JPS585270A - インクジエツト印刷装置 - Google Patents
インクジエツト印刷装置Info
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- JPS585270A JPS585270A JP10428881A JP10428881A JPS585270A JP S585270 A JPS585270 A JP S585270A JP 10428881 A JP10428881 A JP 10428881A JP 10428881 A JP10428881 A JP 10428881A JP S585270 A JPS585270 A JP S585270A
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- acoustic
- nozzle
- voltage
- ink
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- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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- B41J2/04541—Specific driving circuit
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- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14298—Structure of print heads with piezoelectric elements of disc type
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はインクオンデマンド型インクジェット装置に係
わり、特に駆動電圧を低下させ良印字ヘッドに関する。
わり、特に駆動電圧を低下させ良印字ヘッドに関する。
圧電素子の変形によ）加圧室の容積を減少させ加圧室に
連通したノズルよ〉液体インクを射出するインクオンデ
マンド型インタジェットは、印字エネルギが小さく、！
ルチノズル化が可能な九め注目されている。インク射出
の構造は極めて簡単であるが、インクの射出が過渡的な
状況で行なわれ、また印字ヘッド自体の大きさが小さい
ため圧力、流量等の測定が困難であるなどの理由から、
その理論的解析は完全とはいえなかつ九。
連通したノズルよ〉液体インクを射出するインクオンデ
マンド型インタジェットは、印字エネルギが小さく、！
ルチノズル化が可能な九め注目されている。インク射出
の構造は極めて簡単であるが、インクの射出が過渡的な
状況で行なわれ、また印字ヘッド自体の大きさが小さい
ため圧力、流量等の測定が困難であるなどの理由から、
その理論的解析は完全とはいえなかつ九。
圧電素子と協働して加圧’１１１ｏ容積を変化させる振
動板の厚さについては種々の考え方が提案されているが
、その多くは振動板と圧電素子とにょる振動系のみに注
目して振動板の最適値を求めるものである。良とえは特
開昭５１−５５２３１においては振動板と圧電素子の中
立軸がそれらの中間面にあることが望ましいとして、 （ｌｔ？）圧電素子＝ｔ（ｍｔ”）振動板により振動板
厚さを求めている。この式ではたとえば弾性係数Ｅが圧
電素子と振動板でほぼ等しい時には圧電素子と振動板の
欅さｔもほぼ等しくなることｔ示している。
動板の厚さについては種々の考え方が提案されているが
、その多くは振動板と圧電素子とにょる振動系のみに注
目して振動板の最適値を求めるものである。良とえは特
開昭５１−５５２３１においては振動板と圧電素子の中
立軸がそれらの中間面にあることが望ましいとして、 （ｌｔ？）圧電素子＝ｔ（ｍｔ”）振動板により振動板
厚さを求めている。この式ではたとえば弾性係数Ｅが圧
電素子と振動板でほぼ等しい時には圧電素子と振動板の
欅さｔもほぼ等しくなることｔ示している。
その他有限要素法などによりある駆動電圧に対し変位が
