JPH09141964A - 印字ヘッド駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 印字性能を向上させることが可能な印字ヘッ
ド駆動機構を提供する。 【解決手段】 本発明の印字ヘッド駆動機構は、超音波
振動子１２に位相差を有する２相の交番電圧を印加する
ことにより、この超音波振動子１２に縱共振振動と屈曲
共振振動を励起し、これらが合成された超音波楕円振動
を生成する。そして、この超音波振動子１２に生じる超
音波楕円振動に基づくリニアな駆動力により、キャリッ
ジ２２に固定された印字ヘッド２５をリニアガイド棒２
３に沿ってリニアに駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、印字ヘッド駆動
装置に関する。

【０００２】（従来の技術）近年、高度情報化社会にお
いて、文字等の出力装置としてプリンター、若しくはプ
ロッターのニーズが高い。上記プリンター等における印
字方式としては、小型、低価格でカラー印字が容易なイ
ンクジェット方式が主流となりつつある。

【０００３】インクジエット方式は、印字ヘッドを用紙
に近接させリニアに移動させながら、印字信号に応じて
インクを用紙に噴射する方式である。

【０００４】図５に従来の印字ヘッド駆動装置を示す
（「記憶と記録」（テクノライフ選書オーム社１９９５
年））。

【０００５】図５に示す印字ヘッド駆動装置において、
印字ヘッド５０は、キャリッジ５１に取り付けられ、キ
ャリッジ５１はリニアガイド捧５３に沿って図５の左右
に移動可能となっている。前記リニアガイド捧５３の下
側にはタイミングベルト５４が配置され、このタイミン
グベルト５４を回転型の駆動用モータ５５によりリニア
ガイド捧５３に沿って往復駆動することで、駆動用モー
タ５５の回転運動をタイミングベルト５４に伝達し、こ
のタイミングベルト５４に取り付けた前記キャリッジ５
１のリニア運動に変換し、これにより、前記印字ヘッド
５０を図５に示す矢印方向にリニアに駆動する。

【０００６】また、前記リニアガイド捧５３の下側に
は、リニアエンコーダ５６が配置され、前記キャリッジ
５１に取り付けた光センサー５７によってリニアエンコ
ーダ５６の位置情報を検出し、キャリッジ５１を精度よ
く移動させ、印字が必要なタイミングに合わせて印字ヘ
ッド５０からこの印字ヘッド５０の移動に合わせて徐々
に図５の矢印方向に搬送される用紙６０にインクを吐出
させるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
印字ヘッド駆動装置は、前記印字ヘッド５０の印字の分
解能を上げようとしたり、印字スピードを上げようとし
たりする場合に次のような課題が生じていた。即ち、キ
ャリッジ５１の加速度を大きくして、印字ヘッド５０を
短時間で高速の一定速度にしようとする場合にタイミン
グベルト５４が振動してしまい、このため、用紙６０に
印字される文字等の形が乱れてしまうという課題があ
る。

【０００８】そこで、本発明は、キャリッジを大きな加
速度をもって移動させる場合でも、印字ヘッドの振動を
非常に小さく抑えることができ、印字性能を飛躍的に向
上させることが可能な印字ヘッド駆動機構を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
複数のリニアガイド棒と、該リニアガイド棒上を移動す
るキャリッジと、該キャリッジに固定された印字ヘッド
と、少なくとも一つのリニアガイド棒に押圧された超音
波振動子と、から少なくともなり、前記超音波振動子
に、同一周波数で位相が９０度異なる交番電圧を印加す
ることにより縦共振振動と屈曲共振振動を励起しこれら
が合成された超音波楕円振動を生成させて、この超音波
振動子に生じるリニアな駆動力により前記キャリッジに
固定された印字ヘッドをリニアガイド棒に沿って駆動す
ることを特徴とするものである。

【００１０】請求項２記載の発明は、複数のリニアガイ
ド棒と、該リニアガイド棒上を移動するキャリッジと、
該キャリッジに固定された印字ヘッドと、少なくとも一
つのリニアガイド棒に対して前記キャリッジの移動方向
の剛性が大きい保持用押圧板バネを用いて押圧された超
音波振動子と、から少なくともなり、前記超音波振動子
に、同一周波数で位相が９０度異なる交番電圧を印加す
ることにより縦共振振動と屈曲共振振動を励起しこれら
が合成された超音波楕円振動を生成させて、この超音波
振動子に生じるリニアな駆動力により前記キャリッジに
固定された印字ヘッドをリニアガイド棒に沿って駆動す
ることを特徴とするものである。

