JP2001301156A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドット径変調ができる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を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 音響インクジェットヘッド１０は、音響
フレネルレンズ２４の基本周波数、あるいはその整数倍
の周波数で振動子２８が駆動されることによって、イン
ク自由表面３２からインク液滴３６が吐出される。上記
周波数を切り換えることによって、ドット径変調が達成
される。振動子２８に印加される駆動信号の振幅、ある
いは印加時間を駆動周波数に応じて変化させることによ
って、異なる駆動周波数でも確実にインク液滴を吐出す
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、振動子と音響フレ
ネルレンズにより集束超音波をインク中に放射し、その
焦点付近に保持されたインクの自由表面からインク液滴
を吐出するオンデマンドの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関するものであり、
一層詳細には吐出するインク液滴の大きさを変えるドッ
ト径変調を行なう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関するものである。

【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吐出するサーマ
ルインクジェット方式や、流路周辺に配設された圧電素
子を変形させることにより圧力を発生させてインク液滴
を吐出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。

【０００３】ところで、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。しかしながら、従来のサーマ
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、ゴミやインク乾燥によりノズルの目
詰まりが生じやすくなる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
にコゲついて堆積し、吐出特性が劣化する問題があっ
た。

【０００４】このようなノズルの目詰まりの問題を解消
する手段として、自由表面からインク液滴を吐出する音
響インクジェットプリンタが、例えば、特公平６-１０
２３７７号公報（以下、従来例１という）に開示されて
いる。すなわち、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吐
出させている。この場合にはノズルが不要となるため、
ノズルの目詰まりを回避できる。また、小さなインク液
滴を吐出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となる。さらに、インク成分のコ
ゲも回避できる。

【０００５】なお、従来例１では、インクの自由表面を
超音波の焦点に保持しておくために、開口を有するイン
ク液面保持プレートを設けている。しかし、この開口
は、サーマルインクジェット方式や圧電型インクジェッ
ト方式のノズルと異なり、自由表面を保持するためにの
み設けられているため、インク液滴のサイズよりもかな
り大きく形成できる。したがって、この開口において目
詰まりが発生することはない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、音響イ
ンクジェットでは、インクの目詰まりを回避しながら吐
出するインク液滴を小さくして高画質化を図ることがで
きるが、高濃度の画像を形成する場合にはインク液滴を
数多く吐出する必要が生じ、プリント速度が低下すると
いう問題が生じる。

【０００７】音響インクジェットプリンタにおいて高画
質化と高速化を両立するためには、画像濃度に応じて吐
出するインク液滴の大きさを変えるドット径変調が有効
な対策となる。

【０００８】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
（以下、従来例２という）に、振動子に与える駆動信号
の印加時間、振幅、周波数などの変調を用いることが開
示されている。しかし、駆動信号の印加時間や振幅を変
化させる場合は、エネルギが閾値以下ではインク液滴が
吐出できず、エネルギが過剰の領域では、サテライトが
発生したり、インク液滴が細長くなったりして、画質が
低下する問題がある。したがって、単に印加時間や振幅
を変化させるだけでは、安定した吐出を保ちつつ駆動信
号の印加時間や振幅を変えられる範囲、すなわち、ドッ
ト径変調の範囲は小さい。また、駆動信号の周波数を変
化させる場合は、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。

【０００９】また、特許第２５１１５７０号に記載のよ
うに、音響レンズとしてLSIプロセス等により安価に精
度良く作製できる音響フレネルレンズを用いる場合は、
レンズに超音波が集束する基本周波数があり、任意の周
波数では集束しないという問題がある。

【００１０】さらに、特開平３-１５５９４８号公報、
特開平３-１５５９５３号公報にも、振動子に与える周
波数変調によりドット径変調を行う構成が開示されてい
る。この場合には、振動子に球面振動子を用いているた
め任意の周波数で集束するものの、その製造方法が困難
であるという問題がある。

【００１１】また、特開平８-２９０５８７号公報に
は、駆動信号の印加時間を制御し、複数のインク液滴に
より階調表現するが、それらのインク液滴の着弾位置が
ズレた場合には画質欠陥となるという問題がある。

