JPS585272A - 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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- JPS585272A JPS585272A JP10429081A JP10429081A JPS585272A JP S585272 A JPS585272 A JP S585272A JP 10429081 A JP10429081 A JP 10429081A JP 10429081 A JP10429081 A JP 10429081A JP S585272 A JPS585272 A JP S585272A
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- ink
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- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- 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
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
- B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
- B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
- B41J2/04501—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
- B41J2/04541—Specific driving circuit
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- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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-
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- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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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
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- 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】
本発明性、インクオンデマンドｍインクジェット装置に
係わり、％［駆動電圧を低下させた印字ヘッドに関する
。
係わり、％［駆動電圧を低下させた印字ヘッドに関する
。
圧電素子の変形により加圧室の容積を減少させ、加圧チ
ニ連通したノズルより液体インクを射出するインクオン
デマンド型インクジェットは、印字エネルギが小さく、
マルチノズル化が可能なため注目されている。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
な状況そ行なわれ、また印字ヘッド自体の大金さが小さ
い尺め、圧力、流量等のＳ＠が困難であるなどの理由か
ら、そのｌｌ論的解析は完全とはいえなかった。
ニ連通したノズルより液体インクを射出するインクオン
デマンド型インクジェットは、印字エネルギが小さく、
マルチノズル化が可能なため注目されている。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
な状況そ行なわれ、また印字ヘッド自体の大金さが小さ
い尺め、圧力、流量等のＳ＠が困難であるなどの理由か
ら、そのｌｌ論的解析は完全とはいえなかった。
圧電素子と協働して加圧室の容積を変化させる振１Ｉｌ
ｌ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よる振動系のみ
に注目して振動板の最適値を求めるものである。たとえ
ば特開昭５ｌ−５Ｓ２５１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、（ｆｆｉｔ”）圧電素子＝（１！ｉｔ、”）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２が圧電素子と振動板でほぼ等しい時には、圧
電素子と振＊＊の犀さｔもほぼ等しくなることを示して
いる。
ｌ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よる振動系のみ
に注目して振動板の最適値を求めるものである。たとえ
ば特開昭５ｌ−５Ｓ２５１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、（ｆｆｉｔ”）圧電素子＝（１！ｉｔ、”）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２が圧電素子と振動板でほぼ等しい時には、圧
