JPS62174163A - Drop on demand ink jet head - Google Patents

Drop on demand ink jet head

Info

Publication number
JPS62174163A
JPS62174163A JP21021786A JP21021786A JPS62174163A JP S62174163 A JPS62174163 A JP S62174163A JP 21021786 A JP21021786 A JP 21021786A JP 21021786 A JP21021786 A JP 21021786A JP S62174163 A JPS62174163 A JP S62174163A
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JP
Japan
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ink
piezoelectric element
pressure chamber
mode
nozzle
Prior art date
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Pending
Application number
JP21021786A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryosuke Uematsu
上松 良介
Toyoji Shioda
潮田 豊司
Hiromichi Fukuchi
福地 弘道
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Publication of JPS62174163A publication Critical patent/JPS62174163A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
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    • B41J2/04Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable micro ink droplets to be formed by installing a piezoelectric element at a position corresponding to the loop of an amplitude in a waveform of any high order mode among other oscillation modes of intrinsic pressure oscillation generated in a pressure chamber and driving the piezoelectric element on a drive signal which meets the phase of the mode. CONSTITUTION:The constitution of an ink jet head is basically the same as that of the conventional head. However, the former differs in that the length of a piezoelectric element 9 and its fixing position are determined based on the analytic results of an intrinsic pressure wave oscillation mode. That is, a part encircled by a dotted line represents a piezoelectric element fixing position or a length between the first node 18 and the second node 19 of the intrinsic pressure wave oscillation mode. Further the piezoelectric element is arranged so that it may meet the position of a loop 20 sandwiched between these nodes. The size of a jet channel system is predetermined in such a way that the bottom 20 may fit into the range of a pressure chamber. When a high-order intrinsic pressure wave oscillation mode is selectively excited, a sharp speed response can be obtained and the volume of an ink droplet is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、情報処理装置のデータ出力を行なうためのプ
リンタに関し、詳しくは印字を行なうたメツドロップオ
ンデマンドインクジェットヘッドに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a printer for outputting data from an information processing device, and more particularly to a drop-on-demand inkjet head for printing.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種のへヴドの一例として、例えば第10図(
al e (b) 、 (C)に示すものが既に知られ
ている。
Conventionally, as an example of this type of hevd, for example, Fig. 10 (
Those shown in al e (b) and (C) are already known.

同図(a)は平面図t−1(b)は弾性プレー)4t−
除いた平面図を%(C)はそのB−B’断面図を示す。
(a) is a plan view t-1 (b) is an elastic play) 4t-
%(C) shows the BB' sectional view of the plan view excluding the plan view.