最大になるように振動板の厚さを求め九例も発表されて
いる。しかしこれも振動系のみに注目しており、流路に
対する最適な振動板を求め友ものではない。いずれにし
ても従来発表されているインクオンデマンド型インクジ
ェットにおいては、圧電素子の厚さ：ｔνキ（Ｌ３■な
いしｔｐキＣＬ７ｍ−、振動板の厚さ＝ｔｖ中ｔｐであ
シ、駆動電圧は、九とえば前記％開昭５１−５５２５１
においてＦｉ１３０Ｖｆあシ、その他の低い例でも数十
７以上である。し次がって通常の電池を電源とする横帯
機器においては大きな昇圧比が必要とされ昇圧回路の効
率が低下し、インクジェットの低エネルギ消費の利点を
生かすことが離しかった。また安全の面からも低電圧駆
動が望まれてい友。
最大になるように振動板の厚さを求め九例も発表されて
いる。しかしこれも振動系のみに注目しており、流路に
対する最適な振動板を求め友ものではない。いずれにし
ても従来発表されているインクオンデマンド型インクジ
ェットにおいては、圧電素子の厚さ：ｔνキ（Ｌ３■な
いしｔｐキＣＬ７ｍ−、振動板の厚さ＝ｔｖ中ｔｐであ
シ、駆動電圧は、九とえば前記％開昭５１−５５２５１
においてＦｉ１３０Ｖｆあシ、その他の低い例でも数十
７以上である。し次がって通常の電池を電源とする横帯
機器においては大きな昇圧比が必要とされ昇圧回路の効
率が低下し、インクジェットの低エネルギ消費の利点を
生かすことが離しかった。また安全の面からも低電圧駆
動が望まれてい友。
したがって本発明の目的はインクジェット印刷装置の駆
動電圧管下げることによりエネルギ消費を下げることに
ある。
動電圧管下げることによりエネルギ消費を下げることに
ある。
本発明の他の目的は、インクジェット印刷装置の危険性
ｔへらすことにある。
ｔへらすことにある。
本発明のさらに他の目的は、昇圧回路を不要とし装置を
安価にすることにある。
安価にすることにある。
本発明のさらに他の目的は、昇圧回路を不要とすること
で装置を小型化することにある。
で装置を小型化することにある。
前述し友ようにインクオンデマンド摺印字ヘッドの理論
的解析はかな）麹しいが、本発明者等は印字ヘッドの等
価電気回路毫デルによって解析を行なった結果、流路系
に適し友振動系を選ぶことで駆動電圧を低下できること
を見い出し良。
的解析はかな）麹しいが、本発明者等は印字ヘッドの等
価電気回路毫デルによって解析を行なった結果、流路系
に適し友振動系を選ぶことで駆動電圧を低下できること
を見い出し良。
第１図−）に印字ヘッドの等価電気回路を示す。
ｍはイナータンス、０は音響容量、ｒは音響抵抗である
。第１図（ｂ）は印字ヘッドの概略を示し、１０は圧電
素子１１と振動板１２からなる振動系管表わし、１は加
圧室、２は供給部、３はノズル部會示すものとする。な
お第１図（ａ）の添字は第１図（ｂ）に示す各部分を表
わす。ただしａ、Ｆｉインクタンク４の音響容量、Ｃ１
はノズル３の表面張力を音響容積とみなしたものである
。ま九添字０は振動系１０を表わすものとする。単位と
して圧力ｇｆＣ）Ｊ／ｍ”）ｓ体積速度！ｕ（ｍ”／８
］、イナータンス： ｍ ［Ｋ４／ｍ’） ＊音響容量
ＩＣ！［ｍ’／Ｎ）、 音響抵抗：ｒ［ＮＳ／ｍ’）
を用いる。実際に各定数を計算すると、ｍ・Ｉｒ（ｌｅ
ｏＩ＊ｏｍ 等は無視でき第２図のような簡略な等価
回路となる。ここで］２１１ｍ−ｋｍ、 。
。第１図（ｂ）は印字ヘッドの概略を示し、１０は圧電
素子１１と振動板１２からなる振動系管表わし、１は加
圧室、２は供給部、３はノズル部會示すものとする。な
お第１図（ａ）の添字は第１図（ｂ）に示す各部分を表
わす。ただしａ、Ｆｉインクタンク４の音響容量、Ｃ１
はノズル３の表面張力を音響容積とみなしたものである
。ま九添字０は振動系１０を表わすものとする。単位と
して圧力ｇｆＣ）Ｊ／ｍ”）ｓ体積速度！ｕ（ｍ”／８
］、イナータンス： ｍ ［Ｋ４／ｍ’） ＊音響容量
ＩＣ！［ｍ’／Ｎ）、 音響抵抗：ｒ［ＮＳ／ｍ’）
を用いる。実際に各定数を計算すると、ｍ・Ｉｒ（ｌｅ
ｏＩ＊ｏｍ 等は無視でき第２図のような簡略な等価
回路となる。ここで］２１１ｍ−ｋｍ、 。
ｒ＠＝ｋｒ鵞とみ彦し、圧力ｖｔステップ関数として解
