JPH0425470A - 超音波プリンタの印字ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波振動エネルギを印字へ、ド・ワイヤの印
字振動力とする超音波プリンタの印字へノ　ド　に関す
　る。

〔従来の技術］ 超音波プリンタの印字ヘッドにおいては超音波振動子の
発生エネルギを効率よく集束させて印字ヘッド・ワイヤ
の振幅ストロークを大きくする必要がある。そのため、
超音波振動子と印字ワイヤの間に振幅増幅器（以下「士
−）」という。）を設けなければならない。

特開昭６２−１４０８５４は第２図に示すとおり超音波
振動子に積層構造の圧電素子２を用いて大きな振幅変位
の超音波振動エネルギを得るとともに、多段のステップ
・士−７４を採用することにより超音波振動エネルギの
集束を図り印字ワイヤ３の振幅変位の拡大を達成せんと
するものである。すなわち理論的に一段の十−ノあたり
の振幅拡大率は十−ノの入力端と終端の断面積比によっ
て定まる。そこで、ステップ・士−ノを２段以上重ねて
多段とすることにより十−ノ全体の振幅拡大率を各段に
おけるナー／の振幅拡大率の積とすることができるとい
うものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし前記従来技術は以下の火炉を有する。すなわち （１）ホーンの各ステップ段の長さは使用する超音波振
動子と共振波長関係（波長の１　′２の長さの整数倍）
になければならないためステップ段の数を多くすればそ
れに応じてホーン全体の長さが長くなる。また製造コス
トが増大する。

（２）ステップ・オーツの各節部においてエネルギ・ロ
スが生ずるためステ、ブ数を増やせば増やすほどホーン
全体でのエネルギ・ロスが増大し結果として理論値に近
い振幅拡大率が得られない。

本発明の目的は斯かる従来技術が有していた課題を解決
して、より小型でり、かつ印字ワイヤの振幅拡大率を大
きく取ることができる超音波プリンタの印字ヘッドを実
現することにある。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち本発明は電気エネルギを超音波振動エネルギに
変換する超音波振動子と、該振動エネルギを集束して振
幅増幅するスポイト形状の流線形無段ホー／と、該十−
ノの先端部に位置する印字ワイヤからなる超音波ブリ／
りの印字ヘッドを提供することにより、前記本発明の目
的を達成するものである。ここでスポイト形状の流線形
的段士ノはその中心軸線上の各点における鉛直断面の半
径が印字ワイヤとの接続点から出発して指数関数的に増
加する前段部分と、その後放物曲線的に増加して最大値
に至る中段部分と、そこから徐々に減少して超音波振動
子と接続するに至る後段部分からなる一体的に形成され
ている十−ノを含む。

〔作用及び実施例］ ステップ・ホーンにおいては、あらかじめホンの振幅拡
大率を定めてから、いくつかの節部を設定してその形状
を確定する設計方法を採る。これに対し本発明において
はホー７を微小な高さの円筒の連続体として捉え、これ
を三角関数の多項式の和、すなわちフーリエ関数で表現
する。そして関数論的手法に基づいて高い振幅拡大率を
有するホーンの具体的形状を特定するのである。この様
な方法で特定された士−ンは流線形的無段のホンである
ことから、従来のステップ・ホー／の如く節部における
エネルギ・ロスが少なく、理論値に近い振幅拡大率を得
ることができるのである。

第１図は本発明に係る超音波ブリ／りの印字へッ　ドの
構成を示す。

ここで１はスポイト形状の流線形無段ホ−７であって本
発明に係る印字へ、ドの中核をなす構成部分、２は超音
波振動子、そして３は印字ワイヤである。

超音波振動子２が発生させた微小な振幅変位は流線形無
段中−ノｌによる振幅変位の積分的な蓄積作用によりそ
の先端部において大きく拡大される。該ホーンの先端部
に位置する印字ワイヤ３は軸の前後方向に駆動され、該
印字ワイヤの先端面５に接触するインク保持媒体にその
集束された超音波振動エネルギを伝達することにより印
字を達成するのである。

第３図（Ａ）は振幅拡大率を２５倍としたときの本発明
に係る流線形無段ホーン１の形状を具体的に特定したも
のである。同図中座の表は該ホーンの印字ワイヤ３との
接合先端面を基点（２Ａ）として各位置における半径を
座標表示で示している。該座標値は必要とする振幅拡大
率、使用する士−７の材質、超音波振動子の共振周波数
に応して適宜な値をとる。本実施例における士−７１の
材料は５Ｕ３１６を用いている。しかし、材ｆ−１，ｇ
速、疲労応カ限、加工の容易さなどを考慮してデコラル
ミ／、チタニウム合金等の使用が可能である。ホーン先
端部には印字ワイヤ３をろう付けするための穴加工を施
す。穴の形状及び精度Ｊ１印字ワイヤ３と該十−ン１と
の同軸性を維持するために重要である。本実施例では印
字ワイヤ３の直ｉ￥が０．３５ｍｍであるのに対し士−
／儂１こは０３６　ｍ　ｍの穴を施し、該ワイヤをホー
７にろう付けしている。