この種のヘッドは図に示すように、インク滴を噴射する
ノズル1と、インクに圧力を発生する圧力室3と、圧力
室3から前記ノズル1ヘインクを圧力伝播、輸送する導
通路2と、インクを外部から一時的にヘッド内に蓄える
インク室5と、インク室5から圧力室3ヘインクを供給
する供給路4とで構成さ1.た噴射チャンネル系統から
構成されておシ、噴射チャンネル系統および、インク室
を構成するノズルプレート8、ノズルプレート8と共に
圧力室3を構成する弾性プレート702枚のプレートを
接合し、圧力室3の真上に電気機械変換手段として、例
えば圧電素子6を貼付けて、形成てれている。この圧電
素子6の両電極面に記録信号に応じた゛電圧を印加する
ことにより、圧電素子6を伸縮変化させて、弾性プレー
ト7をたわませ、圧力室3の瞬間的な容積変化を生じせ
しめる。この容積変化により、圧力室3内のインクに圧
力波が発生し、その圧力波が導通路2を介してノズル1
に伝播シ、ノズル内のインクの圧力を急激に上昇させる
ことによってノズル1からインク滴16’(5噴射する
。このインク滴16が、媒体上に付着することによ)、
記録が行なわれる。印加電圧除去後は、時間の経過と共
に、インク室5から供給路4を介して圧力室3内にイン
クが充填され、かつノズル1にもインクのメニスカス1
7(液面の凹凸)の表面張力により充填さし、初めの状
態に復帰する。この様な構成のヘッドの例としては、特
公昭53−12138号公報等が挙げられる。そのイン
クの挙動に関しては、圧電素子に駆動パルスを与え始め
る時刻金0として、ノズル部インクが圧力波によってノ
ズル外側に動き始める時刻k tt 、その後インクが
インク柱としてノズルから押し出さ61次にインク柱後
部がノズル内に引き込11逐には、インク柱がインク滴
として分離する時刻をt冨とすると、ノズル部でのイン
ク速度’e V (t)、ノズル断面′!JReAとし
て、インク滴体積Qは、おおよIそ、 と表わせる。
As shown in the figure, this type of head includes a nozzle 1 that ejects ink droplets, a pressure chamber 3 that generates pressure on the ink, and a conduction path 2 that pressure propagates and transports the ink from the pressure chamber 3 to the nozzle 1. It consists of an ink chamber 5 that temporarily stores ink in the head from the outside, and a supply path 4 that supplies ink from the ink chamber 5 to the pressure chamber 3.1. The jet channel system, the nozzle plate 8 that constitutes the ink chamber, and the elastic plate 70 that constitutes the pressure chamber 3 together with the nozzle plate 8 are joined together to form the pressure chamber 3. For example, a piezoelectric element 6 is attached thereon as an electromechanical conversion means. By applying a voltage corresponding to the recording signal to both electrode surfaces of the piezoelectric element 6, the piezoelectric element 6 is expanded and contracted, the elastic plate 7 is deflected, and the volume of the pressure chamber 3 is instantaneously changed. . This volume change generates a pressure wave in the ink inside the pressure chamber 3, and the pressure wave is transmitted to the nozzle 1 via the guide path 2.
When the ink droplets 16' (5 are ejected from the nozzle 1) by rapidly increasing the pressure of the ink in the nozzle, the ink droplets 16 are deposited on the medium.
Recording is done. After the applied voltage is removed, as time passes, ink is filled into the pressure chamber 3 from the ink chamber 5 via the supply path 4, and an ink meniscus 1 is also formed in the nozzle 1.
7 (unevenness of the liquid surface) causes the liquid to fill and return to its initial state. An example of a head having such a structure is disclosed in Japanese Patent Publication No. 12138/1983. Regarding the behavior of the ink, the time 0 when a driving pulse starts to be applied to the piezoelectric element is the time k tt when the ink in the nozzle section starts to move outside the nozzle due to pressure waves, and then the ink is pushed out from the nozzle as an ink column 61 Next, the ink column When the rear part is drawn into the nozzle, if the time at which the ink column separates into ink droplets is t, then the ink velocity at the nozzle part 'e V (t), the nozzle cross section'! As JReA, the ink droplet volume Q can be approximately expressed as I.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ドツトマトリックスによって記録を構成する記録方式に
おいて、比較的高解像度の記録を行なおうとすると、個
々の記録ドラトラ高密度に記録する必要があるが、特に
、インクジェット記録方式においては、ただ単にインク
滴を高密度に打ち込んだのでは記録媒体上の単位面積当
たルのインク伺着量が増加してしまうため、記録用紙に
よっては、インクが媒体上で流1.た一す、にじんでし
まう等の問題が起こった。従って、高解像厩の記録を行
なうためには、インク滴の体積を小さくする必要がある
。そのために、インク滴体稿Qを小ざくする第1の方法
として、第1式におけるノズル面積Aを小さくする方法
が考えらj、るが、径の小さなノズルは加工そのものが
難しい上、ノズルの目詰まり等も生じ易くな力、プリン
タの信頼性を低下させるという欠点があり、実用上限界
があった。
In a recording method that configures recording using a dot matrix, in order to perform relatively high-resolution recording, it is necessary to record each recording dot at a high density.In particular, in the inkjet recording method, it is necessary to simply print ink droplets. If the ink is applied at a high density, the amount of ink adhering to the recording medium per unit area will increase, so depending on the recording paper, the ink may flow on the medium. Problems such as smearing and smudging occurred. Therefore, in order to perform high-resolution recording, it is necessary to reduce the volume of ink droplets. For this reason, the first method to reduce the size of the ink droplet body Q is to reduce the nozzle area A in the first equation, but it is difficult to process a small diameter nozzle, and the nozzle size is It has the drawbacks of easily causing clogging, etc., and lowering the reliability of the printer, and has limitations in practical use.

