JP2002086710A - 音響プリンタの駆動回路及び音響プリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な吐出効率を維持することができかつ圧
電素子の自己共振周波数に依存することなく所定の寸法
に調整されたインク液滴を生成する。 【解決手段】 圧電素子７にインダクタンス９を並列に
接続することで、ＴＡＮＫ回路として機能するように構
成し、このＴＡＮＫ回路前段に調整用インダクタンス１
０を直列に挿入する。この調整用インダクタンス１０に
より、圧電素子７の音響等価的な直列共振周波数が調整
され、その結果、十分な吐出効率が維持され、かつ圧電
素子の自己共振周波数に依存しない所定の寸法に調整さ
れたインク液滴が生成される。これにより、並列共振の
同調周波数を所望の粒径に対応する周波数で圧電素子か
ら放射する超音波強度を効率的に放射させることができ
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、音響プリンタの駆
動回路及び音響プリンタにかかり、特に、液体インクを
用いて画像を記録する機構に音響変換機（トランスデュ
ーサ）を用いて圧電素子に交流信号を供給し液体インク
を吐出する音響プリンタの駆動回路及び音響プリンタに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インク液を小さな粒状（所
謂、インク液滴）として記録媒体上に飛翔させることに
よりドットを形成して画像を記録する装置として、音響
プリンタが実用化されている。この液滴を記録媒体上に
飛翔させる装置に音響変換機（トランスデューサ）の作
動を利用した音響プリンタが知られている。

【０００３】一例としては、特開平５−２７８２１８号
公報（米国特許第５１９１３５４号）に記載の技術があ
る。音響変換機（トランスデューサ）を用いた音響プリ
ンタは、適当な励起周波数で液体インクの自由表面に周
期的な摂動を生じさせる。この振動圧の振幅が臨界の立
ち上がり振幅レベル以上であれは、液体インクの自由表
面上に１またはそれ以上の定在表面張力波が生成され、
記録媒体上に液滴が飛翔される。このような摂動を生じ
させるため、トランスデューサがドライバに接続されて
駆動される。

【０００４】また、特開平８−１８７８５３号公報（米
国特許第５５８９８６４号）には、ＲＦ信号により駆動
される圧電デバイスをトランスデューサとして用いる技
術が開示されている。この技術では、圧電デバイスにＰ
ＩＮダイオード又はバラクタが直列に接続され、バラク
タの場合にはそのインピーダンスを変化させることによ
り、ＲＦ信号をオン及びオフに切り替えてインク射出を
制御している。

【０００５】このような音響プリンタの具体的な構成を
図１１及び図１２に示した。図１１は、音響プリンタの
制御構成の一例であり、図１２は、音響プリンタの外観
の一例を示したものである。図１１に示すように、画像
情報源１００から出力された画像信号は、制御回路１０
４に入力され、記録ヘッド（プリントヘッドＨ）１０６
の所定のイジェクタをオン／オフする信号に変換され
る。また、ＲＦ信号発生回路１０２から出力されたＲＦ
信号も、制御回路１０４に入力され、オン状態のイジェ
クタに供給される。これによって、液体インクの自由表
面上に１またはそれ以上の定在表面張力波が生成され、
記録媒体Ｐ上にインク液滴が飛翔される。

【０００６】音響プリンタでは、図１２に示すように、
記録媒体Ｐに対して、キャリッジ上に設けられたプリン
トヘッドＨは、相対的に主走査方向に等速度で移動しな
がら１バンド画像を形成し、相対的に主走査方向と交差
する副走査方向にステップ移動した後、つぎの１バンド
画像を形成する。これらの過程を繰り返しながら、記録
媒体Ｐに所望の画像が記録される。

【０００７】音響プリンタは、圧電素子で発生させた超
音波を音響レンズで集束させることにより、インク液滴
を吐出する。一般に、圧電素子の２つの電極で挟まれた
圧電体の厚みで定まる自己共振周波数に等しい周波数の
ＲＦ信号が圧電素子に印加されると、圧電素子の超音波
発生効率が最大になるので、インク液滴の吐出効率は最
大になる。このように、インク液滴の吐出効率を最大に
するため、自己共振周波数として所定値を得るべく圧電
体の厚みを精度よく設定する必要がある。

【０００８】ところが、圧電体は、その製造上、厚みが
公差範囲内でばらつく。すなわち、圧電体は、スパッタ
リング等の処理が施される時間に応じた厚さで形成さ
れ、その処理により、得られる厚さがばらつくことにな
る。圧電体の自己共振周波数は圧電体の厚みで定まるた
め、圧電体の厚さがばらつくことで、一定の周波数のＲ
Ｆ信号に対して圧電素子の自己共振周波数がずれること
になる。この自己共振周波数のずれによって、インク液
滴の吐出効率にばらつきが生じる。また、温度変化など
の外乱によりインクの状態が変化しても、インク液滴の
吐出効率にばらつきが生じる。