【００１２】本発明は、音響インクジェットプリンタに
おける上述した事情に鑑みてなされたもので、LSIプロ
セス等により安価に精度良く作製できる音響フレネルレ
ンズを用いて、高画質化と高速化を両立するためのドッ
ト径変調を安定した吐出状態でエネルギ効率良く行うこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、液体インクの自由表面に超音波を集束することによ
って、前記自由表面からインク液滴を吐出させる音響イ
ンクジェット記録ヘッドであって、自由表面を有する状
態でインク液を保持するインク液保持手段と、超音波を
発生する振動発生手段と、前記振動発生手段によって発
生した超音波をインク液の前記自由表面に集束させる音
響フレネルレンズと、前記振動発生手段を駆動する駆動
周波数を前記音響フレネルレンズの基本周波数近傍また
は前記基本周波数の整数倍近傍の周波数とすることを特
徴とする。

【００１４】請求項１記載の発明の作用について説明す
る。

【００１５】振動発生手段から発生した超音波が音響フ
レネルレンズを介してインク保持手段に保持されたイン
ク液の自由表面に集束され、インク液滴がインク自由表
面から吐出される。この際、振動発生手段の駆動周波数
は、音響フレネルレンズの基本周波数近傍またはその整
数倍近傍とされているため、超音波が自由表面に確実に
集束する。

【００１６】また、振動発生手段の駆動周波数を音響フ
レネルレンズの基本周波数近傍と基本周波数の整数倍近
傍で切り換えることによって、インク自由表面に超音波
が集束する集束径が変化して、インク液滴の大きさが変
化する。すなわち、安価で精度良く製造できる音響フレ
ネルレンズを用いてドット径変調を行なうことができ
る。

【００１７】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
音響インクジェット記録ヘッドにおいて、画像情報に基
づいて前記駆動周波数を切り換える制御手段を備えるこ
とを特徴とする。

【００１８】請求項２記載の発明の作用ついて説明す
る。

【００１９】画像情報、例えば、画像濃度が高い部分に
対しては、制御手段が振動発生手段を駆動する駆動周波
数を低い周波数に切り換えることによって、インクの自
由表面から大きなインク液滴が吐出される。一方、画像
濃度が低い部分に対しては、制御手段が駆動周波数を高
い周波数に切り換えることによって、インクの自由表面
から小さなインク液滴が吐出される。したがって、画像
（濃度）に応じてドット径変調を行なうことができ、高
速印字を行なうことができる。

【００２０】請求項３に記載の発明は、請求項１記載の
音響インクジェット記録ヘッドにおいて、印字モードに
基づいて前記駆動周波数を切り換える制御手段を備える
ことを特徴とする。

【００２１】請求項３記載の発明の作用ついて説明す
る。

【００２２】印字モード、例えば、高画質印字モードの
場合には、画質優先であるため、制御手段が振動発生手
段を駆動する駆動周波数を高い周波数に切り換えること
によって、小さなインク液滴を吐出させて高画質な画像
形成を行なう。一方、高速印字モードの場合には、制御
手段が駆動周波数を低い周波数に切り換えることによっ
て、大きなインク液滴を吐出させ、高速印字を行なう。
また、標準印字モードでは、制御手段が駆動周波数を画
像濃度に応じて切り換え、ある程度の高画質を実現しつ
つ高速印字を達成することができる。

【００２３】請求項４に記載の発明は、請求項２または
３記載の音響インクジェット記録ヘッドにおいて、前記
振動発生手段が圧電素子で構成され、前記制御手段から
前記圧電素子に印加される駆動信号の振幅を前記駆動周
波数に応じて変更することを特徴とする。

【００２４】請求項４記載の発明の作用について説明す
る。

【００２５】振動発生手段の駆動周波数が高いほど小さ
いインク液滴が吐出されるが、インク液滴の吐出に必要
とされるエネルギ量が減少する。したがって、駆動周波
数に拘わらず圧電素子に印加される駆動信号の振幅を一
定しておくと、インク自由表面に付与されるエネルギ量
に過不足を生じ、インクの自由表面から複数のインク液
滴が吐出されたり、インク液滴が吐出されないおそれが
あった。しかしながら、駆動周波数に対応して駆動信号
の振幅を変化させる、具体的には駆動周波数が高くなる
に従って駆動信号の振幅を減少させることによって、イ
ンク自由表面に付与されるエネルギ量を調節し、異なる
駆動周波数でもインク液滴を一滴ずつ確実に吐出させる
ことができる。