又、第2の方法として考えら1.る、ノズル部のインク
速度V(t)を小さくすることによルインク滴体積Qe
小さくする方法では、ノズル部のインク速度v (tl
を小さくすると、同時にインク滴速度も遅くなってしま
う。しかし、インク滴速度が遅くなると、インク滴径が
小さくなることとあいまって風等の外乱の影響を受けや
すくなるために、記録ドツトの位置決め積置が悪化し印
字品質の低下を招くのみならす、インク滴がノズル面に
付着してノズル内への気泡巻き込みの原因となり、イン
ク滴噴射の安定性が悪化したシする等の大きな問題があ
った。一方、インク滴体積Qffi小さくすることを考
えず、優先的にインク滴速度を最適状態とした場合でも
、ノズル面積Aに対し、て、インク滴体積Qが大きいの
みならず、インク滴噴射状態をホ丁第3図(a)に示さ
れるように、ノズルから噴射さtLるインクが長いイン
ク柱21を形成して、サテライ)22が発生する場合が
あ夛、この場合、やは覗、印字品質?損なうという問題
があった。
Also, as a second method, consider 1. By reducing the ink velocity V(t) at the nozzle, the ink droplet volume Qe can be reduced.
In the method of decreasing the ink velocity v (tl
If the ink droplet speed is made smaller, the ink droplet speed also becomes slower. However, when the ink droplet speed becomes slower, the diameter of the ink droplet becomes smaller and the ink droplet becomes more susceptible to external disturbances such as wind, which deteriorates the positioning and stacking of recording dots, which only leads to a decline in print quality. Ink droplets adhere to the nozzle surface, causing air bubbles to be drawn into the nozzle, resulting in serious problems such as deterioration of the stability of ink droplet ejection. On the other hand, even if the ink droplet velocity is preferentially set to the optimum state without considering reducing the ink droplet volume Qffi, the ink droplet volume Q is not only large compared to the nozzle area A, but also the ink droplet ejection state is As shown in Figure 3(a), there are many cases where the ink ejected from the nozzle forms a long ink column 21 and a satellite 22 occurs. quality? There was a problem with damage.

なた、インク滴体積Qを小さくする第3の方法は、前記
噴射チャンネル系統全体の長さを短縮化することにより
、固有周期を小さくシ、第1式におけφさくするもので
あるが、噴射チャンネル系統をマルチノズル化する場合
、噴射チャンネル系統全体を所要の長さにすることには
限反があり、やはり実用上問題があった。
The third method for reducing the ink droplet volume Q is to shorten the length of the entire ejection channel system to reduce the natural period and φ in the first equation, When the injection channel system is made into a multi-nozzle system, there is a limit to making the entire injection channel system a required length, which also poses a practical problem.

