JP2002120364A - Acoustic wave ink jet recording head and acoustic wave ink jet recorder - Google Patents

Acoustic wave ink jet recording head and acoustic wave ink jet recorder

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JP2002120364A
JP2002120364A JP2000316973A JP2000316973A JP2002120364A JP 2002120364 A JP2002120364 A JP 2002120364A JP 2000316973 A JP2000316973 A JP 2000316973A JP 2000316973 A JP2000316973 A JP 2000316973A JP 2002120364 A JP2002120364 A JP 2002120364A
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JP
Japan
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burst
acoustic wave
acoustic
ink jet
wave
Prior art date
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Application number
JP2000316973A
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Japanese (ja)
Inventor
Nanao Inoue
七穂 井上
Hiroshi Ikeda
宏 池田
Naoki Morita
直己 森田
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To record an image with a high image quality at a high rate by performing drop modulation while sustaining a stabilized flying state of ink drop. SOLUTION: When a switch 50 is turned on/off depending on image information, a high frequency voltage is applied to a high frequency applying electrode 48 from a high frequency amplifier 36 corresponding to a specified burst frequency to generate an acoustic wave. The acoustic wave is radiated from a piezoelectric element 26 and focused through an acoustic lens 34 to fly an ink drop 40 from a gas-liquid interface 30B. Although the focal length of the acoustic lens 34 depends on the burst frequency, ink drops 40 having different drop volumes can be flied at a constant repetitive frequency by setting the liquid level distance L of the acoustic lens 34 and the gas-liquid interface 30B between the focal length at a burst frequency for flying a largest ink drop and the focal length at a burst frequency for flying a smallest ink drop.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、音響波インクジェ
ット記録ヘッド及び音響波インクジェット記録装置に関
し、さらに詳しくは、液体の自由表面に音響波を集束さ
せて液滴を飛翔させる音響波インクジェット記録ヘッド
と、この音響波インクジェット記録ヘッドを備えた音響
波インクジェット記録装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acoustic wave ink jet recording head and an acoustic wave ink jet recording apparatus, and more particularly, to an acoustic wave ink jet recording head which focuses an acoustic wave on a free surface of a liquid to fly droplets. The present invention also relates to an acoustic wave ink jet recording apparatus including the acoustic wave ink jet recording head.

【0002】[0002]

【従来の技術】画像記録媒体にインク滴を吐出して画像
記録を行うインクジェット記録方法は、画像記録の際に
発生する騒音が少なく、カラー化が容易であり、所謂普
通紙に記録でき、定着処理を必要としない、等の利点が
あるため、近年注目を集めている。特に、いわゆるオン
デマンド型インクジェット記録方法では、インクジェッ
ト記録ヘッドの小型化が容易であるため、家庭用やオフ
ィス用のインクジェット記録装置に広く適用されて、普
及してきている。
2. Description of the Related Art An ink jet recording method for recording an image by ejecting ink droplets onto an image recording medium generates a small amount of noise at the time of image recording, is easy to colorize, can be recorded on a so-called plain paper, and is fixed. Since it has advantages such as no need for processing, it has attracted attention in recent years. In particular, in the so-called on-demand type ink jet recording method, since the size of the ink jet recording head can be easily reduced, the ink jet recording method has been widely applied to home and office ink jet recording apparatuses and has become widespread.

【0003】このオンデマンド型インクジェット記録方
法は、インク滴を噴射(吐出)させる方法の違いによ
り、熱エネルギーを利用するものと、圧電素子(ピエゾ
素子)の振動エネルギーを利用するものに大別される。
[0003] The on-demand type ink jet recording method is roughly classified into a method using thermal energy and a method using vibration energy of a piezoelectric element (piezo element) depending on a method of ejecting (discharging) ink droplets. You.