【００２６】請求項５に記載の発明は、請求項２または
３記載の音響インクジェット記録ヘッドにおいて、前記
振動発生手段が圧電素子で構成され、前記制御手段から
前記圧電素子に印加される駆動信号の印加時間を前記駆
動周波数に応じて変更することを特徴とする。

【００２７】請求項５記載の発明の作用について説明す
る。

【００２８】振動発生手段の駆動周波数が高いほど小さ
いインク液滴が吐出されるが、インク液滴の吐出に必要
とされるエネルギ量が減少する。したがって、駆動周波
数に拘わらず圧電素子に印加される駆動信号の印加時間
を一定しておくと、インク自由表面に付与されるエネル
ギ量に過不足を生じ、インクの自由表面から複数のイン
ク液滴が吐出されたり、インク液滴が吐出されないおそ
れがあった。しかしながら、駆動周波数に対応して駆動
信号の印加時間を変化させる、具体的には駆動周波数が
高くなるに従って駆動信号の印加時間を減少させること
によって、インク自由表面に付与されるエネルギ量を調
節し、異なる駆動周波数でもインク液滴を一滴ずつ確実
に吐出させることができる。

【００２９】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５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に
おいて、前記インク保持手段が保持するインク自由表面
は、前記振動発生手段が最高駆動周波数で駆動された場
合に超音波が集束する焦点付近に設けられていることを
特徴とする。

【００３０】請求項６記載の発明の作用について説明す
る。

【００３１】駆動周波数に応じて音響フレネルレンズに
よって超音波が集束する焦点深度が変化する。すなわ
ち、駆動周波数が高くなるに従って焦点深度が浅くな
る。したがって、最高駆動周波数の場合の焦点位置近傍
にインク自由表面を設けておくことにより、焦点深度の
浅い最高駆動周波数の場合にインク液滴を確実に吐出で
きる。また、駆動周波数が最高駆動周波数よりも低い場
合には、最高駆動周波数の場合よりも焦点深度が深いた
め、焦点がインク自由表面よりも多少ずれていてもイン
ク液滴を確実に吐出することができる。

【００３２】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６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に
おいて、前記振動発生手段の自己共振周波数が、前記駆
動周波数のいずれかに一致していることを特徴とする。

【００３３】請求項７記載の発明の作用について説明す
る。

【００３４】振動発生手段の自己共振周波数を駆動周波
数のいずれかと一致させておくことにより、共振によっ
て超音波のエネルギ伝達効率が向上する。

【００３５】請求項８記載のインクジェット記録装置
は、請求項１〜請求項７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ことを特徴とする。

【００３６】請求項８記載の発明の作用ついて説明す
る。

【００３７】このような音響インクジェット記録ヘッド
を備えることにより、画質の向上を図ると共に、印字速
度の向上も実現することができる。すなわち、インク自
由表面からインク液滴を吐出するため、インク液滴を小
型化させても目詰まりを発生させることなく高画質化で
きると共に、画像に応じて駆動周波数を変化させてドッ
ト径変調を行なうことにより高速印字を達成することが
できる。

【００３８】

【発明の実施の形態】本発明に係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
の一実施形態について説明する。先ず、音響インクジェ
ットヘッドについて説明する。

【００３９】音響インクジェット記録ヘッド１０（以
下、単に記録ヘッド１０という場合がある）は、図１お
よび図２に示すように、基板１２とインク液面保持プレ
ート１４がスペーサ１６を介して張り合わされて一体化
されると共に、マニフォールド１８の凹部１８Ａに収納
され、周辺をシールされることにより構成されている。

【００４０】マニフォールド１８には、外部から凹部１
８Ａにインクを供給するインク供給口２０が設けられて
おり、インク３８は、図示されていないインクタンクか
らインク供給口２０、基板１２の中央部に形成された開
口２２を通り、基板１２とインク液面保持プレート１４
の間に満たされる。基板１２には、複数の音響フレネル
レンズ２４が２列に配設されており、この音響フレネル
レンズ２４に対応した位置に、インク液面保持プレート
１４の複数の開口２６が形成されている。音響フレネル
レンズ２４および開口２６は、それぞれの列で３７．５
dpi（６７７μｍ）ピッチに並んでおり、互いの列は半
ピッチずれているので、ヘッド自体の解像度は７５dpi
である。