くと、 減衰係数： Ｄ ＝ ｒ＠／２ｍ３ ・・・・・・
・・・■として ただし ｃ ｗ ａ、 ＋ ｃ、 −・・・・■で表わされ
る減衰振動となる。
くと、 減衰係数： Ｄ ＝ ｒ＠／２ｍ３ ・・・・・・
・・・■として ただし ｃ ｗ ａ、 ＋ ｃ、 −・・・・■で表わされ
る減衰振動となる。
式■から必要圧力ψは
ただしｖｍ！必要速ｔ、 ム：ノズル断面積と表わせる
。
。
またインク液体積！ｑ＃ｉ
と表わせる。
ｉ曳駆動電圧Ｖは
ただしＯｐ：圧電素子容量、ｋｌ定数で実験ではｘａａ
ｔから１ｌＬｓの値であっ次。また容量ｃｐは Ｃ！ ） ＝ ｌ ８ ｐ／ ｔ ） ・・・・・
・・・・■友だしε： ＊電率、８ｐ：圧電素子面積、
ｔｐ書圧電素子厚さで表わせる。
ｔから１ｌＬｓの値であっ次。また容量ｃｐは Ｃ！ ） ＝ ｌ ８ ｐ／ ｔ ） ・・・・・
・・・・■友だしε： ＊電率、８ｐ：圧電素子面積、
ｔｐ書圧電素子厚さで表わせる。
また各定数は次のように与えられる。ただし圧電素子が
円板の場合について示す。
円板の場合について示す。
ｐ
ｍ＝□ ・・・・・・・・・０
ただし
む冨圧電素子の縦弾性係数、ＶＶ Ｓ振動板の縦弾性係
数、Ｋ１ ｔ ｘ、 寞定数、ａ：圧電素子の半径ｔｐ
！圧電素子の厚さ、ｔマ工振動板の厚さ、ｄ＠ｆ加圧室
の深さ、■−：インク中の音速、ｌｓインク＊ｔ％ ！
＝インク粘変、１１流路長、８：流路断面積、ｄ：流路
直径 長方形断面の場合には尋価直径（ｄ中２Ｆ？／（
ｂ＋ｃ）、ｂ、ａ寞流路断面の辺である。
数、Ｋ１ ｔ ｘ、 寞定数、ａ：圧電素子の半径ｔｐ
！圧電素子の厚さ、ｔマ工振動板の厚さ、ｄ＠ｆ加圧室
の深さ、■−：インク中の音速、ｌｓインク＊ｔ％ ！
＝インク粘変、１１流路長、８：流路断面積、ｄ：流路
直径 長方形断面の場合には尋価直径（ｄ中２Ｆ？／（
ｂ＋ｃ）、ｂ、ａ寞流路断面の辺である。
以上の定数を第３図−）、（榊に示す。
上述の計算式によって求め九例を以下に示す。
第４図（ａ） Ｉ （ｂ）にエツチングによって作った
ガラスのヘッドのノズル部を示す点４Ｉ５０で示すよう
な加圧室５１からノズルｓ２に至る流路ｔ１実線で示す
流路で近似し、式ＯｓＯによって求めるとす、＝ａｏ声
、ＣＩ＝ＳＯ声、 Ｊ、 ！ ２５０μ、ｂ、＝３００
−ｓｏｌ鱈１００μ、Ｊｌ冨２■、マ目ｔ、 ａ ｏｐ
。
ガラスのヘッドのノズル部を示す点４Ｉ５０で示すよう
な加圧室５１からノズルｓ２に至る流路ｔ１実線で示す
流路で近似し、式ＯｓＯによって求めるとす、＝ａｏ声
、ＣＩ＝ＳＯ声、 Ｊ、 ！ ２５０μ、ｂ、＝３００
−ｓｏｌ鱈１００μ、Ｊｌ冨２■、マ目ｔ、 ａ ｏｐ
。
ｐ＝１０００麺／ｍａの時
ｍ、 冨 ｔ８Ｘ１０”Ｋｒ／ｍ番
ｒｌ ” Ａ Ｓ Ｘ Ｉ Ｑ”諺Ｎ８／ＩＩＩ”と
なる。なお精度よく求めるには流路に沿って積分するか
、分割【細かくして微小部分のｍとｒを求め加えてゆけ
ば嵐い。
なる。なお精度よく求めるには流路に沿って積分するか
、分割【細かくして微小部分のｍとｒを求め加えてゆけ
ば嵐い。
第５図に圧電素子としてｐｚテを使った実際の印字ヘッ
ドの圧電素子の振動波形−）と計算によって求めた振動
波形（→を示す。定数はａ ｘｍ ｔ ２５ ｍｍｋｘ
ｔ３． ｒｌ−４Ｘ１０”Ｎ８／ｍ’ｓ ＩＩＩａｍ２
．５Ｘ１０”ｂ／ｍ番 、 １ｚｔｖ＝ａｌ ５
ｍ、 ０１＝［Ｌ２２ｘ１０−’畠ｍ’ＩＮ 、
０６ ＝１４５ ｘ １０−” ｍ’ｊ／Ｎ である。
ドの圧電素子の振動波形−）と計算によって求めた振動
波形（→を示す。定数はａ ｘｍ ｔ ２５ ｍｍｋｘ
ｔ３． ｒｌ−４Ｘ１０”Ｎ８／ｍ’ｓ ＩＩＩａｍ２
．５Ｘ１０”ｂ／ｍ番 、 １ｚｔｖ＝ａｌ ５
ｍ、 ０１＝［Ｌ２２ｘ１０−’畠ｍ’ＩＮ 、
０６ ＝１４５ ｘ １０−” ｍ’ｊ／Ｎ である。
振動周期が実測値の約１４０μＢに対し計算では約１４
６μｓであるなど完全に一致はしないが、実際の動きが
前述し九理論によってかなシ説明できることがわかる。
６μｓであるなど完全に一致はしないが、実際の動きが
前述し九理論によってかなシ説明できることがわかる。
なお実測振動波形（１）は測定方法の不完会名の曳め１
