JPH10114063A - インクジェット式プリンタヘッド - Google Patents
インクジェット式プリンタヘッドInfo
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- JPH10114063A JPH10114063A JP26882396A JP26882396A JPH10114063A JP H10114063 A JPH10114063 A JP H10114063A JP 26882396 A JP26882396 A JP 26882396A JP 26882396 A JP26882396 A JP 26882396A JP H10114063 A JPH10114063 A JP H10114063A
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- voltage
- voltage pulse
- piezoelectric element
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- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/10—Finger type piezoelectric elements
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低電圧駆動時の微小な変形量でも吐出効率が
良好なインクジェット式プリンタヘッドを提供するこ
と。 【解決手段】 ノズル孔を備えた複数のインク加圧室１
と、各インク加圧室１を駆動し各ノズル孔２ａから所定
のインク滴を吐出せしめる複数の圧電素子部と、各圧電
素子部を付勢する電圧パルス出力部１４とを備え、電圧
パルス出力部１４が台形状の電圧パルスＰを出力し、該
電圧パルスＰを、インク滴吐出に必要な圧力を発生させ
る立上時間帯（第１の時間帯）Ｔ1 と、これを維持する
電圧保持時間帯（第２の時間帯）と、インク加圧室内を
減圧しインクを再充填するに要する減圧時間帯（第３の
時間帯）とで形成し、立上時間帯Ｔ1 と電圧保持時間帯
Ｔ2との合計時間を、インク加圧室内の固有周期Ｔｃの
１／２以上の時間とした。
良好なインクジェット式プリンタヘッドを提供するこ
と。 【解決手段】 ノズル孔を備えた複数のインク加圧室１
と、各インク加圧室１を駆動し各ノズル孔２ａから所定
のインク滴を吐出せしめる複数の圧電素子部と、各圧電
素子部を付勢する電圧パルス出力部１４とを備え、電圧
パルス出力部１４が台形状の電圧パルスＰを出力し、該
電圧パルスＰを、インク滴吐出に必要な圧力を発生させ
る立上時間帯（第１の時間帯）Ｔ1 と、これを維持する
電圧保持時間帯（第２の時間帯）と、インク加圧室内を
減圧しインクを再充填するに要する減圧時間帯（第３の
時間帯）とで形成し、立上時間帯Ｔ1 と電圧保持時間帯
Ｔ2との合計時間を、インク加圧室内の固有周期Ｔｃの
１／２以上の時間とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
プリンタヘッドに係り、特に、圧電部材を用いてインク
加圧室内の圧力を高め、ノズル孔よりインク滴を高速で
吐出させるインクジェット式プリンタヘッドに関する。
プリンタヘッドに係り、特に、圧電部材を用いてインク
加圧室内の圧力を高め、ノズル孔よりインク滴を高速で
吐出させるインクジェット式プリンタヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、圧電素子の電歪効果を利用し
てインク加圧室内の圧力を高め、これによってインク滴
をノズル孔より吐出させるインクジェット式プリンタ用
ヘッドとしては、例えば、ノズル孔直下に単板の圧電素
子を設けて当該圧電素子の縦効果を利用してインク滴を
吐出させるものが、既に特開平３−１１０１６９号公報
に開示されている。また、圧電材料（圧電部材）の片面
に剛性の高い支持板を有し、電圧を印加することによっ
て発生する撓みを利用しインク滴を吐出させるものが、
特開平３−１９７０４７号に開示されている。
てインク加圧室内の圧力を高め、これによってインク滴
をノズル孔より吐出させるインクジェット式プリンタ用
ヘッドとしては、例えば、ノズル孔直下に単板の圧電素
子を設けて当該圧電素子の縦効果を利用してインク滴を
吐出させるものが、既に特開平３−１１０１６９号公報
に開示されている。また、圧電材料（圧電部材）の片面
に剛性の高い支持板を有し、電圧を印加することによっ
て発生する撓みを利用しインク滴を吐出させるものが、
特開平３−１９７０４７号に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ここで、上記各従来例
におけるインクジェット式プリンタ用ヘッドの駆動方法
においては、圧電素子への印加電圧パルスを圧電素子の
固有周期の１／２にすることによって大きな圧力を得ら
れることが知られている。
におけるインクジェット式プリンタ用ヘッドの駆動方法
においては、圧電素子への印加電圧パルスを圧電素子の
固有周期の１／２にすることによって大きな圧力を得ら
れることが知られている。
【０００４】しかしながら、ノズル配置を高集積化した
場合、それに対応した圧力発生部材である圧電素子の固
有周期は非常に短くなり同時に変形面積は微小になり、
これがため、画像形成に必要なインク滴の速度や充分な
インク量を得ることが困難となる、という不都合が常に
伴っていた。
場合、それに対応した圧力発生部材である圧電素子の固
有周期は非常に短くなり同時に変形面積は微小になり、
これがため、画像形成に必要なインク滴の速度や充分な
インク量を得ることが困難となる、という不都合が常に
伴っていた。
【０００５】特に、単層圧電素子のｄ３３（縦効果）、
