JPH0326132B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、一般には近接してアレイされた滴
噴射ジエツトを使用するドロツプ・オン・デマン
ド形すなわちパルス印加形液滴噴射装置に関する
もので、より詳細にはジエツトアレイ内のジエツ
ト間の機械的な「混信」を効果的に相殺する電気
的な装置に関するものである。

インク・ジエツト・プリンタなどパルス印加形
液滴噴射装置の場合、小ノズルすなわちジエツト
から滴としてインクを噴射させるために変換器が
使用される。高速かつ高解像力をもつプリンタに
はそのようなジエツトの配列すなわちアレイが多
く使用されている。周知のように、印字速度及び
画像の解像力はそのようなジエツトの数とそれら
の間隔によつて決まる。一般には、ジエツトを互
いに近接させればさせるほど高速度で高解像度の
画像を作成することができる。

そのような代表的なジエツトアレイが、米国特
許第4158847号、第4216483号、及び第423995号に
開示されている。しかしながら、これらのものは
共通する問題点をもつている。すなわちジエツト
アレイ内のジエツトを相互に非常に近接させる
と、あるジエツトのその励振パルスに対する応答
が別の隣接ジエツトに対する励振パルスの同時印
加によつて影響を受けることである。ドロツプ・
オン・デマンド形プリンタの場合は、ジエツトは
必要なときだけ噴射されるので、これは装置の動
作に重大な影響を及ぼすことがある。ドロツプ・
オン・デマンド形装置の場合、個々のジエツトを
単独で、又は片側の隣接ジエツトと共に、又は両
側の隣接ジエツトと共に、又は数個のジエツトを
一緒に噴射させることができる。ジエツトアレイ
内で１個以上のジエツトが噴射しているとき、ア
レイの混信干渉を起す主たる原因が二つある。第
一はジエツトを形成させる固体材料内を伝わる圧
力波である。第二は共同インク液供給装置内を伝
わる圧力波波である。そのような混信によつて二
つの可能性のある効果が滴の速度に対して生じ
る。すなわち、２個又はそれ以上の近接配置のジ
エツトの同時噴射が滴の速度を増加させるか（以
下、正の混信という）又は２個又はそれ以上の近
接配置のジエツトの同時噴射が滴の速度を減少さ
せるか（以下、負の混信という）のいずれかが起
る。

この二種類の混信の効果は、同じ方法、すなわ
ち受動電気回路を用いて、機械的混信を相殺する
ように電気的混信を誘導することにより、除去で
きることがわかつた。

この発明の諸利点は添付図面とともに以下の説
明を検討すればより明確に理解できよう。

まず、第１図から説明する。図示のインクジエ
ツトアレイ１０は、この実例ではアレイ本体１２
内の５個の滴噴射ジエツト１〜５でできている。
ジエツトは円筒形圧電変換器１４で取囲まれた円
形導管である。各変換器の二つの導電性平面電極
１６，１８はリード線１７，１９で電位差を与え
る電源（図示せず）に接続されている。ジエツト
１〜５には共同インク供給源（図示せず）から供
給されるインク２０が入つている。このようなジ
エツトは市販されており、例えば米国特許第
4158847号に開示されている。リード線１７，１
９間に電位差すなわち励振パルスが加えられる
と、圧電変換器１４は収縮しジエツト１〜５内の
インク２０を絞つてインク液を噴射させる。

次に、第２図はジエツトアレイ１０と励振回路
の電気配線図を示す。インクジエツトアレイを、
枠１０によつて表わす。枠１〜５はジエツト１〜
〜５の圧電変換器１４をそれぞれ表わし、その側
線は変換器１４の導電性平面電極１６，１８を表
わす。Ｄ１〜Ｄ５は論理レベルのパルスＬ１〜Ｌ
５を高電圧励振パルスＰ１〜Ｐ５に変換するパル
ス励振器である。

ドロツプ・オン・デマンド形装置の場合、機械
的混信の効果は、滴の噴射に向けられたエネルギ
ーを変調することであり、したがつて、その変調
は励振回路内の電気的混信によるものと結果は同
じである。。簡単な電気的等価回路で表わすと、
一般の場合、機械的混信は隣接するチヤンネル間
に信号洩れ通路を与える直列／並列インピーダン
ス回路網とみなすことができる。機械的漏洩はエ
ネルギー（すなわち、電力）であるから、インピ
ーダンスは単純な抵抗とみなすことができる。