００声Ｂ以前の変位は測定されていない。ま’＋ （ａ
）と（１，）の縦軸は同じではない。
００声Ｂ以前の変位は測定されていない。ま’＋ （ａ
）と（１，）の縦軸は同じではない。
次に上記の計算式を用いて駆動電圧を低下させる本発明
の寒施例について述べる。
の寒施例について述べる。
式０〜式■において流路系、圧電素子の厚さ、加圧室の
深さ、インク射出速度を一定とし、振動系の音響容量を
変化させた時の駆動電圧の変化を第６図、第７図に示す
。主要な定数は、マ＝１．８０Ｆ 、 ｄｏ冨α１鴫、
ｄ冨５０μ、ｔｐ−（１１５鴫。
深さ、インク射出速度を一定とし、振動系の音響容量を
変化させた時の駆動電圧の変化を第６図、第７図に示す
。主要な定数は、マ＝１．８０Ｆ 、 ｄｏ冨α１鴫、
ｄ冨５０μ、ｔｐ−（１１５鴫。
Ｖｍ−５ｍ／ＤｓＫ−（Ｌ２４ 、ｇｘ２０７０
、ｋｚ １であり、第６図はノズル側流路がａ−ＳＯ
μ。
、ｋｚ １であり、第６図はノズル側流路がａ−ＳＯ
μ。
Ｊ冨１００μ、従ってｍ、中５ ｘ １Ｇ’ ｂ／ｍ・
、ｒ、中１ ｘ １０” Ｎ１７ｍ”の場合を示し、第
７図はｄ−５０μ、Ｊ−５００μとｄ寓５０口声、 ｊ
！ ｌ ｇｌ鴫とが直列に連結しているような流路で
ｍ、中５×１０” Ｋ４／！！１’ ｐ ｒｌ Ｗ ４
Ｘ １０” ＨＤ７ｍ”の場合を示す。
、ｒ、中１ ｘ １０” Ｎ１７ｍ”の場合を示し、第
７図はｄ−５０μ、Ｊ−５００μとｄ寓５０口声、 ｊ
！ ｌ ｇｌ鴫とが直列に連結しているような流路で
ｍ、中５×１０” Ｋ４／！！１’ ｐ ｒｌ Ｗ ４
Ｘ １０” ＨＤ７ｍ”の場合を示す。
図かられかるように圧電素子の径がきまると、駆動電圧
ｖｌ最低にするような最適な音響容量Ｃ・がある、従っ
て流路系および圧電素子がきまっている時に振動板の厚
さ會選び最適な音響容量ａ、を選べば駆動電圧を最低に
できる。第６図と第７図の比較から、一般的にノズル長
さを短くシ、イナータンスｍ１音響抵抗ｒを小さくした
方が駆動電圧はさがる。
ｖｌ最低にするような最適な音響容量Ｃ・がある、従っ
て流路系および圧電素子がきまっている時に振動板の厚
さ會選び最適な音響容量ａ、を選べば駆動電圧を最低に
できる。第６図と第７図の比較から、一般的にノズル長
さを短くシ、イナータンスｍ１音響抵抗ｒを小さくした
方が駆動電圧はさがる。
安全上の見地から例えばＩＴＬ規格で規定しているピー
クで４２．４Ｖｔ考え、鳳勤電圧′ｔ３５ｖ以下にする
という条件では、餉６図に示したノズル長さｊ−１００
μでは、φ２の圧電素子てｃ、′ｇｒ４Ｘ１０−”・ｍ
＠／）Ｉ≦０．≦ａ ｘ １ｏ −” ｍ”／ ｙに選
べば可能となる。１にお安定化電源を使う場合は２４マ
以下の駆動電圧がｍｔＬ＜φ３の圧電素子で１０−・か
ら５×１０−“６ｃｃ−を選べば喪い、ｔ曳電池を電源
として直接駆動することは、原理的には直列に多数個つ
なげることで可能であるが実用土は高々６本、すなわち
マンガン乾電池の場合には９ｖ以下で駆動できることが
望ましい、これは第６図の場合φ１０の圧電素子で０．
中１０−〇−／夏とすれば良い。
クで４２．４Ｖｔ考え、鳳勤電圧′ｔ３５ｖ以下にする
という条件では、餉６図に示したノズル長さｊ−１００
μでは、φ２の圧電素子てｃ、′ｇｒ４Ｘ１０−”・ｍ
＠／）Ｉ≦０．≦ａ ｘ １ｏ −” ｍ”／ ｙに選
べば可能となる。１にお安定化電源を使う場合は２４マ
以下の駆動電圧がｍｔＬ＜φ３の圧電素子で１０−・か
ら５×１０−“６ｃｃ−を選べば喪い、ｔ曳電池を電源
として直接駆動することは、原理的には直列に多数個つ
なげることで可能であるが実用土は高々６本、すなわち
マンガン乾電池の場合には９ｖ以下で駆動できることが
望ましい、これは第６図の場合φ１０の圧電素子で０．
中１０−〇−／夏とすれば良い。
第７図のように流路抵抗が大きい場合には、最適なＣ・
を選んでも駆動電圧Ｖは第６図の場合よりも高くなる０
例えばＳＳＶ以下の条件ではφ８の圧電素子でＣ・を ５ｘ１ｏ−”ａｍ”／ Ｎ≦０．≦２ｘ １０−” ｍ
”／ｉｆに選べば良い、ｔたφ１０の場合は０．中１０
′″ｆｉ１＼ｍ’／［、に１べばさらに電圧を低下する
ことができ＼、 ＼ る、 ゛ □゛、 ／Ｄ以下では印字晶質上は良い結果が得られない。