電素子と振＊＊の犀さｔもほぼ等しくなることを示して
いる。
その他、有限Ｗ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た例も発表さ
れている。シ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ＩＩを求めたものではない、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、圧電素子の犀さ：１）：αＳ
ｗｈないしｔｉ中ａ ７ｍ１１．振動板の犀さ：ｔマ中
ｔν であり、駆動電圧は、たとえば前記％＠＠５１−
４５１１１において１ｊ１５０Ｖであり、その他の低い
例でも数十７以上である。シタがって通常の電池を電源
とする携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
消費の利点を生がすことが―しがっ尺、また安全の面か
らも低電圧駆動が望まれていた。
が最大になるように、振動板の厚さを求めた例も発表さ
れている。シ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ＩＩを求めたものではない、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、圧電素子の犀さ：１）：αＳ
ｗｈないしｔｉ中ａ ７ｍ１１．振動板の犀さ：ｔマ中
ｔν であり、駆動電圧は、たとえば前記％＠＠５１−
４５１１１において１ｊ１５０Ｖであり、その他の低い
例でも数十７以上である。シタがって通常の電池を電源
とする携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
消費の利点を生がすことが―しがっ尺、また安全の面か
らも低電圧駆動が望まれていた。
したがって本発明の目的は、インクジェット印刷装置の
駆動電圧を下げる仁とによりエネルギ消費を下げること
にある。
駆動電圧を下げる仁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
をへらすことにある。
をへらすことにある。
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。
を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。
前述したように、インクオンデマンド型印字ヘッドの理
論的解析はかなり難しいが、本発明者等は、印字ヘッド
の等価電気回路モデルによって解析を行なった結果、駆
動電圧をかなり下げられること管見い出した。
論的解析はかなり難しいが、本発明者等は、印字ヘッド
の等価電気回路モデルによって解析を行なった結果、駆
動電圧をかなり下げられること管見い出した。
本発明の主旨は、印字時に、まず圧電素子に信号管印加
し加圧室の容積を増大させ、流路系と振−系から決まる
ヘッドの振動に合わせて圧電素子への備考印加を鱗き、
しかも流路系に最も適した振−系を選ぶことで、駆動電
圧を低下しようとするものである。
し加圧室の容積を増大させ、流路系と振−系から決まる
ヘッドの振動に合わせて圧電素子への備考印加を鱗き、
しかも流路系に最も適した振−系を選ぶことで、駆動電
圧を低下しようとするものである。
第１図（ａ）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、ｒＦｉ音響抵抗であ
る。第１図（紛は印字ヘッドの概略を示し、１０は圧電
素子１１と振動板１２からなる振動系を表わし、１Ｆｉ
加圧室、２Ｆｓ供給部、島はノズル部を示すものとする
。なお、第１１１（ａ）の添字は、第１図（ｂ） Ｋ示
す各部分を表わす。ただし、Ｏｌはインクタンク４の音
響容量、０１はノズルＳの表面張力ｔ−を響容貴とみな
したものである。ｔた添字０け振動系１０を表わすもの
とする。単位として、圧カニψ（１７ｍ” ） 、体積
速ＩＮ ： ｕ（ｍ”／８）＊イナータンス：ｍ（ｂ／
鳳４〕、音響容量：ＣＣが／幻。
る。第１図（紛は印字ヘッドの概略を示し、１０は圧電
素子１１と振動板１２からなる振動系を表わし、１Ｆｉ
加圧室、２Ｆｓ供給部、島はノズル部を示すものとする
。なお、第１１１（ａ）の添字は、第１図（ｂ） Ｋ示
す各部分を表わす。ただし、Ｏｌはインクタンク４の音
響容量、０１はノズルＳの表面張力ｔ−を響容貴とみな
したものである。ｔた添字０け振動系１０を表わすもの
とする。単位として、圧カニψ（１７ｍ” ） 、体積
速ＩＮ ： ｕ（ｍ”／８）＊イナータンス：ｍ（ｂ／
鳳４〕、音響容量：ＣＣが／幻。
音響抵抗：ｒ［Ｍ８／ｍ’）を用いる。実際に各定数を
計算すると、ｍＢ、ｒ・、ａｍ、ａｍ等は無視でき、第
２図のような簡略が等価回路となる。ここで、ｍ嘗＝Ｋ
ｗｒ亀、ｒ璽＝ Ｋ ｒ雪 とみなし、圧力ψをステッ
プ関数として解くと、 減衰係数： Ｄ ” ｒ ＠ ／ ２ ｍＢ ・・
・・・・・・・・・・■として ただし Ｃｅ＝Ｑ・十Ｃ１・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・■で褒わされる減衰振動となる。