【0004】熱エネルギーを利用するオンデマンド型イ
ンクジェット記録方法では、ノズル内に設けられた発熱
素子を画像情報に応じて発熱させ、発生したバブルの圧
力により、インク滴を形成する。この発熱素子は小さく
することが可能であるため、高密度に配置することがで
きるが、発生したバブルが自然消滅するまでの時間が長
く、次の噴射までに長い時間を必要とする。すなわち、
熱エネルギーを利用するオンデマンド型インクジェット
記録方法は、高密度でノズルを配置できるが、インク噴
射の時間間隔が長くなって、画像記録の高速化を図るこ
とが難しいという課題を有する。また、インク滴の量を
変化させていわゆる階調記録を行うようにするために、
1つのノズル内に複数の発熱素子を設けることが提案さ
れているが、高密度に配列したノズル内に複数の発熱素
子を設けることは、インクジェット記録ヘッド作成上の
歩留まりを下げることになる。
In an on-demand type ink jet recording method using thermal energy, a heating element provided in a nozzle is heated according to image information, and an ink droplet is formed by the pressure of a generated bubble. Since the heating elements can be reduced in size, they can be arranged at a high density. However, it takes a long time until the generated bubbles naturally disappear, and a long time is required until the next injection. That is,
The on-demand type ink jet recording method using thermal energy can arrange the nozzles at a high density, but has a problem that the time interval of ink ejection becomes long and it is difficult to achieve high-speed image recording. Also, in order to perform so-called gradation printing by changing the amount of ink droplets,
Although it has been proposed to provide a plurality of heating elements in one nozzle, providing a plurality of heating elements in nozzles arranged at high density lowers the yield in producing an ink jet recording head.

【0005】これに対し、圧電素子の振動エネルギーを
利用するインクジェット記録方法は、インク流路に設け
られた圧電素子を画像情報に応じて振動させ、この圧電
素子の歪みによってインク滴を形成するが、上記した熱
エネルギーを利用するものと比較して、インク滴を形成
するために圧電素子が広い領域を必要とするため、高密
度化、多ノズル化が難しい。しかし、圧電素子にかかる
電圧の波形を制御することで、インク吐出口のメニスカ
スや吐出後のインクの再供給を制御することが可能であ
るため、高い周波数での駆動(インク吐出)と、インク
滴の量を変化させた階調記録が可能となる。
On the other hand, in an ink jet recording method using the vibration energy of a piezoelectric element, a piezoelectric element provided in an ink flow path is vibrated according to image information, and an ink droplet is formed by distortion of the piezoelectric element. In comparison with the above-described method using thermal energy, a large area of the piezoelectric element is required to form an ink droplet, so that it is difficult to increase the density and increase the number of nozzles. However, by controlling the waveform of the voltage applied to the piezoelectric element, it is possible to control the meniscus of the ink ejection port and the re-supply of the ink after ejection, so that driving at a high frequency (ink ejection) and ink Gradation recording in which the amount of the droplet is changed becomes possible.

【0006】これらと異なるインクジェット方式とし
て、音響波を利用したものがある。例えば、特公平6−
102377号には、振動子で輻射された音響波をイン
ク表面に集束させ、その音響エネルギーによってインク
滴を飛翔させる、音響波を用いたインクジェット記録方
法が記載されている。斯かる方法では、集束音響波のス
ポット径を絞ることで微小なインク滴を飛翔させること
が出来るため、微小なインク滴を形成するためにノズル
を小径化する必要はなく、目詰まりによって信頼性が低
下するという課題はない。また、このような音響波を使
用したインクジェット記録方法では、一般にインク表面
と音響レンズとの距離を一定に保持するための開口を有
した液面保持プレートが設けられるが、この液面保持プ
レートと音響レンズが形成された基板との間は毛細管の
ないウォータープールであり、インクの再供給性に優れ
るため、高い繰り返し周波数を有する。更に、音響波を
輻射する振動子は小面積で済むため、多数化及び高密度
化が容易であり、画像記録の高速化に優れる。
As an ink jet system different from the above, there is a system using an acoustic wave. For example,
No. 102377 describes an ink jet recording method using an acoustic wave in which an acoustic wave radiated by a vibrator is focused on an ink surface and ink droplets fly by the acoustic energy. In such a method, since a fine ink droplet can be made to fly by narrowing the spot diameter of the focused acoustic wave, it is not necessary to reduce the diameter of the nozzle to form a fine ink droplet, and the reliability is reduced due to clogging. There is no problem of the decrease. In addition, in the ink jet recording method using such an acoustic wave, a liquid level holding plate having an opening for maintaining a constant distance between the ink surface and the acoustic lens is generally provided. A water pool without capillaries is provided between the substrate and the substrate on which the acoustic lens is formed, and has a high repetition frequency because of excellent ink resupply properties. Further, since the vibrator for radiating the acoustic wave requires only a small area, it is easy to increase the number and density of the vibrator, and is excellent in speeding up image recording.