を選んでも駆動電圧Ｖは第６図の場合よりも高くなる０
例えばＳＳＶ以下の条件ではφ８の圧電素子でＣ・を ５ｘ１ｏ−”ａｍ”／ Ｎ≦０．≦２ｘ １０−” ｍ
”／ｉｆに選べば良い、ｔたφ１０の場合は０．中１０
′″ｆｉ１＼ｍ’／［、に１べばさらに電圧を低下する
ことができ＼、 ＼ る、 ゛ □゛、 ／Ｄ以下では印字晶質上は良い結果が得られない。
なおイ／り射出速度だけでなくインク液体積の方からも
必要電圧は規定される。これは弐〇によって解くことが
できる。実際上はインク射出速度によって最適な音響容
量を求め、インク液体積管加味して音響容量の値を遥ぺ
ば良い、友とえば槙６図でφ６の場合最適ｔ ｏ、はＣ
０中７ Ｘ Ｉ Ｑ−１１ｍ１７Ｎであるが電圧が約１
割高くなる仁とを許容すれば ｔ ＠ ｘ １０−” ｍ”／ＩＩ≦Ｃ０≦Ｓ ｘ １
０−” ｍ’／Ｍの範囲で轟べ、この時インク径は、ｏ
ｏｍｙｘｔｏ”ｍ’７Ｍ （）時、約ｍａｙであるのが
、７０−から１００７ｍの範囲で選べるようになる。
必要電圧は規定される。これは弐〇によって解くことが
できる。実際上はインク射出速度によって最適な音響容
量を求め、インク液体積管加味して音響容量の値を遥ぺ
ば良い、友とえば槙６図でφ６の場合最適ｔ ｏ、はＣ
０中７ Ｘ Ｉ Ｑ−１１ｍ１７Ｎであるが電圧が約１
割高くなる仁とを許容すれば ｔ ＠ ｘ １０−” ｍ”／ＩＩ≦Ｃ０≦Ｓ ｘ １
０−” ｍ’／Ｍの範囲で轟べ、この時インク径は、ｏ
ｏｍｙｘｔｏ”ｍ’７Ｍ （）時、約ｍａｙであるのが
、７０−から１００７ｍの範囲で選べるようになる。
なお圧電素子の犀さｔνは小さければ小さい１圧電素子
容量が増加する大め式■で示される厘−電圧Ｖは低下す
為、圧電素子の厚さｔｌは加工、組立時の割れなどの問
題から下ｌＩＩが決まる。一般的には第４図、嬉７ｍｌ
で示したｔｐ■（Ｌｌ１ｗ位が妥当であるが注意深く扱
えばｔｙｓｗｓｏ声程度までは使用可能である。ｔえＰ
ＩＴ會薄膜薄膜技術動板上に形成するなどすればさらＫ
ｔνを小さくでき電圧が下がる。
容量が増加する大め式■で示される厘−電圧Ｖは低下す
為、圧電素子の厚さｔｌは加工、組立時の割れなどの問
題から下ｌＩＩが決まる。一般的には第４図、嬉７ｍｌ
で示したｔｐ■（Ｌｌ１ｗ位が妥当であるが注意深く扱
えばｔｙｓｗｓｏ声程度までは使用可能である。ｔえＰ
ＩＴ會薄膜薄膜技術動板上に形成するなどすればさらＫ
ｔνを小さくでき電圧が下がる。
第８図にｔｙｍ（Ｌｌｍ、ノズル長さ１■５０μとして
さらに電子管低下させ九例を示す、この時１１．１ｌＩ
ｌ１４Ｘ１０”、ｒｌｘ４Ｘ１０”となる、φ２でもＯ
ｓ を選ぶことで２０７近い電圧とな９、φ６．φ８、
φ１０ではＣ０中１０−鳳マｍ” ７Ｍ付近で直接電池
駆動が可能な電圧まで下がる。九だし、ノズル長さｔ余
や短かくすると加工上のバチツキがヘッドの特性に大き
く影響を与えるため１〈５０μとすることは量産上は好
ましくない。
さらに電子管低下させ九例を示す、この時１１．１ｌＩ
ｌ１４Ｘ１０”、ｒｌｘ４Ｘ１０”となる、φ２でもＯ
ｓ を選ぶことで２０７近い電圧とな９、φ６．φ８、
φ１０ではＣ０中１０−鳳マｍ” ７Ｍ付近で直接電池
駆動が可能な電圧まで下がる。九だし、ノズル長さｔ余
や短かくすると加工上のバチツキがヘッドの特性に大き
く影響を与えるため１〈５０μとすることは量産上は好
ましくない。
なお供給儒會絞って供給側と射出側のインピーダンス比
にのａｔ大きくするにつれ、後へ逃げるインクが減るた
め駆動電圧は下がる。第９図にノズル長さＪ−１００μ
、振動板厚さｔｙ冨ａ１鴫、圧電素子径φ４の場合のイ
ンピーダンス比にの変化に対する駆動電圧の変化を示す
、ただし供給側を絞るにつれインクの供給が不足するた
め液滴径が小さくなったシ応答性が低下する。したがっ
てに七大きくすることは応答性の面では不利である。
にのａｔ大きくするにつれ、後へ逃げるインクが減るた
め駆動電圧は下がる。第９図にノズル長さＪ−１００μ
、振動板厚さｔｙ冨ａ１鴫、圧電素子径φ４の場合のイ
ンピーダンス比にの変化に対する駆動電圧の変化を示す
、ただし供給側を絞るにつれインクの供給が不足するた