【０００９】このような、インク液滴の吐出効率を安定
化させる技術の一例として、圧電素子の自己共振周波数
よりも駆動回路の共振周波数を高くする技術が提案され
ている（特開平９−２４８９０６号公報）。また、同様
の技術として、集束超音波の周波数を時間的に変化させ
る技術が提案されている（特開平８−２５４４４６号公
報）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように駆動回路の共振周波数を高くしたり集束超音波の
周波数を時間的に変化させたりする技術では、所望の寸
法を有するインク液滴を生成できない。すなわち、近
年、高速記録を実現すべく、大きさを調整したインク液
滴、例えば比較的大きな径を有するインク液滴を得る目
的において、圧電素子に印加するＲＦ信号の周波数を、
圧電素子の自己共振周波数の公差範囲から大きく逸脱さ
せる場合があり、この場合には、インク液滴を生成でき
ない。すなわち、高速記録時には、ドット（画素やピク
セル）を構成するインク液滴の大きさを大きくすること
で、飛翔させるドットの数を減少させることが想定され
る。従って、圧電素子の自己共振周波数の公差範囲内で
形成されるインク液滴の大きさに比較して、より大きな
インク液滴を得る必要がある。このため、自己共振周波
数より小さな周波数、すなわち駆動回路の共振周波数を
低くしなければならない。

【００１１】また、インク液滴の吐出効率を安定化させ
るために、駆動回路の共振周波数を高くしたり集束超音
波の周波数を変化させたりする技術における圧電素子の
駆動モードは、何れも高出力のＲＦアンプが必要である
ので、コスト高および装置の大型化を招く。

【００１２】このようなＲＦ信号を制御するものとし
て、本出願人は、交流信号電源を用いることなく圧電素
子に交流信号を発生させる技術を提案している（特願平
１１−７２２１１号）。この技術では、圧電素子と並列
に接続したインダクタンスにより、並列共振回路を構成
し、スイッチング手段により、圧電素子に電荷蓄積手段
からの電荷エネルギーと共振回路に基づくエネルギーと
を交互に供給して、インクの吐出を行うＴＡＮＫ（タン
ク）回路を含んだ駆動回路を提案している。すなわち、
圧電素子による自己共振と共振回路によるエネルギーと
を切り換えてエネルギー供給している。

【００１３】具体的には、圧電素子は、コンデンサに、
インダクタンスと、コンデンサ及び抵抗からなる直列共
振回路とを並列に接続した等価回路で表すことができる
ことは周知である。この直列共振回路に並列に接続され
たコンデンサとインダクタンスとはＴＡＮＫ回路とよば
れる並列共振回路を形成している。このＴＡＮＫ回路
は、エネルギを一旦蓄えた後、交流信号の供給が遮断さ
れると、コンデンサとインダクタンスとの間で、所定周
波数（＝（１／（２・π・√（Ｃｄ・Ｌｄ））で、エネ
ルギ（電力）が移動（振動）する。従って、コンデンサ
とインダクタンスとの間でエネルギ減衰振動するので、
この振動により抵抗に電力が供給され（即ち、交流信号
が供給され）、圧電素子が振動し、超音波が発生する。
即ち、ＴＡＮＫ回路に蓄えられたエネルギが超音波発生
に利用され、駆動回路から駆動電流を供給しなくても、
ＴＡＮＫ回路に蓄えられたエネルギにより、圧電素子を
振動させ、超音波を発生させることができる。

【００１４】このようなＴＡＮＫ回路を用いると、駆動
回路は小型でコストも安くなる。ＴＡＮＫ回路の共振周
波数は、圧電素子の静電容量に依存するので、適当なイ
ンダクタにより、所望のＲＦ信号の周波数に等しくなる
ように、ＴＡＮＫ回路の共振周波数が調整される。

【００１５】しかしながら、ＴＡＮＫ回路を含んだ駆動
回路において、超音波の発生効率が大きく変動すること
がある。図１３は、共振周波数が調整されたＴＡＮＫ回
路における駆動波形の一例を示したものであり、図１３
（Ａ）に駆動回路の出力波形を、図１３（Ｂ）に圧電素
子の音響等価抵抗における伝達波形を、示した。ここで
は、圧電素子の自己共振周波数は１５０ＭＨｚであり、
ＴＡＮＫ回路の共振周波数は８５ＭＨｚに調整されてい
る。図１３（Ａ）に示すように、波高値で出力Ｖｘとな
ると共に１つの周期ｆｘで最大最小となる、駆動回路の
出力波形に対して、図１３（Ｂ）に示すように、出力Ｖ
ｘに比較してかなり小さな出力Ｖｙ（＜＜Ｖｘ）でかつ
１つの周期ｆｙで極大極小値を複数有する、圧電素子の
音響等価抵抗における伝達波形となる。従って、駆動回
路の出力波形に対して、音響等価抵抗での伝達波形は、
周波数成分が異なると共に、出力振幅が小さくなる。す
なわち、超音波の発生効率が低いことになる。従って、
所望の寸法を有するインク液滴を生成することが困難で
ある。