【００１１】上述した請求項１記載の発明に係る印字ヘ
ッド駆動機構によれば、前記超音波振動子に位相差を有
する２相の交番電圧を印加することにより、この超音波
振動子に縦共振振動と屈曲共振振動が励起され、これら
が合成された超音波楕円振動が生成される。そして、こ
の超音波振動子に生じる超音波楕円振動に基づくリニア
な駆動力により、前記キャリッジに固定された印字ヘッ
ドをリニアガイド棒に沿ってリニアに駆動することがで
き、この印字ヘッドにより高品位な印字を行うことがで
きる。

【００１２】請求項２記載の発明に係る印字ヘッド駆動
機構によれば、請求項１記載の発明に係る印字ヘッド駆
動機構と同様な作用を発揮するとともに、前記超音波振
動子が、少なくとも一つのリニアガイド棒に対して前記
キャリッジの移動方向の剛性が大きい保持用押圧板バネ
を用いて押圧されているので、前記キャリッジ周りの剛
性を大きくとれ、キャリッジを大きな加速度で駆動して
も、印字ヘッドの振動を極力抑え、この印字ヘッドによ
り高品位な印字を行うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図１
乃至図４を参照して説明する。

【００１４】（実施の形態） （超音波振動子の構成）図ｌに本実施の形態の超音波振
動子１０の斜視図を示す。この超音波振動子１０は、黄
銅材からなる基本弾性体１１を具備している。この基本
弾性体１１は、凸の字型に形成され、その寸法は凸部分
を除き、幅３０ｍｍ、奥行４ｍｍ、高さ７．５ｍｍであ
る。また、凸部分の寸法は、幅４ｍｍ、高さ２．５ｍ
ｍ、奥行４ｍｍである。さらに、基本弾性体１１の幅方
向の中心部で、かつ、底面から６ｍｍの位置には圧入に
よって直径２ｍｍのステンレス材からなるピン１６が打
ち込まれている。

【００１５】電気機械変換素子である積層型圧電素子１
２は、電極処理された圧電素子を数十枚から数百枚積層
したものであって、本実施の形態においては、トーキン
（株）製の積層型圧電素子（ＮＬＡ−２×３×９）を用
いた。その寸法は、２ｍｍ×３．ｌｍｍ×９ｍｍであ
る。積層型圧電素子１２の両端部以外の部分は図１には
示さないがエポキシ系樹脂により被覆されている（被覆
厚：約０．５ｍｍ）。

【００１６】次に、積層型圧電素子１２を用いる超音波
振動子１０の組立方法について説明する。図１に示すよ
うに、基本弾性体１１の凸部の両側に、積層型圧電素子
１２を配置する。そして、保持用弾性部材１３（幅４ｍ
ｍ、高さ２．５ｍｍ、奥行４ｍｍ）により積層型圧電素
子１２を基本弾性体１１上に固定する。

【００１７】図示しないが前記基本弾性体１１には２箇
所にネジのタップが切ってあり、図ｌに示すように、保
持用弾性体１３は２本のビス１４を用い、かつ、エポキ
シ系の接着剤を用いて基本弾性体１１上に固定される。

【００１８】このとき、積層型圧電素子１２に対し、基
本弾性体１１の凸部と保持用弾性体１３間で圧縮力をか
けた状態で保持固定する。積層型圧電素子１２の両端部
と、基本弾性体１１の凸部および保持用弾性体１３と
は、エポキシ系の接着剤で接着固定され、基本弾性体１
１と接する積層型圧電素子１２の側面部分は基本弾性体
１１とやはりエポキシ系の接着剤を用いて接着固定され
る。

【００１９】基本弾性体１１の積層型圧電素子１２が配
置されている面に対して反対側の面（被駆動体と接触す
る側の面）の両端部から９ｍｍの位置（共振屈曲振動の
振動振幅が極大値を示す位置）には、矩形状（寸法：幅
３ｍｍ、奥行４ｍｍ、厚さｌｍｍ）の摩擦子１５（砥石
材：樹脂にアルミナセラミクスの砥粒を分散させたも
の）がエポキシ系の接着剤を用いて接着固定される。

【００２０】（超音波振動子の動作）次に、前記超音波
振動子の動作について説明する。上述した各部の寸法形
状によれば、１次の共振縦振動モード及び２次の共振屈
曲振動モードが略同一の周波数５５ｋＨｚで励起でき
る。これらの振動を有限要素法を用いてコンピュータ解
析した結果、図２、図３に示すような共振縦振動姿態及
び共振屈曲振動姿態が予想され、かつ振動測定の結果そ
れが実証された。

