⚙️ 駆動方式の比較 / Comparison of Drive Methods
日本語 / Japanese
本ドキュメントでは、インクジェットプリントヘッドにおける代表的な駆動方式である サーマル（熱方式） と ピエゾ方式（Piezoelectric） の違いを整理します。
また、ピエゾ方式内部でも アクチュエータ構造（d31 vs d33） の違いや、駆動電圧・波形特性を補足し、各社方式の理解を支援します。
English
This document compares the two main inkjet drive methods: thermal and piezoelectric.
It also highlights classifications within piezo actuators (d31 vs. d33), along with notes on driving voltages and waveform designs,
to support understanding of each manufacturer’s approach.
🧪 1. 駆動方式の原理比較 / Principle Comparison
| 項目 / Item | サーマル（Thermal） | ピエゾ（Piezoelectric） |
|---|---|---|
| 駆動原理 / Principle | 抵抗体を加熱しインクを沸騰 → 気泡生成で吐出 | ピエゾ素子の変形で圧力を加えインクを押し出す |
| 主な材料 / Materials | ヒーター（TaN, HfB₂ 等） | PZT（Lead Zirconate Titanate） |
| 温度ストレス / Thermal Stress | 高（200〜300℃） | 低（常温〜小発熱） |
| インク制限 / Ink Limitations | 熱安定性が必要（水性染料中心） | 広範なインク対応（顔料／UV／溶剤等） |
| 特徴 / Features | 低コスト・高速応答 | 高精度・高信頼性・広い材料適用性 |
| 採用例 / Examples | Canon（BubbleJet）、HP（TIJ） | Epson, Ricoh, Fujifilm, Konica Minolta 等 |
🔍 2. ピエゾ素子構造の分類 / Piezoelectric Actuator Types
◽ d31モード（横方向変位 / Lateral Deformation）
- 構造 / Structure: バルク積層型（旧世代ヘッドに多い）
- 動作 / Operation: 電界で素子が横方向に収縮 → キャビティを圧縮
- 特徴 / Features:
- 高耐久・シンプル構造
- 駆動電圧はやや高め（30〜40V）
- 応答速度は中程度
◽ d33モード（縦方向変位 / Vertical Deformation）
- 構造 / Structure: 薄膜PZT／MEMS構造（例：μTFP）
- 動作 / Operation: 電界で縦に伸縮し、インク室を直接圧縮
- 特徴 / Features:
- 高密度実装が可能（300〜600 dpi）
- 応答性・エネルギー効率に優れる
- 微細MEMSプロセスが必要
⚡ 3. 駆動電圧と波形設計 / Drive Voltage & Waveform Design
| 項目 / Item | 内容 / Notes |
|---|---|
| 電圧レベル / Voltage | サーマル：12〜24V ピエゾ：20〜40V |
| 駆動構成 / Driving Scheme | ピエゾは複数電極間の電位差で動作を制御 |
| 波形制御 / Waveform Control | パルス幅・振幅・立ち上がり制御で吐出量を最適化 |
| 特殊設計 / Special Notes | 一部では共通電極にオフセット電圧（負バイアス）を与える設計を採用 |
⚠️ 圧電材料はヒステリシス特性を持つため、抗電界を超える駆動が必要になる場合があり、波形設計が重要。
🏭 4. メーカー別採用方式 / Manufacturer Adoption
| メーカー / Manufacturer | 駆動方式 / Method | 備考 / Notes |
|---|---|---|
| EPSON | ピエゾ（d33） | 薄膜PZT + MEMS構造、高応答制御方式（詳細非公開） |
| Canon | サーマル | ヒーターによる気泡駆動（BubbleJet） |
| HP | サーマル | TIJ（Thermal InkJet）、使い捨て設計中心 |
| Ricoh | ピエゾ（d33） | MEMS型ピエゾ、高耐久設計 |
| Fujifilm | ピエゾ（d31/d33） | Dimatix 含む多様なモジュール構成 |
📌 今後の拡張予定 / Planned Extensions
- 📊 Mermaid.js による駆動方式構造図（d31 vs d33）
- 📈 波形制御の代表例とインク応答性のマッピング
- 🔬 ヒステリシスモデルと有効変位領域の可視化（例：PZT E-Vカーブ）
📚 参考資料 / References
- 特許 / Patents: JP2018-xxxxxx, US2020/xxxxxxxA1
- 技術論文 / Papers: 応用物理学会誌, SID 技術報告, JETRO レポート
- メーカー資料 / Catalogs: Epson, Fujifilm, Ricoh 他
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