JPS6327191B2 - - Google Patents

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JPS6327191B2
JPS6327191B2 JP54029021A JP2902179A JPS6327191B2 JP S6327191 B2 JPS6327191 B2 JP S6327191B2 JP 54029021 A JP54029021 A JP 54029021A JP 2902179 A JP2902179 A JP 2902179A JP S6327191 B2 JPS6327191 B2 JP S6327191B2
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JP
Japan
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ink
vibrator
ink chamber
chamber
electric signal
Prior art date
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Application number
JP54029021A
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English (en)
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JPS55121078A (en
Inventor
Hiroshi Ishii
Hiroshi Kyotani
Katsuhiko Shiojima
Hirotaka Toki
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Publication of JPS55121078A publication Critical patent/JPS55121078A/ja
Publication of JPS6327191B2 publication Critical patent/JPS6327191B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • 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
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は記録指令として入力される電気信号に
応答して、文字、記号または図形等を記録するノ
ンインパクト型記録装置に関し、特に印刷ヘツド
のオリフイスからインクを粒子化して噴射する形
式の間欠インク噴射装置に関するものである。
間欠インク噴射装置を用いた記録方式は、イン
クの小滴を記録紙に向かつて飛翔させ、記録紙上
の所定の情報パターンで付着させることにより印
刷を実行するものであり、高速印字、低騒音、普
通紙を記録紙として使用可能である等の点で非常
に有用な記録方式として注目されている。この記
録方式に用いられる間欠インク噴射装置としては
従来より、特公昭53−12138号に示されている如
く、振動子の変位を利用してインク噴射へツド内
のインク室容積を変化させ、インク室容積の増減
動作に呼応してインク滴を噴出せしめる構造のイ
ンク噴射装置が知られている。以下、このインク
噴射装置について第1図とともに説明する。
第1図は従来の電気エネルギーを機械的変位に
変換する振動子が具設されたインク噴射ヘツドの
構成図である。
インク噴射ヘツドの内部にはインクの充填され
たインク室1が設けられ、インク室1の一方の側
壁には記録紙(図示せず)に対向してオリフイス
2が配設されている。オリフイス2はインク室1
内のインクを粒子化し、記録紙に向つて噴射する
ものである。インク室1の他方の側壁にはインク
供給源(図示せず)と連通しインク室1内へイン
クを補給するための供給路3が形成されている。
インク室1の上部壁は商品名“バイモルフ”とし
て知られているピエゾ電気材料等から成る圧力板
4で構成されている。圧力板4は電気信号に応答
して急激に変位し、インク室1の容積を変化させ
る振動子である。
非記録時には、インク室1内のインクの静圧力
とオリフイス2におけるインクの表面張力とによ
り、インクは平衡状態に保持され、記録時には電
気パルスが印加されて圧力板4が作動し、インク
室1の上部壁が図中に破線で示す如く内方に変位
する。この時のインク室1の急激な容積減少に伴
なつてインク室1内のインクの一部が1個のイン
ク滴となつてオリフイス2から記録紙に向つて飛
翔する。インク滴を噴射させた後は、インク室1
の容積を復元させて元の平衡状態を形成する。以
上の動作を反復継続することにより順次インク滴
を噴射させて記録紙上に目的とする記録を実行す
る。
上記の如き構成を有するインク噴射ヘツドは印
字のための電気パルスが印加される度に印字に必
要なインク小滴が噴射されるため、インク滴形成
のタイミング制御が容易であり、インク補給も容
易に行なうことのできる非常に優れた方式ではあ
