JP2001150661A - 音響インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 音響インクジェット記録ヘッドでのドット径
変調を、エネルギ効率を低下させず、安定した噴射状態
で行う。 【解決手段】 圧電素子２０に電圧パルスを印加し、圧
電素子２２を外側に湾曲するように変形させると、その
部分のインク液面保持プレート１２も同様に外側に湾曲
する。これによりインク圧力室３２内の体積が大きくな
って、インク自由表面３６は開口２０の下部に移動す
る。この位置にインク自由表面３６がある場合には、イ
ンク自由表面３６での集束超音波３４の焦点径は、イン
ク自由表面３６が開口２０の上部にある場合と比べると
大きくなっている。したがってインク中に放射された集
束超音波３４は、インク自由表面３６では比較的大きい
焦点径となり、大きな焦点径の領域内でインク自由表面
が隆起し、大きいインク液滴３８を噴射することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音響インクジェッ
ト記録ヘッドおよびインクジェット記録装置に係り、よ
り詳細には、集束超音波をインク中に放射し、その音響
エネルギーでインクの液面からインク液滴を噴射する音
響インクジェット記録ヘッドおよびこれを備えたインク
ジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェットプリンタは、流路
中に設けたヒータによりインクを急加熱してバブルを発
生させその圧力によってインク液滴を噴射するサーマル
インクジェット方式や、流路周辺に圧電素子を設けてこ
れを変形させることにより圧力を発生させてインク液滴
を噴射する圧電型インクジェット方式などが良く知られ
ている。高画質なインクジェットプリンタを実現するた
めには、画像を形成するインク液滴を極力小さくする必
要があるが、従来のサーマルインクジェット方式では、
インク液滴を小さくするためにノズル断面積を小さくす
る必要があり、これによって、ノズルがゴミやインク乾
燥によりつまりやすいという問題があった。また、サー
マルインクジェット方式では、インク成分がヒータ上に
コゲつき堆積して噴射特性が劣化する問題もあった。一
方で、圧電型インクジェット方式では、コゲの問題は回
避されたが、やはりインク液滴を小さくするためにはノ
ズル断面積を小さくする必要があり、つまりによる同様
の問題があった。

【０００３】ところで、特公平６−１０２３７７に記載
されているようなインクの自由表面に超音波を集束させ
そのエネルギによって自由表面からインク液滴を噴射す
る音響インクジェットプリンタでは、ノズルは不要であ
り、ノズルつまりの問題は回避できる。また、小さいイ
ンク液滴を噴射することも集束超音波のスポット径を制
御することにより容易に可能であり、コゲの問題も回避
できる。ここで、超音波は振動子から放射されレンズに
よって集束されるが、安定したインク液滴の噴射のため
には、インク自由表面を超音波の焦点に保持しておく必
要がある。そこで、特公平６−１０２３７７号公報に記
載されているようにインク自由表面上に開口を有するイ
ンク液面保持プレートを設けて自由表面を保持する。こ
のインク液面保持プレートの開口は、サーマルインクジ
ェット方式や圧電型インクジェット方式のノズルと比べ
ると、インク自由表面を保持するためだけの目的であり
インク液滴サイズとは無関係なのでかなり大きくて良
く、つまりの問題は回避できる。

【０００４】ところで、高画質化のために噴射するイン
ク液滴を小さくすることによって、高濃度の画像を形成
したい場合にはインク液滴を数多く噴射しなければなら
なくなり、プリント速度が低下するという問題が生じ
る。そこで、形成すべき画像濃度に応じて噴射するイン
ク液滴を変えるドット径変調が、プリントの高画質化と
高速化を両立するための有効な手段となる。従来のイン
クジェットプリンタにおけるドット径変調に関しては、
サーマルインクジェット方式では、特開平１０−１６２
２４号公報に記載されているように、一つのノズル流路
に対して複数のヒータを設け、駆動ヒータ数を変えるこ
とによりドット径変調するものなどがあり、圧電型イン
クジェット方式では、特開平９−１１４５７号公報に記
載されているように、圧電素子の駆動電圧波形を変える
ことによりドット径変調するものなどがある。

【０００５】音響インクジェットプリンタにおけるドッ
ト径変調に関しては、特開昭６３−１６６５４５号公報
では、超音波放射用振動子に与える電圧パルスのパルス
幅、振幅、周波数などの変調を用いている。しかし、パ
ルス幅や振幅を変化させる場合は、エネルギが閾値以下
では液滴が噴射できず、エネルギが過剰の領域では、サ
テライトが発生したり、液滴が細長くなったりして、画
質が低下する問題がある。よって、安定した噴射を保ち
つつパルス幅や振幅を変えられる範囲は狭く、この方法
によるドット径変調の範囲は小さい。また、周波数を変
化させる場合は、超音波放射用振動子の自己共振周波数
から外れた周波数で駆動することになり、エネルギ変換
効率が著しく低下するという問題がある。