【0007】ところで、高画質化を図る為に微小なイン
ク滴を形成した場合、高濃度の画像を形成する際には複
数回の重ね打ちを行う必要があり、高速化を損うという
課題が生じる。そこで、形成すべき画像濃度に応じて、
飛翔するインク滴のサイズを変えるいわゆる「ドロップ
変調」が、高画質化と高速化を両立するための有効な手
段となる。
However, when minute ink droplets are formed in order to achieve high image quality, it is necessary to perform multiple overstrikes when forming a high-density image, which impairs high speed operation. Occurs. Therefore, according to the image density to be formed,
The so-called “drop modulation” that changes the size of a flying ink droplet is an effective means for achieving both high image quality and high speed.

【0008】例えば、特開昭63−166545号に記
載の音響波を用いたインクジェット方法におけるドロッ
プ変調では、音響波輻射のための振動子に与えるバース
ト波のバースト幅、振幅、バースト周波数を変調させる
方法や重ね打ちが提案されているが、具体性に欠け、以
下の如く課題を有している。
For example, in the drop modulation in the ink jet method using an acoustic wave described in JP-A-63-166545, the burst width, amplitude and burst frequency of a burst wave applied to a vibrator for acoustic wave radiation are modulated. Although methods and overstrikes have been proposed, they lack specificity and have the following problems.

【0009】すなわち、バースト幅を変調する方法で
は、バースト幅が長くなるに従い、インク滴の飛翔の閾
値を与えるバースト幅とサテライト・ミストの現れるバ
ースト幅の間の最適な飛翔範囲が狭まり、安定した駆動
バースト幅を見出すのが難しくなる。
That is, in the method of modulating the burst width, as the burst width becomes longer, the optimum flight range between the burst width giving the threshold value of the ink droplet flight and the burst width in which the satellite mist appears becomes narrower, and the stable flight range becomes stable. It becomes difficult to find the driving burst width.

【0010】また、振幅を変調する方法では、画素情報
に応じて速やかに振幅を変える必要があるが、その駆動
回路は高価になってしまう。
In the method of modulating the amplitude, it is necessary to change the amplitude promptly in accordance with the pixel information, but the driving circuit becomes expensive.

【0011】しかも、バースト周波数を変調する方法で
は、バースト周波数に応じて振動子のインピーダンスが
変化すること,また、バースト周波数に応じて音響レン
ズの焦点距離が変化することにより、飛翔に必要なエネ
ルギーが変動し、最適な駆動条件を設定することができ
ない。
Further, in the method of modulating the burst frequency, the energy required for the flight is changed by changing the impedance of the vibrator according to the burst frequency and changing the focal length of the acoustic lens according to the burst frequency. Fluctuates, and the optimal driving conditions cannot be set.