計算すると、ｍＢ、ｒ・、ａｍ、ａｍ等は無視でき、第
２図のような簡略が等価回路となる。ここで、ｍ嘗＝Ｋ
ｗｒ亀、ｒ璽＝ Ｋ ｒ雪 とみなし、圧力ψをステッ
プ関数として解くと、 減衰係数： Ｄ ” ｒ ＠ ／ ２ ｍＢ ・・
・・・・・・・・・・■として ただし Ｃｅ＝Ｑ・十Ｃ１・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・■で褒わされる減衰振動となる。
弐〇は、圧力ψがステップ関数であるとして解いた場合
の運動を表わしている１本発明では、パルス幅τの矩形
パルスが加わったとして＋ｌ５ＸＩ）（−ｎ（ｔ−ｒ）
）ｄａ（ＩＩ（ｔ−ｒ））） −−■が実際の運ｍｔ
−表わす。弐〇において、種々のτに対し、ｔ’ｔ−窒
化させてｕｌの最大値を求めると、結局 τキに７ｍ ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・■とし友時 でｕｌは最大値をとる。この時に、断面積ムのノズルか
らインク射出速度マーをもってインフカ監射出されると
考えれば、−身要圧力ψは ｔたインク液体積：ｑは と表わせる。
の運動を表わしている１本発明では、パルス幅τの矩形
パルスが加わったとして＋ｌ５ＸＩ）（−ｎ（ｔ−ｒ）
）ｄａ（ＩＩ（ｔ−ｒ））） −−■が実際の運ｍｔ
−表わす。弐〇において、種々のτに対し、ｔ’ｔ−窒
化させてｕｌの最大値を求めると、結局 τキに７ｍ ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・■とし友時 でｕｌは最大値をとる。この時に、断面積ムのノズルか
らインク射出速度マーをもってインフカ監射出されると
考えれば、−身要圧力ψは ｔたインク液体積：ｑは と表わせる。
また駆動電圧Ｖは
ただし、Ｃν：圧電素子容量、に：定数で実験では、区
はα１から０．３の値であった。ｔた容量Ｏｐ は ０ν＝Ｃ日Ｐ ／ ｔ ） ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・Ｏただし、ε：誘電率、
Ｓ）：圧電素子面積。
はα１から０．３の値であった。ｔた容量Ｏｐ は ０ν＝Ｃ日Ｐ ／ ｔ ） ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・Ｏただし、ε：誘電率、
Ｓ）：圧電素子面積。
ｔν：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。
が円板の場合について示す。
ただし、
ＫＰ：圧電素子の縦弾性係数、 Ｅマ：振動板の縦弾性
係数ｅ ｉｔ ＊ ｘ＝ ：定数、ａ＝圧電素子の半径
、ｔｖ：圧電素子の厚さ、ｔｖ：振動板の厚さ、ｄ＠：
加圧室の深さ、■−：インク中の音速、−一インク密度
、ｖ：インク粘度。
係数ｅ ｉｔ ＊ ｘ＝ ：定数、ａ＝圧電素子の半径
、ｔｖ：圧電素子の厚さ、ｔｖ：振動板の厚さ、ｄ＠：
加圧室の深さ、■−：インク中の音速、−一インク密度
、ｖ：インク粘度。
１：流路長、８：流路断面積、ｄ：流路直径。
長方形断面の場合には等価直径（ａｄｚ ａ／（ｂ＋ｃ
））ｂ、ａ：流路断面の辺である。
））ｂ、ａ：流路断面の辺である。
以上の定数を、第５図（ａ） 、 （ｂ）に示す。
上述の計算式によって求めた例を以下に示す。
第４ ｗ（ａ） ｓ （ｂ）ｉｃ、エツチングによって
作ったガラスのヘッドのノズルｓ’を示す点線ＳＯで示
すような、加圧室ｓ１からノズル３２に至る流路を、実
線で示す流路で近似し、式Ｏ，Ｏによって求めると、’
ｂ１−８０ｊｌ、Ｏｔ！３０ｊｌ、Ａ１ｇ＝２５０＃。
作ったガラスのヘッドのノズルｓ’を示す点線ＳＯで示
すような、加圧室ｓ１からノズル３２に至る流路を、実
線で示す流路で近似し、式Ｏ，Ｏによって求めると、’
ｂ１−８０ｊｌ、Ｏｔ！３０ｊｌ、Ａ１ｇ＝２５０＃。
ｂ、ｇｓＯＯｆｉ、Ｏ，＝＝１００ｊｌ、農ｌ−２謡。
マ＝ｔ８ａｐ、＃＝１０００に＠／−の時ＩＪ ｘ ｔ
８ Ｘ １０” Ｋｇ／ｍ’ｒ＠＝ ｉｓ Ｘ
１ ０’３１ｓ／ｍ’となる。なお積置よく求めるに
杜、流路に沿って積分するか、分割を細かくして微小部
分のｍとｒを求め如えてゆけば良い。
８ Ｘ １０” Ｋｇ／ｍ’ｒ＠＝ ｉｓ Ｘ
１ ０’３１ｓ／ｍ’となる。なお積置よく求めるに
杜、流路に沿って積分するか、分割を細かくして微小部
分のｍとｒを求め如えてゆけば良い。
第５図に、圧ＩＩ単素子してＰＺＴｔ使った実際の印字
ヘッドの圧電素子の振動波形（ａ）と、式■管用い計算
によって求めた振動液形軸）を示す。定数は、ａ＝ ｔ
２ ｓｓｓ、 Ｒ＝ ｔ Ｓ、 ｒ＠ ＝４Ｘ １０
”ＩＩ／ｍｌ”、 ｍ５＝２．５Ｘ １０” Ｑ／ｗａ
’ 、 ｔｐ＝ｔｖ＝α１５８．Ｏｌ：α２２ Ｘ １
０−１１ ｍ’／Ｍ 。
ヘッドの圧電素子の振動波形（ａ）と、式■管用い計算
によって求めた振動液形軸）を示す。定数は、ａ＝ ｔ
２ ｓｓｓ、 Ｒ＝ ｔ Ｓ、 ｒ＠ ＝４Ｘ １０
”ＩＩ／ｍｌ”、 ｍ５＝２．５Ｘ １０” Ｑ／ｗａ
’ 、 ｔｐ＝ｔｖ＝α１５８．Ｏｌ：α２２ Ｘ １
０−１１ ｍ’／Ｍ 。
０＠ ＝Ｓ ｅ ４５ Ｘ １０−” ｍ”／ １１
テある。振動周期が実欄値の約１４０ｊ８に対し計算