ｄ３１（横効果）モードの変形を利用しインク滴を吐出
させるインクジェット式プリンタ用ヘッドでは、圧電素
子の固有周期を短くすることができる反面、圧電素子自
体が発生させることのできる変形量は非常に小さく、こ
のため、画像形成に必要なインク滴速や量を得る為に
は、高電圧を必要としたり或いは圧力室内の変形面積を
増加させる等の不都合が常に生じていた。
ｄ３１（横効果）モードの変形を利用しインク滴を吐出
させるインクジェット式プリンタ用ヘッドでは、圧電素
子の固有周期を短くすることができる反面、圧電素子自
体が発生させることのできる変形量は非常に小さく、こ
のため、画像形成に必要なインク滴速や量を得る為に
は、高電圧を必要としたり或いは圧力室内の変形面積を
増加させる等の不都合が常に生じていた。
【０００６】この場合、駆動電圧の高電圧化は、ヘッド
駆動回路への負荷を増し、又安全面においても好ましく
ない。一方、圧力室の変形面積の増加は、ノズル孔の高
集積化を困難にし、ヘッド自体の大型化は勿論のこと、
コスト的にも不利になる。
駆動回路への負荷を増し、又安全面においても好ましく
ない。一方、圧力室の変形面積の増加は、ノズル孔の高
集積化を困難にし、ヘッド自体の大型化は勿論のこと、
コスト的にも不利になる。
【０００７】
【発明の目的】そこで、本発明では、圧電素子が出力す
る圧力パワーを効率よくインク滴吐出動作に変換すると
共に、これによって、低電圧駆動時の微小な変形量でも
吐出効率が良好で、周波数応答性の優れたインクジェッ
ト式プリンタヘッドを提供することを、その目的とす
る。
る圧力パワーを効率よくインク滴吐出動作に変換すると
共に、これによって、低電圧駆動時の微小な変形量でも
吐出効率が良好で、周波数応答性の優れたインクジェッ
ト式プリンタヘッドを提供することを、その目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、複数のインク加圧室と、
この各インク加圧室の外端部の同一箇所に形成されたノ
ズル孔と、各インク加圧室を変形させて所定のインク滴
を外部に吐出せしめる圧電素子と、各圧電素子に所定の
動作を付勢する電圧パルス出力部とを備え、インク加圧
室内に充填されているインクをノズル孔より滴化吐出さ
せるインクジェット式プリンタヘッドにおいて、前述し
た電圧パルス出力部を、所定の電圧パルスを出力するパ
ルス出力回路と、このパルス出力回路から出力される電
圧パルスを台形状の波形に波形整形する波形整形回路と
を備えた構成とする。
め、請求項１記載の発明では、複数のインク加圧室と、
この各インク加圧室の外端部の同一箇所に形成されたノ
ズル孔と、各インク加圧室を変形させて所定のインク滴
を外部に吐出せしめる圧電素子と、各圧電素子に所定の
動作を付勢する電圧パルス出力部とを備え、インク加圧
室内に充填されているインクをノズル孔より滴化吐出さ
せるインクジェット式プリンタヘッドにおいて、前述し
た電圧パルス出力部を、所定の電圧パルスを出力するパ
ルス出力回路と、このパルス出力回路から出力される電
圧パルスを台形状の波形に波形整形する波形整形回路と
を備えた構成とする。
【０００９】また、この波形整形回路が出力する台形状
の電圧パルスを、インク滴吐出に必要な圧力を発生させ
る立ち上げ用の立上時間帯（第１の時間帯）と、この立
上時間帯を経過して圧力発生に要する電圧に達した場合
にこれを保持する電圧保持時間帯（第２の時間帯）と、
インク加圧室内を減圧しインクを再充填するに要する減
圧時間帯（第３の時間帯）とにより形成する。
の電圧パルスを、インク滴吐出に必要な圧力を発生させ
る立ち上げ用の立上時間帯（第１の時間帯）と、この立
上時間帯を経過して圧力発生に要する電圧に達した場合
にこれを保持する電圧保持時間帯（第２の時間帯）と、
インク加圧室内を減圧しインクを再充填するに要する減
圧時間帯（第３の時間帯）とにより形成する。
【００１０】そして、前述した立上時間帯（第１の時間
帯）Ｔ1 と電圧保持時間帯（第２の時間帯）Ｔ2 との合
計時間を、前述したインク加圧室内の固有周期Ｔｃの１
／２以上の時間とする、という構成を採っている。
帯）Ｔ1 と電圧保持時間帯（第２の時間帯）Ｔ2 との合
計時間を、前述したインク加圧室内の固有周期Ｔｃの１
／２以上の時間とする、という構成を採っている。
【００１１】このため、この請求項１記載の発明では、
まず、図１（Ｂ）のような第１乃至第３の時間帯を有す
る台形状の電圧パルスＰを固有周期Ｔｃの長さのインク
加圧室１の電極１Ａに印加した場合、図７に示すよう
に、Ｔ1 ＋Ｔ2 ≧Ｔｃ／２において吐出されるインク滴
の速度は一定となる。又、図８から明らかのように、吐
出されるインク滴の量も図７に示すインク滴速度の特性
と同様になることがわかる。逆に図７から、Ｔ1 ＋Ｔ2
＜Ｔｃ／２とした電圧パルスＰを印加した場合、インク
滴の速度は「Ｔ1 ＋Ｔ2 」の長さが短くなる程低下し、
それと同様に図７に示したようにインク滴量も減少す
る。よって、図１（Ｂ）に示すような電圧パルスＰでの
電圧立ち上がり時間Ｔ1 により圧電素子部から発生した
圧力を、その圧力の発生に要した電圧をＴｃ／２の時刻
となるまで保持することによって、効率よくインク滴吐
出エネルギーに変換することができる。
まず、図１（Ｂ）のような第１乃至第３の時間帯を有す
る台形状の電圧パルスＰを固有周期Ｔｃの長さのインク
加圧室１の電極１Ａに印加した場合、図７に示すよう
に、Ｔ1 ＋Ｔ2 ≧Ｔｃ／２において吐出されるインク滴
の速度は一定となる。又、図８から明らかのように、吐
出されるインク滴の量も図７に示すインク滴速度の特性
と同様になることがわかる。逆に図７から、Ｔ1 ＋Ｔ2
＜Ｔｃ／２とした電圧パルスＰを印加した場合、インク
滴の速度は「Ｔ1 ＋Ｔ2 」の長さが短くなる程低下し、