第３図はジエツトアレイの能動側に実質的に挿
入した枠２２で囲つたインピーダンス等価回路網
で表わした正の機械的混信を有するジエツトアレ
イと励振回路の電気配線図を示す。インピーダン
スＺ１〜Ｚ５は機械系における通常の小さな損失
を表わす。Ｎ１〜Ｎ５はアレイの導管１〜５に対
する回路網の節点を表わす。インピーダンスＺ１
２，Ｚ２３，Ｚ３４，及びＺ４５は、導管相互間
の機械的絶縁が不完全な場合の導管相互間エネル
ギー損失を表わす。機械的には、同時動作の正の
効果は、混信圧力パルスが同相であるために相互
に支持される結果であり、すなわち所定の導管か
らのエネルギー損失は隣接する噴射ジエツト等か
ら得られるエネルギーによつて補充される。これ
に対し、非動作の導管はエネルギーシンクとして
のみ作用し、それに隣接する動作中の導管が失つ
た損失を補充するエネルギーを与えることはな
い。この機械的混信の電気的等価回路を分析して
みると、隣接する励振パルスを同時に加えたと
き、隣接する節点の電位が実質上等しいために並
列インピーダンスの両端間で電流のリークはほと
んどなく、したがつて、各励振パルスの全電位が
各圧電変換器１４の両端に感知されて所定の滴エ
ネルギーすなわち滴の速度を生じさせることがわ
かる。これに対し、非動作の励振器は電流シンク
として作用し、隣接する節点間を流れる電流は隣
接する圧電変換器１４に加えられるパルスの電位
を低下させるので、滴のエネルギーすなわち滴の
速度が減少する。

第３図について、ジエツト２のみが動作中であ
る場合を詳細に検討してみる。励振器Ｄ２が圧電
変換器１４の電極１６，１８の両側に励振パルス
Ｐ２を加えると、変換器１４はインク２０内に圧
力パルスを発生させ、ジエツト２から滴を噴射さ
せる。圧力パルスエネルギーの一部は機械的に洩
れ、非動作のジエツト１，３によつて吸収され
る。ここで、この効果の電気的等価について説明
するとＰ２のみが加えられたとき、Ｚ２を通つて
節点Ｎ２に流れる電流の一部はＺ１２およびＺ２
３を通つて非動作の節点Ｎ１およびＮ３に漏れ、
Ｎ２およびジエツト２の圧電変換器１４の両側の
パルス電位を低下させる。もしＰ１とＰ２を同時
に加えてジエツト１も動作させれば、導管１に対
する機械的圧力損失に取つて代わられ、ジエツト
２からの滴の速度は若干増加する。同様に、もし
ジエツト３をジエツト１，２と同時に動作させれ
ば、ジエツト３に対するエネルギー損失にも取つ
て代わられるため、ジエツト２から噴射される滴
の速度は更に増加する。電気的等価回路について
言えば、Ｐ２と同時にＰ１を加えたとき、Ｎ１の
電位はＮ２の電位に近く、Ｚ１２を通つて流れる
電流はほとんどまたは全くなく、したがつてＮ２
の電位は若干増加してジエツト２から噴射される
滴の速度はそれに対応して増加しよう。同様に、
Ｐ２と同時にＰ３も加えたとき、Ｎ３へリークす
る電流はほとんど又は全くないので、Ｎ２の電位
したがつてジエツト２からの滴の速度は更に増加
しよう。

上述のように、インク・ジエツトアレイにおけ
る機械的混信の正の効果は、導管間の位相の干渉
が付加的であることが原因であるため滴の速度を
増加させる。これに対し、機械的混信の負の効果
は、位相が削減的であることが原因であるため滴
の速度を減少させる。

第４図はジエツトアレイの受動側に実質的に挿
入した枠２４で囲つたインピーダンス等価回路網
で表わした負の機械的混信を有するジエツトアレ
イと励振回路の電気配配線図を示す。正の機械的
混信についての検討の逆がここでは正しいことに
なる。すなわち、ある導管のみを動作させる場合
の滴の速度は、隣接する導管も同時に作動させた
場合、その隣接導管からの位相のずれたエネルギ
ーによつて励振パルスが低下するため低下した速
度よりも大きい。同様に、電気的等価回路につい
て分析してみると、ある導管のみを動作させる場
合の圧電変換器１４の両側の励振パルスの電位差
は、隣接する導管も同時に動作させた場合、その
隣接するチヤンネルからの漏れ電流によつて実質
的な回路網の節点Ｎ１〜Ｎ５の電位が増加するた
め低下する電位差よりも大きいことがわかる。

正及び負の混信についての上の検討は噴射導管
１，２、及び３の干渉に限つているが、アレイ内
のすべての導管に対し同じ原理が適用される。一
般には、支配的な干渉は隣接する導管間である
が、ジエツトアレイの設計によつては、一定の導
管が遠く離れている導管からの干渉で多少の影響
を受けることがある。

