JPH1177995A - Ink jet recording device - Google Patents

Ink jet recording device

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Publication number
JPH1177995A
JPH1177995A JP25085397A JP25085397A JPH1177995A JP H1177995 A JPH1177995 A JP H1177995A JP 25085397 A JP25085397 A JP 25085397A JP 25085397 A JP25085397 A JP 25085397A JP H1177995 A JPH1177995 A JP H1177995A
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JP
Japan
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piezoelectric elements
piezoelectric
ink
piezoelectric element
simultaneously driven
Prior art date
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Pending
Application number
JP25085397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Yagi
均 八木
Chiaki Tanuma
千秋 田沼
Shiro Saito
史郎 斉藤
Isao Amamiya
功 雨宮
Noriko Yamamoto
紀子 山本
Kenichi Mori
健一 森
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH1177995A publication Critical patent/JPH1177995A/en
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable application of uniform voltage to all piezoelectric elements by providing a means to make an impedance uniform for an electrical impedance in each of subgroups, in an ink jet recording device which discharges an ink droplet under the pressure of an ultrasonic beam to be emitted by the piezoelectric elements. SOLUTION: This ink jet recording device selects plural pieces (e.g. 16 pcs) of piezoelectric element excepting piezoelectric elements located on both ends as simultaneous drive elements and drives 16 pieces of the piezoelectric element by allocating these elements into a first subgroup comprising 10 pieces of the piezoelectric element and a second subgroup comprising 6 pieces of the piezoelectric element, based on a Fresnel ring belt theory. In this case, a burst wave generated by a burst wave generator 31 is separated into two burst waves whose phase is reversed 180 deg. by a phase reactor 32. Further, the first and the second burst wave are amplified and these amplified burst waves are applied to the individual electrodes 13 of the piezoelectric elements related to the first and the second subgroups respectively by turning switches SW111-SW128 and SW211-SW218 ON/OFF.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インク液を液滴化
して被記録体上に飛翔させることにより画像を記録する
インクジェット記録装置に係り、特には、圧電素子によ
り放射される超音波ビームの圧力によりインク滴を吐出
させて被記録体上に飛翔させるインクジェット記録装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording apparatus for recording an image by forming ink droplets into droplets and flying them onto a recording medium, and more particularly, to an ultrasonic beam radiated by a piezoelectric element. The present invention relates to an ink jet recording apparatus that ejects ink droplets by pressure to fly on a recording medium.

【0002】[0002]

【従来の技術】インク液を液滴と呼ばれる小さな粒状に
して記録媒体上に飛翔させることにより画点を形成して
画像を記録する装置は、インクジェットプリンタとして
実用化されている。このインクジェットプリンタは他の
記録方法と比べて騒音が少なく、現像や定着などの処理
が不要であるという利点を有し、普通紙記録技術として
注目されている。
2. Description of the Related Art An apparatus for recording an image by forming an image point by making an ink liquid into small particles called droplets and flying on a recording medium has been put to practical use as an ink jet printer. This ink-jet printer has the advantages that it has less noise than other recording methods and does not require processing such as development and fixing, and has been attracting attention as a plain paper recording technique.

【0003】現在までに数多くのインクジェットプリン
タの方式が考案されているが、特に、発熱体の熱により
発生する蒸気の圧力でインク滴を飛翔させる方式や圧電
体の変位による圧力パルスによりインク滴を飛翔させる
方式が代表的なものである。
[0003] A number of ink jet printer systems have been devised up to now. In particular, a system in which ink droplets fly by the pressure of steam generated by the heat of a heating element, or a method in which ink droplets are formed by pressure pulses due to displacement of a piezoelectric body. The method of flying is typical.

【0004】これらのインクジェットプリンタはノズル
の先端からインクを飛翔させている。そのため、インク
中の溶媒の蒸発や揮発によって局所的なインクの濃縮が
生じ、ノズルで目詰まりが生じるという問題がある。さ
らに、従来のインクジェットプリンタは、飛翔させるイ
ンク滴の粒径を小さく(例えば直径20μm以下)する
ことが難しく、解像度を上げることが困難であった。
[0004] These ink jet printers fly ink from the tip of a nozzle. For this reason, there is a problem that local concentration of the ink occurs due to evaporation and volatilization of the solvent in the ink, and the nozzle is clogged. Further, in the conventional ink jet printer, it is difficult to reduce the particle size of the ink droplet to be ejected (for example, a diameter of 20 μm or less), and it is difficult to increase the resolution.

【0005】これらの欠点を克服するため、薄膜圧電体
層により構成された圧電素子によって発生する超音波ビ
ームの圧力を用いてインク液面からインクを飛翔させる
方式が提案されている。しかし、従来の超音波ビーム方
式では、例えば、同時駆動する圧電素子の素子数が異な
ると、インク滴の飛翔効率や飛翔安定性が低下するとい
うことが見い出された。
In order to overcome these drawbacks, a method has been proposed in which ink is ejected from an ink liquid surface using the pressure of an ultrasonic beam generated by a piezoelectric element constituted by a thin film piezoelectric layer. However, in the conventional ultrasonic beam system, it has been found that, for example, if the number of simultaneously driven piezoelectric elements is different, the flying efficiency and flying stability of ink droplets are reduced.

【0006】[0006]

【課題を解決しようとする課題】従って、本発明は、同
時駆動する圧電素子の素子数が異なる場合でも、インク
滴の飛翔効率や飛翔安定性が低下することのないインク
ジェット記録装置を提供することを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus in which the flying efficiency and flying stability of ink droplets are not reduced even when the number of simultaneously driven piezoelectric elements is different. As an issue.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、インク液を保持するインク液保持室と、
所定間隔で配列された複数の圧電素子によって構成され
る圧電素子アレイを含み、前記インク液中を伝播する超
音波を発生させる超音波発生手段と、前記圧電素子アレ
イを構成する圧電素子の中から複数の同時駆動圧電素子
を同時駆動グループとして選択し、前記複数の同時駆動
圧電素子を複数の同時駆動サブグループに振り分け、前
記同時駆動サブグループの各々に位相差を与えた駆動信
号を印加して同時駆動させることによって前記同時駆動
グループの同時駆動圧電素子から発生される超音波を前
記インク液の液面に集束させる駆動手段と、前記サブグ
ループのそれぞれの総電気的インピーダンスを互いに均
一化するインピーダンス均一化手段を備えたことを特徴
とするインクジェット記録装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides an ink liquid holding chamber for holding an ink liquid,
Including a piezoelectric element array constituted by a plurality of piezoelectric elements arranged at predetermined intervals, an ultrasonic wave generating means for generating ultrasonic waves propagating in the ink liquid, and a piezoelectric element constituting the piezoelectric element array Selecting a plurality of simultaneously driven piezoelectric elements as a simultaneously driven group, distributing the plurality of simultaneously driven piezoelectric elements into a plurality of simultaneously driven subgroups, applying a drive signal having a phase difference to each of the simultaneously driven subgroups; Driving means for simultaneously driving the ultrasonic waves generated from the simultaneously driven piezoelectric elements of the simultaneously driven group to the liquid surface of the ink liquid, and impedance for equalizing the total electric impedance of each of the subgroups to each other Provided is an ink jet recording apparatus comprising a uniforming means.

【0008】上記インピーダンス均一化手段は、可変電
気容量素子を含むことができる。この場合、属する圧電
素子の数が最も多いサブグループの総静電容量と同じに
なるように少ない圧電素子数のサブグループへの駆動信
号にその静電容量の差に相当する静電容量を印加し、そ
れにより各サブグループ間のインピーダンスを均一化す
ることができる。
[0008] The impedance equalizing means may include a variable capacitance element. In this case, a capacitance corresponding to the difference in the capacitance is applied to the drive signal to the sub-group having a small number of piezoelectric elements so that the total capacitance becomes the same as the total capacitance of the sub-group having the largest number of piezoelectric elements. Thus, the impedance between the subgroups can be made uniform.

【0009】また、インピーダンス均一化手段は、イン
ク液と音響的に非接続状態に設けられ、かつ前記駆動手
段により前記同時駆動圧電素子と同時に駆動信号が印加
される1またはそれ以上のダミー圧電素子を含むことが
できる。この場合、サブグループの圧電素子の数の差に
相当する数のダミー圧電素子に、より少ない数の圧電素
子からなるサブグループへの駆動信号と同一の駆動信号
を印加し、それにより各サブグループ間のインピーダン
スを均一化することができる。
The impedance equalizing means is provided in an acoustically unconnected state with the ink liquid, and one or more dummy piezoelectric elements to which a driving signal is applied simultaneously with the simultaneously driven piezoelectric elements by the driving means. Can be included. In this case, the same drive signal as the drive signal to the subgroup consisting of the smaller number of piezoelectric elements is applied to the dummy piezoelectric elements corresponding to the difference in the number of the piezoelectric elements in the subgroup, whereby each subgroup is The impedance between them can be made uniform.