め液滴径が小さくなったシ応答性が低下する。したがっ
てに七大きくすることは応答性の面では不利である。
第９図から、余Ｊ）ｋｔ大きくしても電圧は殆んど小さ
くならないことがわかる。上記応答性も考えてｋはα５
から３位の値とすることが望ましい。
くならないことがわかる。上記応答性も考えてｋはα５
から３位の値とすることが望ましい。
なお音響容１ｃは圧力伊、体積炭化ｑとの間にψ−ｑ１
０の関係を持つと定−される０本発明における振動系の
音響容量Ｃ０はしたがって加圧室内に圧力を加え友時の
体積資化、と圧力との比で定義される。円板の場合のへ
の近似式を式０として示しであるが、これは振動板鴫ｓ
のｉｊｔ定方法、振動板と圧電素子との接着剤の材質、
厚さ、加圧室形状などにより変わる。たとえば の方が良く実験と金う場合もある。実験では定数に鳳キ
５．に３キａ４ｔたはに、申１であった。厳密には有限
要素法によりそれヤれ０ヘツドについて解析することが
できる。
０の関係を持つと定−される０本発明における振動系の
音響容量Ｃ０はしたがって加圧室内に圧力を加え友時の
体積資化、と圧力との比で定義される。円板の場合のへ
の近似式を式０として示しであるが、これは振動板鴫ｓ
のｉｊｔ定方法、振動板と圧電素子との接着剤の材質、
厚さ、加圧室形状などにより変わる。たとえば の方が良く実験と金う場合もある。実験では定数に鳳キ
５．に３キａ４ｔたはに、申１であった。厳密には有限
要素法によりそれヤれ０ヘツドについて解析することが
できる。
第１０図に式ぼを用い、圧電素子厚さｔｙｘａｔ鴫の場
合の振動板の厚さｔｌと音響容量０・との関係の一例管
示す、ここでは振動板としてガラスを考えている。プ２
スチッタｔｍｍ板として用いる場合は同じＣ・に対し厚
さｔνは厚くなる。
合の振動板の厚さｔｌと音響容量０・との関係の一例管
示す、ここでは振動板としてガラスを考えている。プ２
スチッタｔｍｍ板として用いる場合は同じＣ・に対し厚
さｔνは厚くなる。
以上述べた説明てわかるように、本発明によれば流路系
に最も爽〈合った振動系を選ぶことで駆動電圧全低下で
き、安全面、昇圧回路の効率面、ドライバのコスト面等
に利点を有する。さらに流路インピーダンスの減少、圧
電素子の厚さ減少圧電素子径の増加管はかることで、電
池を電源として直接印字ヘッドの駆動ができ、電磁トラ
ンス、圧電トランス等の昇圧囲路が不要になるため、エ
ネルギ効率向上、装置の小型化、価格低下などの利点も
有する。
に最も爽〈合った振動系を選ぶことで駆動電圧全低下で
き、安全面、昇圧回路の効率面、ドライバのコスト面等
に利点を有する。さらに流路インピーダンスの減少、圧
電素子の厚さ減少圧電素子径の増加管はかることで、電
池を電源として直接印字ヘッドの駆動ができ、電磁トラ
ンス、圧電トランス等の昇圧囲路が不要になるため、エ
ネルギ効率向上、装置の小型化、価格低下などの利点も
有する。
なお以上述べ九実施例では円形の加圧室の場合を説明し
ているが他の形状のヘッドについても式を変形すること
で同様の考え方ができる。ただし余ヤ細長い形状は０．
が小さくなり電圧が上がる。
ているが他の形状のヘッドについても式を変形すること
で同様の考え方ができる。ただし余ヤ細長い形状は０．
が小さくなり電圧が上がる。
畏方形の場合も長辺と短辺の比は２倍をこえない方が良
い、また圧電材料としてｐｚ’ｒその他を用いることが
できる。またバイモルフのような複数の圧電素子により
振動系を構成することでさらに駆動電圧を下げることが
可能である。
い、また圧電材料としてｐｚ’ｒその他を用いることが
できる。またバイモルフのような複数の圧電素子により
振動系を構成することでさらに駆動電圧を下げることが
可能である。
第１１図に示すようにトランジスタ４１．４２で圧電素
子４５ｆ充電しておき印字時トランジスタ４ｓと４４に
より圧電素子４Ｓｖｔ逆向きに充電すれば駆動電圧はみ
かけ上電源電圧の倍となり、逆に言えば第１１図のよう
、な駆動にすれば前述した各実施例の電源は半分で良い
ことになる。
子４５ｆ充電しておき印字時トランジスタ４ｓと４４に
より圧電素子４Ｓｖｔ逆向きに充電すれば駆動電圧はみ