更に、一般に、インク滴速度は、第9図(a)に例が示
さn、るように、インク滴生成周波数によって変動する
。このインク滴速度変動は、前のインク滴噴射の際に発
生さtた圧力波の残留振動が、まだ十分減衰していない
うちに次のインク滴噴射を行うことにより発生する。こ
のため、インク滴生成周波数が高くなるに従い、即ちイ
ンク滴噴射の時間間隔が短くなるに従い、速度変動が大
きくなり、実用可能な駆動周波数の上限が制限さn、て
いた0 本発明の目的は、上記欠点を解決し、困難な微小ノズル
加工を必要とせず、又、インク滴速度の低下を招くこと
なくノズル径に比較して微小なインク滴形成が可能であ
り、なおかつ、サテライト発生のない安定なインク滴噴
射と、インク滴生成周波数に対するインク滴速度変動が
小さいという特徴を合わせ持つドロップオンデマンドイ
ンクジェットヘッドを提供することである。
Furthermore, ink drop velocity generally varies with ink drop generation frequency, as illustrated in FIG. 9(a). This ink droplet velocity variation is caused by ejecting the next ink droplet before the residual oscillations of the pressure waves generated during the previous ink droplet ejection have been sufficiently damped. Therefore, as the ink droplet generation frequency becomes higher, that is, as the time interval of ink droplet ejection becomes shorter, the speed fluctuation becomes larger, and the upper limit of the practical driving frequency is limited. , which solves the above drawbacks, does not require difficult micro-nozzle processing, can form ink droplets that are smaller than the nozzle diameter without causing a decrease in ink droplet speed, and does not generate satellites. It is an object of the present invention to provide a drop-on-demand inkjet head that has the characteristics of stable ink droplet ejection and small ink droplet speed fluctuations with respect to the ink droplet generation frequency.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、少なくとも、圧力室と、前記圧力室の一端に
設けられたノズルと、前記圧力室の容積変化を生じさせ
るために取り付けた圧電素子全具備し、前記圧電素子に
電気信号を印加することで圧力室の容積変化を瞬時に生
じ、噴射圧を発生させて、インク滴を噴射するドロップ
オンデマンドインクジェットヘッドにおいて、噴射チャ
ンネル系統内で発生するインクの圧力波固有振動の振動
モードのうちの任意の高次モードの波形における振幅の
腹の部分に対応する位置のうちの1個あるいは複数個の
位置に、圧電素子を取り付け、こ詐ら金そのモードの固
有周期と位相の一致した駆動波形で駆動することにより
、前記問題点を解決したO 〔作用〕 前記の通りある特定のモードに対応する位置に取カ付け
られた圧電素子を、前記の通シこのモードに位相の一致
した駆動波形で駆動すると、噴射チャンネル系統内には
この特定の固有振動モードが選択的に励起される。この
場合、このモードよシも低次のモードの成分が極めて少
ないため、周期の短い圧力波が発生し、第1式における
積分乾季さくなり、インク滴速度低下を招くことなく、
比較的微小なインク滴が得られる。また、このモードよ
フも高次のモードの成分も少ないので、サテライトの発
生もなく安定したインク滴飛翔特性を持つ。更に、一般
に、高周波の振動はど粘性による減衰を大きく受けるが
、本発明の場合、前記モードよりも低次のモードを含ん
でいないため、インク滴噴射後の残留振動が比較的早く
減衰し、その結果、比較的高い駆動周波数領域でもイン
ク滴噴射速匿の変動が小さくなる。
The present invention includes at least a pressure chamber, a nozzle provided at one end of the pressure chamber, and a piezoelectric element attached to cause a change in volume of the pressure chamber, and applying an electric signal to the piezoelectric element. In a drop-on-demand inkjet head that instantaneously changes the volume of the pressure chamber and generates an ejection pressure to eject ink droplets, this is one of the vibration modes of the natural vibration of the ink pressure wave that occurs within the ejection channel system. A piezoelectric element is attached to one or more of the positions corresponding to the antinodes of the amplitude in the waveform of an arbitrary higher-order mode, and a driving waveform whose phase matches the natural period of that mode is generated. [Operation] As described above, a piezoelectric element installed at a position corresponding to a certain specific mode is driven by a drive waveform whose phase matches that mode. When driven with , this specific natural vibration mode is selectively excited within the injection channel system. In this case, since there are very few low-order mode components in this mode, a pressure wave with a short period is generated, and the integral dry period in the first equation becomes shorter, without causing a decrease in the ink droplet velocity.
Relatively small ink droplets are obtained. In addition, since there are few components of this mode or higher-order modes, the ink droplets have stable ink droplet flight characteristics without the generation of satellites. Furthermore, in general, high-frequency vibrations are greatly attenuated by viscosity, but in the case of the present invention, since a mode lower than the above-mentioned mode is not included, residual vibrations after ejecting an ink droplet are attenuated relatively quickly. As a result, fluctuations in ink droplet ejection speed are reduced even in a relatively high drive frequency range.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。第1図が本発明の第1の実施例を示す図であり
、同図(a)は噴射チャンネル系統の形状を、(b)は
有限要素法によって求めたこの噴射チャンネル系統の圧
力波の固有振動モードの内の3次のモード全売している
。第1図(a)に示すヘッドの構成は基本的には前述の
第10図に示すヘッドの構成と同様であるが、第1図(
b)に示さnる圧力波固有振動モードの解析結果を基に
、圧電素子9の長さ及び、取カ付は位置が決定されてい
る点が異なっている。第1図(alの点線で囲われてい
る部分が圧電素子9の取っ付は位置を示しており、同図
(blに示す圧力波固有振動モードの第1の節18と第
2の節19との間の長さで、かつ七牡らの節に挾まれた
腹20の位置に一致するよう配置さ牡ている。なお、腹
20が圧力室の部分の範囲内に入るよう、同図(a)の
噴射チャンネル系統の寸法が予め定められている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the first embodiment of the present invention, in which (a) shows the shape of the injection channel system, and (b) shows the characteristic of the pressure wave of this injection channel system obtained by the finite element method. The 3rd vibration mode is all sold out. The structure of the head shown in FIG. 1(a) is basically the same as the structure of the head shown in FIG.
The difference is that the length and mounting position of the piezoelectric element 9 are determined based on the analysis result of the pressure wave natural vibration mode shown in b). The part surrounded by the dotted line in Fig. 1 (al) shows the mounting position of the piezoelectric element 9, and the part surrounded by the dotted line in Fig. 1 (al) shows the mounting position of the piezoelectric element 9, and It is arranged so that the length between the two and the position of the belly 20 which is sandwiched between the nodes of the seven pillars coincides with the position of the belly 20.In addition, the belly 20 is placed within the range of the pressure chamber part. The dimensions of the injection channel system in (a) are predetermined.