【００４１】基板１２には、インク接触面に音響フレネ
ルレンズ２４が、その裏面に超音波発生用の振動子２８
と電極３０が設けられている。音響フレネルレンズ２
４、振動子２８、電極３０などはLSIプロセス等により
基板１２上に作製することができる。

【００４２】また、インク液面保持プレート１４の開口
２６は、振動子２８で発生した超音波が音響フレネルレ
ンズ２４を介して集束される集束超音波３４の焦点付近
にインク自由表面３２を保持するために設けられてお
り、ここからインク液滴３６が吐出される。なお、イン
ク自由表面３２は、後述するように、音響フレネルレン
ズ２４の底面２４ＣからのＺ方向距離が、振動子２８が
最高駆動周波数で駆動された場合の集束超音波３４の焦
点ピーク（距離）に一致するように保持されている。

【００４３】図３に本実施形態に適用される階段状の音
響フレネルレンズを示す。

【００４４】本実施形態に適用される音響フレネルレン
ズ２４は、図３に示すように、４相であり、Ｚ方向の異
なる４位置（４段）に階段状に形成された放射面があ
り、Ｚ軸を中心としてＲ方向に同心円形状となってい
る。Ｒ方向に隣接する放射面、例えば放射面２４Ａ、２
４Ｂから放射される超音波が、インク中のＺ軸に垂直な
同一平面上でインクとレンズの音速差によって位相が１
/４波長ずれるように、Ｚ方向の段差が決められてい
る。その位相差のある超音波同士がインク中を伝播して
焦点で位相が合うようにＲ方向の位置が決められてい
る。

【００４５】このように構成することにより、音響フレ
ネルレンズから放射された超音波の音響エネルギは、焦
点に集束する。この時のインク中の波長が音響フレネル
レンズの基本波長であり、インクの音速をこの基本波長
で割ったものが音響フレネルレンズの基本周波数とな
る。音響フレネルレンズでは多相になるほど集束効率が
良くなるが、段差も多くなり作製が難しくなるので、集
束効率と作製精度との兼ね合いで相数を決める。

【００４６】ここで、吐出されるインク液滴３６の直径
は、インク自由表面３２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。また、焦点径
は、振動子２８の駆動周波数に依存していることが分か
っている。

【００４７】したがって、実際に音響フレネルレンズ２
４を設計するには、先ず、要求される画質から最小ドッ
ト径（最小焦点径）を決め、この最小ドット径に基づい
て最高駆動周波数を決める。ドット径と駆動周波数との
関係が予め実験により分かっており、高周波数ほどドッ
ト径は小さくなる。本実施形態では、その最高駆動周波
数を２４９(ＭＨz)とする。

【００４８】次に、最高駆動周波数等の駆動周波数が最
低駆動周波数（基本周波数）の整数倍になるように定め
る。具体的には、最高駆動周波数以外の駆動周波数を１
６６(ＭＨz)と８３(ＭＨz)にして、１６６(ＭＨz)と２
４９(ＭＨz）が基本周波数（最低駆動周波数の８３(Ｍ
Ｈz)）の整数倍となるように設定した。

【００４９】続いて、８３(ＭＨz)を基本周波数として
上述の方法により４相の音響フレネルレンズを設計す
る。ここでは、インクの音速は１５５０(m/sec)である
ので、基本波長は１８.７(μm)である。音響フレネルレ
ンズは、例えばＳｉの基板をエッチングすることにより
作製する。Ｓｉの音速は、８４３３(m/sec)である。レ
ンズからの焦点距離は５００(μm)、音響フレネルレン
ズの外径は６９８(μm)として、音響フレネルレンズを
設計した。レンズピッチが６７７(μm)なので隣接する
音響フレネルレンズは一部重なっている。

【００５０】音響インクジェットヘッド１０は、図１１
に示すように、インクジェット記録装置４０に用いられ
る。インクジェット記録装置４０は、音響インクジェッ
トヘッド１０がガイドシャフト４２に沿って主走査方向
に走査され、副走査方向に搬送される用紙４４に対して
インク液滴３６を吐出することによって、用紙４４に画
像形成を行なう。