【0012】これに対し、特開平10−128968号
では、液面に高次の定在波を発生させて、その次数を変
えることによりドロップ変調する構成が記載されている
が、この方法では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ができない。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課題がある。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-128968 describes a configuration in which a higher-order standing wave is generated on a liquid surface and drop modulation is performed by changing the order thereof. Droplets fly, and the droplets cannot be individually controlled. When an image is formed with a plurality of droplets as described above, there is a problem that a thin line or the like cannot be sharply expressed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、音響波を用
いたインクジェット方法における上述した事情を考慮
し、安定したインク滴の飛翔状態を維持しつつドロップ
変調させることで、高速且つ高画質に画像記録可能な音
響波インクジェット記録ヘッドと、この音響波インクジ
ェット記録ヘッドを有する音響波インクジェット記録装
置を得ることを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In consideration of the above-mentioned circumstances in an ink jet method using acoustic waves, the present invention provides high speed and high image quality by performing drop modulation while maintaining a stable flying state of ink droplets. An object of the present invention is to provide an acoustic wave ink jet recording head capable of recording an image and an acoustic wave ink jet recording apparatus having the acoustic wave ink jet recording head.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明で
は、液体の自由表面に音響波を集束させて液滴を飛翔さ
せる音響波インクジェット記録ヘッドであって、前記液
体を所望の液面高さに保持する保持手段と、前記音響波
を輻射する圧電素子と、前記音響波を集束する音響レン
ズと、前記圧電素子にバースト波を印加して前記音響波
を発生させると共に、少なくともバースト周波数を変化
させて前記液滴の大きさを変化させることが可能とされ
た駆動手段と、を備え、前記保持手段によって保持され
る前記液体の液面高さが、前記液滴のうち最小液滴を飛
翔させる前記音響波に対応する焦点距離と最大液滴を飛
翔させる前記音響波に対応する焦点距離との間に設定さ
れている、ことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an acoustic ink jet recording head for converging an acoustic wave on a free surface of a liquid to fly a droplet, wherein the liquid is applied to a desired liquid surface. Holding means for holding at a height, a piezoelectric element for radiating the acoustic wave, an acoustic lens for focusing the acoustic wave, and applying a burst wave to the piezoelectric element to generate the acoustic wave, and at least a burst frequency And a driving means capable of changing the size of the droplet by changing the height of the liquid droplet. Is set between a focal length corresponding to the acoustic wave that causes the largest droplet to fly and a focal length corresponding to the acoustic wave that causes the largest droplet to fly.

【0015】すなわち、この音響波インクジェット記録
ヘッドでは、駆動手段が圧電素子にバースト波を印加す
ることで音響波が発生する。さらに圧電素子によってこ
の音響波が輻射され、音響レンズで液体(インク)の自
由表面に集束されることで、液滴(インク滴)が飛翔
し、画像を記録することができる。
That is, in this acoustic wave ink jet recording head, an acoustic wave is generated when the driving means applies a burst wave to the piezoelectric element. Further, the acoustic wave is radiated by the piezoelectric element and focused on the free surface of the liquid (ink) by the acoustic lens, so that the droplet (ink droplet) flies and an image can be recorded.

【0016】また、この音響波インクジェット記録ヘッ
ドでは、駆動手段が印加するバースト波のバースト周波
数を変化させることで、飛翔する液滴の大きさも変化さ
せることが可能である。
In the acoustic wave ink jet recording head, the size of the flying droplet can be changed by changing the burst frequency of the burst wave applied by the driving means.

【0017】ところで、一般に、バースト周波数が変化
すると、音響レンズの焦点距離も、バースト周波数に対
応する音響波ごとに異なってしまう。
In general, when the burst frequency changes, the focal length of the acoustic lens also differs for each acoustic wave corresponding to the burst frequency.

