圧電素子が
独立した振動子を構成するように薄板18へ細い切込み
が入れられており、各振動子が第2図(a)の各キャピ
テイに重なるようにして接着剤で接合され、マルチノズ
ルのヘッドが構成される。磁界発生手段は第2図(C)
に示すように、振動子の形状に合わせた楕円状のリング
コイル10のパターンを形成したポリエチレンテレフタ
レートのフィルム12を振動子の上に重ねるもので、図
においては省略して有るがコイルの巻数は発生させる磁
界の強さに応じて適当に設定する。この時、多巻数の場
合にはコイルの回路パターンが平面上で重なるため、フ
ィルム12の裏の面へ回路パターンをホールスルーで交
差させるなどの手段を用いる。さらに、コイルの中央の
フィルムには圧電素子へ配線するための穴が開けられて
いる。各コイルは電源回路11へ接続されている。接続
の方法は直列でも並列でも構わないが、各振動子の駆動
タイミングが時間的に一致しない場合には、各コイルは
個別のスイッチング回路を経て電源に接続される必要が
ある。この構造では振動子の面積全体へ均一な磁界を形
成することは難しい。しかしながら、第13図に示した
ように磁歪材料の磁化は外部磁界の強さがHs以上で飽
和するため、コイルが振動子内に形成する磁界の最低値
がHs以上であれば、振動子の振動特性は磁界分布の示
均−さの影響を受けない。本実施例では、コイルが振動
子内に形成する磁界の最低値がHs以上であるようにコ
イルに電流を流すことで安定した動作をするインクジェ
ットヘッドが構成できた。
-The on-demand type inkjet printer head is composed of multiple nozzles. Figure 2(a) is
This is a flow path pattern of a multi-nozzle inkjet printer head having the basic configuration shown in FIG. 1. As shown in FIG. 2(b), the vibrator is made of a thin plate 1 made of magnetostrictive material.
Nine piezoelectric elements 17 are joined to the thin plate 18, and thin cuts are made in the thin plate 18 so that each piezoelectric element constitutes an independent vibrator. The multi-nozzle head is constructed by overlapping the two and bonding them with adhesive. The magnetic field generating means is shown in Figure 2 (C).
As shown in the figure, a polyethylene terephthalate film 12 with a pattern of an elliptical ring coil 10 that matches the shape of the vibrator is placed on top of the vibrator.Although it is omitted in the figure, the number of turns of the coil is Set appropriately depending on the strength of the magnetic field to be generated. At this time, in the case of a large number of turns, the circuit patterns of the coils overlap on a plane, so a method such as making the circuit patterns intersect with each other on the back surface of the film 12 by hole-through is used. Furthermore, a hole is made in the film at the center of the coil for wiring to the piezoelectric element. Each coil is connected to a power supply circuit 11. The connection may be made in series or in parallel, but if the drive timings of the respective vibrators do not match in time, each coil needs to be connected to the power supply via an individual switching circuit. With this structure, it is difficult to form a uniform magnetic field over the entire area of the vibrator. However, as shown in Figure 13, the magnetization of the magnetostrictive material is saturated when the strength of the external magnetic field exceeds Hs. The vibration characteristics are not affected by the apparent uniformity of the magnetic field distribution. In this example, an inkjet head that operates stably can be constructed by passing current through the coil so that the minimum value of the magnetic field that the coil forms in the vibrator is equal to or higher than Hs.

第3図は磁界発生手段の別の実施例で、1:IR回路3
1に接続されたソレノイドを巻いた鉄心を環状に曲げて
、端面を平行にして隙間を開けて向かい合わせることで
、その隙間にmlした振動子に均−で強い磁界を作用さ
せることができる。
FIG. 3 shows another embodiment of the magnetic field generating means, 1: IR circuit 3
By bending the iron core around which the solenoid connected to 1 is annular and facing each other with the end faces parallel with a gap, a uniform and strong magnetic field can be applied to the vibrator placed in the gap.