典型的な不完全アレイの場合、正と負の両方の
混信が同時に発生し、一方が他方をある程度相殺
して、一方が支配的であるかどうかでジエツトア
レイの正味の応答は正又は負になる。もし支配的
な固有の混信のほとんどを相殺し正味の混信がほ
ぼゼロになるように意図的に十分に実際の電気的
混信を発生させてやれば、機械的混信を有する不
完全なジエツトアレイの性能を改良することが可
能である。

第５図は枠２２で囲つた等価回路網で表わした
支配的な正の機械的混信を有するジエツトアレイ
１０と励振回路の電気配線図を示す。図には、実
際の負の電気的混信が「共通モード」で発生し
て、ジエツトアレイの能動側の正の混信すなわち
固有の正の機械的混信の効果が導入した負の電気
的混信によつて相殺されるように、類似した実際
の回路網枠２４′がジエツトアレイの受動側に挿
入されている。並列抵抗Ｒ１２、Ｒ２３、Ｒ３
４、及びＲ４５の値は、正の機械的混信をゼロに
するためどれだけ負の混信が要求されるかによつ
て決まる。これは、ジエツトを単独で噴射させた
とき及び一緒に噴射させたときに推進される滴の
速度を比較し、ジエツトを単独で噴射させても一
緒に噴射させても滴の速度がほとんど変らなくな
るまで抵抗値を調整することによつて決められ
る。ジエツト１と２は一緒に噴射させるものと仮
定し、再びジエツト２の動作を詳しく検討してみ
る。正の機械的混信のため、エネルギー洩れすな
わちジエツト１からジエツト２への圧力波が、ジ
エツト２内にその変換器が発生させた圧力波に付
加されるので、増加したエネルギーがジエツト２
の導管内のインクに加わり、この結果、滴の速度
が増加する。しかしながら、ジエツトアレイ１０
の励振回路に対し共通の側に枠２４′内に示すよ
うな回路網を導入すれば、エネルギー増加を相殺
することが可能である。詳しく述べると、ジエツ
ト１及び２の両方を噴射させたとき、、Ｒ１２を
通して節点Ｎ１ｂからＮ２ｂへ流れる電流が電極
１６に対し電極１８をより高い電位へ上昇させ
る、この結果変換器１４に加わる電位差が低下す
る。この電位差の低下により、変換器１４の収縮
は小さくなるのでジエツト２の導管内のインク２
０に加わる圧力は小さくなり、この結果推進され
る滴の速度は減少する。

第６図は、枠２４の等価回路網で表わした支配
的な負の混信をもつジエツトアレイ１０を示す。
ここで、ジエツト１を噴射させると、インピーダ
ンスＮ１２で表わした機械的圧力波の吸収がジエ
ツト２の導管内のイク２０に加えられるエネルギ
ーを減少させるために、ジエツト２の滴の速度が
減少する。この効効果は、電極１８に対し電極１
６の電位が増加するように抵抗Ｒ１２を通る励振
パルスの漏れ電流を与えれば相殺される。このた
め増加した電位差が変換器１４に加わるために、
ジエツト２の導管内のインク２０の収斂が大きく
なり、機械的混信による滴速度の低下を十分相殺
するように滴の速度を増加させる。

以上述べた第３図〜第６図の回路に関する検討
は、広範な応答の一般的な場合に基づいている。
すなわち、ジエツト１〜５はいずれも、アレイ１
０内でいかに離れていても、噴射させれば、アレ
イ内の他のどのジエツトに対してもある程度影響
を及ぼすものと仮定した。しかしながら、実際に
はジエツトアレイの設計によつて結果は異なる。
例えば、第７図に示した典型的なジエツトアレイ
は、隣接するジエツトのみが相互に影響を及ぼす
正の混信反応するジエツトアレイである。したが
つて、隣接するジエツト間に電気的混信を導入す
るために必要なのは枠２４′内の回路網だけであ
る。例えば、ジエツト１と２を一緒に噴射させる
ものとする。ジエツト１からの機械的混信が原因
でジエツト２に加わる機械的エネルギーの増加
は、ジエツト２の変換器１４の電極１８へ抵抗Ｒ
１２を介してある量の励振パルス電流が電気的に
「リーク」するので相殺され、この結果電極１６
と１８間の電位差が減少して変換器１４に加わる
電気的エネルギーが減り、ジエツト２の導管内の
インク２０や収斂させる機械的混信によるエネル
ギーの増加は相殺される。次に、ジエツト１，
２、及び３を一緒に噴射させるものとする。三つ
のジエツト間の機械的干渉を相殺するために、ジ
エツト２からジエツト１への機械的混信の効果を
相殺するように抵抗Ｒ２１を通つて励振パルス２
の電流がリークし、ジエツト３からジエツト２へ
の機械的混信の効果を相殺するように抵抗Ｒ３２
を通つてジエツト２の電極１８へ励振パルス３の
電流がリークし、ジエツト１からジエツト２への
機械的混信の効果を相殺するように抵抗Ｒ１２を
通つて励振パルス１の電流がリークし、そしてジ
エツト２からジエツト３への機械的混信の効果を
相殺するように今度は抵抗Ｒ２３を通つて励振パ
ルス２の電流がリークする。