【0010】超音波を発生する圧電素子アレイを構成す
る圧電素子の中から複数の同時駆動圧電素子を同時駆動
グループとして選択し、この複数の同時駆動圧電素子を
複数の同時駆動サブグループに振り分け、この同時駆動
サブグループの各々に位相差を与えて同時駆動させて同
時駆動グループの圧電素子から発生される超音波を前記
インク液の液面に集束させるようにした場合、サブグル
ープに属する圧電素子の数がサブグループ間で異なると
きにも、インク滴の飛翔効率や飛翔安定性が低下しない
ことが重要である。特に、圧電素子アレイの中から選択
する同時駆動圧電素子の数を奇数個あるい偶数個とする
ことにより解像度を2倍化する駆動方法を用いる場合
や、複数の圧電素子アレイをアレイ方向につなぎ合わせ
て長尺のラインヘッドを作製したときにそのつなぎ部分
を駆動する場合など、1つの画像を記録する途中で駆動
する圧電素子の素子数が異なるように変化する場合に
も、効率良く、安定にインク滴を飛翔させなければなら
ない。
A plurality of simultaneously driven piezoelectric elements are selected as a simultaneously driven group from the piezoelectric elements constituting the piezoelectric element array for generating ultrasonic waves, and the plurality of simultaneously driven piezoelectric elements are divided into a plurality of simultaneously driven subgroups. When the ultrasonic waves generated from the piezoelectric elements of the simultaneous driving group are focused on the liquid surface of the ink liquid, the piezoelectric elements belonging to the simultaneous driving sub group are simultaneously driven by giving a phase difference to each of the simultaneous driving sub groups. It is important that the flight efficiency and flight stability of ink droplets do not decrease even when the number of sub-groups differs between subgroups. In particular, when using a driving method of doubling the resolution by making the number of simultaneously driven piezoelectric elements selected from the piezoelectric element array odd or even, or connecting a plurality of piezoelectric element arrays in the array direction. Efficient and stable even when the number of piezoelectric elements to be driven changes during the recording of one image, such as when driving the connecting part when a long line head is manufactured. The ink drops must fly.

【0011】本発明者らは、このように同時駆動する各
サブグループに属する圧電素子の数がサブグループ間で
異なる場合に、インクの飛翔効率、飛翔安定性が低下す
る原因を究明した。その結果、同時駆動する各サブグル
ープに属する圧電素子の数がサブグループ間で異なる
と、駆動源から見た各同時駆動サブグループの電気的イ
ンピーダンスがサブグループ間で異なることがその原因
であることを見い出した。そこで、本発明では、前記サ
ブグループのそれぞれの電気的インピーダンスを均一化
するインピーダンス均一化手段を設けることとした。
The present inventors have sought to determine the cause of the drop in the ink flying efficiency and flying stability when the number of piezoelectric elements belonging to each sub-group driven simultaneously is different between the sub-groups. As a result, if the number of piezoelectric elements belonging to each sub-group to be simultaneously driven is different between the sub-groups, the cause is that the electrical impedance of each simultaneously driven sub-group viewed from the driving source differs between the sub-groups. I found Therefore, in the present invention, an impedance equalizing means for equalizing the electrical impedance of each of the subgroups is provided.

【0012】この手法によれば、各々の同時駆動素子グ
ループの圧電素子数が異なる場合にも、全ての圧電素子
に均一に電圧を印加することが可能となり、その結果、
焦点位置での超音波ビーム強度が向上し、インク飛翔の
安定性や信頼性を高めることができる。また、より低い
印加電圧でインク滴の安定な飛翔が実現でき、インク飛
翔の効率を向上させることができる。
According to this method, even when the number of piezoelectric elements in each of the simultaneously driven element groups is different, it is possible to uniformly apply a voltage to all the piezoelectric elements.
The intensity of the ultrasonic beam at the focal position is improved, and the stability and reliability of ink flying can be improved. Further, stable flight of ink droplets can be realized with a lower applied voltage, and the efficiency of ink flight can be improved.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。全図にわたり、同一部材は、同一
符号で示されている。 <第1の実施の形態>図1は本発明の実施の形態に係わ
るインクジェット記録装置のヘッド部の概略斜視図であ
る。図1において、超音波発生手段を構成する平板状圧
電体12が、後述する溝11aを形成した支持部材11
上に、溝11aを横断して設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Throughout the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. <First Embodiment> FIG. 1 is a schematic perspective view of a head portion of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a flat plate-shaped piezoelectric body 12 constituting the ultrasonic wave generating means has a support member 11 in which a groove 11a described later is formed.
Above, it is provided across the groove 11a.

【0014】圧電体12は、超音波の周波数や素子の大
きさ等によってチタン酸鉛(PT)、ジルコン・チタン
酸鉛(PZT)等のセラミック材料、フッ化ビニリデン
と三フッ化エチレンとの共重合体等の高分子材料、ニオ
ブ酸リチウム等の単結晶材料、酸化亜鉛等の圧電性半導
体材料で形成することができる。
The piezoelectric body 12 is made of a ceramic material such as lead titanate (PT), zircon / lead titanate (PZT), or a mixture of vinylidene fluoride and ethylene trifluoride depending on the frequency of ultrasonic waves and the size of the element. It can be formed of a polymer material such as a polymer, a single crystal material such as lithium niobate, or a piezoelectric semiconductor material such as zinc oxide.

【0015】支持部材11は、ガラス等の材料で形成す
ることができる。圧電体12の下面には、互いに分離し
た複数のストライプ状個別電極13が形成されている。
圧電体12は、これら個別電極13により、機能的に複
数の圧電素子に区分される。他方、圧電体12の上面に
は、一体の共通電極14が全面にわたって形成されてい
る。これら電極13および14は、チタン、ニッケル、
アルミニウム、銅、金等の金属材料を蒸着やスパッタに
より薄膜として形成することができる。あるいは、これ
ら電極13および14は、ガラスフリットを銀ペースト
に混合したものをスクリーン印刷法により印刷し、これ
を焼き付けることによっても形成することができる。
The support member 11 can be formed of a material such as glass. A plurality of striped individual electrodes 13 separated from each other are formed on the lower surface of the piezoelectric body 12.
The piezoelectric body 12 is functionally divided into a plurality of piezoelectric elements by the individual electrodes 13. On the other hand, on the upper surface of the piezoelectric body 12, an integral common electrode 14 is formed over the entire surface. These electrodes 13 and 14 are made of titanium, nickel,
A metal material such as aluminum, copper, or gold can be formed as a thin film by vapor deposition or sputtering. Alternatively, these electrodes 13 and 14 can also be formed by printing a mixture of glass frit and silver paste by a screen printing method and baking it.

【0016】また、支持部材11の一端部側には、圧電
体12の下面に形成された個別電極13と同じ間隔で複
数のアレイ電極15が形成されており、この支持部材1
1上の各アレイ電極15と圧電体12下面上の各個別電
極13とは、図示しない導電性接着剤を介して整合して
圧着され、電気的に接続されている。支持部材11上の
アレイ電極15は、支持部材11の端部上に配置された
駆動回路16にボンディングワイヤ17によって接続さ
れ、圧電体12の上面に形成された共通電極14も、図
示しない配線により、駆動回路16に接続されている。
On one end of the support member 11, a plurality of array electrodes 15 are formed at the same intervals as the individual electrodes 13 formed on the lower surface of the piezoelectric body 12.
The array electrodes 15 on the first electrode 1 and the individual electrodes 13 on the lower surface of the piezoelectric body 12 are aligned and pressure-bonded via a conductive adhesive (not shown), and are electrically connected. The array electrode 15 on the support member 11 is connected to a drive circuit 16 disposed on an end of the support member 11 by a bonding wire 17, and the common electrode 14 formed on the upper surface of the piezoelectric body 12 is also , Driving circuit 16.