それと同様に図７に示したようにインク滴量も減少す
る。よって、図１（Ｂ）に示すような電圧パルスＰでの
電圧立ち上がり時間Ｔ1 により圧電素子部から発生した
圧力を、その圧力の発生に要した電圧をＴｃ／２の時刻
となるまで保持することによって、効率よくインク滴吐
出エネルギーに変換することができる。
【００１２】請求項２記載の発明では、前述した請求項
１記載のインクジェット式プリンタヘッドにおいて、各
インク加圧室を形成する側壁を圧電部材で形成すると共
に前述したインク加圧室側の両側壁面に、電圧パルス印
加用の電極を設ける、という構成を採っている。このた
め、この請求項２記載の発明でも、前述した請求項１記
載の発明と同等に機能するインクジェット式プリンタヘ
ッドを得ることができる。
１記載のインクジェット式プリンタヘッドにおいて、各
インク加圧室を形成する側壁を圧電部材で形成すると共
に前述したインク加圧室側の両側壁面に、電圧パルス印
加用の電極を設ける、という構成を採っている。このた
め、この請求項２記載の発明でも、前述した請求項１記
載の発明と同等に機能するインクジェット式プリンタヘ
ッドを得ることができる。
【００１３】請求項３記載の発明では、前述した請求項
１記載のインクジェット式プリンタヘッドにおいて、各
インク加圧室のノズル孔とは反対側に、振動板を装備す
ると共に、この振動板に当該振動板を駆動する積層圧電
素子を連結する、という構成を採っている。このため、
この請求項３記載の発明でも、前述した請求項１記載の
発明と同等に機能するインクジェット式プリンタヘッド
を得ることができるほか、インク加圧室の振動板を積層
圧電素子で個別に駆動するため、ヘッド本体の小型化を
図ることができる。
１記載のインクジェット式プリンタヘッドにおいて、各
インク加圧室のノズル孔とは反対側に、振動板を装備す
ると共に、この振動板に当該振動板を駆動する積層圧電
素子を連結する、という構成を採っている。このため、
この請求項３記載の発明でも、前述した請求項１記載の
発明と同等に機能するインクジェット式プリンタヘッド
を得ることができるほか、インク加圧室の振動板を積層
圧電素子で個別に駆動するため、ヘッド本体の小型化を
図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を、
図１ないし図９に基づいて説明する。まず、図１ないし
図２において、符号１は複数のインク加圧室を示す。こ
のインク加圧室１は、図２に示すように、厚板状で且つ
四角形状の圧電部材１０を母材として形成されている。
図１ないし図９に基づいて説明する。まず、図１ないし
図２において、符号１は複数のインク加圧室を示す。こ
のインク加圧室１は、図２に示すように、厚板状で且つ
四角形状の圧電部材１０を母材として形成されている。
【００１５】これを更に詳述すると、圧電部材１０に
は、その上端面に、当該圧電部材１０の一方の上端角部
を突き抜け、複数の有底の長溝が等間隔をおいて形成さ
れている。そして、この圧電部材１０の一方の端面（長
溝が突き抜けた面）には、ノズルプレート２が装備さ
れ、また、前述した圧電材料の上面にはトッププレート
３が装備されている。
は、その上端面に、当該圧電部材１０の一方の上端角部
を突き抜け、複数の有底の長溝が等間隔をおいて形成さ
れている。そして、この圧電部材１０の一方の端面（長
溝が突き抜けた面）には、ノズルプレート２が装備さ
れ、また、前述した圧電材料の上面にはトッププレート
３が装備されている。
【００１６】ここで、ノズルプレート２は各インク加圧
室１の先端面部分を構成し、トッププレート３は各イン
ク加圧室１の天井面部分を構成し、これによって、前述
したインク加圧室１が形成されている。記号Ｌはインク
加圧室１の長さを示す。また、このインク加圧室１は、
その両側壁及び底面に電極１Ａが装着されている。これ
によって、前述した長溝相互間に位置して各インク加圧
室１の側壁を形成する圧電部材１０部分に、両面に電極
１Ａが付された圧電素子部が形成されている。
室１の先端面部分を構成し、トッププレート３は各イン
ク加圧室１の天井面部分を構成し、これによって、前述
したインク加圧室１が形成されている。記号Ｌはインク
加圧室１の長さを示す。また、このインク加圧室１は、
その両側壁及び底面に電極１Ａが装着されている。これ
によって、前述した長溝相互間に位置して各インク加圧
室１の側壁を形成する圧電部材１０部分に、両面に電極
１Ａが付された圧電素子部が形成されている。
【００１７】前述したノズルプレート２には、各インク
加圧室１の先端面（一端部の端面）の中央に位置する部
分に、それぞれノズル孔２ａが形成されている。このノ
ズル孔２ａはそれぞれ各インク加圧室１に対応して同一
箇所に形成されている。このため、このインク加圧室１
の相互間の圧電素子部分に所定の電圧パルスが印加され
て当該インク加圧室１の容積が縮小すると、その瞬間，
前述したノズル孔２ａからインク滴が射出されるように
なっている。
加圧室１の先端面（一端部の端面）の中央に位置する部
分に、それぞれノズル孔２ａが形成されている。このノ
ズル孔２ａはそれぞれ各インク加圧室１に対応して同一
箇所に形成されている。このため、このインク加圧室１
の相互間の圧電素子部分に所定の電圧パルスが印加され
て当該インク加圧室１の容積が縮小すると、その瞬間，
前述したノズル孔２ａからインク滴が射出されるように
なっている。
【００１８】前述した圧電部材１０の面上で前述した各
インク加圧室１の他端部側には、前述したトッププレー
ト３が一部切除された領域が設けられ、この部分に、各
インク加圧室１に通ずるインク溜まり部４が装備されて
いる。符号４Ａは、インク溜まり部４に設けられたイン
ク供給パイプを示す。そして、このインク供給パイプ４
Ａを介してインク溜まり部４には所定のインクジェット
用のインクが常時補給されるようになっている。符号４