【0018】ここで、本発明の音響波インクジェット記
録ヘッドでは、保持手段によって保持される液体の液面
高さ、すなわち、音響レンズから液面までの距離が、液
滴のうち最小液滴を飛翔させる音響波に対応する焦点距
離と最大液滴を飛翔させる音響波に対応する焦点距離と
の間に設定されている。従って、バースト周波数の変化
によって音響波ごとに音響レンズの焦点距離が変化して
も、保持された液体の液面近傍に音響波を集束させてイ
ンク滴を飛翔させるために十分なエネルギーを作用させ
ることができ、個々の大きさのインク滴を所望の画像パ
ターンに応じてオンデマンドに飛翔させることが可能と
なる。すなわち、安定したインク滴の飛翔状態を維持し
つつドロップ変調させ、高速且つ高画質に画像を記録で
きる。
Here, in the acoustic wave ink jet recording head of the present invention, the liquid surface height of the liquid held by the holding means, that is, the distance from the acoustic lens to the liquid surface, makes the smallest droplet fly among the droplets. The focal length is set between the focal length corresponding to the acoustic wave to be caused and the focal length corresponding to the acoustic wave causing the largest droplet to fly. Therefore, even if the focal length of the acoustic lens changes for each acoustic wave due to the change in the burst frequency, sufficient energy is applied to focus the acoustic wave near the liquid surface of the held liquid and fly the ink droplet. It is possible to fly ink droplets of individual sizes on demand according to a desired image pattern. That is, drop modulation is performed while maintaining a stable flying state of ink droplets, and an image can be recorded at high speed and with high image quality.

【0019】請求項2に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記駆動手段が、前記バースト波の
エネルギーを制御することで前記液滴の飛翔エネルギー
を前記バースト周波数ごとに制御することを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the driving means controls the energy of the burst wave to control the flying energy of the droplet for each of the burst frequencies. It is characterized by the following.

【0020】このように、バースト波のエネルギーを制
御することによって、バースト周波数に対応して大きさ
が変化する液滴の飛翔エネルギーを、液滴の個々の大き
さごとに最適な値に設定でき、異なる大きさのインク滴
であってもそれぞれに最適な飛翔条件で飛翔させること
が可能になる。
As described above, by controlling the energy of the burst wave, the flying energy of the droplet whose size changes in response to the burst frequency can be set to an optimum value for each size of the droplet. Even if the ink droplets have different sizes, the ink droplets can be made to fly under the optimum flying conditions.

【0021】請求項3に記載の発明では、液体の自由表
面に音響波を集束させて液滴を飛翔させる音響波インク
ジェット記録ヘッドであって、前記液体を所望の液面高
さに保持する保持手段と、前記音響波を輻射する圧電素
子と、前記音響波を集束する音響レンズと、前記圧電素
子にバースト波を印加して前記音響波を発生させ、少な
くともこのバースト波の周波数を変化させて前記液滴の
大きさを変化させると共に、バースト波のエネルギーを
制御することで前記液滴の飛翔エネルギーを前記バース
ト周波数ごとに制御可能とされた駆動手段と、を備え、
前記バースト周波数のうち、前記液滴の飛翔エネルギー
の閾値が最小となるバースト周波数に関して、当該バー
スト周波数での飛翔エネルギーを、他のバースト周波数
での飛翔エネルギー以下となるよう制御することを特徴
とする。
According to the third aspect of the present invention, there is provided an acoustic wave ink jet recording head for converging an acoustic wave on a free surface of a liquid and flying a droplet, wherein the liquid is held at a desired liquid level. Means, a piezoelectric element that radiates the acoustic wave, an acoustic lens that focuses the acoustic wave, and a burst wave is applied to the piezoelectric element to generate the acoustic wave, and at least the frequency of the burst wave is changed. Driving means capable of changing the size of the droplet and controlling the energy of the burst wave to control the flying energy of the droplet for each burst frequency.
Of the burst frequencies, regarding the burst frequency at which the threshold value of the flying energy of the droplet is minimized, the flying energy at the burst frequency is controlled to be equal to or less than the flying energy at another burst frequency. .