【００５１】また、インクジェット記録装置４０は、図
１０に示すように、音響インクジェットヘッド１０（電
極３０）に駆動信号を出力する制御回路４６を有する。
制御回路４６には、画像情報源４８から画像信号が入力
され、ＲＦ信号発生回路５０からＲＦ信号が入力され
る。制御回路４６では、画像情報に応じて３段階のドッ
ト径のうち、最適なサイズを選択し、それに対応するイ
ンク液滴を吐出するためのＲＦ信号の周波数および振
幅、印加時間を調整して、音響インクジェットヘッド１
０に出力する。これによって、音響インクジェットヘッ
ド１０は画像に適したサイズのインク液滴を安定的に吐
出することができる。また、印字モード選択回路５２で
は、オペレータが選択した印字モード信号を制御回路４
６に出力する。制御回路４６では、印字モード信号に基
づいて同様にＲＦ信号の周波数および振幅、印加時間を
調整して、音響インクジェットヘッド１０に出力する。

【００５２】なお、制御回路４６は、基板１２上に設け
ることができる。

【００５３】このように構成された音響インクジェット
記録ヘッド１０およびインクジェット記録装置４０の作
用について説明する。

【００５４】先ず、画像情報源４８より画像濃度が画像
信号として制御回路４６に出力される。制御回路４６で
は、ＲＦ信号発生回路５０から入力されたＲＦ信号を画
像濃度に応じて設定された駆動周波数に調整した駆動信
号が出力され、電極３０から振動子２８に電圧パルスを
印加することによって超音波を発生させる。超音波は基
板１２を伝播して音響フレネルレンズ２４に入射し、集
束超音波３４となってインク中に放射され、インク自由
表面３２（開口２６）で集束し、その音響エネルギでイ
ンク自由表面３２からインク液滴３６を吐出して、用紙
４４上に印字する。

【００５５】この際、振動子２８の駆動周波数によって
インク自由表面近傍の状態が異なり、それによって吐出
されるインク液滴３６の粒径が異なる。この関係を図５
を参照して説明する。図５（Ａ）（Ｂ）は、振動子２８
を８３(ＭＨz)、１６６(ＭＨz)、２４９(ＭＨz)で駆動
することにより超音波を音響フレネルレンズに入射し、
そこからインク中に集束超音波を放射した場合のＺ軸方
向とＲ軸方向の音圧分布をレーリーの式から計算したも
のである。音圧は、レンズ上の音圧で無次元化したもの
である。Ｚ軸方向は、レンズの底面２４Ｃからの距離で
あり、Ｒ=０の場合である。Ｒ軸方向は、レンズ中心か
らの距離であり、Ｚ=焦点距離の場合である。

【００５６】図５（Ｂ）に示すように、Ｒ軸方向では、
駆動周波数が８３(ＭＨz)、１６６(ＭＨz)、２４９(Ｍ
Ｈz)の順に焦点径が小さくなる。すなわち、図６（Ａ）
〜（Ｃ）に示すように、振動子２８の駆動周波数を高く
するほど、吐出されるインク液滴３６（ドット径）が小
さくなる。

【００５７】また、図５（Ａ）に示すように、Ｚ軸方向
は、駆動周波数が８３(ＭＨz)、１６６(ＭＨz)、２４９
(ＭＨz)である順に焦点深度が浅くなる。ここで、Ｚ軸
方向の焦点のピークは、駆動周波数によって微妙に異な
っているが、インク自由表面３２は音響フレネルレンズ
２４の底面２４ＣからのＺ方向距離が最高駆動周波数の
焦点ピークに一致するように設けているため、最高駆動
周波数においてインク自由表面３２からインク液滴３６
を確実に吐出することができる。しかも、低い駆動周波
数では焦点深度が深くなるので、インク自由表面３２が
焦点ピークから多少ずれていても、インク自由表面３２
からインク液滴３６を吐出することができる。この結
果、異なる駆動周波数で、インク自由表面３２のＺ方向
位置を変更することなく、インク液滴３６を確実に吐出
することができる。

【００５８】さらに、振動子２８の自己共振周波数を最
低駆動周波数８３(ＭＨz)に合わせておけば、その高調
波である１６６(ＭＨz)、２４９(ＭＨz)でも共振するの
で、それぞれの駆動周波数において一層小さな駆動エネ
ルギでインク液滴３６の吐出を行なうことができる。