【０００６】特開平１０−１２８９６８号公報では、液
面に高次の定在波を発生させて、その次数を変えること
によりドット径変調しているが、この方法では１つの開
口部から同時に複数の液滴が飛翔してしまい、液滴を個
々に制御することは難しく、このように複数の液滴で画
像を形成する場合は、細い線などをシャープに表現する
ことができないという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、音響インク
ジェット記録ヘッドにおける上述した問題点に鑑みてな
されたものであり、同一の音響インクジェット記録ヘッ
ドにおいて、高画質化と高速化を両立するためのドット
径変調を、個々のドットで、かつ、エネルギ効率を低下
させず、安定した噴射状態で行うことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る音響インクジェット記録ヘッドは、イ
ンクの液面に向かって超音波を放射する超音波放射手段
と、前記超音波放射手段により放射された超音波を集束
させる超音波集束手段と、前記インクの液面と前記超音
波集束手段との距離を変更する距離変更手段と、前記イ
ンクの液面と前記超音波集束手段との距離が、前記イン
クの液面に到達して前記超音波集束手段により集束され
た超音波によりインク液滴が噴射されるための距離にな
るように、前記距離変更手段を制御する制御手段と、を
含んで構成する。

【０００９】本発明に依れば、距離変更手段によってイ
ンクの液面と超音波集束手段との距離が変更されて、イ
ンク中に放射された集束超音波のインク液面での集束径
が変化するが、制御手段によって前記インクの液面から
インク液滴が噴射されるように前記距離変更手段が制御
される。インク液面から噴射されるインク液滴の大きさ
は、集束超音波のインク液面での集束径に応じて変化す
るので、印刷時のドット径を前記集束径に応じて変化さ
せることが可能となる。

【００１０】また、本発明は請求項２のように、前記イ
ンクはインク室内に貯留され、前記制御手段で前記距離
変更手段を制御する場合には、前記距離変更手段は、前
記インク室内の体積を変更することによって前記液面位
置を上下させて前記距離を変更することもできる。

【００１１】さらに、請求項３のように、前記距離変更
手段は、前記インク室に接する位置に配置された変形可
能な素子を含んで構成することもできる。

【００１２】また、請求項４のように、前記インクはイ
ンク室内を移動し、前記距離変更手段は、前記インク室
内を流動するインクの圧力を変更することによって前記
液面位置を上下させて前記距離を変更することもでき
る。

【００１３】さらに、請求項５のように、前記距離変更
手段は、前記インク室のインクを循環させるインク循環
手段を含んで構成することもできる。

【００１４】また、本発明は請求項６のように、前記制
御手段は、前記インク液面から噴射されるインク液滴が
所定の大きさになるために定められる位置に前記インク
の液面が位置するように前記距離変更手段を制御するこ
ともできる。

【００１５】また、本発明は請求項７のように、前記制
御手段は、前記距離が、前記インク液滴が安定した状態
で噴射される距離になるように前記距離変更手段を制御
することもできる。ここで、安定したインク液滴とは、
インク液滴噴射時にサテライトが発生したりインク液滴
が細長くなるといった画質低下を招くことのないインク
液滴をいう。インク液面位置の変化によってこの位置で
の音響エネルギーが変化するが、この音響エネルギーが
大きすぎるとインク液滴噴射時にサテライトが発生した
りインク液滴が細長くなるといった不都合が生じる。本
発明に依れば、前記超音波の音響エネルギーが安定した
インク液滴を噴射させるように前記距離変更手段を制御
するので、画質低下を招くインク噴射状態を防止するこ
とができる。

【００１６】また、本発明は請求項８のように、前記制
御手段は、前記インク液滴が安定した状態で噴射される
ように前記超音波放射手段を更に制御することもでき
る。前述したように超音波集束手段とインク液面の距離
を変えると、この位置での音響エネルギーが変化して、
インク液滴噴射のためのエネルギーが不足または過剰に
なる可能性がある。本発明に依れば、前記制御手段によ
って超音波のインク液面での音響エネルギーを、安定し
たインク液滴が噴射されるように制御するので、音圧が
大きすぎて噴射されるインク液滴にサテライトが発生し
たり、音圧が小さすぎてインク液滴が噴射されなかった
りするという不都合を回避することができる。

【００１７】また、本発明にかかるインクジェット記録
装置は、請求項９のように、請求項１乃至請求項８のい
ずれか１項に記載の音響インクジェット記録ヘッドを備
えて構成することもできる。