Ｂはインク供給口を示す。
インク加圧室１の他端部側には、前述したトッププレー
ト３が一部切除された領域が設けられ、この部分に、各
インク加圧室１に通ずるインク溜まり部４が装備されて
いる。符号４Ａは、インク溜まり部４に設けられたイン
ク供給パイプを示す。そして、このインク供給パイプ４
Ａを介してインク溜まり部４には所定のインクジェット
用のインクが常時補給されるようになっている。符号４
Ｂはインク供給口を示す。
【００１９】前述した各インク加圧室１に装備された各
電極１Ａには、例えば図２内に矢印Ａに示す方向に各イ
ンク加圧室１の側壁部（圧電素子部）が伸縮するよう
に、図１（Ａ）に示す出力タイミング設定回路１１から
図１（Ｂ）に示すような電圧パルスＰが印加されるよう
になっている。この出力タイミング設定回路１１は、印
字情報受信回路１２を介して上位機から送り込まれる所
定のオン／オフ情報に基づいて作動し、所定のインク加
圧室１の内圧を高めるために少なくとも圧電部材１０で
ある側壁部を介して隣り合う二つの電極１Ａを選択し、
その電極１Ａ相互間に、図１（Ｂ）に示すような電圧パ
ルスＰを印加するように作動する。
電極１Ａには、例えば図２内に矢印Ａに示す方向に各イ
ンク加圧室１の側壁部（圧電素子部）が伸縮するよう
に、図１（Ａ）に示す出力タイミング設定回路１１から
図１（Ｂ）に示すような電圧パルスＰが印加されるよう
になっている。この出力タイミング設定回路１１は、印
字情報受信回路１２を介して上位機から送り込まれる所
定のオン／オフ情報に基づいて作動し、所定のインク加
圧室１の内圧を高めるために少なくとも圧電部材１０で
ある側壁部を介して隣り合う二つの電極１Ａを選択し、
その電極１Ａ相互間に、図１（Ｂ）に示すような電圧パ
ルスＰを印加するように作動する。
【００２０】この場合、前述した出力タイミング設定回
路１１が隣り合う三つの電極１Ａを選択し、中央に位置
するインク加圧室１内のインクが両側壁部分によって縮
小されるように、前述した電圧パルスＰの向きを設定す
ると、インクジェットの噴射力が二倍に強化されて都合
がよい。
路１１が隣り合う三つの電極１Ａを選択し、中央に位置
するインク加圧室１内のインクが両側壁部分によって縮
小されるように、前述した電圧パルスＰの向きを設定す
ると、インクジェットの噴射力が二倍に強化されて都合
がよい。
【００２１】また、符号１４は電圧パルス出力部を示
す。この電圧パルス出力部１４は、前述した図１（Ｂ）
に示す電圧パルスＰを形成するもので、所定の電圧パル
ス（単パルス）を出力するパルス出力回路１４Ａと、こ
のパルス出力回路１４Ａから出力される電圧パルスＰを
台形状の波形に波形整形する波形整形回路１４Ｂとを備
えている。
す。この電圧パルス出力部１４は、前述した図１（Ｂ）
に示す電圧パルスＰを形成するもので、所定の電圧パル
ス（単パルス）を出力するパルス出力回路１４Ａと、こ
のパルス出力回路１４Ａから出力される電圧パルスＰを
台形状の波形に波形整形する波形整形回路１４Ｂとを備
えている。
【００２２】ここで、波形整形回路１４Ｂが出力する前
述した台形状の電圧パルスＰは、図１（Ｂ）に示すよう
に、インク滴吐出に必要な圧力を発生させる立ち上げ用
の立上時間帯Ｔ1 と、この立上時間帯Ｔ1 を経過して圧
力発生に要する電圧に達した場合にこれを保持する電圧
保持時間帯Ｔ2 と、インク加圧室１を減圧しインクを再
充填するに要する減圧時間帯Ｔ3 とにより構成されてい
る。更に、本実施形態にあっては、立上時間帯（第１の
時間帯）Ｔ1 と電圧保持時間帯（第２の時間帯）Ｔ2 と
の合計時間が、前述したインク加圧室１内の固有周期Ｔ
ｃの１／２以上の時間と成るように予め電圧パルス出力
部１４によって設定されている。
述した台形状の電圧パルスＰは、図１（Ｂ）に示すよう
に、インク滴吐出に必要な圧力を発生させる立ち上げ用
の立上時間帯Ｔ1 と、この立上時間帯Ｔ1 を経過して圧
力発生に要する電圧に達した場合にこれを保持する電圧
保持時間帯Ｔ2 と、インク加圧室１を減圧しインクを再
充填するに要する減圧時間帯Ｔ3 とにより構成されてい
る。更に、本実施形態にあっては、立上時間帯（第１の
時間帯）Ｔ1 と電圧保持時間帯（第２の時間帯）Ｔ2 と
の合計時間が、前述したインク加圧室１内の固有周期Ｔ
ｃの１／２以上の時間と成るように予め電圧パルス出力
部１４によって設定されている。
【００２３】このインク加圧室１内の固有周期Ｔｃは、
ノズル孔２ａ，インク加圧室１，インク供給口の形状及
びインクの物性値等によって決定される。このインク加
圧室１内の固有周期Ｔｃを実測する方法の１つとして、
ノズル孔２ａの先端付近のインク粒子速度，即ちインク
メニスカス表面の振動を測定する方法がある。実際にレ
ーザドップラ振動計によりインクメニスカス表面の振動
状態を測定したものを図７，図８に示す。
ノズル孔２ａ，インク加圧室１，インク供給口の形状及
びインクの物性値等によって決定される。このインク加
圧室１内の固有周期Ｔｃを実測する方法の１つとして、
ノズル孔２ａの先端付近のインク粒子速度，即ちインク
メニスカス表面の振動を測定する方法がある。実際にレ
ーザドップラ振動計によりインクメニスカス表面の振動
状態を測定したものを図７，図８に示す。
【００２４】また、図３に、前述した図１（Ｂ）の電圧
パルスＰを印加したときの圧電素子部におけるインク加
圧室１の表面の変位振動を測定したものを示す。この図
３の線図において、符号ＴP は圧電素子部がもつ固有周
期を示す。この場合の固有周期ＴP は圧電素子部がもつ
固有周期であり、本実施形態でいうインク加圧室１内の
固有周期Ｔｃとは全く相違する。
パルスＰを印加したときの圧電素子部におけるインク加
圧室１の表面の変位振動を測定したものを示す。この図
３の線図において、符号ＴP は圧電素子部がもつ固有周