【００２１】図１において、左手前側の積層型圧電素子
１２から取り出されている電気端子をＡ、ＧＮＤ（Ａ相
と称する）とし、右奥側の積層型圧電素子１２から取り
出されている電気端子をＢ、ＧＮＤ（Ｂ相と称する）と
する。

【００２２】まず、Ａ相に周波数５５ｋＨｚで振幅１０
Ｖｐ−ｐの交番電圧を印加し、Ｂ相に同一周波数、同振
幅で同位相の交番電圧を印加すると、図２に示すような
一次の共振縦振動が励起できた。次に、Ａ相に周波数５
５ｋＨｚ、振幅ｌ０Ｖｐ−ｐの交番電圧を印加し、Ｂ相
に同一周波数、同振幅で逆位相の交番電圧を印加すると
図３に示すような二次の共振屈曲振動が励起できた。

【００２３】次に、Ａ相に周波数５５ｋＨｚで振幅１０
Ｖｐ−ｐの交番電圧を印加し、Ｂ相に同一周波数、同振
幅で位相が±９０度異なる交番電圧を印加すると、図１
の摩擦子１５の位置において超音波楕円振動が励起でき
た。このとき、この超音波振動子１０を図示しない剛体
上に一定の押圧力で押し当てると、超音波振動子１０自
体が右方向又は左方向にリニア駆動されることを確認で
きた。

【００２４】（印字ヘッド駆動機構の構成）次に、図４
を参照して、上記超音波振動子１０を用いた印字ヘッド
駆動機構２０について説明する。

【００２５】図４に示すように、前記超音波振動子１０
は、前記ピン１６の部分で２つの保持押圧板バネ２１
（対向する面の板バネは図示せず）により保持されると
ともに、一定の押圧力で第１のガイド棒２４に押圧され
ている。前記保持押圧板バネ２１は、超音波振動子１０
の移動方向には剛性が高く、それと直交する方向には弾
性的にふるまうように形成されている。

【００２６】第１のガイド棒２４は、図４に示すよう
に、一部分が切り欠かれた丸棒であり、その切り欠かれ
た部分には摺動板２８が接着により取り付けられてい
る。また、第１のガイド棒２４の一端は、サイドフレー
ム２６により支持されている。

【００２７】本実施の形態においては、第１のガイド棒
２４としてステンレス材、摺動板２８としてジルコニア
セラミクス板を用いている。

【００２８】それぞれ環状に形成された一対のキャリッ
ジ２２は、第１のガイド棒２４に対してリニアに移動可
能なように嵌装されている。本実施の形態においては、
一対のキャリッジ２２を、潤滑性の高いポリテトラフル
オロエチレン系の材料で構成しているが、ベアリングを
用いたもの、若しくは境界面に潤滑材を用いたものでも
良い。

【００２９】前記保持押圧板バネ２１の両端部は、一対
のキャリッジ２２に固定される。さらに、一対のキャリ
ッジ２９が第２のガイド棒２３に対してリニアに移動可
能なように取り付けられている。第２のガイド棒２３
は、やはリステンレス材の丸棒からなり、その一端がサ
イドフレーム２６により支持されるとともに、第ｌのガ
イド棒２４と第２のガイド棒２３とは平行配置となって
いる。

【００３０】そして、前記一対のキャリッジ２２と一対
のキャリッジ２９に対して、印字ヘッド２５が取り付け
られている。印字ヘッド２５の取り付け位置は、インク
吐出側に位置する用紙２７に対し、この印字ヘッド２５
のインク吐出部が０．５乃至ｌｍｍ程度離隔する位置と
なっている。さらに、図示しないが、キャリッジ２２若
しくは印字ヘッド２５の存在位置検出用にリニアエンコ
ーダが取り付けられている。

【００３１】（印字ヘッド駆動機構の動作）次に本実施
の形態の印字ヘッド駆動機構２０の動作について説明す
る。先に示したように前記超音波振動子１０のＡ相とＢ
相に周波数５５ｋＨｚ、振幅１０Ｖｐ−ｐ、位相差＋９
０度又は−９０度の交番電圧を印加する。

【００３２】すると、超音波振動子１０は、図４に示す
矢印方向にリニアに移動し、超音波振動子１０に対し保
持押圧板バネ２１により連結されている前記各キャリッ
ジ２２、２９及び前記印字ヘッド２５も同様にリニア駆
動される。

【００３３】実際に用紙２７に印字を行う時には、図示
していないがリニアエンコーダによって印字ヘッド２５
の位置は常に監視され、印字信号により駆動位置決めさ
れ、これと同期して印字へツド２５からインクが用紙２
７に向けて吐出される。