第4図は永久磁石を利用した実施例である。インク流路
は高密度化のため基板45の両側へ形成されている。ア
ルニコ系やBaフェライト系などの永久磁石4Qaと4
0bのNff1とS極を対向させることで、均一な磁界
を形成する。マルチノズルの場合には、全ての振動子を
覆うような形状の永久磁石を用いてもよい。永久磁石で
は磁界の強さを高速に変えることができないため、各振
動子を囲むように設けたコイル41a、41bに、永久
磁石の磁界を打ち消すようなiit流を流すことで、振
動子に作用する磁界を0にすることができる。
FIG. 4 shows an embodiment using permanent magnets. Ink channels are formed on both sides of the substrate 45 for high density. Permanent magnets such as alnico and Ba ferrite 4Qa and 4
A uniform magnetic field is formed by opposing Nff1 of 0b and the S pole. In the case of a multi-nozzle, a permanent magnet shaped to cover all the vibrators may be used. Since it is not possible to change the strength of the magnetic field quickly with a permanent magnet, an IIT current that cancels the magnetic field of the permanent magnet is applied to the coils 41a and 41b provided surrounding each vibrator, which acts on the vibrator. It is possible to reduce the magnetic field to zero.

第5図はへルムホルツ・コイルを磁界発生手段に用いた
実施例である。ヘルムホルツ・コイルは、半径aの円形
コイル2つ(50a、50b)を平行に同軸におき、距
離をaに等しく取ったもので、内部に均一な磁界を形成
できる。先にも説明したように、振動子に作用する磁界
の強さの赴低値が磁化を飽和させるに足りれば、不均一
磁場の影響がインクジェットヘッドの特性に現れないか
ら、二のような場合には、ヘルムホルツ・コイルの条件
は多少緩めることができ、コイルの形状は円形でなくて
もよく、またコイルの距離も変えることができるため、
本実施例においても、装置の小型化に有効であった。
FIG. 5 shows an embodiment in which a Helmholtz coil is used as the magnetic field generating means. The Helmholtz coil is made up of two circular coils (50a, 50b) with radius a arranged coaxially in parallel, with a distance equal to a, and can form a uniform magnetic field inside. As explained earlier, if the strength of the magnetic field acting on the vibrator is sufficiently low to saturate the magnetization, the effects of the non-uniform magnetic field will not appear on the characteristics of the inkjet head. In some cases, the conditions for the Helmholtz coil can be relaxed somewhat, the shape of the coil does not have to be circular, and the distance of the coil can be changed, so
This example was also effective in reducing the size of the device.

第6図は、第5図と同様なヘルムホルツ・コイル1走且
(60a、60b)を用いて、マルチノス″ルヘッドの
振動子67全てに、均一な磁界を作用させた実施例であ
る。本実施例では、片側12個のノズル63が基板65
の両側に設けられている。
FIG. 6 shows an example in which a uniform magnetic field is applied to all the vibrators 67 of the multi-nostle head using one Helmholtz coil (60a, 60b) similar to that in FIG. 5.This embodiment In the example, 12 nozzles 63 on one side are connected to the substrate 65.
on both sides.

第5図に関して述べたことは、そのまま本実施例にも適
用される。
What has been said regarding FIG. 5 applies directly to this embodiment.

次に、以上に説明した磁界発生手段で磁界を形成する期
間と、振動子へ加える電圧パルスのタイミングに関する
実施例を説明する。説明で使用する第8図から第11図
のグラフは横軸を時刻tにとり、縦軸は上のグラフから
順に、振動子のたわみ変位U(キャビティの容積を減少
させる方向を正にとる)、振動子の圧電素子への印加電
圧Vp、磁界発生手段のコイルへの印加電圧VCを各々
とっている。
Next, an embodiment will be described regarding the period during which the magnetic field is generated by the magnetic field generating means described above and the timing of the voltage pulse applied to the vibrator. In the graphs in FIGS. 8 to 11 used in the explanation, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents, in order from the top graph, the deflection displacement U of the vibrator (the direction in which the volume of the cavity is decreased is positive); A voltage Vp is applied to the piezoelectric element of the vibrator, and a voltage VC is applied to the coil of the magnetic field generating means, respectively.