では約１４６μ日であるなど、完全に一致はしないが、
実際のｍｓが前述した理論によってかなり説明できるこ
とがわかる、なお実測振動波形（、）は、棚定方法の不
完全さのため１００４Ｂ以前の変位は測定されていない
。ｔた（ａ）と（ｂ）の縦軸は同じでは危い。
テある。振動周期が実欄値の約１４０ｊ８に対し計算
では約１４６μ日であるなど、完全に一致はしないが、
実際のｍｓが前述した理論によってかなり説明できるこ
とがわかる、なお実測振動波形（、）は、棚定方法の不
完全さのため１００４Ｂ以前の変位は測定されていない
。ｔた（ａ）と（ｂ）の縦軸は同じでは危い。
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
の実施例について述べる。
の実施例について述べる。
式■〜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
響容量を変化させ次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＝ｔ８ｃｐ、ｄｃ−α１
膓、ｄ＝５０＃。
響容量を変化させ次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＝ｔ８ｃｐ、ｄｃ−α１
膓、ｄ＝５０＃。
ｔｙ＝１１５鵬、ｖｍ＝５ｍ／Ｄ、に＝α２４゜ｇ＝２
０７０．Ｒ＝１であり、第６図はノズル側流路がｄ＝５
０μ、ｎ＝１００μ、従って、Ｓ中５×１０γ−／ ｍ
４ 、 ｒ ３キＩ Ｘ １０” Ｍｅ／ｒｎ”の場
合を示し、第７図は、ｄ＝５０μ、！＝＝５００μとｄ
＝５００μ、 ＩＬ＝１０１１１とが直列に連結してい
るような流路でｍｌキ３Ｘ１０”ｌｌｌ／ｍ’ 。
０７０．Ｒ＝１であり、第６図はノズル側流路がｄ＝５
０μ、ｎ＝１００μ、従って、Ｓ中５×１０γ−／ ｍ
４ 、 ｒ ３キＩ Ｘ １０” Ｍｅ／ｒｎ”の場
合を示し、第７図は、ｄ＝５０μ、！＝＝５００μとｄ
＝５００μ、 ＩＬ＝１０１１１とが直列に連結してい
るような流路でｍｌキ３Ｘ１０”ｌｌｌ／ｍ’ 。
ｒ３キロ Ｘ １０１” Ｎｓ／ｍ’ 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ｖｔ−最低にするような最適な音響容量Ｃ・がある。
圧ｖｔ−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！壕っている時に振動板
の犀さを選び、最適な音響容量Ｏ＠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ｍ、音響抵抗Ｔを小
さくした方が駆動電圧はさがる。
の犀さを選び、最適な音響容量Ｏ＠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ｍ、音響抵抗Ｔを小
さくした方が駆動電圧はさがる。
なお駆動パルス幅ｒｔ１式０ｔ−満たすように選ンテイ
るが、パルス幅τをこれより長くしても、蝮かくしても
、ヘッドの固有振動と合わなくなるため、駆動電圧は上
がる。たとえば、第６図φ４のヘッドでパルス幅ずを半
分くすると、点線６１で示すようｖｃｌにる。パルス幅
τを倍にすると、ヘッドの固有振ｌｌｌを打消すように
なるためさらに電圧は上がる。なおヘッドの固有＊ｉｇ
ｉ＋ｔ−利用せず、加圧室の容積を減少させることでイ
ンク射出を行なう一般の駆動方法では、点線６２で示す
電圧が必要となり、本発明の方法で駆動電圧が下がるの
がわかる。
るが、パルス幅τをこれより長くしても、蝮かくしても
、ヘッドの固有振動と合わなくなるため、駆動電圧は上
がる。たとえば、第６図φ４のヘッドでパルス幅ずを半
分くすると、点線６１で示すようｖｃｌにる。パルス幅
τを倍にすると、ヘッドの固有振ｌｌｌを打消すように
なるためさらに電圧は上がる。なおヘッドの固有＊ｉｇ
ｉ＋ｔ−利用せず、加圧室の容積を減少させることでイ
ンク射出を行なう一般の駆動方法では、点線６２で示す
電圧が必要となり、本発明の方法で駆動電圧が下がるの
がわかる。
安全上の見地から、例えばＵＬ規格で規定している、ピ
ークで４２．４Ｖを考え、駆動電圧を３５Ｖ以下にする
という条件でｉｊｂ＠６図に示したノズル長さ１００μ
のヘッドではφ２の圧電素子で夷いが、第７図のノズル
インピーダンスが高いヘッドでは、圧電素子をφ４とし １０−１１ ｍｌ／Ｎ≦Ｃ・≦２ Ｘ １０−”ｍ’／
１１に選べば食い。なお安定化電源を使う場合１ｊ２４
Ｖ以下の駆動電圧が望ましく、第７図の流路系をもつヘ
ッドでは、φ１０の圧電素子で ２ Ｘ １ （１’″ｌｌｍ５／１≦Ｃ・≦１ ロー１
７ｍ１／Ｎとすれば良い。また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つなげることで可
能であるが、実用上は高々６本、すなわちマンガン乾電
池の場合Ｈｔｖ以下で駆動できることが望ましい−０こ
れは、第６図の場合φ６の圧電素子で、 １Ｑ−１” ｍｓ ／Ｎ≦Ｏｏ≦１０″″ｊ７ ｍｌ
／Ｈとすれば良い。
ークで４２．４Ｖを考え、駆動電圧を３５Ｖ以下にする
という条件でｉｊｂ＠６図に示したノズル長さ１００μ
のヘッドではφ２の圧電素子で夷いが、第７図のノズル