【００３４】一定の行分の印字が終了すると、用紙２７
は一定量だけ送られて次の一定行の印刷に入る。

【００３５】本実施の形態においては、駆動源である超
音波振動子１０がキャリッジ２２、２９若しくは印字ヘ
ッド２５に近いため、キャリッジ２２、２９周辺の剛性
を大きくとれ、キャリッジ２２、２９、印字ヘッド２５
を大きな加速度で駆動しても、印字ヘッド２５の振動は
ちいさく抑えられ、これにより、この印字ヘッド２５を
用いて用紙２７に高品位な印字を行うことができる。

【００３６】また、本実施の形態においては、駆動源と
して超音波振動子１０を用いたので、推力、加速度が大
きく、トータルの印字時間の短縮が可能であり、さら
に、印字の分解能としてサブμｍまでとれるきめの細か
い高品位な印字出力を得ることができる。

【００３７】尚、以上の実施の形態においては、縦共振
振動と屈曲共振振動を合成して超音波楕円振動を生成す
る超音波振動子１０を用いた印字ヘッド駆動機構２０に
ついて述べたが、超音波楕円振動を生成できるような他
の振動モード（例えば、ねじり振動、すべり振動、呼吸
振動、拡がり振動等）の組み合わせによる超音波振動子
でも良いのは明らかである。

【００３８】また、本実施の形態においては、プリンタ
ー若しくはプロッターに適用する印字ヘッド２５を駆動
する場合について述べたが、この他、ハードディスク装
置、フロッピーディスク装置等の磁気ヘッドの駆動、Ｃ
Ｄ−ＲＯＭ装置、ＤＶＤ装置、光磁気ディスク装置の光
ヘッドの駆動にもそのまま適用できることは言うまでも
ない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した請求項１記載の発明によれ
ば、超音波振動子に生じる超音波楕円振動に基づくリニ
アな駆動力により、キャリッジに固定された印字ヘッド
をリニアガイド棒に沿ってリニアに駆動することがで
き、この印字ヘッドにより高品位な印字を行うことがで
きる印字ヘッド駆動機構を提供することができる。

【００４０】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様な効果を奏するとともに、前記キャリッ
ジ周りの剛性を大きくとれ、キャリッジを大きな加速度
で駆動しても、印字ヘッドの振動を極力抑え、この印字
ヘッドにより、より高品位な印字を行うことができる印
字ヘッド駆動機構を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の超音波振動子を示す斜視
図である。

【図２】本発明の実施の形態の超音波振動子における共
振縦振動の姿態を示す説明図である。

【図３】本発明の実施の形態の超音波振動子における共
振屈曲振動の姿態を示す説明図である。

【図４】本発明の実施の形態の印字ヘッド駆動機構の概
略斜視図である。

【図５】従来の印字ヘッド駆動機構の概略斜視図であ
る。

【符号の説明】 １０ 超音波振動子 １１ 基本弾性体 １２ 積層型圧電素子 １３ 保持用弾性体 １４ ビス １５ 摩擦子 １６ ピン ２０ 印字ヘッド駆動機構 ２１ 保持用押圧板バネ ２２ キャリッジ ２３ 第２のガイド棒 ２４ 第１のガイド棒 ２５ 印字ヘッド ２６ サイドフレーム ２８ 摺動板 ２９ キャリッジ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のリニアガイド棒と、該リニアガイ
   ド棒上を移動するキャリッジと、該キャリッジに固定さ
   れた印字ヘッドと、少なくとも一つのリニアガイド棒に
   押圧された超音波振動子と、から少なくともなり、 前記超音波振動子に、同一周波数で位相が９０度異なる
   交番電圧を印加することにより縦共振振動と屈曲共振振
   動を励起しこれらが合成された超音波楕円振動を生成さ
   せて、この超音波振動子に生じる駆動力により前記キャ
   リッジに固定された印字ヘッドをリニアガイド棒に沿っ
   て駆動すること、 を特徴とする印字ヘッド駆動機構。
2. 【請求項２】 複数のリニアガイド棒と、該リニアガイ
   ド棒上を移動するキャリッジと、該キャリッジに固定さ
   れた印字ヘッドと、少なくとも一つのリニアガイド棒に
   対して前記キャリッジの移動方向の剛性が大きい保持用
   押圧板バネを用いて押圧された超音波振動子と、から少
   なくともなり、 前記超音波振動子に、同一周波数で位相が９０度異なる
   交番電圧を印加することにより縦共振振動と屈曲共振振
   動を励起しこれらが合成された超音波楕円振動を生成さ
   せて、この超音波振動子に生じる駆動力により前記キャ
   リッジに固定された印字ヘッドをリニアガイド棒に沿っ
   て駆動すること、を特徴とする印字ヘッド駆動機構。