【Inkjet】🖨️ 02. inkjet-timing：圧電インクジェットにおける時間因果の可視化

topics: [“inkjet”, “制御工学”, “物理モデリング”, “可視化”, “aitl”]

📌 はじめに

圧電インクジェットは、一見すると「波形を与えて液滴が出る」だけの
単純なシステムに見えます。

しかし実際には、

• 電気（V–I）
• 機械（変位）
• 流体（圧力・流量）

という 異なる物理ドメインが、マイクロ秒オーダの時間軸で因果的に連結
されたシステムです。

本記事では、その時間因果を直感的に理解するための可視化プロジェクト
inkjet-timing を紹介します。

🧩 inkjet-timing とは

inkjet-timing は、圧電インクジェット吐出における

「同一時間軸上で、電気・機械・流体がどう因果接続されているか」

を 定性的に可視化するための教材／PoC です。

数値精度や CFD の再現ではなく、

• 時間順序
• 遅延
• 位相関係
• 因果の流れ

に焦点を当てています。

📊 何を可視化しているか

1 本の時間軸を共有し、以下の信号を縦方向に積層表示します。

• 駆動電圧 V(t)
• 電流応答 I(t)
• 圧電変位 Δx(t)
• チャネル圧力 P(t)
• インク流量 Q(t)（流出／流入）

各波形は異なる物理ドメインに属しますが、
すべて時間因果で結ばれています。

重要なのは「値」ではなく
どの現象が、どの順序で立ち上がるかです。

🧠 なぜ PID 制御ではないのか

インクジェット吐出は、

• 完全にオープンループ
• フィードフォワード駆動
• 数マイクロ秒以内に完結

という性質を持ちます。

液滴形成中にフィードバック制御を回す時間はありません。

安定性は、

• 駆動波形設計
• 機械減衰
• 音響・流体系構造

によって 物理的に埋め込まれます。

これは PID 制御とは カテゴリが異なる制御問題 です。

🧭 設計思想（Design Intent）

この可視化は、次の前提で設計されています。

• CFD ではない（定性的）
• パラメータ厳密性より因果構造を重視
• 過減衰で正常動作する系を表現

目的は数値予測ではなく、

「このタイミングで、なぜこの現象が起きるのか」

を即座に理解できる 物理直感の獲得です。

📐 可視化の読み方

• 横軸：時間（μs スケール）
• 縦軸：物理ドメイン（上から 電気 → 機械 → 流体）
• 1 本の時間カーソルが全ドメインを貫通
• 各ドメインの点が「その瞬間の状態」を示す

オシロスコープやロジックアナライザを
物理ドメイン横断で拡張した表示
と考えると理解しやすいです。

🔗 Live Demo（GitHub Pages）

ブラウザ上で動作するインタラクティブデモを公開しています。

👉 https://samizo-aitl.github.io/inkjet-timing/index.html

• インストール不要
• 完全ブラウザ実行
• ゲインやタイミングを操作可能
• 教育・説明・レビュー用途を想定

🧩 AITL における位置付け

AITL（Architecture-Integrated Thinking Loop）では、

• PID：実時間フィードバック制御
• FSM：状態遷移の管理
• 物理設計：安定性の埋め込み

を役割分担させます。

inkjet-timing は、

• 振る舞いが構造と時間で決まる
• 安定性が物理に内在する
• 因果関係を一望する必要がある

システムの代表例です。

インクジェット波形設計は
「物理制約付きフィードフォワード制御問題」
として捉えることができます。

📜 ライセンス

コード

HTML / JavaScript / CSS を含むソースコードは
MIT License で公開しています。

概念モデル・解説

物理解釈・因果構造・設計思想は
教育・研究目的で提供しています。

概念モデルや設計方法論を再利用する場合は
適切なクレジット表記をお願いします。

📝 おわりに

本プロジェクトは意図的に単純化されています。

これは、

• 詳細シミュレーションの代替
• 実機最適化ツール

ではありません。

しかし、

「時間と因果を正しく見る」

という一点においては、
インクジェット設計の理解を大きく前進させると考えています。

GitHub Repository
https://github.com/Samizo-AITL/inkjet-timing