オンディマンド式インクシェドプリンタヘッドの駆動方
式は、大きく分けて第7図に示す2通りがある。第7図
(a)の引き打ち法は、圧電素子へパルス電圧を加える
と振動子はキャピテイの容積を増加させるようにたわみ
、インク供給路からインクを供給したのち、インクと振
動子とで構成される固有振動数で振動しながらインクを
押し出す。第7図(b)の押し打ち法は、圧電素子へパ
ルス電圧を加えると振動子はキャビティの容積を減少さ
せるようにたわみ、インクを押し出したのち、振動しな
がら元の状態に復帰すると共に、インクが供給路から供
給される。
There are two main driving methods for the on-demand ink shed printer head, as shown in FIG. In the pulling method shown in Fig. 7(a), when a pulse voltage is applied to the piezoelectric element, the vibrator deflects to increase the volume of the cavity, and after ink is supplied from the ink supply path, the ink and the vibrator are assembled. The ink is pushed out while vibrating at the natural frequency. In the push method shown in FIG. 7(b), when a pulse voltage is applied to the piezoelectric element, the vibrator deflects to reduce the volume of the cavity, pushes out the ink, and then returns to its original state while vibrating. Ink is supplied from the supply path.

第8図と第9図は、第2図、第3図、第5図。8 and 9 are FIGS. 2, 3, and 5.

第6図に示した実施例のように、コイルへ電流を流すこ
とによって振動子へ磁界を作用させるかたちの磁界発生
手段に対する実施例である。
Like the embodiment shown in FIG. 6, this is an embodiment of a magnetic field generating means in which a magnetic field is applied to a vibrator by passing a current through a coil.

第8図は引き打ち法に対するもので、インクはVpの立
ち上がり時刻toから始まる振動子の振動Uが最初に最
大となる時刻tlまでの圧力によってノズルから封圧す
るから、この期間では振動は減衰もヒステリシスも無く
、時刻t1以降では振動は速やかに減衰することが好ま
しい。従って、時刻10からtlの期間を含むかたちで
コイルへVCを印加している。Vcによってコイルが形
成する磁界の強度は、磁歪材料の磁化が飽和する強度以
上であることが、振動の減衰が最小になると共に、磁界
の不均一性の影響を受けないことから最も有効であるこ
とはさきに説明した通りである。このことは、次の第9
図の実施例にも適用される。しかしながら、短時間にお
ける減衰の影響が無視され得る場合には、時刻toから
最初に負のたわみが最大になる時刻t2の期間を含むよ
うな実施例でも十分な効果が得られている。
Figure 8 shows the drawing method.The ink is sealed from the nozzle by the pressure that starts from the rise time to of Vp until the time tl when the vibration U of the vibrator first reaches its maximum, so the vibration is not attenuated during this period. It is preferable that there is no hysteresis and that the vibrations are quickly attenuated after time t1. Therefore, VC is applied to the coil including the period from time 10 to tl. It is most effective for the strength of the magnetic field formed by the coil due to Vc to be greater than or equal to the strength at which the magnetization of the magnetostrictive material is saturated, as this will minimize vibration attenuation and will not be affected by the non-uniformity of the magnetic field. This is as explained earlier. This is explained in the following 9th
This also applies to the illustrated embodiment. However, if the influence of attenuation in a short period of time can be ignored, sufficient effects can be obtained even in an embodiment that includes a period from time to to time t2 when the negative deflection first reaches its maximum.

第9図は押し打ち法に対するもので、インクは引き打1
ちの場合と同様、Vpの立ち上がり時刻t。
Figure 9 is for the push-dosing method, and the ink is 1 pull-dosing.
As in the previous case, the rise time t of Vp.