るが、反面印加される電気パルスは圧力板4を変
位せしめるエネルギーとインク室1内に充満され
たインクを急激に加圧するためのエネルギーを有
することが必要となり、従つてその駆動電圧は必
然的に高く、駆動回路、電源等が比較的高価なも
のになるという問題点を残している。
本発明は上記問題点に鑑み、技術的手段を駆使
することにより低い駆動電圧で記録動作を確立す
ることのできる新規有用なインク噴射装置を提供
することを目的とするものである。
以下、本発明を実施例に従つて図面を参照しな
がら詳説する。
第2図は本発明の1実施例であるインク噴射装
置の動作説明に供するインク噴射ヘツドの要部断
面構成図である。
第1図同様インク噴射ヘツドの内部にはインク
の充填されるインク室5が設けられ、インク室5
の一方の側壁には記録紙(図示せず)に対向する
オリフイス6が配設されている。またインク室5
の他方の側壁にはインクタンク等のインク供給源
(図示せず)と連通し、インク室5内へインクを
補給するための供給路7が開口している。供給路
7にはインクの逆流を防止するため弁機構あるい
はインクとの摩擦係数を大きくする等の手段が付
与されている。インク室5の上部壁は記録時に入
力される電気信号に応答して変位する振動子8で
構成されている。振動子8は金属薄板で圧電素子
を接着した“バイモルフ”等の弾性を有する部材
より成り、端部はインク室5の側壁と固定され、
またリード線9を介して駆動回路(図示せず)に
電気的に接続されている。
非記録時の基準状態ではオリフイス6の先端迄
毛細管現象等によりインクが供給され、インク室
5内の静圧力とオリフイス6先端のインクの表面
張力とが釣り合つてインクは流出することなく平
衡状態を維持している。またこの平衡状態を形成
するため供給路7を介してインク室5へ充填され
たインクはインク供給源側より所定の加圧力で付
勢されている。記録動作期間になると、駆動回路
よりリード線9を介して電気信号が振動子8に入
力され、振動子8が動作を開始する。この時、振
動子8は電気信号に呼応してインク室5の内容積
を増加するように外方へ変位する。振動子8の変
位に伴なつてインク供給源側より加圧力を受けて
いるインクはインク室5の容積増加分だけ供給路
7を介してインク室5内へ補給され、インク室5
はインク充満状態を維持する。次に電気信号を遮
断状態にすると変位した振動子8はその弾性力で
元の基準状態へ復帰する。この時インク室5内の
インクは振動子8により加圧され、オリフイス6
先端より単数又は複数のインク小滴となつて噴出
し、記録紙に達する。再び電気信号に振動子8に
入力するとインク室5内へインクが吸引補給さ
れ、電気信号を遮断すると振動子8に押圧されて
インク滴が墳出される。以上の動作を反復継続す
ることにより順次インク滴が記録紙に到達し、記
録紙上に情報パターンが記録される。インクの噴
出動作は振動子8の弾性復帰力を利用するもので
あるため、振動子8個有の弾性応力に基く一定の
加圧力でインクが常時押し出されることとなり、
オリフイス6先端で粒子化されるインク滴の粒径
及び運動エネルギーは常に一定の値となる。また
振動子8に印加される電気信号エネルギーは振動
子8の変位量を律するエネルギーのみでよく、振
動子8の変位に伴なつてインク室5へのインク補
給は確実に行なわれる。尚、上記駆動回路は記録
命令に呼応してパルス電圧を発生する従来周知の
パルス発生回路で構成されている。
以下、上記実施例に示すインク噴射装置の特性
及び効果を実験データに基いて従来の記録方式と
比較しながら説明する。
振動子8を厚さ0.15mmのステンレス板と厚さ
0.25mmの圧電素子を接着した積層板で構成し、長
さ16mm、幅4mm、深さ2mmの直方体状のインク室
5の上部壁部に対応配置する。インク室5には前
面の濡れを防止するためにテフロン(四弗化エチ
レン)コーテイングした内径100μmのオリフイ
ス及び0.5Kg/cm2の圧力下で0.26c.c./秒のインク
が流入する供給路7を連通状態で配設する。供給
路7へは大気圧との差圧が0気圧でインクが供給
され得る。振動子8を矩形パルスの電気信号で駆
動した場合に於ける矩形パルスの通電幅に対する
インク噴射装置の滴化閾値電圧の変化を第3図及
び第4図に示す。横軸は通電幅Tを単位m秒で、
縦軸は滴化閾値電圧Vp-pを単位Vで表わしてい
る。第3図は第1図に示すインク噴射ヘツドの記
録動作に対応し、滴化閾値電圧は約60Vである。
一方、第4図に示す如く本実施例のインク噴射装
置では通電幅を0.2〜0.5m秒に設定することによ
り、滴化閾値電圧は約40〜45Vにまで低減され
る。従つて従来のインク噴射ヘツドに比較して約
67〜75%の駆動電圧でインク滴を噴出させること
ができる。
第5図A,Bは振動子8の変位並びに変位速度
の説明に供する説明図であり、横軸は時間tを、
縦軸は基準線を境界として上向きに噴出方向、下
向きに吸入方向の変位量及び変位速度を表わして
いる。また第5図Cは電気信号の入力波形を示す
電圧波形図である。振動子8を第5図Cの実線で
示すステツプ入力で噴出方向、即ちインク室5の
内容積を圧縮する方向へ△x変位させるように駆
動した時の振動子8の変位量x(t)、変位速度v