【００１６】このため、圧電素子の自己共振周波数を低
くするために、圧電体の厚みを厚く製造することが考え
られるが、所望の厚みになる圧電体を得るのには所要時
間が膨大となり、コスト高になる。すなわち、圧電体
は、スパッタリング等の処理が施される時間に応じた厚
さで形成される。このスパッタリング等の処理は、１μ
ｍの厚さを形成するのに数時間を必要とし、圧電体の厚
さを厚くして調整するためにはスパッタリング等の処理
時間を膨大に設定しなければならない。

【００１７】本発明は、上記事実を考慮して、小型でか
つ低コストであると共に、十分な吐出効率を維持するこ
とができかつ圧電素子の自己共振周波数に依存すること
なく所定の寸法に調整されたインク液滴を生成すること
が可能な、音響プリンタの駆動回路及び音響プリンタを
得ることが目的である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、交流信号を供給することにより圧電素子で
発生した超音波をインク液面に集束させてインク液滴を
吐出して画像を形成する音響プリンタの駆動回路におい
て、前記圧電素子と並列に接続されたインダクタと、前
記圧電素子と前記交流信号との接続を制御することによ
って前記圧電素子の駆動による前記インク液滴の吐出を
開始させる制御手段と、前記インダクタと前記制御手段
との間に直列に接続された調整用インダクタと、を備え
たことを特徴とする。

【００１９】音響プリンタは、液体インクと音響的に接
続された圧電素子に交流信号を供給してインク液滴の吐
出を行う。すなわち、圧電素子で発生した超音波をイン
ク液面に集束させることにより、インク液滴を吐出させ
る。その音響プリンタの駆動回路は、圧電素子に並列に
接続されたインダクタと圧電素子とにより共振回路が構
成される。交流信号が圧電素子に供給されると、この共
振回路にエネルギが蓄積される。制御手段は、圧電素子
と交流信号との接続を制御する。そして、制御手段は、
接続の制御によりインク液滴の吐出を開始させる。すな
わち、接続のときには交流信号が圧電素子に供給され
る。このとき、共振回路にエネルギが蓄積される。一
方、非接続のときには共振回路に蓄積されたエネルギが
圧電素子に供給される。つまり、圧電素子には上記交流
信号又は共振回路に基づくエネルギが交互に供給され、
インク液面が振動し、インク液滴の吐出が開始される。

【００２０】圧電素子が自己共振周波数以外の周波数で
駆動されると、駆動する駆動周波数及び同調周波数が自
己共振周波数から外れるに従って、圧電素子から放射す
る超音波強度が著しく低下する。本発明では、インダク
タと制御手段との間には、調整用インダクタが直列に接
続されている。これによって、並列共振の同調周波数を
飛翔するインク液滴の所望の粒径に対応する周波数とす
れば、自己共振周波数を形成する成分に対し、直列に挿
入したインダクタにより、自己共振周波数を等価的に変
更できる。従って、圧電素子から放射される超音波強度
を効率的に放射できる。これによって、圧電素子側に調
整用インダクタを直列に挿入することで、圧電素子の自
己共振周波数に依存しない、所定の寸法に調整されたイ
ンク液滴を吐出することができる。

【００２１】前記交流信号は、インク液滴による単位ド
ットを形成するための画像信号に基づいて形成すること
ができる。画像を形成する場合、単一な大きさのインク
液滴の飛翔によるドットで画像形成するのに比べ、その
大きさを変更して画像形成することで、画像形成の効率
向上を図ることができる。このため、交流信号を、イン
ク液滴による単位ドットを形成するための画像信号に基
づいて形成するようにすれば、画像形成の効率、例え
ば、画質の変更を伴って画像形成することができる。例
えば、画像形成時の、予め定めた大きさのドットを単位
ドットとし、単位ドットで形成される画像を通常の画像
とする。この場合、画像信号により形成される画像は、
通常の画像である。単位ドットより大きなドットで画像
を形成すれば、より高速な画像形成が可能である。従っ
て、交流信号を、単位ドットを形成するための画像信号
に基づいて、例えば大きいドットを形成するようにすれ
ば、画像形成の効率、例えば、画質の変更を伴って画像
形成することができる。すなわち、圧電素子の自己共振
周波数に依存しない、所定の寸法に調整されたインク液
滴を吐出することができるので、交流信号を調整するこ
とで、インク液滴により形成されるドットを調整でき
る。