枠２４′内のすべての抵抗の値は、ジエツトを
動作させ、隣接するジエツトを噴射させた場合と
させない場合の滴の速度を測定し、それに応じて
励振回路の抵抗を調整することによつて経験的に
決めることができる。ここでは、枠２４′内に可
変抵抗が図示されているが、ジエツトアレイを大
量生産する場合は簡単な抵抗回路網チツプを使用
する方が有利であろう。わずかな可変素子が含ま
れているだけなので、各々に対する適切な値は自
動化工程による実際のジエツトアレイの性能測定
に基づいて迅速に決めることができよう。回転網
チツプの各抵抗素子は、例えばレーザ切除法によ
り又はレーザ切除法の自動化工程により調整する
ことができ、そのあと調整したチツプをジエツト
アレイ１０の一部に組み入れることができる。

ここでは、特定の実施例及び構成要素について
検討したが、必要に応じ他の実施例や構成要素を
使用することが可能である。そのような変更や修
正は特許請求の範囲の中に含まれるべきものと考
える。例えば、第６図について、ある励振器Ｄ１
〜D5では、励振器の出力インピーダンスが十分
な直列抵抗を与え、抵抗Ｒ１−Ｒ５を追加する必
要がないことがあろう。すなわちもし励振器自体
の出力インピーダンスが十分大きければ、第６図
に示すような直列抵抗Ｒ１−Ｒ５は不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的なインク・ジエツトアレイの横
断面図、２図は典型的なインク・ジエツトアレイ
と励振回路の電気配線図、第３図及び第４図はイ
ンク・ジエツトアレイにおいて生じる二種類の
（すなわち、正及び負の）機械的混信の電気的等
価回路網の略図、第５図はインク・ジエツトアレ
イにおける正の機械的混信を最小にする回路を示
す電気回路図、第６図はインク・ジエツトアレイ
における負の機械的混信を最小にする回路を示す
電気回路図、及び第７図は隣接するジエツトのみ
が相互に干渉して正の機械的混信を生じさせるジ
エツトアレイにおいて、混信を除去する回路網の
実際の形態を示す電気回路図である。図中、主要
な要素の参照符号は下記の通りである。 １〜５……インク・ジエツト、１０……インク
ジエツトアレイ、１２……アレイ本体、１４……
圧電変換器、１６，１８……電極、１７，１９…
…リード線、２０……インク、２２……正の機械
的混信を表わす電気的等価回路、２４……負の機
械的混信を表わす電気的等価回路、２２′……正
の電気的混信を生じさせる回路網、２４′……負
の電気的混信を生じさせる回路網、Ｄ１〜Ｄ５…
…パルス励振器、Ｌ１〜Ｌ５……論理レベルのパ
ルス、Ｐ１〜Ｐ５……高電圧励振パルス、Ｎ１ａ
〜Ｎ５ａ，Ｎ１ｂ〜Ｎ５ｂ……節点、Ｒ１〜Ｒ５
……抵抗、Ｒ１２，Ｒ２３，Ｒ３４，Ｒ４５……
抵抗、Ｚ１〜Ｚ５……インピーダンス、Ｚ１２，
Ｚ２３，Ｚ３４，Ｚ４５……インピーダンス、Ｒ
２１，Ｒ１２，Ｒ３２，Ｒ２３，Ｒ４３，Ｒ３
４，Ｒ５４，Ｒ４５……可変抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インクジエツトアレイの各々の導管が電気励
   振器と接地間に結合されたインクジエツト変換器
   から成つていて、そのインクジエツトアレイの隣
   接する前記導管間の正の機械的混信を補償する回
   路において、 各変換器と接地間を結合する直列抵抗と、 共に各変換器の励振器側から結合され、少なく
   とも１個の隣接変換器の接地側に結合されている
   各導管につき少なくとも１個の補償抵抗とから成
   る回路。 ２ 前記補償抵抗が可変抵抗である特許請求の範
   囲第１項記載の回路。 ３ インクジエツトアレイの各々の導管が電気励
   振器と接地間に結合されたインクジエツト変換器
   から成つていて、そのインクジエツトアレイの隣
   接する前記導管間の正の機械的混信を補償する回
   路において、 各変換器と接地間を結合する直列抵抗と、一端
   が前記直列抵抗と導管の変換器との間に結合さ
   れ、他端が前記直列抵抗と隣接する導管の変換器
   との間に結合されている各導管につき１個の補償
   抵抗と、 から成る回路。 ４ 前記補償抵抗が可変抵抗である特許請求の範
   囲第３項記載の回路。