第2 図(al 、 (b)にヘッドのノズルの部分の
インク流速変化をシミユレーシヨンによって求めた結果
を示す。同図(a)は、従来のヘッドの速度過渡応答を
、同図(b)は、本実施例の速度過渡応答を示してド全
選択的に励起した場合、先鋭な速度応答が得すなわち第
2図における斜線部の面積が小さくなシ、インク滴体積
も小さくなる。また、実験においても本実施例のインク
滴噴射状態は、前述の第3図(a)の従来ヘッドの場合
のようにノズルから押]へ10− し出されたインクが長い柱状(同図(a)の21)に突
出する状態にはならず、同図(b)に示されるようにイ
ンク柱の切れが良く、同図(alに示されるようにサテ
ライト22が発生せず、比較的微小なインク滴24が形
成される艮好な噴射状態が得られた。
Figure 2 (al) and (b) show the results obtained by simulation of the change in ink flow velocity at the nozzle part of the head. Figure 2 (a) shows the speed transient response of the conventional head, and Figure 2 (b) shows the , when the velocity transient response of this example is shown and fully selectively excited, a sharp velocity response is obtained, that is, the area of the shaded part in FIG. 2 is small, and the ink droplet volume is also small. 3(a), the ink ejected from the nozzle is in the form of a long column (as shown in FIG. 3(a)). 21), the ink column is well cut as shown in the same figure (b), and the satellite 22 is not generated as shown in the same figure (al), and the ink droplet is relatively small. A good injection condition in which 24 particles were formed was obtained.

第4図が、本発明の他の実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

同図(a)は平面図を、(b)は弾性プレート4を除い
た平面図e、tc+はそのA−A’断面図を示す。図示
上の都合により、ヘッド各部の縮尺は実際の試作ヘプト
とは異分っている。ヘッドは、ノズル1、キャパシティ
室12、インク供給孔13、圧力室3、供給路4、及び
、インク室5を構成するノズルプレート8、ノズルプレ
ート8と共に噴射チャンネルを構成する弾性プレート7
、第2のインク供給路14、及び、インク室5の一部を
構成するインク供給路プレート1503枚のプレートラ
接合し、圧力室3の真上に圧電素子(IIIO,圧電素
子(II)11を貼勺付けて形成されている。
3(a) is a plan view, (b) is a plan view e excluding the elastic plate 4, and tc+ is a sectional view taken along the line AA'. For convenience of illustration, the scale of each part of the head is different from that of the actual prototype Hept. The head includes a nozzle 1, a capacity chamber 12, an ink supply hole 13, a pressure chamber 3, a supply path 4, a nozzle plate 8 which constitutes an ink chamber 5, and an elastic plate 7 which constitutes an ejection channel together with the nozzle plate 8.
, the second ink supply path 14 and the three ink supply path plates 150 constituting a part of the ink chamber 5 are joined together, and a piezoelectric element (IIIO, piezoelectric element (II) 11 It is formed by pasting the .

第5図は、実際の試作ヘッドにおける噴射チャンネル系
統の圧力固有振動モードと、ヘッドの形状及び圧電素子
取付位置との位置関係を示しており、同図(a)が噴射
チャンネル系統の形状及び圧電素子取付位置を、同図(
b)が有限要素法によって求めたこの噴射チャンネル系
統の圧力波の固有振動モードの内の5次のモードを示し
ている。第5図(b)に示される圧力波固有振動モード
の解析結果を基に、圧電素子(I) 10.圧電素子(
If)11は、このモードの節25.26.27で区切
られた腹28.290部分に対応する位置に、それぞれ
取り付けられている。また、この時、各次数のモードに
対応する固有周期も同時に求ま夛、1次〜5次のモード
の固有周期は、それぞれ878μ秒、22.3μ秒、1
28μ秒、9.1μ秒、6.9μ秒である。
Figure 5 shows the pressure natural vibration mode of the injection channel system in an actual prototype head, and the positional relationship between the shape of the head and the mounting position of the piezoelectric element. The element mounting position is shown in the same figure (
b) shows the fifth-order mode of the natural vibration modes of the pressure waves of this injection channel system determined by the finite element method. Based on the analysis results of the pressure wave natural vibration mode shown in FIG. 5(b), piezoelectric element (I) 10. Piezoelectric element(
If) 11 are respectively attached at positions corresponding to the antinodes 28 and 290 portions delimited by the nodes 25, 26 and 27 of this mode. At this time, the natural periods corresponding to the modes of each order are also found at the same time, and the natural periods of the 1st to 5th modes are 878 μs, 22.3 μs, and 1 μs, respectively.
They are 28 μsec, 9.1 μsec, and 6.9 μsec.