【0022】すなわち、この音響波インクジェット記録
ヘッドでは、駆動手段が圧電素子にバースト波を印加す
ることで音響波が発生する。さらに圧電素子によってこ
の音響波が輻射され、音響レンズで液体(インク)の自
由表面に集束されることで、液滴(インク滴)が飛翔
し、画像を記録することができる。
That is, in this acoustic wave ink jet recording head, an acoustic wave is generated when the driving means applies a burst wave to the piezoelectric element. Further, the acoustic wave is radiated by the piezoelectric element and focused on the free surface of the liquid (ink) by the acoustic lens, so that the droplet (ink droplet) flies and an image can be recorded.

【0023】また、この音響波インクジェット記録ヘッ
ドでは、駆動手段が印加するバースト波のバースト周波
数を変化させることで、飛翔する液滴の大きさも変化さ
せることが可能である。
In this acoustic wave ink jet recording head, the size of the flying droplet can be changed by changing the burst frequency of the burst wave applied by the driving means.

【0024】ここで、本発明の音響波インクジェット記
録ヘッドでは、バースト波のエネルギーを制御すること
で液滴の飛翔エネルギーをバースト周波数ごとに制御可
能とされている。すなわち、バースト波のエネルギーを
制御することによって、バースト周波数に対応して大き
さが変化する液滴の飛翔エネルギーを、液滴の個々の大
きさごとに最適な値に設定でき、異なる大きさのインク
滴であってもそれぞれに最適な飛翔条件で飛翔させるこ
とが可能になる。すなわち、安定したインク滴の飛翔状
態を維持しつつドロップ変調させることで、高速且つ高
画質に画像を記録できる。
Here, in the acoustic wave ink jet recording head of the present invention, the flying energy of the droplet can be controlled for each burst frequency by controlling the energy of the burst wave. In other words, by controlling the energy of the burst wave, the flying energy of the droplet whose size changes in response to the burst frequency can be set to an optimal value for each individual size of the droplet. Even ink droplets can be made to fly under the optimum flight conditions. That is, by performing drop modulation while maintaining a stable flying state of ink droplets, an image can be recorded at high speed and with high image quality.

【0025】また、本発明の音響波インクジェット記録
ヘッドでは、バースト周波数のうち、液滴の飛翔エネル
ギーの閾値が最小となるバースト周波数に関して、この
バースト周波数での飛翔エネルギーを、他のバースト周
波数での飛翔エネルギー以下となるよう制御している。
これにより、個々のインク滴に対し適切な飛翔エネルギ
ーを与え、最適な飛翔条件を確保することができる。
In the acoustic wave ink jet recording head of the present invention, with respect to the burst frequency at which the threshold value of the flying energy of the droplet among the burst frequencies is minimum, the flying energy at this burst frequency is converted to the burst energy at another burst frequency. It is controlled to be less than the flight energy.
Accordingly, appropriate flying energy can be given to each ink droplet, and optimal flying conditions can be secured.

【0026】請求項4に記載の発明では、液体の自由表
面に音響波を集束させて液滴を飛翔させる音響波インク
ジェット記録ヘッドであって、前記液体を所望の液面高
さに保持する保持手段と、前記音響波を輻射する圧電素
子と、前記音響波を集束する音響レンズと、前記圧電素
子にバースト波を印加して前記音響波を発生させ、少な
くともこのバースト波の周波数を変化させて前記液滴の
大きさを変化させると共に、バースト波のエネルギーを
制御することで前記液滴の飛翔エネルギーを前記バース
ト周波数ごとに制御可能とされた駆動手段と、を備え、
前記バースト周波数のうち、前記液滴の飛翔エネルギー
の閾値が最大となるバースト周波数に関して、当該バー
スト周波数での飛翔エネルギーを、他のバースト周波数
での飛翔エネルギー以上となるよう制御することを特徴
とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an acoustic wave ink jet recording head for converging an acoustic wave on a free surface of a liquid to fly a droplet, wherein the liquid is held at a desired liquid level. Means, a piezoelectric element that radiates the acoustic wave, an acoustic lens that focuses the acoustic wave, and a burst wave is applied to the piezoelectric element to generate the acoustic wave, and at least the frequency of the burst wave is changed. Driving means capable of changing the size of the droplet and controlling the energy of the burst wave to control the flying energy of the droplet for each burst frequency.
Of the burst frequencies, regarding the burst frequency at which the threshold value of the flying energy of the droplet is maximized, the flying energy at the burst frequency is controlled to be equal to or higher than the flying energy at another burst frequency. .