インピーダンスが高いヘッドでは、圧電素子をφ４とし １０−１１ ｍｌ／Ｎ≦Ｃ・≦２ Ｘ １０−”ｍ’／
１１に選べば食い。なお安定化電源を使う場合１ｊ２４
Ｖ以下の駆動電圧が望ましく、第７図の流路系をもつヘ
ッドでは、φ１０の圧電素子で ２ Ｘ １ （１’″ｌｌｍ５／１≦Ｃ・≦１ ロー１
７ｍ１／Ｎとすれば良い。また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つなげることで可
能であるが、実用上は高々６本、すなわちマンガン乾電
池の場合Ｈｔｖ以下で駆動できることが望ましい−０こ
れは、第６図の場合φ６の圧電素子で、 １Ｑ−１” ｍｓ ／Ｎ≦Ｏｏ≦１０″″ｊ７ ｍｌ
／Ｈとすれば良い。
上記の説明では、インク射出速度ｔ５ ｍ ／ ｓとい
う条件の下で駆動電圧を求めているが、 ３ｍ／ｓの
条件ならばさらに電圧は低くて良い、ただし、２ｍ／ｓ
以下では、印字品質上は良い結果が得られない。
う条件の下で駆動電圧を求めているが、 ３ｍ／ｓの
条件ならばさらに電圧は低くて良い、ただし、２ｍ／ｓ
以下では、印字品質上は良い結果が得られない。
なおインク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ｆＫよって最適な
音響容量を求め、インク液体積を加味して音響容量の値
を選べば良い。たとえば第６図でφ６の場合、最適なＣ
・はＣ・キ４ Ｘ １０−１” ｌａ’ ／Ｎ であ
るが、電圧が約１割高くなることを許容すれば、 ｔ４×１０−＊＠ ｍｌ／）Ｉ≦ｃ、≦ｔ！１Ｘ１０−
１１．ｓ ／Ｎの範囲で選べ、この時インク径は、０・
＝４Ｘ１０″″ＩＳｍ’／Ｎの時、約５５１１であるの
が、５０Ｊｖから６５声の範囲で選べるようＫなる。
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ｆＫよって最適な
音響容量を求め、インク液体積を加味して音響容量の値
を選べば良い。たとえば第６図でφ６の場合、最適なＣ
・はＣ・キ４ Ｘ １０−１” ｌａ’ ／Ｎ であ
るが、電圧が約１割高くなることを許容すれば、 ｔ４×１０−＊＠ ｍｌ／）Ｉ≦ｃ、≦ｔ！１Ｘ１０−
１１．ｓ ／Ｎの範囲で選べ、この時インク径は、０・
＝４Ｘ１０″″ＩＳｍ’／Ｎの時、約５５１１であるの
が、５０Ｊｖから６５声の範囲で選べるようＫなる。
なお圧電素子の犀さｔｌは、小さければ小さい程、圧電
素子容量が増加する大め、式［相］で示きれる駆動電圧
ｖＦｉ低下する。圧電素子の厚さｔｌは加工１組立時の
割れなどの問題から下限が決まる。
素子容量が増加する大め、式［相］で示きれる駆動電圧
ｖＦｉ低下する。圧電素子の厚さｔｌは加工１組立時の
割れなどの問題から下限が決まる。
一般的には、纂６図、第７図で示したｔν工１１５謡位
が妥当であるが、注意深く扱えばｔν＝ｌｉＱμｍ１ｆ
までは使用可能である。′ｔ７ｊＰＺＴを薄膜技術で振
動重上に形成するなどすれば、さらにｔｐを小さくでき
、電圧が下がる。
が妥当であるが、注意深く扱えばｔν＝ｌｉＱμｍ１ｆ
までは使用可能である。′ｔ７ｊＰＺＴを薄膜技術で振
動重上に形成するなどすれば、さらにｔｐを小さくでき
、電圧が下がる。
第８図に、ｔｍ＝α１ｍ１６．ノズル長さ１＝５０μと
してさらに電圧を低下させた例を示す。この時ｍ１ｗ１
６Ｘ１０’、ｒｌ＋＝６Ｘ１Ｇ”となる。
してさらに電圧を低下させた例を示す。この時ｍ１ｗ１
６Ｘ１０’、ｒｌ＋＝６Ｘ１Ｇ”となる。
φ２でもＣＩを選ぶことで１０７近い電圧となる。
φ６．φ８．φ１０では、０・キ１０−１丁ｙｎ” ／
Ｎ 付近で乾電池２．５本での駆動が可能な電圧まで
下が為。ただしノズル長さｔ余り短くすると、加工上の
バラツキがヘッドの特性に大きく影響を与えるため、Ｊ
ｌ（５０声とすることは量産上は好ましくない。
Ｎ 付近で乾電池２．５本での駆動が可能な電圧まで
下が為。ただしノズル長さｔ余り短くすると、加工上の
バラツキがヘッドの特性に大きく影響を与えるため、Ｊ
ｌ（５０声とすることは量産上は好ましくない。
なお供給側を絞って供給側と射出側のインピーダンス比
Ｒとの値を大きくするにつれ、後へ逃げるインクが減る
ため駆動電圧は下がる。
Ｒとの値を大きくするにつれ、後へ逃げるインクが減る
ため駆動電圧は下がる。
＠９図に、ノズル長さＪｌ＝１００μ、振動板厚さｔｉ
＝α１８．圧電素子径φ４の場合のインピーダンス比Ｒ
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
くなったり応答性が低下する。したがってＲｆ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
りＲ１大きくしても電圧は殆ど小さくならないことがわ
かる。上記応答性も考えてＲは１５から３位の値とする
ことが望ましい。
＝α１８．圧電素子径φ４の場合のインピーダンス比Ｒ
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
くなったり応答性が低下する。したがってＲｆ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
りＲ１大きくしても電圧は殆ど小さくならないことがわ
かる。上記応答性も考えてＲは１５から３位の値とする
ことが望ましい。