ここで、第5図(blに示される5次モードの固有周期
τ5と一致するような位相を有する駆動パルス、例えば
第7図(61、(flK示されるような駆動パルスを各
圧電素子に印加する。駆動回路のブロック図を第6図に
、各部の信号タイミングを第7図(a)〜(f)に示す
Here, a drive pulse having a phase matching the natural period τ5 of the fifth-order mode shown in FIG. 5 (bl), for example, a drive pulse as shown in FIG. A block diagram of the drive circuit is shown in FIG. 6, and signal timings of each part are shown in FIGS. 7(a) to (f).

、先ず印字データ30を、印字を行うとき1に、印字を
行わないときはOにセットした後、印字タイミング31
を与える。印字タイミング31の立ち上が一すエッジに
より、印字パルス発生回路34は、パルス巾τ5の印字
パルス(第7図(d)1発生し、アンド回路36によシ
印字データ30とアンドが取られ、ドライバ38の入力
となる。印字データが1のときには、第7図(flに示
てれる駆動パルスが圧電素子fWIIIFc印加される
。一方、印字タイミング31は、遅延回路32により%
の遅延を受けた後、同様に印字発生回路33によりパル
ス巾7にの印字パルス(第7図(C))を発生し、印字
データ30とアンドが取られた後、ドライノ(37に伝
えられる。印字データが1のときには、第7図(e)に
示されるように、圧電素子(It)11に印加される駆
動パルスに対して7区の遅延を受けた駆動パルスが、圧
電素子(IIIOに印加される。また、マルチノズルヘ
ッドの場合には、印字タイミング31、遅延回路32、
印字パルス発生回路33.34は共通に用い、各噴射チ
ャンネル毎に、印字データ30.アンド回路35.36
、ドライノ(37、38に相当する回路を設け、その噴
射チャンネルの圧電素子を駆動する。第7図(e)、(
f)のような駆動パルスを印加することによシ、圧力室
内には、5次モードの圧力固有振動が選択的に励起され
る。
, First, set the print data 30 to 1 when printing is to be performed, and to O when not to print, and then set the print timing 31.
give. Due to the rising edge of the print timing 31, the print pulse generation circuit 34 generates a print pulse (FIG. 7(d) 1) with a pulse width τ5, which is ANDed with the print data 30 by the AND circuit 36. , becomes an input to the driver 38. When the print data is 1, the drive pulse shown in FIG.
After receiving a delay of When the print data is 1, as shown in FIG. In addition, in the case of a multi-nozzle head, the print timing 31, the delay circuit 32,
The print pulse generation circuits 33 and 34 are used in common and print data 30.34 is used for each ejection channel. AND circuit 35.36
, a circuit corresponding to Drino (37, 38) is provided to drive the piezoelectric element of the injection channel. Fig. 7(e), (
By applying a driving pulse such as f), a fifth-order mode pressure natural vibration is selectively excited within the pressure chamber.

この場合の、圧力室内の圧力伝播の様子を時間の経過と
共に示したものが、第8図である。ここにおりて、5次
モードの固有周期τ5は、1次や3次等のモードの固有
周期τ1やτ3、に比べて非常に短いため、第1式にお
ける積分範囲11〜t2が非常に小さくな9、インク滴
体積Qも小さくなる。本実施例の場合、ノズル1は矩形
断面を有し、そのサイズは40μmX70μmであるが
、第7図に示される駆動パルスで駆動することにより、
直径40μm の微小インク滴凱従来のヘッドと同じ約
4 m/s  のインク滴速度で、サテライトの発生な
く安定に噴射することができた。
FIG. 8 shows how the pressure propagates within the pressure chamber over time in this case. Here, the natural period τ5 of the 5th mode is very short compared to the natural periods τ1 and τ3 of the 1st and 3rd modes, so the integral range 11 to t2 in the first equation is very small. (9) The ink droplet volume Q also becomes smaller. In the case of this embodiment, the nozzle 1 has a rectangular cross section and its size is 40 μm x 70 μm, but by driving with the drive pulse shown in FIG.
It was possible to stably eject minute ink droplets with a diameter of 40 μm at the same ink droplet speed of about 4 m/s as with conventional heads without generating satellites.