から始まる振動子の振動Uが最初に最大となる時11t
lまでの圧力によってノズルから射出するから、時刻t
oからし10期間を含むかたちでコイルへVcを印加し
ている。引き打ち法と異なる点は、振動Uが最初に最大
になる時間が振動系の固有周期の4分の1程度と短い点
である。
When the vibration U of the oscillator starting from becomes maximum for the first time, 11t
Since the injection is made from the nozzle with a pressure of up to l, at time t
Vc is applied to the coil in a manner that includes 10 periods. The difference from the pulling method is that the time when the vibration U first reaches its maximum is as short as about 1/4 of the natural period of the vibration system.

第10図と第11図は、第4図に示した実施例のように
、永久磁石あるいは他の磁界発生手段が静的に形成する
磁界を、コイルへ′N、流を流すことによって打ち消す
ことで、振動子へ作用する磁界を制御するかたちの磁界
発生手段に対する実施例である。
FIGS. 10 and 11 show that, as in the embodiment shown in FIG. 4, the magnetic field statically generated by a permanent magnet or other magnetic field generating means can be canceled out by flowing a current of 'N through the coil. This is an embodiment of a magnetic field generating means for controlling the magnetic field acting on the vibrator.

第10(gは引き打ち法も二対するもので、第8rjU
同様、時刻toからtlの期間は振動子に磁界が作用す
るようにコイルに電圧VCを加えていない。時刻t1を
過ぎてから、次の印字信号に応じた入力パルスVpの立
ち上がる5時刻L3の間は、振動を減衰させるようにコ
イルに電圧を印加している。
The 10th (g is also two pairs of the pulling method, and the 8th rjU
Similarly, during the period from time to to tl, voltage VC is not applied to the coil so that a magnetic field acts on the vibrator. After time t1, a voltage is applied to the coil so as to attenuate vibrations during a period of time L3, when the input pulse Vp corresponding to the next print signal rises.

第11図は押し打ち法に対するもので、第10図同様、
振動子の振動Uが最初に最大となる時刻t1を過ぎてか
ら、次の入力パルスVpの立ち上がる時刻t3の間は、
振動を減衰させるようにコイルに電圧を印加している。
Figure 11 is for the pushing method, and like Figure 10,
After the time t1 when the vibration U of the vibrator first reaches its maximum and the time t3 when the next input pulse Vp rises,
A voltage is applied to the coil to dampen vibrations.

1発明の効果1 以上に述べたように本発明によれば、磁歪材料からなる
薄板と圧電素子を接合することによつ振動子を構成し、
磁界発生手段により振動子に磁界を作用させることによ
り、振動子の振幅と減衰特性を制御することが可能とな
り、印字品質が高く高速に応答するインクジェットプリ
ンタヘッドが構成できるという特徴を有する。また、磁
界発生手段により振動子へ磁界を作用させる期間が、圧
電素子へ印加するパルス電圧の立ち上がり時刻から振動
子のたわみ振動の最初の最大たわみ発生時刻の間を少な
くとも含む構成にすることにより1、振動子の振幅をイ
ンクを飛翔させる時には大きく、インクを飛翔させた後
には速やかに減衰させることができるという特徴を有し
ている。また、磁界発生手段により振動子の磁歪材料に
作用させる磁界の強さを、磁歪材料の磁化が飽和する強
さ以上にすることにより、振動子の振動特性が振動子に
作用する磁界の不均一さの影響を受けないようにするこ
とができるという特徴を有する。
1 Effects of the Invention 1 As described above, according to the present invention, a vibrator is constructed by bonding a thin plate made of a magnetostrictive material and a piezoelectric element,
By applying a magnetic field to the vibrator using the magnetic field generating means, it is possible to control the amplitude and damping characteristics of the vibrator, and the present invention has the feature that an inkjet printer head with high printing quality and quick response can be constructed. Further, by configuring that the period during which the magnetic field is applied to the vibrator by the magnetic field generating means includes at least the period from the rise time of the pulse voltage applied to the piezoelectric element to the time when the first maximum deflection of the deflection vibration of the vibrator occurs, The vibrator is characterized in that the amplitude of the vibrator is large when the ink is ejected, and can be quickly attenuated after the ink is ejected. In addition, by setting the strength of the magnetic field that acts on the magnetostrictive material of the vibrator using the magnetic field generating means to be greater than the strength that saturates the magnetization of the magnetostrictive material, the vibration characteristics of the vibrator can be improved by making the magnetic field acting on the vibrator non-uniform. It has the characteristic that it can be prevented from being affected by