【００１８】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、第１
の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【００１９】図１２に本実施の形態に係る音響インクジ
ェット記録ヘッド４２を備えた音響インクジェットプリ
ンタの概略図を示す。音響インクジェット記録ヘッド４
２は、紙４８の上で、主走査方向に移動しながら、紙上
にプリントしていく。また、紙４８は副走査方向に搬送
される。

【００２０】図１に示すように、本実施の形態に係る音
響インクジェット記録ヘッドは、基板１０上に樹脂など
でパターニングして隔壁層１４を形成し、この基板１０
の隔壁層１４側とインク液面保持プレート１２とを張り
合わせ、基板１０側をマニフォールド１６に取り付け、
周辺をシールして構成されている。マニフォールド１６
の底面にはインク供給口１８が設けられており、インク
は図示しないインクタンクからインク供給口１８を通
り、インク液面保持プレート１２と基板１０の間に満た
される。基板１０の隔壁層１４側には複数の音響レンズ
２４が設けられており、インク液面保持プレート１２に
は、これらの音響レンズ２４に対応して複数の開口２０
が設けられている。隔壁層１４はそれぞれ音響レンズ２
４に対応したインク圧力室３２の隔壁を形成している。

【００２１】図２に図１に示した音響インクジェット記
録ヘッドの１つの隔壁内の断面図を示す。基板１０、隔
壁層１４およびインク液面保持プレート１２によってイ
ンク圧力室３２が形成され、インク圧力室３２内はイン
ク４０で満たされている。基板１０のインク接触面には
音響レンズ２４が設けられており、基板１０の対応する
反対側には超音波放射用振動子用電極３０に挟まれた超
音波放射用振動子２８が設けられている。インク液面保
持プレート１２の音響レンズ２４に対応する位置には開
口２０が形成され、開口２０にはインク自由表面３６が
形成されている。インク液面保持プレート１２のインク
接触面と逆側には、開口２０の近傍に、圧電素子用電極
２６に挟まれた圧電素子２２が設けられている。このよ
うに、超音波放射用振動子２８、超音波放射用振動子用
電極３０、音響レンズ２４、開口２０により、１つのイ
ンク液滴噴射部が形成され、本実施の形態では、このイ
ンク液滴噴射部が複数、音響インクジェット記録ヘッド
４２の長手方向（副走査方向に対応）に沿って２列配列
されている。

【００２２】次に本実施の形態におけるインク液滴噴射
の作用を、図２を参照しながら説明する。

【００２３】図示しない発信器からの信号により超音波
放射用振動子用電極３０が超音波放射用振動子２８に電
圧パルスを印加すると、超音波放射用振動子２８から超
音波が放射される。この超音波は、基板１０を伝播して
音響レンズ２４に入射し、集束超音波３４となってイン
ク中に放射される。この集束超音波３４は、インク圧力
室３２内を開口２０へ向かって集束しながら伝播し、開
口２０に形成されているインク自由表面３６に到達す
る。インクの自由表面３６からは、集束超音波３４が持
つ音響エネルギーによってインク液滴が噴射され、この
インク液滴によって画像が形成される。なお、噴射され
るインク液滴の直径は、インク自由表面３６における集
束超音波３４の焦点径とほぼ同等であることが分かって
いる。

【００２４】次に、本実施の形態におけるインク液滴の
ドット径変調のための動作について説明する。

【００２５】図３は、小さい液滴を噴射する時の動作を
示した図である。集束超音波３４を示す点線は、集束超
音波３４の音圧が存在する範囲を示している。圧電素子
２２が変位していない時は、インク自由表面３６は集束
超音波３４の焦点径が最も小さくなる位置に保持されて
おり、本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、イ
ンク自由表面３６は開口２０の上部に位置しインクの表
面張力により保持されている。この状態で超音波放射用
振動子２８から超音波を放射させると、インク中に放射
された集束超音波３４は、インク自由表面３６で最も小
さい焦点径となり、インク自由表面３６では、図３
（ｂ）に示すように、最も小さい焦点径の領域内でイン
ク自由表面３６が隆起し、図３（ｃ）に示すように、小
さいインク液滴３８を噴射することができる。

【００２６】図４は、大きい液滴を噴射する時の動作を
示した図である。圧電素子用電極２６から圧電素子２２
に電圧パルスを印加し、圧電素子２２を外側に湾曲する
ように変形させると、その部分のインク液面保持プレー
ト１２も同様に外側に湾曲する。これによりインク圧力
室３２内の体積が大きくなって、図４（ｂ）に示すよう
に、インク自由表面３６は開口２０の下部に移動する。
この位置にインク自由表面３６がある場合には、インク
自由表面３６での集束超音波３４の焦点径は、前述した
小さい液滴を噴射する場合と比べると大きくなってい
る。したがってこの状態で超音波放射用振動子２８から
超音波を放射させると、インク中に放射された集束超音
波３４は、インク自由表面３６ではまだ集束途中のた
め、比較的大きい焦点径となり、インク自由表面３６で
は、図４（ｃ）に示すように、大きな焦点径の領域内で
インク自由表面が隆起し、図４（ｄ）に示すように、大
きいインク液滴３８を噴射することができる。