(t)は第5図Aに実線で示す如くステツプ応答
し、また吸入方向、即ちインク室5の内容積を拡
張する方向へ△x変位させるように駆動した時は
第5図Bに実線で示す如くステツプ応答する。
入力される電気信号をxinとすると、振動子8
の固有振動数ωn、減衰の時定数τを用いた一般
式で変位量x(t)及び変位速度v(t)を表わす
ことができ、 x(t) =xin{1−ωn/ωet/τsin(ωn+4)}…
(1) v(t)=xinωn2/ωet/τsinωt …(2) 但し(ω=ωn2−(1/τ)2 (ψ=tan-1ω・τ) となる。
ここで、第5図Cに破線で示す如く任意の時間
tpで電気信号の入力を遮断し、振動子8を基準状
態に復帰せしめると以後の変位量x′(t)、変位速
度v′(t)は第5図A,Bに破線で示す如くとな
る。上述の(1),(2)式を用いて表わすと x′(t)=x(t) −x(t−tp)・u(t−tp) …(3) v′(t)=v(t) −v(t−tp)・u(t−tp) …(4) (但しu(t)…単位ステツプ関数) となる。
上述の説明より第5図Aは第1図に示す従来の
記録動作に対応し、第5図Bは本発明の記録動作
に対応することは明白である。(4)式より明らかな
如く本発明の記録動作方式に於いては振動子8を
変位させる時間tpを適切に設定することにより振
動エネルギーを有効に利用して噴出速度を従来の
動作方式より大きくすることができ、閾値電圧の
低減効果が顕著なものとなる。
以上詳説した如く、本発明は振動子に入力され
る電気信号エネルギーでインクを加圧する必要が
なく、又、インクの滴化閾値電圧が最小近傍とな
る通電幅の電圧印加によつて、インク室の内容積
を増大する方向へ振動子を変位せしめたので電気
信号の電圧値は低く設定することができ、駆動回
路の構成が簡素化されかつ安価なものとなる。ま
たインク噴射に必要なインク加圧力は振動子の弾
性変形応力で与えられるため、動作期間中常に一
定した振動子個有の弾性強度に基く加圧力がイン
ク室内のインクに付与され、粒径及び運動エネル
ギーの均一なインク滴を制御性良く噴出せしめる
ことができる。パルス電圧の印加時に同期してイ
ンク滴を噴出する従来の動作方式ではパルス電圧
の立上り特性、立上り勾配等に変動があるとイン
クの急激な圧縮動作が不安定となりインク滴の粒
径均一化が阻害されるが、本発明の動作方式では
インク室5へのインク補給動作が不規則となるの
みであり、これは実質的に記録紙への記録に影響
を与えるものではなく、インク滴の噴出動作は前
述した如く振動子の変位に基く一定の弾性応力、
即ち復帰力で律せられるため、均一な粒径のイン
ク滴形成を動作期間中常時維持することが可能で
あり、高速駆動を必要とするインクジエツトプリ
ンターに於いては特に有効な技術的意義を有す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の振動子が具設されたインク噴射
ヘツドの構成図である。第2図は本発明の1実施
例であるインク噴射装置の動作説明に供するイン
ク噴射ヘツドの要部断面構成図である。第3図及
び第4図は電気信号の通電幅に対する滴化閾値電
圧の変化を示すグラフである。第5図A,B,C
は振動子の変位量及び変位速度の説明に供する説
明図である。 5……インク室、6……オリフイス、7……供
給路、8……振動子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 インク供給源に連通し、常時インクが充満さ
    れるインク室と、 該インク室に連通し、記録媒体にインクを噴射
    するオリフイスと、 前記インク室の壁の少なくとも一部を構成する
    振動子と、 該振動子に記録動作期間で電気信号をパルス状
    に印加し機械的変位を反復生起せしめる給電手段
    と、 を具備して成り、 非記録時では、前記インク室内のインク静圧力
    と前記オリフイスのインクの表面張力とが平衡状
    態に保持され、 記録動作期間では、前記振動子が矩形パルスの
    電気信号に呼応して前記インク室の内容積を増大
    する方向へ変位することで前記インク室へのイン
    ク補給を行い、続く前記振動子への電気信号の解
    除により該振動子の弾性的な復帰によつてインク
    滴噴出動作を行うインク噴射装置であつて、前記
    振動子を駆動する矩形パルスの電気信号の通電幅
    の変化に対するインクの滴化閾値電圧に最小値が
    存在するインク噴射装置において、 前記振動子を駆動する矩形パルスの電気信号の
    通電幅として、前記インクの滴化閾値電圧が略最
    小値となる近傍の範囲のものを用いたことを特徴
    とするインク噴射装置。
JP2902179A 1979-03-12 1979-03-12 Ink injector Granted JPS55121078A (en)

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JPS55121078A JPS55121078A (en) 1980-09-17
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