期を示す。この場合の固有周期ＴP は圧電素子部がもつ
固有周期であり、本実施形態でいうインク加圧室１内の
固有周期Ｔｃとは全く相違する。
【００２５】次に、上記実施形態における電圧パルスＰ
のパターンがインクジェットとして吐出されるインク滴
に与える影響について説明する。
のパターンがインクジェットとして吐出されるインク滴
に与える影響について説明する。
【００２６】まず、インク加圧室１内の固有周期Ｔｃと
は、前述したように、ノズル孔２ａ，インク加圧室１，
インク供給口の形状，及びインクの物性値などにより決
定する特性である。図１（Ｂ）のような電圧パルスＰを
固有周期Ｔｃの長さのインク加圧室１の電極１Ａに印加
した場合、図７に示すように、Ｔ1 ＋Ｔ2 ≧Ｔｃ／２に
おいて吐出されるインク滴の速度は一定となる。
は、前述したように、ノズル孔２ａ，インク加圧室１，
インク供給口の形状，及びインクの物性値などにより決
定する特性である。図１（Ｂ）のような電圧パルスＰを
固有周期Ｔｃの長さのインク加圧室１の電極１Ａに印加
した場合、図７に示すように、Ｔ1 ＋Ｔ2 ≧Ｔｃ／２に
おいて吐出されるインク滴の速度は一定となる。
【００２７】また、図８から明らかのように、吐出され
るインク滴の量も図７に示すインク滴速度の特性と同様
になることがわかる。逆に図７から、Ｔ1 ＋Ｔ2 ＜Ｔｃ
／２とした電圧パルスＰを印加した場合、インク滴の速
度は「Ｔ1 ＋Ｔ2 」の長さが短くなる程低下し、それと
同様に図７に示したようにインク滴量も減少することが
わかる。
るインク滴の量も図７に示すインク滴速度の特性と同様
になることがわかる。逆に図７から、Ｔ1 ＋Ｔ2 ＜Ｔｃ
／２とした電圧パルスＰを印加した場合、インク滴の速
度は「Ｔ1 ＋Ｔ2 」の長さが短くなる程低下し、それと
同様に図７に示したようにインク滴量も減少することが
わかる。
【００２８】よって、図１（Ｂ）に示すような電圧パル
スＰでの電圧立ち上がり時間Ｔ1 により圧電素子部から
発生した圧力を、その圧力の発生に要した電圧をＴｃ／
２の時刻となるまで保持することによって、効率よくイ
ンク滴吐出エネルギーに変換できていることが判明し
た。
スＰでの電圧立ち上がり時間Ｔ1 により圧電素子部から
発生した圧力を、その圧力の発生に要した電圧をＴｃ／
２の時刻となるまで保持することによって、効率よくイ
ンク滴吐出エネルギーに変換できていることが判明し
た。
【００２９】図４は、インク加圧室１内の固有周期Ｔｃ
よりもＴ1 が短い場合で、圧電素子部に図１（Ａ）に示
すような台形状のステップ電圧パルスＰを印加した時
に、ノズル孔２ａ先端付近のインク粒子速度（表面速
度）を示したものである。ここで、正の速度とはインク
を吐出させようとすることを意味する。また、インク粒
子速度の周期とはインク加圧室１内の固有周期Ｔｃその
ものであり、最初の正の振幅量、積分値が吐出されるイ
ンク滴の速度を示す。明らかに、インク滴の量に大きく
関与している。
よりもＴ1 が短い場合で、圧電素子部に図１（Ａ）に示
すような台形状のステップ電圧パルスＰを印加した時
に、ノズル孔２ａ先端付近のインク粒子速度（表面速
度）を示したものである。ここで、正の速度とはインク
を吐出させようとすることを意味する。また、インク粒
子速度の周期とはインク加圧室１内の固有周期Ｔｃその
ものであり、最初の正の振幅量、積分値が吐出されるイ
ンク滴の速度を示す。明らかに、インク滴の量に大きく
関与している。
【００３０】図５は、図１（Ｂ）で示す電圧立下時間帯
Ｔ3 におけるノズル孔２ａ付近のインク粒子速度に与え
る影響について測定したものである。この図５からも明
らかのように、圧電素子部に印加した電圧パルスＰを放
電した場合、インク滴吐出方向とは逆の速度が発生す
る。図１（Ｂ）に示した電圧パルスＰは、この図４及び
図５に示すインク粒子速度振動を合成したものとなる。
Ｔ3 におけるノズル孔２ａ付近のインク粒子速度に与え
る影響について測定したものである。この図５からも明
らかのように、圧電素子部に印加した電圧パルスＰを放
電した場合、インク滴吐出方向とは逆の速度が発生す
る。図１（Ｂ）に示した電圧パルスＰは、この図４及び
図５に示すインク粒子速度振動を合成したものとなる。
【００３１】よって、効率的な吐出を行うためには、吐
出特性に影響する最初の正の振幅，即ち、インク加圧室
１内の固有周期の半分の期間内では、インク加圧室１内
の体積を減少させる動作を行わないことである。逆に、
最初の正の振幅中に圧電素子部を放電させてインク加圧
室１内の体積を減少させた場合、最初の正の振幅量と積
分値が減少し吐出エネルギーの低下を招き、吐出効率を
悪化させることがわかる。
出特性に影響する最初の正の振幅，即ち、インク加圧室
１内の固有周期の半分の期間内では、インク加圧室１内
の体積を減少させる動作を行わないことである。逆に、
最初の正の振幅中に圧電素子部を放電させてインク加圧
室１内の体積を減少させた場合、最初の正の振幅量と積
分値が減少し吐出エネルギーの低下を招き、吐出効率を
悪化させることがわかる。
【００３２】以上説明したように、図１（Ｂ）の「Ｔ1
＋Ｔ2 」をインク加圧室１内の固有周期Ｔｃの１／２以
上の時間にすることによって、その圧力室構造がもつイ
ンク滴吐出エネルギの発生効率を最大限に有効利用する
ことができる。
＋Ｔ2 」をインク加圧室１内の固有周期Ｔｃの１／２以
上の時間にすることによって、その圧力室構造がもつイ
ンク滴吐出エネルギの発生効率を最大限に有効利用する
ことができる。
【００３３】ここで、インク加圧室１の固有周期Ｔｃに
ついて、その実験例を詳述する。まず、前述した図２に
おいて、隣り合うインク加圧室１に対応した電極１Ａは
異なる極性に接続され、対向電極間の圧電部材１０に対
しては、矢印Ａ方向に分極処理が施されている。そし
て、印字信号が入力されると、対向電極１Ａ間の圧電部