【００５９】次に、振動子２８（駆動信号）の駆動周波
数と駆動信号の振幅、印加時間の関係について図７を参
照して説明する。一般に、インク自由表面に与える駆動
エネルギとインク吐出状態の関係は、駆動エネルギ不足
領域、吐出安定領域、駆動エネルギ過剰領域に分けられ
る(図７（Ａ）、（Ｂ）参照）。駆動エネルギ不足領域
では、エネルギ不足でインク液滴が吐出できない。駆動
エネルギ過剰領域では、インク自由表面から長い液柱が
成長して、複数のインク液滴が吐出され、それらの着弾
位置がずれて画質欠陥を引き起こす可能性がある。それ
らの間の吐出安定領域でのみ、一つのインク液滴が安定
して吐出される。

【００６０】しかしながら、駆動周波数によって吐出安
定領域となるエネルギ量が異なる。これは、駆動周波数
によって自由表面における超音波の集束径（インク液滴
の径）や焦点距離の影響、振動効率等が異なるためと考
えられる。したがって、駆動周波数のみ変更すると、そ
の駆動周波数における吐出安定領域となるエネルギ量に
対して駆動エネルギが過剰あるいは不足となり、インク
液滴が安定的に吐出されなくなる。そこで、駆動周波数
を増加するに従ってバースト波の振幅（印加電圧）を減
少させることにより、駆動エネルギが噴射安定領域にな
るように設定した(図７（Ａ）、図８（Ａ）〜（Ｃ）参
照）。したがって、異なる駆動周波数でも安定的にイン
ク吐出を行うことができる。

【００６１】また、同様に、駆動周波数の異なる場合の
駆動エネルギを調整するために、図９（Ａ）〜（Ｃ）に
示すように、駆動信号の印加時間を調整することも可能
である。この場合には、駆動周波数が増加するに従って
駆動エネルギが噴射安定領域になるように印加時間を減
少させた(図７（Ｂ）参照）。

【００６２】なお、図８、図９は、振動の振幅、周期に
関しては、模式的なものである。

【００６３】このように、音響インクジェット記録ヘッ
ド１０では、振動子２８（駆動信号）の駆動周波数を変
更することによって、大きさの異なるインク液滴３６を
確実に吐出することができる。

【００６４】すなわち、記録ヘッド１０が搭載されたイ
ンクジェット記録装置４０では、制御回路４６において
駆動（ＲＦ）信号の駆動周波数と振幅、あるいは印加時
間を変更することによって、用紙４４に異なったドット
を形成することができる。具体的には、図１２に示すよ
うに、８３(ＭＨz)で駆動時には、６００dpi相当のドッ
ト６０が用紙４４に形成され、２４９(ＭＨz)で駆動時
には、３０００dpi相当のドット６２が用紙４４に形成
される。

【００６５】例えば、６００dpiの画像を形成する場合
には、記録ヘッド１０自体の解像度が７５dpiなので、
６００dpi相当のドットを８回スキャンすることにより
画像形成を行なう。

【００６６】インクジェット記録装置４０では、オペレ
ータが高速印字モードを選択した場合には、印字モード
選択回路５２からの高速印字モード信号が出力され、制
御回路４６から８３(ＭＨz)の駆動信号が出力されるこ
とにより、６００dpi相当のドット６０のみの画像が形
成されると共に、高画質印字モードを選択した場合に
は、印字モード選択回路５２からの高画質印字モード信
号が出力され、制御回路４６から２４９(ＭＨz)の駆動
信号が出力されることにより、３０００相当のドット６
２のみの画像が形成される。したがって、高速印字モー
ドでは高速化、高画質印字モードでは高画質化が達成さ
れる。

【００６７】また、オペレータが標準印字モードを選択
した場合には、印字モード選択回路５２からの標準印字
モード信号が出力され、画像情報源４８からの画像信号
に基づいて制御回路４６において駆動信号の駆動周波数
が変更される。すなわち、画像濃度に応じて異なる３つ
の駆動周波数でインク液滴が吐出され、用紙４４に画像
形成される。したがって、標準印字モードではある程度
の高速化と高画質化が達成できる。