【0027】すなわち、この音響波インクジェット記録
ヘッドでは、駆動手段が圧電素子にバースト波を印加す
ることで音響波が発生する。さらに圧電素子によってこ
の音響波が輻射され、音響レンズで液体(インク)の自
由表面に集束されることで、液滴(インク滴)が飛翔
し、画像を記録することができる。
That is, in this acoustic wave ink jet recording head, an acoustic wave is generated when the driving means applies a burst wave to the piezoelectric element. Further, the acoustic wave is radiated by the piezoelectric element and focused on the free surface of the liquid (ink) by the acoustic lens, so that the droplet (ink droplet) flies and an image can be recorded.

【0028】また、この音響波インクジェット記録ヘッ
ドでは、駆動手段が印加するバースト波のバースト周波
数を変化させることで、飛翔する液滴の大きさも変化さ
せることが可能である。
In this acoustic wave ink jet recording head, the size of the flying droplet can be changed by changing the burst frequency of the burst wave applied by the driving means.

【0029】ここで、本発明の音響波インクジェット記
録ヘッドでは、バースト波のエネルギーを制御すること
で液滴の飛翔エネルギーをバースト周波数ごとに制御可
能とされている。すなわち、バースト波のエネルギーを
制御することによって、バースト周波数に対応して大き
さが変化する液滴の飛翔エネルギーを、液滴の個々の大
きさごとに最適な値に設定でき、異なる大きさのインク
滴であってもそれぞれに最適な飛翔条件で飛翔させるこ
とが可能になる。
Here, in the acoustic ink jet recording head of the present invention, the flying energy of the droplet can be controlled for each burst frequency by controlling the energy of the burst wave. In other words, by controlling the energy of the burst wave, the flying energy of the droplet whose size changes in response to the burst frequency can be set to an optimal value for each individual size of the droplet. Even ink droplets can be made to fly under the optimum flight conditions.

【0030】また、本発明の音響波インクジェット記録
ヘッドでは、バースト周波数のうち、液滴の飛翔エネル
ギーの閾値が最大となるバースト周波数に関して、この
バースト周波数での飛翔エネルギーを、他のバースト周
波数での飛翔エネルギー以上となるよう制御している。
これにより、個々のインク滴に対し適切な飛翔エネルギ
ーを与え、最適な飛翔条件を確保することができる。
In the acoustic wave ink jet recording head of the present invention, with respect to the burst frequency at which the threshold value of the flying energy of the droplet among the burst frequencies is maximized, the flying energy at this burst frequency is converted to the burst energy at another burst frequency. It is controlled so that it is higher than the flight energy.
Accordingly, appropriate flying energy can be given to each ink droplet, and optimal flying conditions can be secured.

【0031】請求項2〜請求項4に記載の発明におい
て、バースト波のエネルギーを制御する方法は特に限定
されないが、例えば、請求項5に記載のように、前記バ
ースト波のエネルギーが、バースト波の振幅及びバース
ト時間の少なくとも一方を変更することで調整されるよ
うにすれば、バースト波のエネルギー制御が容易であ
る。
In the inventions according to the second to fourth aspects, the method of controlling the energy of the burst wave is not particularly limited. For example, as described in the fifth aspect, the energy of the burst wave is If the adjustment is made by changing at least one of the amplitude and the burst time, the energy control of the burst wave is easy.

【0032】請求項6に記載の発明では、請求項2〜請
求項5のいずれかに記載の発明において、前記液滴の飛
翔エネルギーが閾値以上サテライト発生値以下になるよ
うに前記バースト波のエネルギーがバースト周波数ごと
に制御されることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the second to fifth aspects of the present invention, the energy of the burst wave is set so that the flying energy of the droplet is not less than a threshold and not more than a satellite generation value. Is controlled for each burst frequency.