材に分極方向と同一な方向に図１（Ｂ）の電圧パルスが
印加され、対向電極１Ａ間の圧電部材は矢印Ａの方向に
伸長し、インク加圧室１内の体積を減少させインク滴を
ノズル孔２ａより吐出される。
ついて、その実験例を詳述する。まず、前述した図２に
おいて、隣り合うインク加圧室１に対応した電極１Ａは
異なる極性に接続され、対向電極間の圧電部材１０に対
しては、矢印Ａ方向に分極処理が施されている。そし
て、印字信号が入力されると、対向電極１Ａ間の圧電部
材に分極方向と同一な方向に図１（Ｂ）の電圧パルスが
印加され、対向電極１Ａ間の圧電部材は矢印Ａの方向に
伸長し、インク加圧室１内の体積を減少させインク滴を
ノズル孔２ａより吐出される。
【００３４】この場合、本実施形態におけるインク加圧
室１の長さＬと当該インク加圧室１内の固有周期Ｔｃと
は、図６に示すような正の相関関係をもっている。そし
て、本実施形態のヘッドでは、インク加圧室１の長さＬ
で且つ固有周期Ｔｃで特定した場合、インク滴速度及び
その量が一定となる「Ｔ1 ＋Ｔ2 」を測定した結果を図
７の図表に示す。
室１の長さＬと当該インク加圧室１内の固有周期Ｔｃと
は、図６に示すような正の相関関係をもっている。そし
て、本実施形態のヘッドでは、インク加圧室１の長さＬ
で且つ固有周期Ｔｃで特定した場合、インク滴速度及び
その量が一定となる「Ｔ1 ＋Ｔ2 」を測定した結果を図
７の図表に示す。
【００３５】この測定結果より、前述した「Ｔ1 ＋
Ｔ2 」がインク加圧室の固有周期Ｔｃの１／２以上の場
合に、前述した圧電素子部が作動して発生する圧力が、
インク滴吐出エネルギに効率よく変換されることがわか
る。
Ｔ2 」がインク加圧室の固有周期Ｔｃの１／２以上の場
合に、前述した圧電素子部が作動して発生する圧力が、
インク滴吐出エネルギに効率よく変換されることがわか
る。
【００３６】尚、ここで、電圧パルスＰの立ち上げ時間
Ｔ1 を短くすると、インク滴速度及び量を更に大きくす
ることができるが、その反面、圧電素子部の充電時に必
要な電流が大きくなり、回路にかかる負荷が大きくな
る。このため、圧電素子部の固有周期Ｔｐ以下での立ち
上げは、圧電素子部の信頼性にも影響を与えるため好ま
しくない。
Ｔ1 を短くすると、インク滴速度及び量を更に大きくす
ることができるが、その反面、圧電素子部の充電時に必
要な電流が大きくなり、回路にかかる負荷が大きくな
る。このため、圧電素子部の固有周期Ｔｐ以下での立ち
上げは、圧電素子部の信頼性にも影響を与えるため好ま
しくない。
【００３７】また、上述した実施形態は、図２に示すイ
ンクジェット式プリンタヘッドについて図１（Ｂ）の電
圧パルスＰを印加した場合を例示したが、図１０に示す
ような構成を備えたインクジェット式プリンタヘッドに
大して、前述した図１（Ｂ）の電圧パルスＰを印加する
ように構成してもよい。この図１０に示すインクジェッ
ト式プリンタヘッドは、積層圧電素子２１を振動板２２
を介してインク加圧室２３内の圧力を高めインク滴をノ
ズル孔２５から吐出させるようにしたものである。この
図１０において、符号２６は加圧室形成部材を示す。
ンクジェット式プリンタヘッドについて図１（Ｂ）の電
圧パルスＰを印加した場合を例示したが、図１０に示す
ような構成を備えたインクジェット式プリンタヘッドに
大して、前述した図１（Ｂ）の電圧パルスＰを印加する
ように構成してもよい。この図１０に示すインクジェッ
ト式プリンタヘッドは、積層圧電素子２１を振動板２２
を介してインク加圧室２３内の圧力を高めインク滴をノ
ズル孔２５から吐出させるようにしたものである。この
図１０において、符号２６は加圧室形成部材を示す。
【００３８】そして、この場合であっても、上述した実
施形態と同等に機能するインクジェット式プリンタヘッ
ドを得ることができるほか、特に、インク加圧室２１の
振動板２２を積層圧電素子２１で個別に駆動するため、
ヘッド本体の小型化を図ることができる点で都合がよ
い。
施形態と同等に機能するインクジェット式プリンタヘッ
ドを得ることができるほか、特に、インク加圧室２１の
振動板２２を積層圧電素子２１で個別に駆動するため、
ヘッド本体の小型化を図ることができる点で都合がよ
い。
【００３９】このように、上述した各実施形態において
は、圧電素子部に印加する電圧パルスＰにおいて、イン
ク滴を吐出させるための圧力を発生する時間帯（立上時
間帯）をＴ1 とし、又、このＴ1 を経過後にインク圧力
室２３圧力室内の体積を吐出前の状態に復帰させ始める
まで時間帯（電圧保持時間帯）をＴ2 としたものであ
る。
は、圧電素子部に印加する電圧パルスＰにおいて、イン
ク滴を吐出させるための圧力を発生する時間帯（立上時
間帯）をＴ1 とし、又、このＴ1 を経過後にインク圧力
室２３圧力室内の体積を吐出前の状態に復帰させ始める
まで時間帯（電圧保持時間帯）をＴ2 としたものであ
る。
【００４０】一方、例えば、図１１に示したような電圧
パルスＰを図２に示すインクジェット式プリンタヘッド
に印加した場合についても、前述した図１（Ｂ）の電圧
パルスＰの場合と同等に機能し、同等の作用効果を得る
ことができる。この場合、図１１における記号ｔ３は図
１（Ｂ）におけるＴ1 に相当し、同じく符号ｔ４は図１
（Ｂ）におけるＴ2 に相当する。
パルスＰを図２に示すインクジェット式プリンタヘッド
に印加した場合についても、前述した図１（Ｂ）の電圧
パルスＰの場合と同等に機能し、同等の作用効果を得る
ことができる。この場合、図１１における記号ｔ３は図
１（Ｂ）におけるＴ1 に相当し、同じく符号ｔ４は図１
（Ｂ）におけるＴ2 に相当する。
【００４１】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、前述し
たようにインク加圧室を駆動するための台形状の電圧パ