なお音響容量Ｃは、圧力ψ１体積変化ｑとの間にψ＝ｑ
１０の関係を持つと定義される０本発明における振動系
の音響容量０・は、したがって加圧室内に圧力を加え九
時の体積変化と圧力との比ど定義される。円板の場合の
０・の近似式を弐〇として示しであるが、これは振１ｌ
１１ｊＩ８８の固定方法、振動板と圧電素子との接着剤
の材質、犀さ。
１０の関係を持つと定義される０本発明における振動系
の音響容量０・は、したがって加圧室内に圧力を加え九
時の体積変化と圧力との比ど定義される。円板の場合の
０・の近似式を弐〇として示しであるが、これは振１ｌ
１１ｊＩ８８の固定方法、振動板と圧電素子との接着剤
の材質、犀さ。
加圧室形状などにより変わる。たとえばの方が夷〈実験
と合う場合もある。実験では定数に１中Ｓ 、 ｘ＝キ
α４または！ｌキ１であった。
と合う場合もある。実験では定数に１中Ｓ 、 ｘ＝キ
α４または！ｌキ１であった。
厳密には、有限要素法によりそれぞれのヘッドについて
解析することができる。
解析することができる。
第１０図に式Ｏ′ を用い、圧電素子厚さｔｐ＝ａ１ｍ
ｌ＋の場合の振動板の厚さｔマと音響容量Ｃ・との関係
の一例を示す。ここでは振動板としてガラス（Ｅマ＝４
Ｘ１０１・Ｎ／が）を考えている。プラスチックを振動
板として用いる場合は、同じＣ・に対し厚さｔ）は厚く
なる。
ｌ＋の場合の振動板の厚さｔマと音響容量Ｃ・との関係
の一例を示す。ここでは振動板としてガラス（Ｅマ＝４
Ｘ１０１・Ｎ／が）を考えている。プラスチックを振動
板として用いる場合は、同じＣ・に対し厚さｔ）は厚く
なる。
以上述べた説明でわかるように、本発明によれば流路系
に最も良く合った振動系を選び、さらにヘッドの固有振
動にあったパルス印加をすることで駆動電圧を低下でき
、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、圧電素子径の増加をはかることで、電
池管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回路が不ｌ！になるため、
エネルギ効率向上、装置の小型化２価格低下などの利点
も有する。
に最も良く合った振動系を選び、さらにヘッドの固有振
動にあったパルス印加をすることで駆動電圧を低下でき
、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、圧電素子径の増加をはかることで、電
池管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回路が不ｌ！になるため、
エネルギ効率向上、装置の小型化２価格低下などの利点
も有する。
なお、以上述べた実施例では、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、弐〇、Ｏ
等を変形することで、一様の考え方ができる。ただし、
余り細長い形状は、Ｃ・が小さくなり電圧が上がる。長
方形の場合も、長辺と短辺の比は２倍をこえない方が曳
い、また圧電材料としてＰＺＴその他を用いることがで
きる。
明しているが、他の形状のヘッドについても、弐〇、Ｏ
等を変形することで、一様の考え方ができる。ただし、
余り細長い形状は、Ｃ・が小さくなり電圧が上がる。長
方形の場合も、長辺と短辺の比は２倍をこえない方が曳
い、また圧電材料としてＰＺＴ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。
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４５を充電しておき、印字時トランジスタ４ｓと４
４により圧電素子４５を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１１１
１Ｉのような駆動にすれば、前述した各実施例の電源は
半分で喪いことになり、電源電圧低下の面ではさらに有
刹であり、超小型電卓用プリンタ等には最適である。
素子４５を充電しておき、印字時トランジスタ４ｓと４
４により圧電素子４５を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１１１
１Ｉのような駆動にすれば、前述した各実施例の電源は
半分で喪いことになり、電源電圧低下の面ではさらに有
刹であり、超小型電卓用プリンタ等には最適である。
なお、駆動信号が矩形波以外でも、それに合わせて式を
変形すれば、実施例と同様に最適な０・を求めることが
できる。
変形すれば、実施例と同様に最適な０・を求めることが
できる。
ｔた、圧電素子に対するｌＩ奇は、圧電素子の極性によ
り正負いずれでも良い。ただし耐電界強度の面からは圧
電素子がちぢむ向きが良い。
り正負いずれでも良い。ただし耐電界強度の面からは圧
電素子がちぢむ向きが良い。
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、それぞれ関連がある。たとえば他の条
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。したがって−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けｍ３≦５ Ｘ １