【００２７】次に、インク中の集束超音波の音圧分布と
液面保持位置の関係について説明する。図５には、イン
ク中の集束超音波３４による焦点付近の音圧分布を計算
により予測したものを示す。集束超音波３４の音圧分布
は超音波放射用振動子２８が放射する振動周波数に依存
することが分かっているが、ここでは、その振動周波数
を１００ＭＨｚとしている。図５（ａ）は音圧のコンタ
ー図であり、白い部分は音圧が大きく、黒い部分は音圧
が小さいことを示している。音軸Ｚは、音響レンズ２４
の中心を通る基板１０に垂直な軸であり、この音軸と垂
直に交わる面で焦点径が最も小さくなるものをＺ＝０と
し、音響レンズ２４から遠ざかる方向を正方向としてい
る。図５（ｂ）には、横方向に音軸Ｚ上の音圧分布を、
縦方向にＺ＝０の面での音圧分布をグラフにより示して
いる。これによれば、焦点付近の音圧は、音軸Ｚ方向、
Ｚ＝０上の面方向とも山谷をを持っていることがわか
る。

【００２８】図５に示した第１の液面位置、第２の液
面位置、第３の液面位置は、それぞれＺ＝０、Ｚ＝
−５０μｍ、Ｚ＝−６０μｍの面であり、図６（ａ）に
それぞれの液面位置での面方向の音圧分布を音軸Ｚを中
心として示している。第１の液面位置では、焦点径が
小さく音圧が大きいことが分かる。また、第２の液面位
置では、焦点径は第１の液面位置よりも大きくな
り、音圧は第１の液面位置よりも小さくなり、第３の
液面位置では、さらに焦点径は大きく、音圧は小さく
なることがわかる。図６（ｂ）は、超音波放射用振動子
２８から放射する超音波の音圧を変化させたもので、図
６（ａ）の場合と比較して、第１の液面位置では同一
の音圧、第２の液面位置では１．９倍の音圧、第３の
液面位置では２．５倍の音圧にしたものである。噴射
のために最低限必要な音圧である噴射音圧しきい値は、
図６（ｂ）中に点線で示される位置であるが、いずれの
液面位置でも音圧は噴射音圧しきい値以上の値であり、
いずれの液面位置からもインク液滴が噴射される。ま
た、第１の液面位置で噴射されるインク液滴に対し
て、第２の液面位置、第３の液面位置で噴射される
インク液滴は、音圧が噴射音圧しきい値以上のとなる液
面方向の位置分布が、音軸Ｚからそれぞれ２倍、３倍の
距離となっている。したがって、第１の液面位置で噴
射されるインク液滴に対して、第２の液面位置、第３
の液面位置で噴射されるインク液滴は、それぞれ直径
が２倍、３倍のインク液滴であることがわかる。

【００２９】以上から、１００ＭＨｚの集束超音波３４
では、インク自由表面３６の位置を焦点径が最も小さく
なる面（Ｚ＝０）から５０μｍ音響レンズ２４側に近づ
け、集束超音波３４の音圧を１．９倍にすることによ
り、体積が４倍のインク液滴を噴射することができ、ま
た、インク自由表面３６の位置を焦点径が最も小さくな
る面（Ｚ＝０）から６０μｍ音響レンズ２４側に近づ
け、集束超音波３４の音圧を２．５倍にすることによ
り、体積が９倍のインク液滴を噴射することができるこ
とが分かる。

【００３０】図７に、本実施の形態に係る音響インクジ
ェット記録ヘッドの駆動タイミングを示す。図中の第１
の液面位置は小さいインク液滴を噴射する液面位置、
第２の液面位置は第１の液面位置を基準にして体積
が４倍のインク液滴を噴射する液面位置、第３の液面位
置は第１の液面位置を基準にして体積が９倍のイン
ク液滴を噴射する液面位置の場合を示す。図７（ａ）
は、それぞれの液面位置での、時間変化に対応した圧電
素子２２への電圧印加状態を示す。また、図７（ｂ）
は、それぞれの液面位置での、図７（ａ）で印加された
電圧に対応したインク自由表面３６の位置を示す。図７
（ａ）、図７（ｂ）より、圧電素子２２への電圧印加開
始から３μｓｅｃ経過後にインク自由表面３６は第２の
液面位置、第３の液面位置それぞれの位置に変化し
ていることがわかる。そこで、図７（ｃ）に示すよう
に、圧電素子２２への電圧印加開始から３μｓｅｃ経過
後に、超音波放射用振動子２８へ電圧パルスを印加す
る。このとき超音波放射用振動子２８へ印加する電圧の
パルス持続時間は、インク噴射のために必要なエネルギ
ーを考慮して３μｓｅｃとする。