ルスＰの立上時間帯Ｔ1 と電圧保持時間帯Ｔ2 との合計
時間をインク加圧室内の固有周期Ｔｃの１／２以上の時
間としたことから、吐出されるインク滴の速度は前述し
たように一定となり、また吐出されるインク滴の量もイ
ンク滴速度と同等の特性となり、これがため、かかる電
圧パルスＰの作用によって当該電圧パルスＰでの電圧立
ち上がり時間Ｔ1 で圧電素子部から発生した圧力は、そ
の圧力の発生に要した電圧がＴｃ／２の時刻となるまで
保持されることから、効率よくインク滴吐出エネルギー
に変換されることとなり、これがため、例えば単層圧電
素子のような非常に微小な変形量であっても、必要とす
るインク滴速度およびインク滴量を得ることができる、
かかる点において、周波数応答性が優れ、又装置全体の
信頼性向上を図り得るという従来にない優れたインクジ
ェット式プリンタヘッドを提供することができる。
たようにインク加圧室を駆動するための台形状の電圧パ
ルスＰの立上時間帯Ｔ1 と電圧保持時間帯Ｔ2 との合計
時間をインク加圧室内の固有周期Ｔｃの１／２以上の時
間としたことから、吐出されるインク滴の速度は前述し
たように一定となり、また吐出されるインク滴の量もイ
ンク滴速度と同等の特性となり、これがため、かかる電
圧パルスＰの作用によって当該電圧パルスＰでの電圧立
ち上がり時間Ｔ1 で圧電素子部から発生した圧力は、そ
の圧力の発生に要した電圧がＴｃ／２の時刻となるまで
保持されることから、効率よくインク滴吐出エネルギー
に変換されることとなり、これがため、例えば単層圧電
素子のような非常に微小な変形量であっても、必要とす
るインク滴速度およびインク滴量を得ることができる、
かかる点において、周波数応答性が優れ、又装置全体の
信頼性向上を図り得るという従来にない優れたインクジ
ェット式プリンタヘッドを提供することができる。
【図１】本発明の一実施の形態を示す図で、図１（Ａ）
はその圧電素子部を駆動する回路の例を示すブロック
図、図１（Ｂ）は圧電素子部を駆動する場合に印加され
る電圧パルスの波形を示す線図である。
はその圧電素子部を駆動する回路の例を示すブロック
図、図１（Ｂ）は圧電素子部を駆動する場合に印加され
る電圧パルスの波形を示す線図である。
【図２】図１の回路図および電圧パルスによって駆動さ
れるプリンタヘッド本体部の例を示す一部省略した概略
斜視図である。
れるプリンタヘッド本体部の例を示す一部省略した概略
斜視図である。
【図３】図１（Ｂ）に示す電圧パルスを図２の圧電素子
部に印加した場合の当該圧電素子部の表面の変位振動を
示す線図である。
部に印加した場合の当該圧電素子部の表面の変位振動を
示す線図である。
【図４】図１（Ｂ）に示す電圧パルスを図２の圧電素子
部に印加した場合に当該電圧パルスの立上時間帯と電圧
保持時間帯におけるノズル孔先端付近のインク粒子速度
（インクメニスカス表面振動）の変化を示す線図であ
る。
部に印加した場合に当該電圧パルスの立上時間帯と電圧
保持時間帯におけるノズル孔先端付近のインク粒子速度
（インクメニスカス表面振動）の変化を示す線図であ
る。
【図５】図１（Ｂ）に示す電圧パルスを図２の圧電素子
部に印加した場合に当該電圧パルスの減圧時間帯におけ
るノズル孔先端付近のインク粒子速度（インクメニスカ
ス表面振動）の変化を示す線図である。
部に印加した場合に当該電圧パルスの減圧時間帯におけ
るノズル孔先端付近のインク粒子速度（インクメニスカ
ス表面振動）の変化を示す線図である。
【図６】図２における実施形態のインク室長さとインク
加圧室内の固有周期とが正の相関関係を備えていること
を示す線図である。
加圧室内の固有周期とが正の相関関係を備えていること
を示す線図である。
【図７】図１（Ｂ）に示す電圧パルスを図２の圧電素子
部に印加した場合にインク滴速度が一定となる場合の状
況を示す説明図である。
部に印加した場合にインク滴速度が一定となる場合の状
況を示す説明図である。
【図８】図１（Ｂ）に示す電圧パルスを図２の圧電素子
部に印加した場合にインク滴量がインク滴速度の場合と
同様に一定となる場合の状況を示す説明図である。
部に印加した場合にインク滴量がインク滴速度の場合と
同様に一定となる場合の状況を示す説明図である。
【図９】図２に示す実施形態において前述したインク加
圧室の長さが変化した場合に対応してインク滴速度やイ
ンク滴量が変化する場合の状況を示す実験例を示す図表
である。
圧室の長さが変化した場合に対応してインク滴速度やイ
ンク滴量が変化する場合の状況を示す実験例を示す図表
である。
【図１０】図２に開示したインクヘッド部の他の例を示
す説明図である。
す説明図である。
【図１１】図１（Ｂ）に開示した電圧パルスの他の例を
示す説明図である。
示す説明図である。
１，２３ インク加圧室 １Ａ 電極 ２ ノズルプレート ２ａ，２５ ノズル孔 ３ トッププレート １０ 圧電部材 １１ 出力タイミング設定回路 １２ 印字情報受信回路 １４ 電圧パルス出力部 １４Ａ パルス出力回路 １４Ｂ 波形整形回路 ２１ 積層圧電素子 Ｐ 電圧パルス Ｔ1 立上時間帯（第１の時間帯） Ｔ2 電圧保持時間帯（第２の時間帯） Ｔ3 減圧時間帯（第３の時間帯）
Claims (3)
- 【請求項１】 インク吐出用のノズル孔を備えた複数の
インク加圧室と、この各インク加圧室を変形させて所定
のインク滴を外部に吐出せしめる圧電素子と、前記各圧
電素子に所定の動作を付勢する電圧パルス出力部とを備
え、前記インク加圧室内に充填されているインクをノズ
ル孔より滴化吐出させるインクジェット式プリンタヘッ
ドにおいて、 前記電圧パルス出力部を、所定の電圧パルスを出力する
パルス出力回路と、このパルス出力回路から出力される
電圧パルスを台形状の波形に波形整形する波形整形回路
とを備えた構成とし、 この波形整形回路が出力する前記台形状の電圧パルス