【0017】さて、共通電極14を介して圧電体12の
上には、音響マッチング層を兼ねた音響レンズとしての
一次元フレネルレンズ18が設けられている。フレネル
レンズ18は、フレネルの輪帯理論に基づいて所定のピ
ッチで複数の溝(図1においては、6個の溝18a〜1
8f)を形成することにより、溝の上面と底面から放射
される超音波の位相を半波長シフトさせるものであり、
溝18a〜18fのそれぞれは、個別電極13により区
分された圧電素子の配列方向(主走査方向)に平行に形
成される。音響マッチング層は、圧電素子から発生した
超音波をインク液中へ伝搬させる場合、超音波の減衰を
極力少なくすべく圧電素子とインク液との音響的マッチ
ングを取るためのものであり、音響マッチング層の音響
インピーダンスZm は、圧電体の音響インピーダンスZ
p とインク液の音響インピーダンスZi との積の平方根
(Zm =(Zp ×Zi1/2 )に近い値の音響インピー
ダンスを有する材料で形成することが望ましい。そのよ
うな音響マッチング材料としては、エポキシ樹脂、ポリ
イミド等の高分子材料、あるいはそれら高分子材料に音
響インピーダンスを調整するために繊維またはアルミナ
もしくはタングステン等の粉末を混合したものを例示す
ることができる。図1の例では、フレネル音響レンズ1
8は、音響マッチング層としても機能するものであるか
ら、これをそのような材料で形成することが望ましい。
A one-dimensional Fresnel lens 18 serving as an acoustic lens also serving as an acoustic matching layer is provided on the piezoelectric body 12 with the common electrode 14 interposed therebetween. The Fresnel lens 18 has a plurality of grooves (six grooves 18a to 18 in FIG. 1) at a predetermined pitch based on Fresnel's ring zone theory.
8f), the phase of the ultrasonic wave radiated from the top and bottom surfaces of the groove is shifted by a half wavelength,
Each of the grooves 18 a to 18 f is formed in parallel with the arrangement direction (main scanning direction) of the piezoelectric elements divided by the individual electrode 13. The acoustic matching layer is used for acoustic matching between the piezoelectric element and the ink liquid in order to minimize the attenuation of the ultrasonic wave when the ultrasonic waves generated from the piezoelectric element are propagated into the ink liquid. The acoustic impedance Z m of the layer is the acoustic impedance Z of the piezoelectric body.
It is desirable to use a material having an acoustic impedance close to the square root of the product of p and the acoustic impedance Z i of the ink liquid (Z m = (Z p × Z i ) 1/2 ). Examples of such an acoustic matching material include a polymer material such as epoxy resin and polyimide, or a mixture of the polymer material and a powder such as fiber or alumina or tungsten for adjusting acoustic impedance. . In the example of FIG. 1, the Fresnel acoustic lens 1
Since 8 also functions as an acoustic matching layer, it is desirable to form it from such a material.

【0018】また、支持部材11上には、フレネルレン
ズ18を底部としてインク液20を収容・保持するイン
ク液保持室19が設けられている。このインク液保持室
19は、インク液20を囲む側壁が、フレネルレンズの
両端から上方に向かって合わさるように傾斜しており、
その上部は、スリット21aを形成した蓋板21により
閉じられている。なお、蓋板21を設けることなく、イ
ンク液保持室19の上面が直接スリットを構成するよう
にしてもよい。
Further, on the support member 11, an ink liquid holding chamber 19 for containing and holding the ink liquid 20 with the Fresnel lens 18 as a bottom is provided. The ink liquid holding chamber 19 is inclined such that the side walls surrounding the ink liquid 20 meet upward from both ends of the Fresnel lens,
The upper part is closed by a lid plate 21 having a slit 21a. Note that the upper surface of the ink liquid holding chamber 19 may directly constitute a slit without providing the cover plate 21.

【0019】さて、図1に示すインクジェット記録装置
においては、圧電体12の下面に形成された各個別電極
13は、圧電体12の幅と同等の長さを有する。しかし
ながら、圧電体12の上面に形成された共通電極14
は、フレネルレンズ18の音響レンズとしての有効幅を
覆うように、圧電体12の両端部を除いた部分にのみ形
成されている。従って、各圧電素子として機能する圧電
体12の部分は、共通電極14に対応する領域のみとな
る。いいかえると、圧電体12は、圧電素子の両側に延
出していることとなり、圧電体12は、その延出部分に
おいて支持部材11により支持される。また、支持部材
11に設けられた溝11aは、共通電極14の幅とほぼ
整合した幅を有する。すなわち、個別電極13と共通電
極14とに挟まれた圧電体11の部分からなる圧電素子
は、その下側に溝11aが存在することにより、つまり
圧電素子の下側は中空構造となっているため、支持部材
11と非接触状態に置かれる。記録に際し、個別電極1
3により区分された複数の圧電素子の一部の駆動素子群
を同時駆動し、超音波をインク液面近傍に集束させて、
インク滴を飛翔させるが、このとき、圧電素子からその
裏面側へ放射された超音波は、圧電素子の裏面に位置す
る溝11aに通常存在する空気により打ち消され、イン
ク液20側へ反射されることがない。もっとも、このよ
うな溝11aを設けなくともよい。
In the ink jet recording apparatus shown in FIG. 1, each individual electrode 13 formed on the lower surface of the piezoelectric body 12 has a length equal to the width of the piezoelectric body 12. However, the common electrode 14 formed on the upper surface of the piezoelectric body 12
Are formed only in portions excluding both ends of the piezoelectric body 12 so as to cover the effective width of the Fresnel lens 18 as an acoustic lens. Therefore, the portion of the piezoelectric body 12 that functions as each piezoelectric element is only a region corresponding to the common electrode 14. In other words, the piezoelectric body 12 extends on both sides of the piezoelectric element, and the piezoelectric body 12 is supported by the support member 11 at the extended portion. Further, the groove 11 a provided in the support member 11 has a width substantially matching the width of the common electrode 14. That is, the piezoelectric element composed of the portion of the piezoelectric body 11 sandwiched between the individual electrode 13 and the common electrode 14 has a groove 11a on the lower side, that is, the lower side of the piezoelectric element has a hollow structure. Therefore, it is placed in a non-contact state with the support member 11. When recording, individual electrodes 1
And simultaneously driving some drive element groups of the plurality of piezoelectric elements divided by 3 to focus ultrasonic waves near the ink liquid level,
At this time, the ultrasonic wave radiated from the piezoelectric element to the back surface side is canceled by air normally present in the groove 11a located on the back surface of the piezoelectric element, and is reflected toward the ink liquid 20 side. Nothing. However, it is not necessary to provide such a groove 11a.

【0020】次に、上記インクジェット記録装置におい
て、圧電素子から発生される超音波の集束方法および圧
電素子の駆動方法の一例を説明する。まず、個別電極1
3よりアレイ状に区分された圧電素子のアレイ配列方向
(主走査方向)における超音波の集束方法としては、フ
レネル輪帯理論に基づき、圧電素子アレイの中から所定
の同時駆動素子を同時駆動グループとして選択し、これ
らを複数の同時駆動素子サブグループに振り分け、各々
の同時駆動素子サブグループに所定の位相差を与えて同
時に駆動する駆動方法を用いる。例えば、圧電素子アレ
イの中から選択された同時駆動素子を2つの(第1およ
び第2の)同時駆動素子サブグループに振り分け、第1
の同時駆動サブグループを第2同時駆動サブグループに
対して、位相を180゜反転させて駆動する。このよう
に、各々の圧電素子から放射される超音波の位相を制御
することによって、インク液面近傍で超音波の強度が局
所的に強くなり、焦点を結ぶようになる。
Next, an example of a method of focusing ultrasonic waves generated from the piezoelectric elements and a method of driving the piezoelectric elements in the above-described ink jet recording apparatus will be described. First, the individual electrode 1
As a method of converging ultrasonic waves in the array arrangement direction (main scanning direction) of the piezoelectric elements divided into an array from 3, a predetermined simultaneous driving element is selected from the piezoelectric element array based on the Fresnel zone theory. , And these are divided into a plurality of simultaneous driving element subgroups, and a driving method is used in which each of the simultaneous driving element subgroups is given a predetermined phase difference and driven simultaneously. For example, the simultaneous driving elements selected from the piezoelectric element array are divided into two (first and second) simultaneous driving element subgroups,
Is driven by inverting the phase by 180 ° with respect to the second simultaneous driving subgroup. As described above, by controlling the phase of the ultrasonic wave radiated from each piezoelectric element, the intensity of the ultrasonic wave is locally increased in the vicinity of the ink liquid level, so that the focal point is formed.