【００３１】また、液面位置に応じた振幅の電圧パルス
を超音波放射用振動子２８に印加することにより、例え
ば、第１の液面位置の場合の振幅を１とすると、第２
の液面位置では振幅１．９、第３の液面位置では振
幅２．５の電圧パルスを印加することにより、図８に示
したように、第１の液面位置の場合には（ａ）、第２
の液面位置の場合には（ｂ）第３の液面位置の場合
には（ｃ）という異なる大きさのインク液滴を噴射する
ことができる。

【００３２】次に、本実施の形態における制御系につい
て説明する。

【００３３】本実施の形態における制御系は、図１３
（Ｂ）に示すように、圧電素子用電極２６、超音波放射
用振動子用電極３０、およびこれらを制御するマイクロ
コンピュータ（以下「マイコン」という）６４を備えて
いる。また、マイコン６４は、パーソナルコンピュータ
（以下「パソコン」という）６６と接続されている。

【００３４】本実施の形態に係るインクジェット記録装
置内のマイコン６４には、図１３（Ａ）に示す画質レベ
ルテーブル６２が記憶されている。この画質レベルテー
ブル６２には、噴射されるインク液滴の大きさを決定す
るための、圧電素子２２への電圧印加量および超音波放
射用振動子２８への電圧印加量が記憶されている。具体
的には、レベル１には高画質の印刷が行われるように、
小さいインク液滴を噴射するための値が記憶されてお
り、集束超音波３４の焦点径が最も小さくなる位置（図
５のＺ＝０の面）にインク自由表面３６を保持する圧電
素子２２への電圧印加量０、この位置での焦点内の音圧
がインク液滴を噴射させるために適切な超音波放射用振
動子２８への電圧印加量β１が記憶されている。また、
レベル２には、標準の画質で印刷が行われるように、集
束超音波３４の焦点径がレベル１よりも大きくなる位置
（図５のＺ＝−５０μｍの面）にインク自由表面３６を
保持するための圧電素子２２への電圧印加量α２、この
位置での焦点内の音圧がインク液滴を噴射させるために
適切な超音波放射用振動子２８への電圧印加量β２が記
憶されている。さらに、レベル３では、画質はあまり良
くないが大きいインク液滴が噴射されるように、集束超
音波３４の焦点径がレベル２よりもさらに大きくなる位
置（図５のＺ＝−６０μｍの面）にインク自由表面３６
を保持するための圧電素子２２への電圧印加量α３、こ
の位置での焦点内の音圧がインク液滴を噴射させるため
に適切な超音波放射用振動子２８への電圧印加量β３が
記憶されている。

【００３５】また、パソコン６６には予め記録された画
像データとともに、各画素毎に前述の画像レベル１〜３
のいずれかが属性データとして記憶されている。

【００３６】ユーザーが、用紙をセットして図示しない
パソコン６６の入力装置から印刷開始指示を入力する
と、パソコン６６から画像データとともに各画素につい
ての属性データがマイコン６４に入力されて印刷が開始
される。音響インクジェット記録ヘッド４２は、長手方
向が副走査方向に一致した状態で主走査方向に移動す
る。各インク液滴噴射部は、この主走査方向への移動の
間の各画素位置に位置する毎にインク液滴の制御を、図
１４に示す手順で行う。

【００３７】ステップ７０で、画像データとともに入力
された属性データに対応する画質レベル（圧電素子２２
への電圧印加量α、および超音波放射用振動子２８への
電圧印加量）を読み込む。ステップ７２で、読み込まれ
た属性データがレベル１かどうかを判断する。レベル１
でなかった場合には、ステップ７４で、読み込んだ画質
レベルに対応する電圧量を圧電素子２２に印加する。前
述したように圧電素子２２への電圧印加から３μｓｅｃ
後にインク自由表面３６は所望の位置に変動するので
（図７（ｂ）参照）、ステップ７６で、圧電素子２２へ
の電圧印加から３μｓｅｃ経過するまで待機する。３μ
ｓｅｃ経過した後に、ステップ７８で、超音波放射用振
動子２８へ前記取り込んだ量の電圧を印加する。ここで
の電圧印加により、超音波放射用振動子２８から超音波
が放射され、この超音波が基板１０を伝播して音響レン
ズ２４に入射し、集束超音波３４となってインク中に放
射される。この集束超音波３４は、インク圧力室３２内
を開口２０へ向かって集束しながら伝播し、開口２０に
形成されているインク自由表面３６に到達し、インクの
自由表面３６から集束超音波３４の音圧によってインク
液滴が噴射され、このインク液滴によって画像が形成さ
れる。なお、ステップ７２で入力されたレベルがレベル
１であった場合には、圧電素子２２への電圧印加量は０
であり電圧印加は不要なので、圧電素子２２への電圧印
加は行わずに、上記ステップ７８へ進む。なお、ステッ
プ７８で超音波放射用振動子２８へ印加する交流電圧の
パルス持続時間は、インク液滴を噴射させるために必要
なエネルギーを考慮して、３μｓｅｃとする。