【００２２】前記圧電素子の自己共振周波数は、前記圧
電素子と前記インダクタとからなる共振回路の共振周波
数の略２倍に設定することが好ましい。本発明によれ
ば、インダクタと制御手段との間に調整用インダクタを
直列に接続する。この直列に挿入したインダクタによ
り、自己共振周波数を等価的に変更できる。この場合
に、圧電素子の自己共振周波数を共振回路の共振周波数
の略２倍に設定、すなわち共振回路の共振周波数の略１
／２倍に自己共振周波数を設定すれば、圧電素子の圧電
体の厚さを増大することなく、圧電素子の自己共振周波
数を低くすることができ、短時間で形成できる汎用的な
圧電素子を用いることができる。

【００２３】前記音響プリンタの駆動回路を、音響プリ
ンタに備えることで、十分な吐出効率が維持され、かつ
圧電素子の自己共振周波数に依存しない所定の寸法に調
整されたインク液滴を生成して、画像形成可能な音響プ
リンタを提供できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。本実施の形態は、イ
ンク液滴の寸法を任意に調整可能な音響プリンタの駆動
回路に、本発明を適用したものである。

【００２５】（画像形成装置）図４は、本発明の音響プ
リンタの駆動回路が適用可能な多色用の画像形成装置の
一構造例を概略的に断面図で示した。

【００２６】画像形成装置４０は、マゼンタ（Ｍ）、シ
アン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の着色
粒子が格納されている４つの記録ヘッド４２を搭載して
いる。４つの記録ヘッドは液体４Ａを格納している貯蔵
部４４に連通していて、適宜、液体４Ａが供給されるよ
うになっている。各々の記録ヘッド４２は、着色粒子供
給部、粒子薄膜形成部、および圧力発生部とを備えてい
る。各々の記録ヘッド４２は、各色の着色粒子を表面に
付帯した液滴を、画像信号に応じて、用紙トレイ４６か
ら搬送部４８によって搬送されてくる紙等の記録媒体Ｐ
に向けて吐出させる。吐出された液滴は、記録媒体Ｐの
所望の位置に付着し、多色の画像を記録媒体Ｐ上に形成
する。

【００２７】記録媒体は、搬送部５０によって搬送さ
れ、定着部５２に内臓されている押圧ロールと約１５０
℃に加熱されている加熱ロールのニップ部を通過する。
この際、押圧ロールおよび加熱ロールによって加熱・加
圧され、画像は記録媒体Ｐに強固に固定される。

【００２８】定着部５２は前記構成に限定されず、例え
ば、加熱ロール以外にも加熱定着方式の定着部として
は、加熱パッドとフィルム状部材で構成した定着部や、
強い光源などを非接触で近接配置させた定着部等を使用
することができる。また、使用する着色粒子の特性に合
わせ、これを記録媒体に強固に付着させるために有効な
ものを適宜選択することができ、例えば定着剤を含んだ
カプセルタイプの着色粒子を使用する場合は、圧力ロー
ルを配置し、圧力によってカプセルを破壊して定着させ
る方法を利用することもできる。

【００２９】（インク吐出部）前記記録ヘッド４２は、
多色の画像を記録媒体Ｐ上に形成するために記録媒体Ｐ
に向けて液滴を吐出させるインク吐出装置を含んで構成
されている。図１には、本発明の実施の形態であるイン
ク吐出装置のインク吐出部２０と駆動回路３０の模式図
を示した。

【００３０】図１に示すように、本実施の形態に係るイ
ンク吐出装置のインク吐出部２０は、側壁部３により囲
まれた内部が液体インクに満たされたインク室４となっ
ており、かつ、上部にインク吐出部位１を有するインク
保持部（ヘッド）２を備えている。インク保持部２の下
部には、上部電極６と下部電極８とにより挟まれた、イ
ンクと音響的に接続された圧電素子７が配置されてい
る。インク室４内の上部電極６の上部には、圧電素子７
により発生した超音波をインク吐出部位１に集束させる
フレネルレンズ５が配置されている。なお、本実施の形
態に係るインク吐出装置は、音響プリンタに備えられて
おり、インク吐出部位１のインク吐出方向には、記録媒
体Ｐが配置される。

【００３１】本実施の形態では、上部電極６と下部電極
８とに、圧電素子７と並列に、かつ、圧電素子７及び本
発明の制御手段としての圧電素子駆動回路１２に最接近
した位置に、本発明のインダクタとしてのインダクタン
ス９が接続されている。また、下部電極８には、本発明
の調整用インダクタとしての調整用インダクタンス１０
（以下の説明では、直列インダクタンスＬｓｓともい
う）を介して、ＲＦ−ＡＭＰにより構成された圧電素子
駆動回路１２の一方の出力端が接続され、上部電極６に
は圧電素子駆動回路１２の他方の出力端が接続されてい
る。