【0021】一方、圧電素子の配列方向に対して直交す
る方向(副走査方向)における超音波の集束は、音響レ
ンズ、ここではフレネルレンズ18によって行う。この
ように二方向からの超音波の集束により、インク液面上
の任意の位置から超音波の圧力でインク滴を吐出、飛翔
させる。インク滴の飛翔位置は同時駆動素子を電子的に
走査することによって変化させることが可能である。さ
らに、アレイ状に配列された圧電素子の中で、前記同時
駆動素子グループを複数選択することにより、同時に複
数のインク滴を飛翔させることができる。
On the other hand, the focusing of ultrasonic waves in a direction (sub-scanning direction) orthogonal to the arrangement direction of the piezoelectric elements is performed by an acoustic lens, here, a Fresnel lens 18. In this way, by focusing the ultrasonic waves from the two directions, the ink droplets are ejected and fly from an arbitrary position on the ink liquid surface by the ultrasonic pressure. The flying position of the ink droplet can be changed by electronically scanning the simultaneous driving element. Further, by selecting a plurality of the simultaneous driving element groups from among the piezoelectric elements arranged in an array, a plurality of ink droplets can be caused to fly at the same time.

【0022】さて、図2は、図1に示すインクジェット
記録装置ヘッド部における駆動回路の一例を示すもので
ある。駆動回路(駆動手段)16は、所定の周波数で所
定の出力継続時間で任意の波形のバースト波を発生する
バースト波発生装置31を含む。このバースト発生装置
31は、一方では、接地された共通電極14にラインL
1を介して接続されているとともに、他方では、ライン
L2を介して位相反転器32に接続されている。この位
相反転器32からは、2つのラインL3およびL4が分
岐している。
FIG. 2 shows an example of a driving circuit in the head of the ink jet recording apparatus shown in FIG. The drive circuit (drive means) 16 includes a burst wave generator 31 that generates a burst wave of an arbitrary waveform at a predetermined frequency and for a predetermined output duration. On the one hand, the burst generator 31 has a line L connected to the grounded common electrode 14.
1 and on the other hand to the phase inverter 32 via line L2. From this phase inverter 32, two lines L3 and L4 are branched.

【0023】位相反転器32は、一方では、ラインL3
を介して第1の増幅器(パワーアンプ)33に接続さ
れ、この第1の増幅器33は、ラインL5を介して対応
するスイッチSW111〜SW128に接続されている
とともに、他方では、ラインL4を介して第2の増幅器
(パワーアンプ)34に接続され、この第2の増幅器3
4は、ラインL6を介して対応するスイッチSW211
〜SW228に接続されている。各一対のスイッチSW
111とSW211、SW112とSW212……SW
128とSW228は、それぞれ個別電極13(1)〜
13(18)に接続されている。以下、個別電極13
(1)〜13(18)によって規定される圧電素子を符
号T(1)〜T(18)で表示する。
The phase inverter 32 has, on the one hand, a line L3
Is connected to a first amplifier (power amplifier) 33 via a line L5, and the first amplifier 33 is connected to a corresponding switch SW111 to SW128 via a line L5, and on the other hand, via a line L4. The second amplifier (power amplifier) 34 is connected to this second amplifier 3
4 is a corresponding switch SW211 via a line L6.
To SW228. Each pair of switches SW
111 and SW211, SW112 and SW212 ... SW
128 and SW228 are individually electrodes 13 (1) to
13 (18). Hereinafter, the individual electrodes 13
The piezoelectric elements defined by (1) to 13 (18) are denoted by reference symbols T (1) to T (18).

【0024】各ラインL5およびL6には、各スイッチ
SW111〜SW128およびSW211〜SW228
の前段側に、スイッチSW3およびSW4をそれぞれ介
してインピーダンス変換素子(可変電気容量素子)35
および36が接続されている。可変電気容量素子35お
よび36はそれぞれ接地されている。
Each of the lines L5 and L6 has a corresponding one of the switches SW111-SW128 and SW211-SW228.
, An impedance conversion element (variable capacitance element) 35 via switches SW3 and SW4, respectively.
And 36 are connected. The variable capacitance elements 35 and 36 are each grounded.

【0025】以上の構成において、両端の圧電素子T
(1)とT(18)との2つを除く16個の圧電素子を
同時駆動素子として選択し、この16個の圧電素子をフ
レネル輪帯理論に基づいて、合計10個の圧電素子から
なる第1のサブグループと、合計6個の圧電素子からな
る第2のサブグループとに振り分けて駆動する場合につ
いて以下説明する。
In the above configuration, the piezoelectric elements T at both ends are
Sixteen piezoelectric elements except two of (1) and T (18) are selected as simultaneous driving elements, and these sixteen piezoelectric elements are composed of a total of ten piezoelectric elements based on the Fresnel zone theory. The case where the driving is divided into the first sub-group and the second sub-group composed of a total of six piezoelectric elements will be described below.

【0026】まず、バースト波発生装置31から発生さ
れたバースト波は、位相反転器32により互いに位相が
180度反転した2つのバースト波に分離される。その
一方の第1のバースト波(この位相を0で表示し、図2
においてこの0位相バースト波が印加される個別電極に
は符号「0」が付されている)は、これを増幅器33で
増幅した後、スイッチSW111〜SW128の適宜の
開閉により、第1のサブグループに属する圧電素子T
(3)、T(4)、T(6)、T(8)〜T(11)、
T(13)、T(15)およびT(16)の個別電極1
3(3)、13(4)、13(6)、13(8)〜13
(11)、13(13)、13(15)および13(1
6)に印加する。
First, the burst wave generated by the burst wave generator 31 is separated by the phase inverter 32 into two burst waves whose phases are inverted by 180 degrees from each other. One of the first burst waves (this phase is represented by 0, and FIG.
The symbol “0” is assigned to the individual electrode to which the zero-phase burst wave is applied in the first sub-group. This is amplified by the amplifier 33 and then appropriately opened and closed by the switches SW111 to SW128. Piezoelectric element T belonging to
(3), T (4), T (6), T (8) to T (11),
Individual electrodes 1 of T (13), T (15) and T (16)
3 (3), 13 (4), 13 (6), 13 (8) to 13
(11), 13 (13), 13 (15) and 13 (1
6) is applied.

【0027】他方の第2のバースト波(この位相をπで
表示し、図2においてこのπ位相バースト波が印加され
る個別電極には、符号「π」が付されている)は、これ
を増幅器34で増幅した後、スイッチSW211〜SW
218の適宜の開閉により、第2のサブグループに属す
る圧電素子T(2)、T(5)、T(7)、T(1
2)、T(14)およびT(17)の個別電極13
(2)、13(5)、13(7)、13(12)、13
(14)および13(17)に印加する。
The other second burst wave (this phase is represented by π, and the individual electrode to which the π-phase burst wave is applied in FIG. 2 is denoted by “π”) is After being amplified by the amplifier 34, the switches SW211-SW
By appropriate opening and closing of 218, the piezoelectric elements T (2), T (5), T (7), T (1) belonging to the second sub-group
2), individual electrodes 13 of T (14) and T (17)
(2), 13 (5), 13 (7), 13 (12), 13
(14) and 13 (17).

【0028】このとき、第1のサブグループと第2のサ
ブグループとの圧電素子の数が異なる(本例では、第1
のサブグループの圧電素子の方が、第2のサブグループ
の圧電素子よりも4個多い)ことから、第1のサブグル
ープの圧電素子の合計静電容量は、第2のサブグループ
の圧電素子の合計静電容量よりもその圧電素子数の差
(本例では、4個)に相当する分だけ静電容量が大きく
なっている。今、1個の圧電素子の静電容量をαpF
(ピコファラッド)とすると、本発明に従い、4×αp
Fの静電容量を第2の可変電気容量素子36からライン
L6を介して第2のサブグループの圧電素子に加える。
こうして、第1のサブグループの圧電素子の総電気容量
と第2のサブグループの総電気容量とが均等化され、両
サブグループの電気的インピーダンスが均一化される結
果、全ての圧電素子に均一に電圧を印加することが可能
となり、より低い電源電圧でインク滴の安定飛翔が実現
でき、インクの飛翔効率を向上できる <第2の実施の形態>図3は、図1に示すインクジェッ
ト記録装置のヘッド部における圧電素子アレイおよびフ
レネルレンズ部の代わりに使用し得る圧電素子アレイお
よびフレネルレンズ部を示す斜視図である。インク液保
持室、支持体の構造、並びに駆動回路の配置は、図1の
場合と同じである。
At this time, the number of piezoelectric elements differs between the first sub-group and the second sub-group (in this example,
The total capacitance of the piezoelectric elements of the first sub-group is equal to that of the piezoelectric elements of the second sub-group because the number of the piezoelectric elements of the sub-group is four more than the piezoelectric elements of the second sub-group. Is larger than the total capacitance of the piezoelectric elements by an amount corresponding to the difference in the number of piezoelectric elements (four in this example). Now, let the capacitance of one piezoelectric element be αpF
(Picofarad), 4 × αp
The capacitance of F is applied from the second variable capacitance element 36 to the second subgroup of piezoelectric elements via line L6.
In this way, the total electric capacity of the piezoelectric elements of the first sub-group and the total electric capacity of the second sub-group are equalized, and the electrical impedance of both sub-groups is equalized. Voltage can be applied to the ink jet recording apparatus, and the stable flight of the ink droplet can be realized with a lower power supply voltage, and the flying efficiency of the ink can be improved. <Second Embodiment> FIG. 3 shows the ink jet recording apparatus shown in FIG. FIG. 8 is a perspective view showing a piezoelectric element array and a Fresnel lens part which can be used in place of the piezoelectric element array and the Fresnel lens part in the head part. The structure of the ink liquid holding chamber, the support, and the arrangement of the drive circuit are the same as those in FIG.