ここで比較した従来のヘッドとは、インク流路の構成、
寸法は、本実施例と全く同一である力11圧電素子の枚
数、大きさ、取り何社位置が本実施例と異なっており、
第11図(a)IK−示すように、圧方案の長さ全体に
渡って一枚の圧電素子37を取り付けたものである。同
図(b)には、この噴射チャンネル形状の固有振動モー
ドの内の1次から5次のモードが示されているが、図か
ら明らかなように、圧電素子37の取り付は位置は、ど
のモードとも対応しておらず、この場合のインク滴径は
、直径約80μm であった。また、こわらのヘッドの
インク滴生成周波数に対するインク滴速度をグラフにし
たものが第9図である。縦軸のインク滴速度は、各々5
00Hzの駆動周波数におけるインク滴速度によって正
規化した相対速度で表されている。第9図(a)が従来
のヘッドの場合、第9図(b)が本実施例の場合を示す
。従来のヘッドの場合には7kHz以上ではインク滴速
度の変動が激しく、実用的には6kHz 程度が限界で
あるのに対し、本実施例の場合、実験環境上の制約によ
[15kHz以上の駆動周波数の場合については測定し
ていないが、測定範囲内ではインク滴速度の変動は小さ
く、少なくとも15kHz程度でも十分実用可能な特性
を示している。
The conventional heads compared here differ in the configuration of the ink flow path,
The dimensions are exactly the same as in this example, but the number, size, and position of the piezoelectric elements are different from this example.
As shown in FIG. 11(a) IK--, one piezoelectric element 37 is attached over the entire length of the piezoelectric device. The first to fifth modes of the natural vibration modes of the injection channel shape are shown in FIG. It does not correspond to any mode, and the ink droplet diameter in this case was about 80 μm. FIG. 9 is a graph showing the ink droplet velocity versus the ink droplet generation frequency of the stiff head. The ink droplet speed on the vertical axis is 5
The relative velocity is expressed as normalized by the ink drop velocity at a driving frequency of 00 Hz. FIG. 9(a) shows the conventional head, and FIG. 9(b) shows the case of this embodiment. In the case of a conventional head, the ink droplet speed fluctuates drastically at a frequency of 7 kHz or higher, and the practical limit is about 6 kHz. Although the frequency was not measured, the variation in the ink droplet velocity was small within the measurement range, and it showed sufficiently practical characteristics even at at least about 15 kHz.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は、以上説明したように、圧力室内で発生するの
圧力固有振動の振動モードのうちの任意の高次モードの
波形における振幅の腹の部分に対応する位置に、1個あ
るいは複数個の圧電素子を取り付け、前記モードの位相
に一致する駆動信号によって前記圧電素子を駆動するこ
とにより、困難な微小ノズル加工をすることなく、また
、インク適速度の低下金招くことなく、ノズル径に比較
して微小なインク滴形成が可能となる効果が有り、なお
かつ、サテライト発生のない安定なインク滴噴射が実現
されるという効果と、インク滴生成周波数に対するイン
ク滴速度変動が小さく、高い駆動周波数まで実用可能と
なるという効果を有するものである。
As explained above, the present invention provides one or more vibrations at a position corresponding to the antinode of the amplitude of the waveform of any higher-order mode among the vibration modes of the natural pressure vibration generated in the pressure chamber. By installing a piezoelectric element and driving the piezoelectric element with a drive signal that matches the phase of the mode, it is possible to reduce the size of the nozzle compared to the nozzle diameter without having to perform difficult micro-nozzle processing or reducing the appropriate ink speed. This has the effect of making it possible to form minute ink droplets, and also realizes stable ink droplet ejection without the generation of satellites.The ink droplet velocity fluctuation with respect to the ink droplet generation frequency is small, and it can be used even at high drive frequencies. This has the effect of making it practical.