【００３８】ステップ８０で、インク自由表面３６を前
記パルス幅よりも長い時間所望の位置に保持するため
に、圧電素子２２への電圧印加開始から８μｓｅｃ経過
するまでの間、圧電素子２２への電圧印加を継続する。
圧電素子２２への電圧印加から８μｓｅｃ経過した場合
には、ステップ８２で、圧電素子２２への電圧印加を停
止して本処理を終了する。

【００３９】本実施の形態によれば、音響レンズ２４と
インク自由表面３６の距離を変えることによって、イン
ク自由表面３６での集束超音波３４の焦点径が変わり、
焦点径に応じた大きさのインク液滴を一つずつ噴射でき
るので画素ごとにドット径変調が可能となる。したがっ
て、音響インクジェットプリンタにおいて高画質化（小
さいインク液滴を使用）と高速化（大きいインク液滴を
使用）を両立することができる。また、音響レンズ２４
とインク自由表面３６の距離を変えることによって焦点
内の音圧が変わり、液滴噴射のためのエネルギーが不足
または過剰になる可能性があるが、超音波放射用振動子
２８に印加する電圧パルスの振幅を制御して焦点径に応
じた音響エネルギーを与えるので、焦点内の音圧が調整
でき、安定した噴射が得られる。また、超音波放射用振
動子２８に与える電圧パルスの周波数を変えないので、
エネルギ変換効率を低下させることなく、最もエネルギ
ー変換効率の良い振動数で使用することができる。

【００４０】なお、前述の実施の形態では、画質レベル
テーブル６２で３レベルのデータを保有し、３段階でイ
ンク液滴の大きさを制御したが、さらに多くのレベルで
細かくインク液滴の大きさを制御することも可能であ
る。

【００４１】［第２の実施の形態］次に、第２の実施の
形態について説明する。第１の実施の形態と同様の部分
に付いては同一の番号を付して異なる部分のみを説明す
る。

【００４２】図９は、本実施の形態の他の例である音響
インクジェットプリンタの概略断面図を示している。音
響インクジェット記録ヘッド４２とインクタンク５０を
インクチューブ５２を介して接続し、ポンプ４４により
インクタンク５０内のインク４０を循環させる。音響イ
ンクジェット記録ヘッド４２は、キャリッジ５４上に固
定され、走査レール５６上を移動可能に構成されてい
る。音響インクジェット記録ヘッド４２のインク吐出側
には、所定の距離をおいてプラテン５８が配置されてい
る。

【００４３】図１０は、図９に示した音響インクジェッ
トプリンタに使用する音響インクジェット記録ヘッド４
２の概略図である。マニフォールド１６にはインク供給
口１８の他にインク排出口４６が設けられている。ま
た、インク液面保持プレート１２に形成される複数の開
口２０は、インク液面保持プレート１２の長手方向に複
数列形成されており、隔壁層１４は、それぞれの列を挟
んだ両側に設置されている。インクは、インク供給口１
８から供給され、隔壁層１４で区切られた流路６０を通
り、インク排出口４６から排出される。前記開口２０に
対応した隔壁層１４で区切られた流路６０には、複数の
音響レンズ２４が設置されている。

【００４４】図１１に流路６０の断面図を示す。流路６
０の一部を形成する基板１０上には、インクの流れる方
向に一列に複数の音響レンズ２４が設けられ、インク液
面保持プレート１２には前記音響レンズ２４に対応する
位置に複数の開口２０が設けられている。