【0029】しかしながら、フレネルレンズの両端に
は、個別電極13(1)〜13(18)の長手方向(副
走査方向)に矩形の切欠部41および42が設けられて
おり、各切欠部41、42とその下地の共通電極の各端
部との間に形成される溝には、音響非マッチング層4
3、44が設けられており、その下側に位置する個別電
極13(1)〜13(3)および13(16)〜13
(18)により規定される圧電素子(T(1)〜T
(3)およびT(16)〜T(18))から発生される
超音波は、インク液と音響的に接続されないようにな
る。すなわち、これら圧電素子は、これに駆動信号を印
加してもその超音波はインク液に伝播されず、これら圧
電素子は、ダミーとなる(図中、ダミー圧電素子の個別
電極には、符号「D」が付されている)。音響非マッチ
ング層43、44は、圧電体の音響インピーダンスとイ
ンク液の音響インピーダンスとの積の平方根の値からで
きるだかかけ離れた値の音響インピーダンスを有する材
料で形成することが好ましいこととなる。音響非マッチ
ング層43、44は、例えば、シリコーンゴムで形成す
ることができる。
However, rectangular notches 41 and 42 are provided at both ends of the Fresnel lens in the longitudinal direction (sub-scanning direction) of the individual electrodes 13 (1) to 13 (18). A groove formed between the base 42 and each end of the underlying common electrode includes an acoustic non-matching layer 4.
3 and 44 are provided, and the individual electrodes 13 (1) to 13 (3) and 13 (16) to 13
The piezoelectric elements (T (1) to T (1) to T
The ultrasonic waves generated from (3) and T (16) to T (18)) are not acoustically connected to the ink liquid. That is, even if a drive signal is applied to these piezoelectric elements, their ultrasonic waves do not propagate to the ink liquid, and these piezoelectric elements become dummy (in FIG. D "). The acoustic non-matching layers 43 and 44 are preferably formed of a material having an acoustic impedance of a value as far as possible from the value of the square root of the product of the acoustic impedance of the piezoelectric material and the acoustic impedance of the ink liquid. The acoustic non-matching layers 43 and 44 can be formed of, for example, silicone rubber.

【0030】図4は、図2に関して説明したインクジェ
ット記録装置ヘッド部の図1における駆動回路16を示
すものであり、この駆動回路は、インピーダンス変換素
子35、36を設けず、従って、スイッチSW3および
SW4をも設けていない以外は、図2に示す構成と同様
のものである。
FIG. 4 shows the driving circuit 16 in FIG. 1 of the head section of the ink jet recording apparatus described with reference to FIG. 2. This driving circuit does not include the impedance conversion elements 35 and 36, and therefore, has the switch SW3 and the switch SW3. The configuration is the same as that shown in FIG. 2 except that SW4 is not provided.

【0031】以上の構成において、圧電素子T(1)〜
T(18)のうち中央部の10個の圧電素子T(5)〜
T(14)を同時駆動素子として選択し、この10個の
圧電素子をフレネル輪帯理論に基づいて、合計6個の圧
電素子からなる第1のサブグループと、合計4個の圧電
素子からなる第1のサブグループとに振り分けて駆動す
る場合について以下説明する。
In the above configuration, the piezoelectric elements T (1) to T (1)
T (18), the central ten piezoelectric elements T (5) to
T (14) is selected as a simultaneous driving element, and the ten piezoelectric elements are composed of a first subgroup of a total of six piezoelectric elements and a total of four piezoelectric elements based on the Fresnel zone theory. The case of driving by distributing to the first sub-group will be described below.

【0032】まず、第1の実施の形態について説明した
ように、バースト波発生装置31から発生されたバース
ト波は、位相反転器32により互いに位相が180度反
転した2つのバースト波に分離される。その一方の第1
のバースト波(この位相を0で表示し、図4においてこ
の0位相バースト波が印加される個別電極には符号
「0」が付されている)は、これを増幅器33で増幅し
た後、スイッチSW111〜SW128の適宜の開閉に
より、第1のサブグループに属する圧電素子T(6)、
T(8)〜T(11)およびT(13)の個別電極13
(6)、13(8)〜13(11)および13(13)
に印加する。
First, as described in the first embodiment, the burst wave generated from the burst wave generator 31 is separated by the phase inverter 32 into two burst waves whose phases are inverted by 180 degrees from each other. . One of the first
(The phase is represented by 0, and the individual electrode to which the 0-phase burst wave is applied is denoted by “0” in FIG. 4). By appropriately opening and closing SW111 to SW128, the piezoelectric elements T (6) belonging to the first sub-group,
Individual electrodes 13 of T (8) to T (11) and T (13)
(6), 13 (8) to 13 (11) and 13 (13)
Is applied.

【0033】他方の第2のバースト波(この位相をπで
表示し、図4においてこのπ位相バースト波が印加され
る個別電極には、符号「π」が付されている)は、これ
を増幅器34で増幅した後、スイッチSW211〜SW
228の適宜の開閉により、第2のサブグループに属す
る圧電素子T(5)、T(7)、T(12)およびT
(14)の個別電極13(5)、13(7)、13(1
2)および13(14)に印加する。
The other second burst wave (this phase is represented by π, and the individual electrode to which the π-phase burst wave is applied in FIG. 4 is denoted by the symbol “π”) is referred to as the second burst wave. After being amplified by the amplifier 34, the switches SW211-SW
By appropriately opening and closing 228, the piezoelectric elements T (5), T (7), T (12) and T
The individual electrodes 13 (5), 13 (7), 13 (1) of (14)
2) and 13 (14).

【0034】このとき、第1のサブグループと第2のサ
ブグループとの圧電素子の数が異なる(本例では、第1
のサブグループの圧電素子の方が、第2のサブグループ
の圧電素子よりも2個多い)ことから、第1のサブグル
ープの電気的インピーダンスは、第2のサブグループの
圧電素子の電気的インピーダンスよりもその2個の圧電
素子分だけ大きくなっている。そこで、本発明に従い、
ダミー圧電素子T(1)〜T(3)から1つの素子(例
えば、T(2))、およびダミー圧電素子T(16)〜
T(18)から1つの素子(例えば、T(17)にそれ
ぞれ第2のバースト波であるπ位相バースト波信号を印
加する。その場合、ダミー圧電素子T(2)およびT
(17)は音響非マッチング層43、44による超音波
遮蔽効果によってインク液中には超音波を殆ど放射しな
いが、第1同時駆動サブグループと第2同時駆動サブグ
ループの駆動素子数を等しくし、電気的インピーダンス
を均一化させる。かくして、第2の実施の形態において
も、インク滴は効率的に安定に飛翔することとなる。そ
して、第1の実施の形態と同様、電気的インピーダンス
を等しくした結果、圧電素子への印加電圧が均一化する
ことにより、焦点位置における超音波ビームの強度が強
くなり、インク滴の安定飛翔に要する電源電圧が低くな
る。
At this time, the number of piezoelectric elements differs between the first sub-group and the second sub-group (in this example,
The two sub-groups have two more piezoelectric elements than the second sub-group. Therefore, the electric impedance of the first sub-group is equal to the electric impedance of the second sub-group. Than the two piezoelectric elements. Therefore, according to the present invention,
One element (for example, T (2)) from the dummy piezoelectric elements T (1) to T (3) and the dummy piezoelectric elements T (16) to
From T (18), a π-phase burst wave signal as a second burst wave is applied to one element (for example, T (17). In this case, dummy piezoelectric elements T (2) and T (2) are applied).
(17) hardly emits ultrasonic waves into the ink liquid due to the ultrasonic shielding effect of the acoustic non-matching layers 43 and 44, but the number of driving elements in the first simultaneous driving subgroup and the second simultaneous driving subgroup is made equal. And make the electrical impedance uniform. Thus, also in the second embodiment, ink droplets fly efficiently and stably. Then, as in the first embodiment, as a result of equalizing the electrical impedance, the voltage applied to the piezoelectric element is made uniform, so that the intensity of the ultrasonic beam at the focal position is increased, and a stable flight of the ink droplet is achieved. The required power supply voltage is reduced.