【００３２】図２には、駆動回路３０（圧電素子駆動回
路１２）から圧電素子までの等価回路を示した。図２に
示すように、圧電素子７は、コンデンサＣｄに、音響等
価ステイフネスＬｓ（以下、インダクタンスＬｓとい
う）、音響等価容量Ｃｓ（以下、コンデンサＣｓとい
う）、及び音響等価抵抗Ｒｓ（以下、抵抗Ｒｓという）
の直列共振回路１３が並列に接続された等価回路で表す
ことができる。コンデンサＣｄとインダクタンスＬｄと
はＴＡＮＫ回路とよばれる並列共振回路（以下、ＴＡＮ
Ｋ回路１４という）を形成する。このＴＡＮＫ回路１４
は、エネルギを一旦蓄えた後、交流信号の供給が絶たれ
ると、コンデンサＣｄとインダクタンスＬｄとの間で、
所定周波数（＝（１／（２・π・√（Ｃｄ・Ｌｄ））
で、エネルギ（電力）が移動（振動）する。

【００３３】ここで、コンデンサＣｄとインダクタンス
Ｌｄで決まる共振周波数を駆動回路１２からの交流信号
の周波数と等しくなるように設定した場合、インダクタ
ンスＬｓ、コンデンサＣｓ、及び抵抗Ｒｓの制限要素が
存在するので、上記エネルギの移動の際にエネルギが減
少（減衰振動）する。この減衰振動は、Ｃｄ、Ｌｓ、Ｃ
ｓ、Ｒｓの各値により定まる。そして、容量比（＝Ｃｄ
／Ｃｓ）が１以上でありかつＬｓ、Ｃｓ、及びＲｓの直
列共振回路１３の尖鋭度Ｑ＝（１／（２πｆＣｓ・Ｒ
ｓ）が１以上であれば、１周期以上減衰振動する。

【００３４】このように、コンデンサＣｄとインダクタ
ンスＬｄとの間でエネルギ減衰振動するので、この振動
により抵抗Ｒｓに電力が供給され（すなわち、交流信号
が供給され）、圧電素子７が振動し、超音波が発生す
る。すなわち、ＴＡＮＫ回路１４に蓄えられたエネルギ
が超音波発生に利用される。よって、圧電素子駆動回路
１２から駆動電流を供給しなくても、ＴＡＮＫ回路１４
に蓄えられたエネルギにより、圧電素子７を振動させ、
超音波を発生させることができる。従って、圧電素子駆
動回路１２からの駆動電流の供給及び遮断を制御し、圧
電素子駆動回路１２からの電力とＴＡＮＫ回路１４から
の電力と交互に切り換えて、圧電素子７に供給し、コン
デンサＣｄとインダクタンスＬｄとの間でエネルギ減衰
振動を利用して、消費電力を削減できる。

【００３５】図３には、圧電素子駆動回路１２の構成例
を示した。また、図３では、圧電素子７と、圧電素子駆
動回路１２、インダクタンス９及び調整用インダクタン
ス１０とを分離可能にするための接続端子１７、１８が
設けられている。圧電素子駆動回路１２は、コントロー
ラ１１、ＲＦ信号発生部１５、及び画像信号の入力部１
６（以下、画像信号１６という）を備えている。

【００３６】本実施の形態では、調整用インダクタンス
１０が圧電素子７に直列に（具体的には、下部電極８と
圧電素子駆動回路１２との間に直列に）接続されてい
る。すなわち、圧電素子駆動回路１２には、同調用固定
のためのインダクタンスＬｄが並列に接続されている。
インダクタンスＬｄの一端は接地され、他端は圧電素子
駆動回路１２に接続されている。圧電素子駆動回路１２
は、コントローラ１１を備えており、このコントローラ
１１は液滴を吐出させるための画像信号１６によりオン
信号を出力する。また、コントローラにはＲＦ信号発生
部１５が接続され、コントローラ１１は画像信号１６に
よるオン信号のときにＲＦ信号を出力する。

【００３７】圧電素子駆動回路１２は、トランジスタＴ
ｒを備えている。トランジスタＴｒのコレクタはインダ
クタンスＬｄの他端に接続され、エミッタは、コンデン
サＣ２を介して接地されかつ負電源（−Ｖ）に接続され
ている。この負電源（−Ｖ）は、抵抗Ｒ１を介してトラ
ンジスタＴｒのベースに接続されている。また、抵抗Ｒ
１のトランジスタＴｒのベース側は、抵抗Ｒ２を介して
接地されると共に、コンデンサＣ１を介してコントロー
ラ１１に接続されている。

【００３８】次に、調整用インダクタンス１０の選択に
ついて説明する。一般的に、自己共振周波数である圧電
素子７の音響等価的な直列共振周波数ｆｓは、次式で与
えられる。

【００３９】 ｆｓ＝１／｛２π√（Ｌｓ・Ｃｓ）｝ −−−（１） この直列共振周波数ｆｓは、調整用インダクタンス１０
である直列インダクタンスＬｓｓによって、次式で与え
られるｆｓ'に調整される。