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

第1図は、本発明の実施例における噴射チャンネルの形
状及び圧電素子取付位置と、圧力固有振動の3次のモー
ドとの位置関係を示す図、第2図は、ノズル部における
インク流速を示す図。第3図はインクの飛翔状態を示す
図。第4図(al 、 (b) 。 (C)は、本発明の他の実施例を示す図であり、(a)
は平面図’i、(b)は弾性プレートを除いた平面図を
、(C)はA−A’断面図を示す。第5図は、実施例に
おける噴射チャンネルの形状及び圧電素子取付位置と、
圧力固有振動の5次のモードとの位置関係を示す図。第
6図は、実施例における圧電素子駆動回路のブロック図
を、第7図は、この駆動回路における各部の信号と、圧
電素子に与えら詐る駆動パルスを示す図である。第8図
は、噴射チャンネル内の圧力伝播の様子を時間の経過と
共に示した図。第9図は、圧電素子の駆動周波数とイン
ク滴速度との関係を示す図。第10図(a) 、 (b
) 、 (C)は、ドロップオンデマンドインクジェッ
トヘッドの構成を示す図で、(a)は平面図を、(b)
は弾性プレートを除いた平面図t、(C)はA−A’断
面図を示す。 第11図は、従来のヘッドにおける圧電素子取付図にお
いて、1はノズルを、2は導通路を、3は圧力室を、4
は供給路を、5はインク室を、6.9.10,11,3
7は圧電素子を、7は弾性プレートを、8はノズルプレ
ートを、12はギヤノ(シティ室を、13はインク供給
孔を、14は第2のインク供給路を、15はインク供給
路プレートf7マρ詠 ル主(ρ(と /((慎ぐ≦0才IN ! 旨 宣  淀 ○ 6〜ノー臂 マ葦鞭(6(k耳掛 〃事薪6ぐン科財
FIG. 1 is a diagram showing the positional relationship between the shape of the ejection channel and the mounting position of the piezoelectric element and the third mode of pressure natural vibration in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the ink flow velocity in the nozzle part. figure. FIG. 3 is a diagram showing the flying state of ink. FIG. 4 (al, (b)). (C) is a diagram showing another embodiment of the present invention, (a)
shows a plan view 'i', (b) shows a plan view with the elastic plate removed, and (C) shows a sectional view taken along line A-A'. FIG. 5 shows the shape of the injection channel and the mounting position of the piezoelectric element in the example,
The figure which shows the positional relationship with the 5th mode of pressure natural vibration. FIG. 6 is a block diagram of a piezoelectric element drive circuit in the embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing signals of various parts in this drive circuit and drive pulses that are applied to the piezoelectric element. FIG. 8 is a diagram showing the state of pressure propagation within the injection channel over time. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the drive frequency of the piezoelectric element and the ink droplet velocity. Figure 10 (a), (b
), (C) are diagrams showing the configuration of a drop-on-demand inkjet head, (a) is a plan view, (b) is a top view.
(C) shows a plan view t excluding the elastic plate, and (C) shows a sectional view taken along line AA'. FIG. 11 is a piezoelectric element installation diagram in a conventional head, where 1 indicates a nozzle, 2 indicates a conduction path, 3 indicates a pressure chamber, and 4
indicates the supply path, 5 indicates the ink chamber, 6.9.10, 11, 3
7 is a piezoelectric element, 7 is an elastic plate, 8 is a nozzle plate, 12 is a gear nozzle (city chamber), 13 is an ink supply hole, 14 is a second ink supply path, 15 is an ink supply path plate f7 Ma ρ chant master (ρ (to/((Shingu≦0 years old IN!) Proclamation Yodo ○ 6~No arm reed whip (6

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少なくとも、圧力室と、前記圧力室の一端に設け
られたノズルと、前記圧力室の容積変化を生じさせるた
めに取り付けた圧電素子を具備し、前記圧電素子に電気
信号を印加することで圧力室の容積変化を瞬時に生じ、
噴射圧を発生させて、インク滴を噴射するドロップオン
デマンドインクジェットヘッドにおいて、圧力室内で発
生する圧力固有振動モードのうちの任意の高次モードの
波形における振幅の腹の部分に対応する位置のうちの1
個あるいは複数個の位置に、圧電素子が取り付けられて
いることを特徴とするドロップオンデマンドインクジェ
ットヘッド。
(1) At least a pressure chamber, a nozzle provided at one end of the pressure chamber, and a piezoelectric element attached to cause a change in volume of the pressure chamber, and applying an electrical signal to the piezoelectric element. causes an instantaneous change in the volume of the pressure chamber,
In a drop-on-demand inkjet head that generates ejection pressure and ejects ink droplets, the position corresponding to the antinode of the amplitude of the waveform of any higher-order mode among the pressure natural vibration modes generated within the pressure chamber. No. 1
A drop-on-demand inkjet head characterized in that piezoelectric elements are attached to one or more positions.
(2)前記1個あるいは複数個の圧電素子が、前記高次
モードの振動波形と一致した位相で駆動される、特許請
求の範囲第1項記載のドロップオンデマンドインクジェ
ットヘッド。
(2) The drop-on-demand inkjet head according to claim 1, wherein the one or more piezoelectric elements are driven in a phase that matches the vibration waveform of the higher-order mode.
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