【0035】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は、それらに限定されるものではない。例えば、
圧電素子アレイは、個別に作製した圧電素子により構成
することができる。また、個別電極を圧電体の上に、共
通電極を圧電体の下に配置することもできる。さらに第
2の実施の形態において、音響非マッチング層は音響マ
ッチング層兼音響レンズの上に形成してもよい。また、
音響非マッチング層の代わりに空隙を設けてもよい。実
際上、空隙を設けるのは作製プロセスが難しくなるが、
超音波の遮断効果としては非常に優れている。要する
に、第2の実施の形態においては、インク液と音響的に
非接続状態に設けられ、かつ前記駆動手段により同時駆
動圧電素子グループと同時に駆動信号が印加される1ま
たはそれ以上のダミー圧電素子が存在していればよい。
The embodiment of the present invention has been described above.
The present invention is not limited to them. For example,
The piezoelectric element array can be constituted by individually manufactured piezoelectric elements. Further, the individual electrodes can be arranged on the piezoelectric body, and the common electrode can be arranged below the piezoelectric body. Further, in the second embodiment, the acoustic non-matching layer may be formed on the acoustic matching layer and acoustic lens. Also,
A space may be provided instead of the acoustic non-matching layer. In practice, providing voids makes the fabrication process difficult,
It is very excellent as an ultrasonic wave blocking effect. In short, in the second embodiment, one or more dummy piezoelectric elements which are provided in an acoustically unconnected state with the ink liquid and to which a driving signal is applied simultaneously with the group of simultaneously driven piezoelectric elements by the driving means. Only needs to be present.

【0036】[0036]

【実施例】以下に、本発明の実施例について具体的に説
明する。 実施例1 本実施例では、図1および図2に示す構造のヘッドを有
するインクジェット記録装置を作製した。
EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described below. Example 1 In this example, an ink jet recording apparatus having a head having the structure shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured.

【0037】まず、平板状チタン酸鉛(PbTiO3
系セラミック圧電体の片面にTiおよびAuをそれぞれ
厚さ0.05μmおよび0.5μmにスパッタ法で形成
してTi/Au電極を作製した。引き続き4kV/mm
の電界を印加して分極処理を行うことにより、強誘電性
を有する圧電セラミック素子を作製した。分極後の比誘
電率は約215であった。その後、化学エッチングによ
り幅60μm、電極間隔25μm(配列ピッチは85μ
m)の個別電極13を形成した。一方、ガラス製の基板
11にも幅60μm、電極間隔25μmのTi/Auの
アレイ電極を形成した後、圧電素子との間に中空構造を
形成するために、機械加工により深さ0.2mm、幅
2.2mmのサイズの溝11aを形成した。その後、顕
微鏡下でセラミック圧電体上に形成した個別電極13と
ガラス上に形成したアレイ電極との位置合わせを行いな
がら、エポキシ樹脂で接着し、両電極を導通させた。次
に、超音波の周波数を50MHzとするために、セラミ
ック圧電体を厚さ45μmまで研磨し、さらにAlを電
子ビーム蒸着することにより共通電極14を形成した。
この時、副走査方向の電極の長さ、すなわち口径は2m
mとした。
First, plate-shaped lead titanate (PbTiO 3 )
Ti / Au electrodes were fabricated by forming Ti and Au on one side of the piezoelectric ceramic body to a thickness of 0.05 μm and 0.5 μm, respectively, by sputtering. Continue 4kV / mm
A piezoelectric ceramic element having ferroelectricity was produced by applying the electric field of the above and performing a polarization treatment. The relative dielectric constant after polarization was about 215. Thereafter, the width is 60 μm and the electrode interval is 25 μm by chemical etching (the arrangement pitch is 85 μm).
m) Individual electrodes 13 were formed. On the other hand, after a Ti / Au array electrode having a width of 60 μm and an electrode spacing of 25 μm is formed on the glass substrate 11, a depth of 0.2 mm is formed by machining to form a hollow structure between the substrate and the piezoelectric element. A groove 11a having a size of 2.2 mm in width was formed. Then, while positioning the individual electrodes 13 formed on the ceramic piezoelectric body and the array electrodes formed on the glass under a microscope, the electrodes were adhered with an epoxy resin, and the electrodes were made conductive. Next, in order to set the frequency of the ultrasonic waves to 50 MHz, the ceramic piezoelectric body was polished to a thickness of 45 μm, and Al was subjected to electron beam evaporation to form the common electrode 14.
At this time, the length of the electrode in the sub-scanning direction, that is, the aperture is 2 m.
m.

【0038】音響マッチング層兼音響レンズ18にはエ
ポキシ樹脂とアルミナ粉末との混合物を用いた。まず、
音速が3×103 m/秒近傍になるように混合比を調整
し、密度2.20×103 kg/m3 、音速2.95×
103 m/sを得た。これを共通電極14の表面に塗布
して硬化させ、厚さが約45μmになるように研磨し
た。その後、焦点距離が1.8mmになるように深さ1
/2波長(約30μm)の溝を主走査方向に平行に形成
してフレネルレンズ18を形成した。そして、超音波放
射面とインク液面との距離がほぼ1.8mmなる側壁
(インク液保持室19)を形成し、さらに駆動回路16
を構成してインクジェット記録装置を完成した。
For the acoustic matching layer / acoustic lens 18, a mixture of epoxy resin and alumina powder was used. First,
The mixing ratio was adjusted so that the sound speed was around 3 × 10 3 m / sec, the density was 2.20 × 10 3 kg / m 3 , and the sound speed was 2.95 ×
To obtain a 10 3 m / s. This was applied to the surface of the common electrode 14, cured, and polished to a thickness of about 45 μm. Thereafter, the depth 1 is adjusted so that the focal length becomes 1.8 mm.
The Fresnel lens 18 was formed by forming a groove having a half wavelength (about 30 μm) in parallel with the main scanning direction. Then, a side wall (ink liquid holding chamber 19) in which the distance between the ultrasonic wave emitting surface and the ink liquid surface is approximately 1.8 mm is formed.
To complete the ink jet recording apparatus.

【0039】こうして作製したインクジェット記録装置
を用いて、本発明に係わる駆動方法によるインク飛翔実
験を実施した。すなわち、1つの記録ドットを形成する
ために、第1の実施の形態に関して説明した通り、中央
の16個の圧電素子を選択し、フレネル輪帯理論に基づ
いて、主走査方向に超音波ビームが集束するよう、これ
ら選択された16個の圧電素子をスイッチSW111〜
SW128、SW211〜SW228を用いて10個の
圧電素子からなる第1同時駆動サブグループと、6個の
圧電素子からなる第2同時駆動サブグループに振り分け
た。
Using the ink jet recording apparatus thus manufactured, an ink flying experiment was performed by the driving method according to the present invention. That is, in order to form one recording dot, as described in the first embodiment, the center 16 piezoelectric elements are selected, and the ultrasonic beam is applied in the main scanning direction based on the Fresnel zone theory. To converge, these 16 selected piezoelectric elements are connected to switches SW111 to SW111.
Using SW128 and SW211 to SW228, the first and second simultaneous driving subgroups each including ten piezoelectric elements were divided into the second simultaneous driving subgroup including six piezoelectric elements.

【0040】より具体的には、バースト波発生装置31
から周波数50MHz、出力継続時間30μsの正弦波
のバースト波を発生させ、これを位相反転器32を用い
て、互いに位相が180゜反転した2つのバースト波に
分離した。これらのバースト波をパワーアンプ33、3
4で増幅した後、第1および第2の同時駆動サブグルー
プヘ印加することにより、インク滴の飛翔実験を行っ
た。
More specifically, the burst wave generator 31
Then, a burst wave of a sine wave having a frequency of 50 MHz and an output duration of 30 μs was generated, and this was separated by a phase inverter 32 into two burst waves whose phases were inverted by 180 °. These burst waves are transmitted to power amplifiers 33, 3
After the amplification in step No. 4, the ink droplet flying experiment was performed by applying the voltage to the first and second simultaneous driving subgroups.