かけ上電源電圧の倍となり、逆に言えば第１１図のよう
、な駆動にすれば前述した各実施例の電源は半分で良い
ことになる。
なお流路系のインピーダンス、圧電素子の厚さ、圧電素
子の面積、供給側と射出側のインピーダンス比に要求さ
れる値はそれすれ関連がある。九とえば他の条件が同じ
として流路インピーダンスが大きい時には圧電素子の面
積を増加する必要があるなど各々に要求される値は他の
条件によって変わる。し友がって一律に各々の値を定め
ることはできないが、およその上限としては、流路系イ
ンピーダンスとしては町≦Ｓ Ｘ １０” Ｋ１１ｍ番
、ｒ、≦５ Ｘ １０ ” Ｎ ｎ／ｍｌ ｇ 圧電
素子の厚さとしてはｔｐ≦１５■、圧電素子の面積とし
てはｒ＋ｐ≧１■インピーダンス比としてはに≧１ｓの
中から選ばれた値が望ましい。とくに電圧を下げたい場
合にはｍ、≦１０” ｈ／ｒｎ’ 、 ｒＢ≦！ Ｘ
１０” ＭＤ／ｍ” 、 ｔＩＩ≦ＣＬ１５ｍ 、 ｒ
Ｐ≧２ｍｇｋ≧１であるこ°とがＶｔｔ、い。
子の面積、供給側と射出側のインピーダンス比に要求さ
れる値はそれすれ関連がある。九とえば他の条件が同じ
として流路インピーダンスが大きい時には圧電素子の面
積を増加する必要があるなど各々に要求される値は他の
条件によって変わる。し友がって一律に各々の値を定め
ることはできないが、およその上限としては、流路系イ
ンピーダンスとしては町≦Ｓ Ｘ １０” Ｋ１１ｍ番
、ｒ、≦５ Ｘ １０ ” Ｎ ｎ／ｍｌ ｇ 圧電
素子の厚さとしてはｔｐ≦１５■、圧電素子の面積とし
てはｒ＋ｐ≧１■インピーダンス比としてはに≧１ｓの
中から選ばれた値が望ましい。とくに電圧を下げたい場
合にはｍ、≦１０” ｈ／ｒｎ’ 、 ｒＢ≦！ Ｘ
１０” ＭＤ／ｍ” 、 ｔＩＩ≦ＣＬ１５ｍ 、 ｒ
Ｐ≧２ｍｇｋ≧１であるこ°とがＶｔｔ、い。
なお、イナータンス−、＊＊抵抗ｒ３．圧電素子厚さｔ
ｐは値が小さければ小さい程同−ノズル径のヘッドに対
しては電圧が下がり、圧電素子中径ｒν、インピーダン
ス比には大きいほど電圧は下がる。
ｐは値が小さければ小さい程同−ノズル径のヘッドに対
しては電圧が下がり、圧電素子中径ｒν、インピーダン
ス比には大きいほど電圧は下がる。
したがって流路インピーダンス、圧電素子の厚さをでき
る限り小さくシ、圧電素子の面積、供給側と射出側のイ
ンピーダンス比管できる限９大きくしたうえで、流路系
に最も適し次振動系の音響容量を選び、低電圧駆動を可
能とすることが本発明の主旨とする所である。
る限り小さくシ、圧電素子の面積、供給側と射出側のイ
ンピーダンス比管できる限９大きくしたうえで、流路系
に最も適し次振動系の音響容量を選び、低電圧駆動を可
能とすることが本発明の主旨とする所である。
以上の説明でわかるように本発明によれば、流路系に合
つ大振動系を選ぶことで駆動電圧を下げることができ、
エネルギ効率、安全性、装置コスト、装置寸法などに多
くの利点を有し、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、
コピアに利用でき、特に電池を用いた携帯型印刷装置に
適する。
つ大振動系を選ぶことで駆動電圧を下げることができ、
エネルギ効率、安全性、装置コスト、装置寸法などに多
くの利点を有し、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、
コピアに利用でき、特に電池を用いた携帯型印刷装置に
適する。
第１図（ａ）（ｂ） 、菖２図は本発明の考え方を示す
等価電気回路、第５図（ａ）（ｂ）、第４図−）（ｂ）
は本発明の計算に用いられる定数を示す図、第Ｓ図（、
）（ｂ）は本発明に用いられる計算と実際との比較を示
すグラフ、第６図、第７図、Ｓ・図は本発明の計算によ
る駆動電圧のグラフ、縞９図は本発明の計算によるイン
ピーダンス比にと駆動電圧の関係を示すグラフ、第１０
図は振動板の厚さと音響容量との関係の一例を示すグラ
フ、第１１図は本発明によるインクジェットヘッドを駆
動する駆動回路の例である。 Ｃ０・・・振動系の音響容量、ｏｌ・・・加圧室の音響
容量、ｍｌ−・供給部のイナータンス、ｒｌ−・・供給