印字ワイヤ３の長さ（士−）先端からワイヤ先端までの
長さ）は使用する材料の音速特性と超音波振動子２の共
振周波数で求められる波長の半波長分の長さとする。た
だし充分なｉｏ＝を得られる限りこれより長くすること
も短するこくとも可能である。本実施例における印字ワ
イヤ３には神戸製鋼株式会社製のハイ・スピード・パウ
ダー・メタル（商品名ＫＨＡ〜３０）を使用した。印字
ワイヤ３はホーン材料をそのまま削り出すことによって
ホーンと一体的に形成することも可能である。

また印字ワイヤ３の断面形状は本実施例では円形とした
が四角形、三角影等、所望する画像の画素に適した形状
を用いることができる。

超音波振動子２は圧電素子と電極とが交互に積層された
構造の積層型圧電セラミックスタイプのものが望ましい
。より大きな振幅変位を得ることができるからである。

ナー７１と超音波振動子２は密着状態で強固に接着され
なければならないため、本実施例では１液型エボキ／系
の接着剤を用いた。そして接着後１４０℃の環境に約１
時間室いた。接着剤は一定以上の強度及び耐熱性を満足
するものであれば瞬間接着性のものでもよい。接着確保
のために印字ヘッドを高温下の環境におく場合は超音波
振動子を構成する圧電素子のキュリー温度に注意しなけ
ればならない。キュリー温度の低い素子を用いる場合は
接着後再分極処理を必要とする。

本実施例による超音波印字ヘッド（第１図）を用いた実
際の印字試験の結果について説明する。

印字ワイヤの先端５は熱転写インク・リボン（図示せず
）を介してＷ通紙に対して静止筒１３０グラム重で加圧
した。ここで使用した熱転写インク・リボンは６μｍ厚
のＰＥＴフィルムをベースとして表面に溶融点温度的７
０℃、粘度＋２０ＣＰＳ（１００℃）のイ／りを塗布し
たものである。

第４図に実験に使用した印字駆動のための電気回路を示
す。超音波発振器７の発振周波数を士−７１の共振周波
数に設定し、該信号を電圧増幅器８により所定の電圧に
増幅して印字ヘッドの超音波振動子の入力端９に印加す
る。以上の条件で印字実験をしたところ電圧印加時間を
０５ミリ秒　に設定したとき、印字紙上にＰＣ３ｉ１度
で０８　程度の明確な画素を得ることができた。

同様の条件下における３枚綴りのノー・カーボン紙を用
いた実験では印字ワイヤとの静止加圧荷重を４０グラム
重に設定し、　１５ミリ秒の電圧印加時間で該ノー・カ
ーボン紙の中層及び下層紙上の発色像（マイクロ・イン
ク・カプセルの破壊）を得ることができた。

〔発明の効果〕

本発明に任る超音波ブリ／りの「、、字へ、トは従来技
術のステップ・士−ンの印字へ、ドと比較して以下に示
す顕著な効果を得ることができた。

（＋）本発明に係る印字ヘッドのホーンは流線形の無段
ホーンであることから、従来のステップ士−ノのような
節部における超音波振動エネルギのロスが生じない。そ
の結果、比較的大きな振幅拡大率を得ることができる。

（２）ステップ・ホーンにおいてはホーンを構成する各
段のホーンの長さは超音波振動子と共振関係（波長の１
／２の長さの整数倍）にしなければならず、ステップ・
ホーンの段数を多くするとそれに応じてホーン全体の長
さが長くなっていた。

しかし本発明に係る印字ヘッドの十−ンでは斯かる制約
がないため同じ振幅拡大率で比較すると十−ノ長を短く
することができる。減少幅は実施例に記載の条件下で約
３０％である。

（４）士−ンの形状か三角関数の多項式で表現される曲
線であるために使用する十〜ノの材質、超音波振動子の
共振周波数、必要とする振幅拡大率等に応じてホーンの
設計における自由度か高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波プリンタの印で：へ７ド、
第２図は従来技術の超音波プリンタの印字ヘッド、第３
図は本発明に停る流線形無段ホ−７の具体的形状を示す
図、そして第４図は印字駆動の実験回路図である。 ここで１は流線形無段ホー／、２は超音波振動子、　３
は印字ワイヤ、４は多段士−ノ、５は印字ワイヤの先端
面、６は十−７の超音波振動子との接触面、７は超音波
発振器、８は電圧増幅器、そして９は超音波振動子の入
力端である。 輩２固

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気エネルギを超音波振動エネルギに変換する超
   音波振動子と、 該振動エネルギを集束して振幅増幅するスポイト形状の
   流線形無段ホーンと、 該ホーンの先端部に位置する印字ワイヤからなる超音波
   プリンタの印字ヘッド。
2. （２）請求項（１）に記載のホーンと印字ワイヤは一体
   的に形成され、該ホーン自体が印字ワイヤを兼ねる超音
   波プリンタの印字ヘッド。