を、インク滴吐出に必要な圧力を発生させる立ち上げ用
の立上時間帯と、この立上時間帯を経過して圧力発生に
要する電圧に達した場合にこれを保持する電圧保持時間
帯と、圧力室内を減圧しインクを再充填するに要する減
圧時間帯とにより形成すると共に、 前記立上時間帯と前記電圧保持時間帯との合計時間を、
前記インク加圧室内の固有周期の１／２以上の時間とし
たことを特徴とするインクジェット式プリンタヘッド。 - 【請求項２】 前記各インク加圧室を形成する側壁を圧
電部材で形成すると共に当該両側壁の圧力室側の壁面
に、電圧パルス印加用の電極を設けたことを特徴とする
請求項１記載のインクジェット式プリンタヘッド。 - 【請求項３】 前記各インク加圧室のノズル孔とは反対
側に、振動板を装備すると共に、この振動板に当該振動
板を駆動する積層圧電素子を連結したことを特徴とする
請求項１記載のインクジェット式プリンタヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26882396A JPH10114063A (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | インクジェット式プリンタヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26882396A JPH10114063A (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | インクジェット式プリンタヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10114063A true JPH10114063A (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=17463756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26882396A Pending JPH10114063A (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | インクジェット式プリンタヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10114063A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001089841A1 (fr) * | 2000-05-24 | 2001-11-29 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Procede d'entrainement de tete d'enregistrement a jet d'encre et enregistreur a jet d'encre |
| WO2003026897A1 (en) * | 2001-09-20 | 2003-04-03 | Ricoh Company, Ltd. | Image recording apparatus and head driving control apparatus |
| US6886898B2 (en) | 2001-11-30 | 2005-05-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Driving method of piezoelectric elements, ink-jet head, and ink-jet printer |
-
1996
- 1996-10-09 JP JP26882396A patent/JPH10114063A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001089841A1 (fr) * | 2000-05-24 | 2001-11-29 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Procede d'entrainement de tete d'enregistrement a jet d'encre et enregistreur a jet d'encre |
| US6962398B2 (en) | 2000-05-24 | 2005-11-08 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Method for driving ink jet recording head and ink jet recorder |
| WO2003026897A1 (en) * | 2001-09-20 | 2003-04-03 | Ricoh Company, Ltd. | Image recording apparatus and head driving control apparatus |
| US7249816B2 (en) | 2001-09-20 | 2007-07-31 | Ricoh Company, Ltd. | Image recording apparatus and head driving control apparatus |
| US6886898B2 (en) | 2001-11-30 | 2005-05-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Driving method of piezoelectric elements, ink-jet head, and ink-jet printer |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000315 |