【００４０】 ｆｓ'=１／［２π√｛（Ｌｓ＋Ｌｓｓ）Ｃｓ｝］ −−−（２） また、ＴＡＮＫ回路１４の並列共振周波数ｆｐは、次式
で与えられる。

【００４１】 ｆｐ＝１／｛２π√（Ｌｄ・Ｃｄ）｝ −−−（３） ここで、圧電素子駆動回路１２から出力されたＲＦ信号
の周波数はＴＡＮＫ回路１４の共振周波数ｆｐに等しい
ので、（２）式と（３）式が互いに等しくなるように、
直列インダクタンスＬｓｓを選択する。例えば、容量比
が２０である圧電素子７に対しては、次式を満足する直
列インダクタンスＬｓｓを選択する。

【００４２】 Ｌｓｓ＝２０・Ｌｄ−Ｌｓ −−−（４） このように、ＴＡＮＫ回路１４の前段に直列に調整用イ
ンダクタンス１０（直列インダクタンスＬｓｓ）を挿入
することで、圧電素子７の音響等価的な直列共振周波数
ｆｓを調整できる。これによって、十分な吐出効率が維
持され、かつ圧電素子の自己共振周波数に依存しない所
定の寸法に調整されたインク液滴を生成することができ
る。

【００４３】次に、圧電素子の自己共振周波数に依存し
ない所定の寸法に調整されたインク液滴を生成すること
ができる点について詳細に説明する。すなわち、並列共
振回路と直列共振回路の複同調回路の応答特性について
説明する。本実施の形態では、圧電素子７の等価回路の
一部である、インダクタンスＬｓ、コンデンサＣｓ及び
抵抗Ｒｓの直列共振回路１３と、圧電素子７の等価回路
の一部であるコンデンサＣｄ及び並列に接続されたイン
ダクタンスＬｄとからなるＴＡＮＫ回路１４として機能
する並列共振回路と、の複同調回路の応答特性について
説明する。

【００４４】図５（Ａ）に示す一般的な圧電素子７の等
価回路で考えると、直列共振回路１３の自己共振周波数
ｆｓと、タンク回路１４の並列共振周波数ｆｐとを、一
致させたときの伝達特性が最大となる。この結果、図５
（Ｂ）に示すように、所定周波数ｆｏ＝１／｛２π√
（Ｌｓ・Ｃｓ）｝を中心として略線対称に山形となる応
答特性となる。

【００４５】この場合に、自己共振周波数ｆｓと、並列
共振周波数ｆｐとが一致しないと、応答特性は、何れか
の方向へ偏る。すなわち、図５（Ｃ）に示すように、ｆ
ｐ＜ｆｓの場合には所定周波数ｆｏより小さい周波数で
最大となる偏った応答特性となり、ｆｐ＞ｆｓの場合に
は所定周波数ｆｏより大きい周波数で最大となる偏った
応答特性となる。

【００４６】本実施の形態では、ＴＡＮＫ回路１４の前
段に直列に調整用インダクタンス１０（直列インダクタ
ンスＬｓｓ）を挿入している（図６（Ａ）参照）。これ
によって、図６（Ｂ）に示すように、その応答特性は、
３つの周波数で同調するようになる（Triple Tune）。
この追加された周波数ｆｓｓは、上記（２）式で表され
る周波数ｆｓｓであり、その新規に追加された周波数で
ピークを有することとなる。

【００４７】これによって、本来、自己共振周波数ｆｓ
であるｆｏ＝１／｛２π√（Ｌｓ・Ｃｓ）｝に支配され
ることがない、周波数による駆動が可能となる。これに
よって、吐出効率を維持でき、かつ圧電素子の自己共振
周波数に依存しない周波数によるインク液滴の吐出によ
り所定の寸法に調整されたインク液滴を生成することが
できる。

【００４８】図７は、直列インダクタンスが挿入された
場合のＴＡＮＫ回路における駆動波形を示したものであ
る。図７（Ａ）は、圧電素子の駆動回路１２の出力波形
を示し、図７（Ｂ）は、圧電素子７の音響等価抵抗にお
ける伝達波形を示している。図７における動作環境は、
従来の駆動波形で示した図１３と同じ条作、すなわち、
圧電素子７の自己共振周波数は１５０ＭＨｚであり、Ｔ
ＡＮＫ回路１４の共振周波数は８５ＭＨｚに調整されて
いる。