【００４５】次に本実施の形態における作用を説明す
る。

【００４６】ポンプ４４によりインクタンク５０内のイ
ンク４０を循環させると、流路６０内をインクが流れ
る。図１１（ａ）は、インク循環の流速が遅く、インク
自由表面３６が開口２０の上部で保持されている状態で
ある。インク循環の流速が遅い場合には、インクの動圧
はインク自由表面３６の表面張力による保持圧と比べる
と無視できるくらい小さいので、インク自由表面３６の
表面張力によってインク自由表面３６は開口２０の上部
で保持される。この自由表面３６の位置で集束超音波３
４の焦点径が最も小さくなるように基板１０とインク液
面保持プレート１２を固定すれば、焦点径の直径に対応
する小さいインク液滴を噴射することができる。また、
図１１（ｂ）は、インク循環の流速が速く、インク自由
表面３６が開口２０の上部から下部に下げられた状態で
ある。インク循環の流速が速くなったことによってイン
クの動圧は高くなり、それによりインクの静圧が低くな
って、インク自由表面３６が開口２０の上部から下げら
れる。前述したように、本実施の形態では、図１１
（ａ）のインク自由表面３６の位置で集束超音波３４の
焦点径が最も小さくなるように基板１０とインク液面保
持プレート１２が固定されている。したがって、図１１
（ｂ）に示すように、インク自由表面３６が開口２０の
下部に位置する状態では、焦点径は集束超音波３４が集
束しきれておらず集束途中であるため大きくなり、大き
いインク液滴を噴射することができる。すなわち、ポン
プ４４によるインク循環の速度を制御することにより、
インク自由表面３６の位置を変えることができ、これに
よりドット径変調が可能となる。

【００４７】次に、本実施の形態における制御系につい
て説明する。

【００４８】本実施の形態における制御系は、図１５
（Ｂ）に示すように、超音波放射用振動子用電極３０、
ポンプ４４、およびこれらを制御するマイコン６４を備
え、マイコン６４は、超音波放射用振動子用電極３０、
およびポンプ４４と接続されている。本実施の形態に係
るインクジェクト記録装置内のマイコン６４には、図１
５（Ａ）に示す画質レベルテーブル６８が記憶されてい
る。この画質レベルテーブル６８には、噴射されるイン
ク液滴の大きさを決定するための、ポンプ４４でのイン
ク循環速度ａおよび超音波放射用振動子２８への電圧印
加量βが記憶されている。具体的には、レベル１、２、
３の各レベルにおいて、第１の実施の形態におけるレベ
ル１、２、３に対応するインク液面位置になるようにイ
ンク循環速度ａ１、ａ２、ａ３および、それぞれのイン
ク液面位置に対応した超音波放射用振動子２８への電圧
印加量β１、β２、β３が記憶されている。

【００４９】ユーザーが、用紙をセットして印刷の画質
レベル１〜３のいずれかを選択し、パソコン６６の図示
しない入力装置から前記レベルおよび印刷開始指示が入
力されると、画像データとともに画質レベルの属性デー
タがインクジェット記録装置に入力されて、印刷が開始
される。

【００５０】このときインクジェット記録ヘッド４２の
インク自由表面３６位置は、前述したように、ポンプ４
４によるインク循環速度によって決まるため、インクジ
ェット記録ヘッド４２に設けられたすべての開口２０の
インク自由表面３６位置は、同一の位置に制御される。
このインク自由表面３６の位置制御は、図１６に示す以
下の処理により行われる。

【００５１】ステップ９０で、入力されたレベルに対応
するポンプ４４でのインク循環速度ａおよび超音波放射
用振動子２８への電圧印加量βを画質レベルテーブル６
８から読み込む。ステップ９２で、ポンプ４４を作動さ
せて、読み込んだインク循環速度ａでインクの循環を開
始する。このインク循環によりインク自由表面３６は、
所定の位置に保持される。

【００５２】印刷は画像データに基いて、超音波放射用
振動子２８へ電圧を印加することにより行われるが、超
音波放射用振動子２８への電圧印加は、全ての画素につ
いて、前述のステップ９０で取り込まれた超音波放射用
振動子２８への電圧印加量βで行われる。

【００５３】ここでの超音波放射用振動子２８への電圧
印加により、超音波放射用振動子２８から超音波が放射
され、この超音波が基板１０を伝播して音響レンズ２４
に入射し、集束超音波３４となってインク中に放射され
る。この集束超音波３４は、インク圧力室３２内を開口
２０へ向かって集束しながら伝播し、開口２０に形成さ
れているインク自由表面３６に到達し、インクの自由表
面３６から集束超音波３４の音圧によってインク液滴が
噴射され、このインク液滴によって画像が形成される。

【００５４】本実施の形態では、第１の実施の形態の場
合のように、それぞれの噴射ビット毎にドット径を変調
することはできないが、同じ音響インクジェット記録ヘ
ッドにおいてすべてのビットのドット径を変調すること
ができる。よって、高画質プリント時にはドット径を小
さくして高画質化し、高速プリント時にはドット径を大
きくして高速化するというような使い分けが同一の音響
インクジェット記録ヘッドで可能となる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
同一のインクジェット記録ヘッドにおいて、高画質化と
高速化を両立するためのドット径変調を、エネルギ効率
を低下させず、安定した噴射状態で行うことができる、
という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態に係る音響インクジェット記
録ヘッドの概略図である。