０” １１１７ｍ’ 。
要求される値は、それぞれ関連がある。たとえば他の条
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。したがって−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けｍ３≦５ Ｘ １
０” １１１７ｍ’ 。
ｒ３≦５ Ｘ １０ ” １１ ｅ ／ ｍ’ ＊圧電
素子の厚さとしてｈｔν≦１３箇、圧電素子の面積とし
て１ｊｒｎ≧１腸、インピーダンス比としてｉＲ≧α３
の中が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、ｍｌ≦１Ｑ ’ ４／ｍ ４ 、 ｒ ｓ≦
２Ｘ１０■Ｎ ｓ ／ ｍ ’ ｌｔ ｐ≦α１５ｍ５
．ｒｐ≧２■、Ｒ≧１であることが望ましい。なお、イ
ナータンスｍｌ。
素子の厚さとしてｈｔν≦１３箇、圧電素子の面積とし
て１ｊｒｎ≧１腸、インピーダンス比としてｉＲ≧α３
の中が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、ｍｌ≦１Ｑ ’ ４／ｍ ４ 、 ｒ ｓ≦
２Ｘ１０■Ｎ ｓ ／ ｍ ’ ｌｔ ｐ≦α１５ｍ５
．ｒｐ≧２■、Ｒ≧１であることが望ましい。なお、イ
ナータンスｍｌ。
流路抵抗ｒ３．圧電素子厚さｔｐは、値が小さければ小
さい程、同一ノズル径のヘッドに対しては電圧が下がり
、圧電素子半径ｒ）、インピーダンス比Ｒは、大きいほ
ど電圧は下がる。
さい程、同一ノズル径のヘッドに対しては電圧が下がり
、圧電素子半径ｒ）、インピーダンス比Ｒ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
インピーダンス比をできる限り大きくシ次うえで、流路
系に最も適した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。
きる限り小さくシ、圧電素子の面積、供給側と射出側の
インピーダンス比をできる限り大きくシ次うえで、流路
系に最も適した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、印字時に
まず圧電素子に信号を印加し、加圧室の容積を増大させ
、流路系と１ｉＩｌｌ系から決まるヘッドの固有振動に
合わせて圧電素子への信号印加を解き、かつ流路系に最
適なａｍ系を選ぶことで駆動電圧を低下し、安全性の向
上、昇圧回路の効率向上、低価格ドライバの使用を可能
とする。さらには、昇圧回路を不要とすることで、エネ
ルギ効率向上、装置の小型化、低価格化等多くの利点を
有し、プリンタ、プリンタ、ファクシミリ、コピア等に
応用でき、特に電池を用いた携帯型小型印刷装置に適す
る。
まず圧電素子に信号を印加し、加圧室の容積を増大させ
、流路系と１ｉＩｌｌ系から決まるヘッドの固有振動に
合わせて圧電素子への信号印加を解き、かつ流路系に最
適なａｍ系を選ぶことで駆動電圧を低下し、安全性の向
上、昇圧回路の効率向上、低価格ドライバの使用を可能
とする。さらには、昇圧回路を不要とすることで、エネ
ルギ効率向上、装置の小型化、低価格化等多くの利点を
有し、プリンタ、プリンタ、ファクシミリ、コピア等に
応用でき、特に電池を用いた携帯型小型印刷装置に適す
る。
第１図（ａ） ＊ （ｂ） ＊第２図は、本発明の考え
方を示す等価電気回路、第３図−） ｅ （ｂ） を第
４図（ａ） 、 （ｂ）は、本発明の計算に用いられる
定数を示す図、第５図（ａ） ｅ （１））ｕ ％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１
Ｌ第７図、第８図は、本発明の計算による駆動電圧のグ
ラフ、第９図は本発明の計算によるインピーダンス比Ｒ
と駆動電圧の関係を示すグラフ、第１０図Ｆｉ畿勤板の
厚さと音響容量との関係の一例を示すグラフ、第１１５
Ａ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。 Ｃ・・・・・・・振動系の音響容量 Ｏ１・・・・・・加圧室の音響容量 ｍ雪・・・・・・供給部のイナータンスｒ３・・・・・
・供給部の音響抵抗 ｍｌ・・・・・・ノズル部のイナータンスｒ、・・・・
・・ノズル部の音響抵抗 １１・・・・・・圧電素子 １２・・・・・・振動板 第２Ｉ１１ ２２ 第５図
方を示す等価電気回路、第３図−） ｅ （ｂ） を第
４図（ａ） 、 （ｂ）は、本発明の計算に用いられる
定数を示す図、第５図（ａ） ｅ （１））ｕ ％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１
Ｌ第７図、第８図は、本発明の計算による駆動電圧のグ
ラフ、第９図は本発明の計算によるインピーダンス比Ｒ
と駆動電圧の関係を示すグラフ、第１０図Ｆｉ畿勤板の
厚さと音響容量との関係の一例を示すグラフ、第１１５
Ａ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。 Ｃ・・・・・・・振動系の音響容量 Ｏ１・・・・・・加圧室の音響容量 ｍ雪・・・・・・供給部のイナータンスｒ３・・・・・
・供給部の音響抵抗 ｍｌ・・・・・・ノズル部のイナータンスｒ、・・・・