【００４９】図７（Ａ）に示すように、駆動回路１２の
出力は、その出力が開始された時点Ｄａから、最小値と
最大値の間で振幅を繰り返し、最小値が−３０Ｖ近傍の
略一定値で、最大値が＋２０Ｖ〜＋７０Ｖ近傍まで徐々
に増大する特性を有している。波高値は出力Ｖａで、中
心位置がずれた特性となる乱れた波形になっている。一
方、音響等価抵抗における伝達波形は、図７（Ｂ）に示
すように、音響等価抵抗における伝達が開始された時点
Ｄｂから、略０の電圧を中心として、略一致する最小値
と最大値の間で振幅を繰り返し、±３０Ｖ近傍の略一定
値である、波高値の特性を有している。このように、本
実施の形態では、圧電素子７の音響等価抵抗における伝
達波形は、出力振幅が十分大きく、正極性及び負極性に
共に略均等に振動する伝達特性になる。

【００５０】ここで、図７を図１３と比較すると、圧電
素子駆動回路１２の出力波形は乱れているものの、圧電
素子７の音響等価抵抗における伝達波形は、周波数成分
は８５ＭＨｚで、かつ出力振幅も十分大きい。従って、
所望の周波数ｆｐを有するＲＦ信号により、吐出効率が
十分維持された該周波数ｆｐで決まる寸法のインク液滴
が所定のインク吐出口から吐出する。すなわち、超音波
の発生効率が大きい状態で維持されたまま、所望の寸法
を有するインク液滴を生成することが可能になる。これ
は、インク液滴の寸法が、もはや圧電素子の自己共振周
波数に依存せず、任意に調整可能なことに相当する。

【００５１】このように、本実施の形態では、ＴＡＮＫ
回路１４の前段に直列に調整用インダクタンス１０（直
列インダクタンスＬｓｓ）を挿入することで、圧電素子
７の音響等価的な直列共振周波数ｆｓを調整できる。す
なわち、圧電素子の音響等価的な直列共振周波数と、圧
電素子の自己共振周波数とを、異ならせることができ
る。従って、インク液滴の寸法は、圧電素子の自己共振
周波数に依存せず、任意に調整することができる。これ
によって、高速記録を可能とする音響プリンタに対し
て、製造コストの高い大径インク液滴生成用のみなら
ず、製造コストの低い微小インク液滴生成用のプリント
ヘッドを用いても、周波数を調整するのみで、大径イン
ク液滴を安定に生成する、小型かつ低コストな駆動回路
が提供することができる。

【００５２】図８には本発明の実施の形態の音響プリン
タの駆動回路が適用可能な記録ヘッド（プリントヘッ
ド）Ｈの一例を模式図で示した。記録ヘッドＨは、圧電
素子７を含んだインク吐出部２０が筐体２１に設けら
れ、そのインク吐出部２０には、インク供給口２４が連
通している。このインク供給口２４にはインクを充填可
能なインクタンク２５が接続可能であり、インクタンク
２５内部のインクがインク供給口２４を介してインク吐
出部２０へ供給される。インク吐出部２０には、調整用
インダクタンス１０を介してケーブル２２が接続されて
いる。このケーブルは、ＲＦ信号の供給元に接続され
る。

【００５３】調整用インダクタンス１０は、記録ヘッド
Ｈの各々の圧電素子に設けられる。すなわち、図９に示
すように、複数個の調整用インダクタンス１０がケーブ
ル２２の先端付近に直列に設けられており、記録ヘッド
Ｈの各々の圧電素子に対応して実装される。図８及び図
９の例では、記録ヘッドＨの交換を必要としないパーマ
ネント型に適用されることが好ましい。このようにする
ことで、調整用インダクタンスは圧電素子の直近に実装
されるので、ＲＦ信号の伝送損失は最小になり、インク
液滴の吐出効率を大きく維持できる。

【００５４】図１０は、調整用インダクタンス１０を駆
動回路側に設けた例を示したものである。この例では、
圧電素子駆動回路１２の基板上または近傍に調整用イン
ダクタンス１０を挿入する。すなわち、ケーブル２２
は、単に圧電素子駆動回路１２と、インク吐出部２０と
を接続するのみの接続線で構成し、圧電素子駆動回路１
２側に調整用インダクタンス１０を設ける。これは、使
い捨て型など記録ヘッドの交換が想定される場合に適用
することが好適である。この場合、調整用インダクタン
スの接続端子の直近に挿入されるから、図８及び図９と
比較し、ＲＦ信号の伝送損失は大きくなるが、記録ヘッ
ドＨに調整用インダクタンスを設ける必要がないので、
記録ヘッドＨの交換時のコスト低下を図ることができ
る。

【００５５】なお、本実施の形態は、高周波数の交流電
流を供給する圧電素子駆動回路を用いたが、本発明はこ
れに限定されず、スイッチング回路を用いてスイッチン
グにより高周波数の交流電流を供給する回路を用いても
よい。

【００５６】また、上記実施の形態は、圧電素子により
発生した超音波をインク吐出部に集束させるためにフレ
ネルレンズを用いたが、本発明はこれに限定されず、超
音波の位相を制御して超音波をインク吐出部に集束させ
るようにしもよい。