【図２】 第１の実施形態に係る音響インクジェット記
録ヘッドの１つの隔壁内の断面図である。

【図３】 第１の実施形態に係る音響インクジェット記
録ヘッドにおいて小さいインク液滴を噴射する時の動作
を示した図である。

【図４】 第１の実施形態に係る音響インクジェット記
録ヘッドにおいて大きいインク液滴を噴射する時の動作
を示した図である。

【図５】 集束超音波の焦点付近の音圧分布を示した図
である。

【図６】 インク液面位置と音圧分布の関係を示す図で
ある。

【図７】 第１の実施形態に係る音響インクジェット記
録ヘッドの駆動タイミングを示した図である。

【図８】 第１の実施形態に係る音響インクジェット記
録ヘッドのインク液面位置と噴射するインク液滴の大き
さの関係を示す図である。

【図９】 第２の実施形態に係る音響インクジェットプ
リンタの概略構成図である。

【図１０】 第２の実施形態に係る音響インクジェット
記録ヘッドの概略図である。

【図１１】 第２の実施形態に係る音響インクジェット
記録ヘッドの動作例を示した図である。

【図１２】 第１の実施形態に係る音響インクジェット
記録ヘッドを備えた音響インクジェットプリンタの概略
図である。

【図１３】 第１の実施形態に係るインクジェットプリ
ンタの制御系を示すブロック図である。

【図１４】 第１の実施形態に係るインク液滴噴射処理
を示すフローチャート図である。

【図１５】 第２の実施形態に係るインクジェットプリ
ンタの制御系を示すブロック図である。

【図１６】 第２の実施形態に係るインク液滴噴射処理
を示すフローチャート図である。

【符号の説明】

２２ 圧電素子（距離変更手段） ２４ 音響レンズ（超音波集束手段） ２６ 圧電素子用電極（距離変更手段） ２８ 超音波放射用振動子（超音波放射手段） ３０ 超音波放射用振動子用電極（超音波放射手段） ３２ インク圧力室（インク室） ３４ 集束超音波 ３６ インク自由表面 ３８ インク液滴 ４２ 音響インクジェット記録ヘッド ４４ ポンプ（距離変更手段） ６４ マイコン（制御手段） ６６ パソコン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 宏 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 須賀 芳春 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 井上 七穂 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 Ｆターム(参考） 2C057 AF28 AF39 AG15 AG62 BF06 CA01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクの液面に向かって超音波を放射す
   る超音波放射手段と、 前記超音波放射手段により放射された超音波を集束させ
   る超音波集束手段と、 前記インクの液面と前記超音波集束手段との距離を変更
   する距離変更手段と、 前記インクの液面と前記超音波集束手段との距離が、前
   記インクの液面に到達して前記超音波集束手段により集
   束された超音波によりインク液滴が噴射されるための距
   離になるように、前記距離変更手段を制御する制御手段
   と、 を備えた音響インクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記インクはインク室内に貯留され、 前記距離変更手段は前記インク室内の体積を変更するこ
   とによって前記液面位置を上下させて前記距離を変更す
   ることを特徴とする請求項１記載の音響インクジェット
   記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記距離変更手段は、前記インク室に接
   する位置に配置された変形可能な素子を含むことを特徴
   とする請求項２記載の音響インクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記インクはインク室内を移動し、 前記距離変更手段は、前記インク室内を流動するインク
   の圧力を変更することによって前記液面位置を上下させ
   て前記距離を変更することを特徴とする請求項１記載の
   音響インクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記距離変更手段は、前記インク室のイ
   ンクを循環させるインク循環手段を含むことを特徴とす
   る請求項４記載の音響インクジェット記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、前記インク液面から噴
   射されるインク液滴が所定の大きさになるために定めら
   れる位置に前記インクの液面が位置するように前記距離
   変更手段を制御することを特徴とする請求項１乃至請求
   項５記載の音響インクジェット記録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記制御手段は、前記距離が、前記イン
   ク液滴が安定した状態で噴射される距離になるように前
   記距離変更手段を制御することを特徴とする請求項１乃
   至請求項６記載の音響インクジェット記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記制御手段は、前記インク液滴が安定
   した状態で噴射されるように前記超音波放射手段を更に
   制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいず
   れか１項に記載の音響インクジェット記録ヘッド。
9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に
   記載の音響インクジェット記録ヘッドを備えたインクジ
   ェット記録装置。