【００６８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、音響インクジェット記録ヘッドにおいて、音
響レンズとしてLSIプロセス等により安価に精度良く作
製できる音響フレネルレンズを用いて、ドット径変調が
可能となり、高画質化と高速化を両立できる。この場
合、それぞれのサイズのインク液滴を吐出する際に、駆
動エネルギを最適値に制御するので、それぞれの場合に
安定した吐出が行なわれる。また、ドット径変調の際、
振動子をエネルギ変換効率の良い振動数で使用できるの
で、低エネルギ化できる。また、駆動周波数によって、
インクの自由表面位置を変える必要がないので、ヘッド
構造を複雑にすることなく、低コスト化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が一実施形態に係る音響インクジェッ
ト記録ヘッドの分解斜視図である。

【図２】 本発明が一実施形態に係る音響インクジェッ
ト記録ヘッドの部分断面図である。

【図３】 本発明の一実施形態に係る音響フレネルレン
ズの一部断面斜視図である。

【図４】 本発明の一実施形態に係る音響フレネルレン
ズの断面図である。

【図５】 （Ａ）はＺ軸方向における音圧分布を示す図
であり、（Ｂ）はＲ軸方向における音圧分布を示す図で
ある。

【図６】 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ駆動周波数が８
３(ＭＨz)、１６６(ＭＨz)、２４９(ＭＨz)の場合のイ
ンク液滴の吐出状態を説明する図である。

【図７】 駆動信号の駆動周波数と振幅、印加時間の関
係を説明する図である。

【図８】 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ駆動周波数が８
３(ＭＨz)、１６６(ＭＨz)、２４９(ＭＨz)の場合の駆
動信号の波形図である。

【図９】 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ駆動周波数が８
３(ＭＨz)、１６６(ＭＨz)、２４９(ＭＨz)の場合の駆
動信号の波形図である。

【図１０】 本発明の一実施形態に係るインクジェット
記録装置の制御部を示すブロック図である。

【図１１】 本発明の一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インクジェット記録装置の概略
図である。

【図１２】 本発明が適用された音響インクジェット記
録ヘッドにより形成される画像を説明する図である。

【符号の説明】

１０…音響インクジェットヘッド ２４…音響フレネルレンズ ２６…開口（インク液保持手段） ３２…インク自由表面 ３６…インク液滴 ２８…振動子（振動発生手段） ３０…電極 ４０…インクジェット記録装置 ４４…制御回路（制御手段）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体インクの自由表面に超音波を集束す
   ることによって、前記自由表面からインク液滴を吐出さ
   せる音響インクジェット記録ヘッドであって、 自由表面を有する状態でインク液を保持するインク液保
   持手段と、 超音波を発生する振動発生手段と、 前記振動発生手段によって発生した超音波をインク液の
   前記自由表面に集束させる音響フレネルレンズと、 前記振動発生手段を駆動する駆動周波数を前記音響フレ
   ネルレンズの基本周波数近傍または前記基本周波数の整
   数倍近傍の周波数とすることを特徴とする音響インクジ
   ェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 画像情報に基づいて前記駆動周波数を切
   り換える制御手段を備え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】 印字モードに基づいて前記駆動周波数を
   切り換える制御手段を備え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。
4. 【請求項４】 前記振動発生手段が圧電素子で構成さ
   れ、前記制御手段から前記圧電素子に印加される駆動信
   号の振幅を前記駆動周波数に応じて変更することを特徴
   とする請求項２または３記載の音響インクジェット記録
   ヘッド。
5. 【請求項５】 前記振動発生手段が圧電素子で構成さ
   れ、前記制御手段から前記圧電素子に印加される駆動信
   号の印加時間を前記駆動周波数に応じて変更することを
   特徴とする請求項２または３記載の音響インクジェット
   記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記インク保持手段が保持するインク自
   由表面は、前記振動発生手段が最高駆動周波数で駆動さ
   れた場合に超音波が集束する焦点付近に設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜５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。
7. 【請求項７】 前記振動発生手段の自己共振周波数が、
   前記駆動周波数のいずれかに一致していることを特徴と
   する請求項１〜６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。
8. 【請求項８】 請求項１〜請求項７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ことを特徴
   とするインクジェット記録装置。