【００５７】更に、上記実施の形態は、インク吐出装置
を、圧電素子により発生した超音波をインク吐出部に集
束させる音響インクプリンタに適用した例を説明した
が、本発明はこれに限定されず、圧電素子により発生し
た超音波をインク吐出部に集束させない音響インクプリ
ンタや、ノズル板を設けた音響インクプリンタに適用し
てもよい。更に、インク保持部（ヘッド）を１つ備えた
例を説明したが、本発明はこれに限定されず、同時に複
数の圧電素子を励振する場合やカラー化に対応すべく複
数の印字ヘッドを有する場合にも同様に適用することが
できる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電素子と並列に接続されたインダクタとインク液滴の吐
出を開始させる制御手段との間に調整用インダクタを直
列に接続したので、圧電素子の音響等価的な直列共振周
波数と、圧電素子の自己共振周波数とを、異ならせるこ
とができ、インク液滴の大きさについて、圧電素子の自
己共振周波数に依存せず任意に調整でき、インク液滴の
大きさに拘わらずインク液滴を安定的に生成させること
ができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態にかかり、インク吐出装
置の圧電素子及び駆動回路の周辺回路を示した概念構成
図である。

【図２】 本発明が適用可能な駆動回路３０から圧電素
子までの等価回路を示す線図である。

【図３】 本発明が適用可能な圧電素子駆動回路１２の
概略構成を示すブロック図である。

【図４】 本発明が適用可能な多色用の画像形成装置の
一例の構造を示す概略断面図である。

【図５】 圧電素子の等価回路について、直列共振回路
の自己共振周波数ｆｓと、タンク回路の並列共振周波数
ｆｐとの応答特性に関する説明図である。

【図６】 圧電素子の等価回路について、タンク回路の
前段に帳絵師インダクタンスを挿入した場合において、
直列共振回路の自己共振周波数ｆｓと、タンク回路の並
列共振周波数ｆｐとの応答特性に関する説明図である。

【図７】 直列インダクタンスが挿入された場合のＴＡ
ＮＫ回路における駆動波形を示し、（Ａ）は圧電素子駆
動回路１２の出力波形、（Ｂ）は圧電素子７の音響等価
抵抗における伝達波形を示している。

【図８】 本発明の実施の形態の音響プリンタの駆動回
路が適用可能な記録ヘッド（プリントヘッド）Ｈの一例
を示す模式図である。

【図９】 直列インダクタンスを備えたケーブルを示す
イメージ図である。

【図１０】 調整用インダクタンスを駆動回路側に設け
た一例を示すブロック図である。

【図１１】 従来の音響プリンタの具体的な制御構成を
示すブロック図である。

【図１２】 音響プリンタの具体的な概念構成を示す外
観図である。

【図１３】 従来のＴＡＮＫ回路における駆動波形の一
例を示したものであり、（Ａ）は駆動回路の出力波形、
（Ｂ）は圧電素子の音響等価抵抗における伝達波形を示
した。

【符号の説明】

１ インク吐出部位 ２ インク保持部 ３ 側壁部 ４ インク室 ５ フレネルレンズ ６ 上部電極 ７ 圧電素子 ８ 下部電極 ９ インダクタンス １０ 調整用インダクタンス １１ コントローラ １２ 圧電素子駆動回路 １３ 直列共振回路 １４ タンク回路 １５ 信号発生部 １６ 画像信号 ２０ インク吐出部 ２２ ケーブル ４０ 画像形成装置 ４２ 記録ヘッド Ｃｄ コンデンサ Ｃｓ コンデンサ Ｌｄ インダクタンス Ｌｓ インダクタンス Ｌｓｓ 直列インダクタンス Ｒｓ 抵抗 ｆｐ 並列共振周波数 ｆｓ 直列共振周波数（自己共振周波数） ｆｓｓ 周波数

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流信号を供給することにより圧電素子
   で発生した超音波をインク液面に集束させてインク液滴
   を吐出して画像を形成する音響プリンタの駆動回路にお
   いて、 前記圧電素子と並列に接続されたインダクタと、 前記圧電素子と前記交流信号との接続を制御することに
   よって前記圧電素子の駆動による前記インク液滴の吐出
   を開始させる制御手段と、 前記インダクタと前記制御手段との間に直列に接続され
   た調整用インダクタと、を備えたことを特徴とする音響
   プリンタの駆動回路。
2. 【請求項２】 前記交流信号は、インク液滴による単位
   ドットを形成するための画像信号に基づいて形成される
   ことを特徴とする請求項１記載の音響プリンタの駆動回
   路。
3. 【請求項３】 前記圧電素子の自己共振周波数は、前記
   圧電素子と前記インダクタとからなる共振回路の共振周
   波数の略２倍であることを特徴とする請求項１記載の音
   響プリンタの駆動回路。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記
   載の音響プリンタの駆動回路を備えた音響プリンタ。