・・ノズル部の音響抵抗 １１・・・・・・圧電素子 １２・・・・・・振動板 第２Ｉ１１ ２２ 第５図
Claims (2)
- （１）圧電素子への信号印加により加圧室の容積を増大
し、印加信号を解い六時の加圧室の容積減少によりノズ
ルからインク射出を行ない、力１つノズル形状等により
定められた流路系に対し、圧電素子を含むＩＩＩＩｌ系
の青畳容量ａｏｔ−５ただし ｆ（シ、τ）＝−−ｅｘｐ（−Ｄｔ）ｍａｔ−１−ｓｉ
ｐ［−Ｄ（ｔ−τ）］血ｍ（ｔ−τ）τ：印加パルス幅
ｔ：時間 を畝： ｒ（ｔ、、ｙ）を最大にする時間９１：Ｅ電素
子圧力 Ｋ：比例定数Ｃシ：圧電素子電気容量 マ扉：インタ射出速度 ム：ノズル断面積ｍｓ：ノズル
系流体イナータンス ０：加圧室内の圧縮性を考慮し穴音響容量り＝減衰係数
に角周波数 で表わされる駆動電圧ｖｔ最低にするよりなＣＯ付近の
値に選んだことｔ＊徴とするインクジェット印刷装置。 - （２）印加パルス幅Ｖ９時間ｔｎ、圧カーが、τ ＝
− ｒ＋ａｒｃｔａｎ（Ｊ／Ｄ） を轟＝ で表わされることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のインクジェット印刷装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10429081A JPS585272A (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 |
|---|---|---|---|
| JP10429081A JPS585272A (ja) | 1981-07-02 | 1981-07-02 | インクジエツト印刷装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS585272A true JPS585272A (ja) | 1983-01-12 |
Family
ID=14376793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10429081A Pending JPS585272A (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) | JPS585272A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60196358A (ja) * | 1984-03-19 | 1985-10-04 | Fujitsu Ltd | インクジエツトヘツド |
| WO1996008374A1 (en) * | 1994-09-16 | 1996-03-21 | Videojet Systems International, Inc. | Method and apparatus for continuous ink jet printing |
| US6702431B1 (en) | 1999-01-29 | 2004-03-09 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head and image recording apparatus incorporating the same |
| CN102496681A (zh) * | 2011-11-29 | 2012-06-13 | 辉芒微电子（深圳）有限公司 | 压电传感器的模拟电路 |
-
1981
- 1981-07-02 JP JP10429081A patent/JPS585272A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60196358A (ja) * | 1984-03-19 | 1985-10-04 | Fujitsu Ltd | インクジエツトヘツド |
| WO1996008374A1 (en) * | 1994-09-16 | 1996-03-21 | Videojet Systems International, Inc. | Method and apparatus for continuous ink jet printing |
| US5646663A (en) * | 1994-09-16 | 1997-07-08 | Videojet Systems International, Inc. | Method and apparatus for continuous ink jet printing with a non-sinusoidal driving waveform |
| US6702431B1 (en) | 1999-01-29 | 2004-03-09 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head and image recording apparatus incorporating the same |
| CN102496681A (zh) * | 2011-11-29 | 2012-06-13 | 辉芒微电子（深圳）有限公司 | 压电传感器的模拟电路 |
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