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

ドの実施例を構成する主要要素の平面図。 第3図、第4図、第5図、第6図は本発明のインクジェ
ットプリンタヘッドの他の磁界発生手段方法を説明する
図。 第8図、第9図、第10図、第11図は本発明の磁界発
生手段の駆動方法の実施例を示すタイミング図。 1・・・・・・キャビティ、7,17.67・・・・・
・圧電素子、8.18・・・・・・磁歪材料の薄板、1
0,32゜41.50.60・・・・・・電磁コイル、
40・・・・・・永久磁石 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士 最上 特  他1名 (a)        (b) 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図    第9図 第10図    第11図 第12図 第13図
FIG. FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6 are diagrams illustrating other magnetic field generating means methods for the inkjet printer head of the present invention. FIG. 8, FIG. 9, FIG. 10, and FIG. 11 are timing charts showing an embodiment of the method for driving the magnetic field generating means of the present invention. 1...Cavity, 7, 17.67...
・Piezoelectric element, 8.18...Thin plate of magnetostrictive material, 1
0.32゜41.50.60... Electromagnetic coil,
40... Applicant for permanent magnets and above Seiko Epson Co., Ltd. Representative Patent Attorney Toku Mogami and 1 other person (a) (b) Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure 10 Figure 11 Figure 12 Figure 13

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)弾性体の板と圧電体の板を接合させた圧電振動子
を印字信号に応じたパルス電圧でたわみ振動させること
により、インクへ圧力を加えインク滴を飛翔させるオン
ディマンド式インクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記弾性体の板は磁歪材料からなるとともに、磁歪材料
からなる前記弾性体の板へ磁界を及ぼす磁界発生手段を
有し、前記圧電振動子への電気信号に同期して前記磁界
発生手段を用いて磁界の強さを変化させることを特徴と
するインクジェットプリンタヘッド。
(1) In an on-demand inkjet printer head that applies pressure to ink and causes ink droplets to fly by flexing and vibrating a piezoelectric vibrator, which is made by bonding an elastic plate and a piezoelectric plate, with a pulse voltage according to a print signal. ,
The elastic plate is made of a magnetostrictive material, and has a magnetic field generating means for applying a magnetic field to the elastic plate made of the magnetostrictive material, and the magnetic field generating means is used in synchronization with an electric signal to the piezoelectric vibrator. An inkjet printer head characterized by changing the strength of a magnetic field.
(2)前記磁界発生手段により磁界を発生させる期間が
、前記圧電振動子へ印字信号に応じて印加するパルス電
圧の立ち上がり時刻から、パルス電圧の印加に伴う前記
圧電振動子のたわみ振動の最初の最大たわみ発生時刻の
間を少なくとも含むことを特徴とする第1項記載のイン
クジェットプリンタヘッド。
(2) The period during which the magnetic field is generated by the magnetic field generating means is from the rise time of the pulse voltage applied to the piezoelectric vibrator in response to the print signal to the initial bending vibration of the piezoelectric vibrator due to the application of the pulse voltage. 2. The inkjet printer head according to claim 1, wherein the inkjet printer head includes at least a time during which the maximum deflection occurs.
(3)前記磁界発生手段により前記圧電振動子の磁歪材
料からなる弾性体の板へ作用する磁界の強さが、前記磁
歪材料の磁化を飽和させる強さ以上であることを特徴と
する第1項記載のインクジェットプリンタヘッド。
(3) The first aspect of the invention is characterized in that the strength of the magnetic field acting on the elastic plate made of magnetostrictive material of the piezoelectric vibrator by the magnetic field generating means is greater than or equal to the strength that saturates the magnetization of the magnetostrictive material. The inkjet printer head described in Section 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6471342B1 (en) 1998-09-04 2002-10-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ink-jet head

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6471342B1 (en) 1998-09-04 2002-10-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ink-jet head

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