【0041】本実施例のインクジェット記録装置におい
ては、1つの圧電素子の静電容量が実測値で約10pF
であった。従って、第2同時駆動サブグループを駆動す
る回路のスイッチSW4をオンしてインピーダンス変換
素子(可変電気容量素子)36を稼働し、静電容量で約
40pF分だけ加算することにより、駆動源から見た同
時駆動サブグループ間のインピーダンスの均一化を図っ
た。
In the ink jet recording apparatus of this embodiment, the capacitance of one piezoelectric element is about 10 pF
Met. Therefore, the switch SW4 of the circuit for driving the second simultaneous driving subgroup is turned on, the impedance conversion element (variable capacitance element) 36 is operated, and the capacitance is added by about 40 pF. In addition, the impedance between the simultaneously driven subgroups was made uniform.

【0042】超高速度カメラで飛翔状態を観察したとこ
ろ、インク滴が安定に飛翔するためには、バースト発生
装置31の出力電圧は約1.8V必要であり、この場
合、同時駆動した全16個の圧電素子へは均一に約15
Vの電圧が印加されていることを確認した。
When the flying state was observed with an ultra-high speed camera, the output voltage of the burst generator 31 was required to be about 1.8 V in order for the ink droplets to fly stably. About 15 to each piezoelectric element
It was confirmed that a voltage of V was applied.

【0043】比較例1 可変電気容量素子36からの静電容量を印加しなかった
以外は、実施例1と全く同様にしてインク滴の飛翔実験
を行った。その結果、インク滴が安定に飛翔するために
は、バースト波発生装置31の出力電圧は2.2V必要
であり、この場合、第1同時駆動サブグループへの印加
電圧は、約12Vであり、第2同時駆動サブグループへ
の印加電圧は約20Vであった。
Comparative Example 1 A flying experiment of an ink droplet was performed in exactly the same manner as in Example 1 except that no electrostatic capacitance was applied from the variable capacitance element 36. As a result, in order for the ink droplet to fly stably, the output voltage of the burst wave generator 31 needs to be 2.2 V. In this case, the applied voltage to the first simultaneous drive subgroup is about 12 V, The applied voltage to the second simultaneous drive subgroup was about 20V.

【0044】比較例2 第1の同時駆動サブグループと第2の同時駆動サブグル
ープとの圧電素子の数を等しく8個とした以外は、比較
例1と全く同様にしてインク滴の飛翔実験を行った。そ
の結果、インク滴が安定に飛翔するためには、バースト
波発生装置31の出力電圧は1.4Vで十分であり、こ
の場合、実施例1の場合と同様に同時駆動した全16個
の圧電素子へは均一に約15Vの電圧が印加されてい
た。
Comparative Example 2 An ink drop flying experiment was performed in exactly the same manner as in Comparative Example 1, except that the number of piezoelectric elements in the first simultaneous driving sub-group and the second simultaneous driving sub-group were equal to eight. went. As a result, in order for the ink droplet to fly stably, the output voltage of the burst wave generator 31 is sufficient to be 1.4 V. In this case, as in the case of the first embodiment, all the 16 piezoelectric piezoelectric elements driven simultaneously are used. A voltage of about 15 V was uniformly applied to the device.

【0045】以上の実施例1、比較例1〜2の結果か
ら、比較例1の場合のように位相差を与えて同時駆動す
る同時駆動素子グループの素子数が異なり、駆動源から
見た電気的ンピーダンスに差違がある場合には、各々の
圧電素子への印加電圧のばらつきが生じるため、インク
滴を安定飛翔させるには電源電圧をより高める必要があ
ることが分かった。これに対し、実施例1のように、電
気的インピーダンスに差違がある場合に、インピーダン
ス変換素子を稼働させて電気的インピーダンスの均一化
を図ることにより、インク滴の安定飛翔を達成するため
の電源電圧を低減できることを確認できた。実施例1に
おいてインク滴の安定飛翔に要する電源電圧が低くなる
のは、圧電素子への印加電圧が均一化することにより、
焦点位置における超音波ビームの強度が強くなることに
起因すると考えられる。尚、比較例2の場合は、位相差
を与えて同時駆動する同時駆動素子グループの素子数が
等しく、元々駆動源から見た電気的インピーダンスが等
しいため、本実施例と同等の印加電圧でインク滴の安定
飛翔が確認された。 実施例2 本実施例では、図3および図4に関して説明した構成の
インクジェット記録装置を作製した。
From the results of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the number of elements of the simultaneous driving element groups that are simultaneously driven by giving a phase difference as in Comparative Example 1 is different. If there is a difference in the target impedance, the applied voltage to each piezoelectric element varies, and it has been found that the power supply voltage needs to be further increased to stably fly the ink droplet. On the other hand, when there is a difference in the electrical impedance as in the first embodiment, the power supply for achieving the stable flight of the ink droplets by operating the impedance conversion element to make the electrical impedance uniform. It was confirmed that the voltage could be reduced. The reason why the power supply voltage required for the stable flight of the ink droplet in Example 1 is low is that the applied voltage to the piezoelectric element is made uniform,
It is considered that the intensity of the ultrasonic beam at the focal position is increased. In the case of Comparative Example 2, since the number of elements of the simultaneous driving element groups that are simultaneously driven by giving a phase difference are equal and the electrical impedance as viewed from the driving source is originally equal, the ink is applied at the same applied voltage as that of the present example. A stable flight of the drops was confirmed. Example 2 In this example, an ink jet recording apparatus having the configuration described with reference to FIGS. 3 and 4 was manufactured.

【0046】このインクジェット記録装置は、共通電極
14を形成した後に、音響非マッチング層43、44を
作製し、音響マッチング層兼音響レンズ18を形成した
以外は、実施例1のものと同様のものであった。
This ink jet recording apparatus is the same as that of the first embodiment except that after forming the common electrode 14, the acoustic non-matching layers 43 and 44 are formed and the acoustic matching layer and acoustic lens 18 are formed. Met.

【0047】なお、本実施例に用いた圧電体とインク液
の音響インピーダンスはそれぞれ約35×106 kg/
2 ・sと約1.5×106 kg/m2 ・sであり、積
の平方根は7.2×106 kg/m2 ・sとなる。一
方、本実施例において音響マッチング層兼音響レンズと
して用いたエポキシ樹脂とアルミナ粉末との混合物の音
響インピーダンスは約6.5×106 kg/m2 ・sで
あり、理想値に近い値となっている。また、音響非マッ
チング層43、44の材料として、音響インピーダンス
が約1.4×106 kg/m2 ・sであるシリコーンゴ
ムを用い、約20μmの厚さとした。
The acoustic impedance of the piezoelectric body and the acoustic impedance of the ink liquid used in this embodiment were about 35 × 10 6 kg /
m 2 · s and about 1.5 × 10 6 kg / m 2 · s, and the square root of the product is 7.2 × 10 6 kg / m 2 · s. On the other hand, the acoustic impedance of the mixture of the epoxy resin and the alumina powder used as the acoustic matching layer and acoustic lens in the present embodiment is about 6.5 × 10 6 kg / m 2 · s, which is a value close to the ideal value. ing. In addition, as a material of the acoustic non-matching layers 43 and 44, a silicone rubber having an acoustic impedance of about 1.4 × 10 6 kg / m 2 · s was used, and had a thickness of about 20 μm.

【0048】こうして作製したインクジェット記録装置
を用いて、本発明に係わる駆動方法によるインク飛翔実
験を行った。すなわち、第2の実施の形態に関して説明
した通り、1つの記録ドットを形成するために18個の
圧電素子中から中央の10個の圧電素子を選択し、フレ
ネル輪帯理論に基づいて、主走査方向に超音波ビームが
集束するよう、スイッチSW111〜SW128、SW
211〜SW228を用いて選択された10個の圧電素
子を6個の圧電素子からなる第1の同時駆動サブグルー
プと、4個の圧電素子からなる第2の同時駆動サブグル
ープに振り分けた。バースト波発生装置31から周波数
50MHz、出力継続時間35μsの正弦波のバースト
波を発生させ、これを位相反転器32を用いて、互いに
位相が180゜反転した2つのバースト波に分離した。
これらのバースト波をパワーアンプ33、34で増幅し
た後、上記の第1および第2の同時駆動サブグループヘ
印加することにより、インク滴の飛翔実験を行った。
Using the ink jet recording apparatus thus manufactured, an ink flying experiment was performed by the driving method according to the present invention. That is, as described in the second embodiment, the central 10 piezoelectric elements are selected from the 18 piezoelectric elements to form one recording dot, and the main scanning is performed based on the Fresnel zone theory. Switches SW111 to SW128, SW so that the ultrasonic beams are focused in the directions.
Ten piezoelectric elements selected using 211 to SW228 were divided into a first simultaneous driving subgroup including six piezoelectric elements and a second simultaneous driving subgroup including four piezoelectric elements. A burst wave generator 31 generated a sine burst wave having a frequency of 50 MHz and an output duration of 35 μs. The burst wave was separated by a phase inverter 32 into two burst waves whose phases were inverted by 180 °.
After the burst waves were amplified by the power amplifiers 33 and 34, they were applied to the first and second simultaneous driving subgroups, thereby performing an ink droplet flight experiment.