１１゜音響抵抗、ｍｌ・・・ノズル部のイナータンス、
ｒｌ・・・ノズル部の音響抵抗、１１・・・圧電素子、
１２・・・振動板 以 上 代理人 軸出最上 務 （ｂ） 第２図
等価電気回路、第５図（ａ）（ｂ）、第４図−）（ｂ）
は本発明の計算に用いられる定数を示す図、第Ｓ図（、
）（ｂ）は本発明に用いられる計算と実際との比較を示
すグラフ、第６図、第７図、Ｓ・図は本発明の計算によ
る駆動電圧のグラフ、縞９図は本発明の計算によるイン
ピーダンス比にと駆動電圧の関係を示すグラフ、第１０
図は振動板の厚さと音響容量との関係の一例を示すグラ
フ、第１１図は本発明によるインクジェットヘッドを駆
動する駆動回路の例である。 Ｃ０・・・振動系の音響容量、ｏｌ・・・加圧室の音響
容量、ｍｌ−・供給部のイナータンス、ｒｌ−・・供給
１１゜音響抵抗、ｍｌ・・・ノズル部のイナータンス、
ｒｌ・・・ノズル部の音響抵抗、１１・・・圧電素子、
１２・・・振動板 以 上 代理人 軸出最上 務 （ｂ） 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 圧電素子の変形により加圧室の容積を変化させノズルか
ら液体インクの射出を行な、′：）て記録を行１５イン
クジェット印刷装置においｊて、ノズル形状勢により定
められ九流路系に対し、圧電素子を含む振動系の音響容
量Ｏ＠ｔ、 ただし ｌＩＸ圧電素子圧力、に：比例定数、ＣＰ：圧電素子電
気容量、Ｗａｇインク射出速度、ム：ノズル断面積ｓ
ｍｌ・・・ノズル系流体イナータンスＣ：加圧富内の圧
縮性を考慮し九音響容量り：減衰係数、Ｅ：角局波数 で表わされる駆動電圧ｖｔ最低にするようなＣ０付近の
値に選んだこと１＊＊とするインクジェット印刷装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10428881A JPS585270A (ja) | 1981-07-02 | 1981-07-02 | インクジエツト印刷装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10428881A JPS585270A (ja) | 1981-07-02 | 1981-07-02 | インクジエツト印刷装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS585270A true JPS585270A (ja) | 1983-01-12 |
Family
ID=14376734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10428881A Pending JPS585270A (ja) | 1981-07-02 | 1981-07-02 | インクジエツト印刷装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS585270A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6702431B1 (en) | 1999-01-29 | 2004-03-09 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head and image recording apparatus incorporating the same |
-
1981
- 1981-07-02 JP JP10428881A patent/JPS585270A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6702431B1 (en) | 1999-01-29 | 2004-03-09 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head and image recording apparatus incorporating the same |
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