【0049】ここで、圧電素子アレイの両端部から各2
番目のダミー圧電素子を第2同時駆動サブグループと同
一位相で同時駆動した。超高速度カメラで飛翔状態を観
察したところ、インク滴が安定に飛翔するためにはバー
スト波発生装置の出力電圧は1.6Vで十分であった。
この場合、同時駆動した全12個の圧電素子へは均一に
約18Vの電圧が印加されていることが確認できた。
Here, each of the two ends from both ends of the piezoelectric element array
The second dummy piezoelectric element was simultaneously driven in the same phase as the second simultaneous driving subgroup. Observation of the flying state with an ultra high-speed camera revealed that the output voltage of the burst wave generator was 1.6 V in order for the ink droplet to fly stably.
In this case, it was confirmed that a voltage of about 18 V was uniformly applied to all 12 piezoelectric elements that were simultaneously driven.

【0050】比較例3 2個のダミー圧電素子への駆動信号を印加しなかった以
外は、実施例2と全く同様にしてインク滴の飛翔実験を
行った。その結果、インク滴が安定に飛翔するために
は、バースト波発装置の出力電圧は2.1V必要であ
り、この場合、第1同時駆動サブグループヘの印加電圧
は約16V、第2同時駆動サブグループへの印加電圧は
23Vであった。
Comparative Example 3 An ink drop flying experiment was performed in exactly the same manner as in Example 2 except that no drive signal was applied to the two dummy piezoelectric elements. As a result, in order for the ink droplet to fly stably, the output voltage of the burst wave generating device needs to be 2.1 V. In this case, the applied voltage to the first simultaneous drive sub-group is about 16 V, and the second simultaneous drive The voltage applied to the subgroup was 23V.

【0051】このように比較例3に比べて、実施例2に
おいてもインク滴の安定飛翔に要する電源電圧が低くな
るのは、電気的インピーダンス等しくした結果、圧電素
子への印加電圧が均一化することにより、焦点位置にお
ける超音波ビームの強度が強くなることに起因すると考
えられる。
As described above, the power supply voltage required for stable flight of ink droplets in Example 2 is lower than that in Comparative Example 3 because the electrical impedance is equalized, and the voltage applied to the piezoelectric element becomes uniform. This is considered to be due to an increase in the intensity of the ultrasonic beam at the focal position.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、主走査
方向に超音波ビームを集束させるため、圧電素子アレイ
の中から所定の同時駆動素子を選択し、これらを複数の
同時駆動素子グループに振り分け、これら複数の同時駆
動素子グループに所定の位相差を与えて駆動する場合、
駆動源から見た各々の同時駆動素子グループの電気的イ
ンピーダンスを均一化することにより、各々の同時駆動
素子グループの圧電素子数が異なる場合にも、全ての圧
電素子に均一に電圧を印加するとが可能となる。その結
果、焦点位置での超音波ビーム強度が向上し、インク飛
翔の安定性や信頼性を高められる。また、印加電圧の均
一化によって、より低い印加電圧でインク滴の安定な飛
翔が実現でき、インク飛翔の効率が向上する。
As described above, according to the present invention, in order to focus an ultrasonic beam in the main scanning direction, a predetermined simultaneous driving element is selected from a piezoelectric element array, and a plurality of simultaneous driving element groups are selected. When driving by giving a predetermined phase difference to these multiple simultaneous drive element groups,
By equalizing the electrical impedance of each group of simultaneous driving elements as viewed from the driving source, even when the number of piezoelectric elements of each group of simultaneous driving elements is different, it is possible to apply a voltage uniformly to all the piezoelectric elements. It becomes possible. As a result, the intensity of the ultrasonic beam at the focal position is improved, and the stability and reliability of ink flying can be improved. In addition, by making the applied voltage uniform, stable flight of ink droplets can be realized with a lower applied voltage, and the efficiency of ink flight is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係るインクジェッ
ト記録装置のヘッド部の概略斜視図。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a head section of an ink jet recording apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すヘッド部の駆動回路の構成を示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a driving circuit of a head unit shown in FIG. 1;

【図3】本発明の第2の実施の形態に係るインクジェッ
ト記録装置記録装置のヘッド部の一部を示す斜視図。
FIG. 3 is a perspective view illustrating a part of a head unit of an ink jet recording apparatus according to a second embodiment of the invention.

【図4】図2に示すヘッド部の駆動回路の構成を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a driving circuit of a head unit shown in FIG. 2;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…支持部材 11a…溝 12…圧電体 13…個別電極 14…共通電極 15…アレイ電極 16…駆動回路 18…超音波集束手段 19…インク液保持室 21a…スリット 20…インク液 31…バースト波発生装置 32…位相反転器 35,36…可変電気容量素子 33、34…増幅器 43、44…音響非マッチング層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Support member 11a ... Groove 12 ... Piezoelectric body 13 ... Individual electrode 14 ... Common electrode 15 ... Array electrode 16 ... Drive circuit 18 ... Ultrasonic focusing means 19 ... Ink liquid holding chamber 21a ... Slit 20 ... Ink liquid 31 ... Burst wave Generator 32 Phase inverter 35, 36 Variable capacitance element 33, 34 Amplifier 43, 44 Acoustic non-matching layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 雨宮 功 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山本 紀子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 森 健一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Isao Amemiya 1st, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba R & D Center (72) Inventor Noriko Yamamoto Toshiba Komukai, Kochi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa (72) Inventor Kenichi Mori Kenichi Mori 1st place in Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture In-house Toshiba R & D Center

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インク液を保持するインク液保持室と、 所定間隔で配列された複数の圧電素子によって構成され
る圧電素子アレイを含み、前記インク液中を伝播する超
音波を発生させる超音波発生手段と、 前記圧電素子アレイを構成する圧電素子の中から複数の
同時駆動圧電素子を同時駆動グループとして選択し、前
記複数の同時駆動圧電素子を複数の同時駆動サブグルー
プに振り分け、前記同時駆動サブグループの各々に位相
差を与えた駆動信号を印加して同時駆動させることによ
って前記同時駆動グループの同時駆動圧電素子から発生
される超音波を前記インク液の液面に集束させる駆動手
段と、 前記サブグループのそれぞれの総電気的インピーダンス
を互いに均一化するインピーダンス均一化手段を備えた
ことを特徴とするインクジェット記録装置。
An ultrasonic wave including an ink liquid holding chamber for holding an ink liquid, and a piezoelectric element array constituted by a plurality of piezoelectric elements arranged at a predetermined interval, and generating ultrasonic waves propagating in the ink liquid. Generating means, selecting a plurality of simultaneously driven piezoelectric elements as a simultaneously driven group from the piezoelectric elements constituting the piezoelectric element array, distributing the plurality of simultaneously driven piezoelectric elements into a plurality of simultaneously driven subgroups, A driving unit that focuses ultrasonic waves generated from the simultaneously driven piezoelectric elements of the simultaneously driven group by applying a drive signal having a phase difference to each of the subgroups and simultaneously driving the same, and An ink jet printer comprising: impedance equalizing means for equalizing the total electric impedance of each of the subgroups. Unit recording device.
【請求項2】 前記インピーダンス均一化手段が、可変
電気容量素子を含むことを特徴とする請求項1記載のイ
ンクジェット記録装置。
2. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein said impedance equalizing means includes a variable capacitance element.
【請求項3】 前記インピーダンス均一化手段が、前記
インク液と音響的に非接続状態に設けられ、かつ前記駆
動手段により前記同時駆動圧電素子と同時に駆動信号が
印加される1またはそれ以上のダミー圧電素子を含むこ
とを特徴とする請求項1記載のインクジェット記録装
置。
3. The one or more dummy units, wherein the impedance equalizing unit is provided acoustically disconnected from the ink liquid, and a driving signal is applied simultaneously with the simultaneously driven piezoelectric element by the driving unit. The ink jet recording apparatus according to claim 1, further comprising a piezoelectric element.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020026132A (en) * 2018-08-17 2020-02-20 ゼロックス コーポレイションXerox Corporation Print head with integrated jet impedance measurement

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