【0033】これにより、確実に所望の飛翔エネルギー
を有するインク滴を飛翔させることができると共に、サ
テライトの発生を防止して、高画質の画像を形成するこ
とが可能になる。
As a result, ink droplets having a desired flying energy can be surely caused to fly, and at the same time, generation of satellites can be prevented and a high-quality image can be formed.

【0034】請求項7に記載の発明では、請求項1〜請
求項6のいずれかに記載の発明において、前記圧電素子
にインダクタンス成分を接続し、前記液滴の飛翔エネル
ギーに関して1つ以上の共鳴周波数を生じさせることを
特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects of the present invention, an inductance component is connected to the piezoelectric element, and one or more resonance components are provided for the flying energy of the droplet. Generating a frequency.

【0035】これにより、駆動手段から圧電素子までの
エネルギー効率を高めることが可能になる。
Thus, the energy efficiency from the driving means to the piezoelectric element can be improved.

【0036】請求項8に記載の発明では、請求項1〜請
求項7のいずれかに記載の発明において、前記音響レン
ズと前記液体の間に、音響レンズと前記液体それぞれの
音響インピーダンスの間の音響インピーダンスを有する
と共に、最小液滴を飛翔する音響波のバースト周波数で
決まる厚みと最大液滴を飛翔する音響波のバースト周波
数で決まる厚みとの間の厚みを有する音響マッチング層
が設けられていることを特徴とする。
According to the invention described in claim 8, in the invention described in any one of claims 1 to 7, between the acoustic lens and the liquid, the acoustic impedance between the acoustic lens and the acoustic impedance of each of the liquids is set. An acoustic matching layer having an acoustic impedance and having a thickness between the thickness determined by the burst frequency of the acoustic wave flying the smallest droplet and the thickness determined by the burst frequency of the acoustic wave flying the largest droplet is provided. It is characterized by the following.

【0037】このような音響マッチング層を設けること
で、圧電素子で輻射された音響波が音響レンズと液体と
の界面で反射することを防止でき、エネルギーの損失が
防止できる。
By providing such an acoustic matching layer, it is possible to prevent the acoustic wave radiated by the piezoelectric element from being reflected at the interface between the acoustic lens and the liquid, thereby preventing energy loss.

【0038】また、音響レンズが形成された部材とイン
クとの間に音響マッチング層が存在しているので、この
部材にインクが直接触れず、この部材の腐食を防止する
ことができる。
Further, since the acoustic matching layer exists between the member on which the acoustic lens is formed and the ink, the member does not come into direct contact with the ink, so that the member can be prevented from being corroded.

【0039】請求項1〜請求項8に記載の発明におい
て、音響レンズとしては、音響波を集束できれば特に限
定されず、例えばフレネルレンズであってもよいが、請
求項9に記載のように、球面レンズとすることで、集束
効率をより高めることが可能になる。
In the first to eighth aspects of the present invention, the acoustic lens is not particularly limited as long as the acoustic wave can be focused. For example, a Fresnel lens may be used. By using a spherical lens, it is possible to further improve the focusing efficiency.

【0040】請求項10に記載の発明では、請求項1〜
請求項9に記載の発明において、前記球面レンズが2次
元配列されて形成された球面レンズアレイ、を有するこ
とを特徴とする。
According to the tenth aspect of the present invention,
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the image forming apparatus, wherein the spherical lens has a spherical lens array formed by being two-dimensionally arranged.

【0041】これにより、高速且つ高精度での画像記録
が可能になる。
Thus, high-speed and high-accuracy image recording can be performed.

【0042】請求項11に記載の発明では、請求項1〜
請求項10に記載の発明において、前記球面レンズアレ
イが、基材を形押し成形することで形成されていること
を特徴とする。
[0042] According to the eleventh aspect of the present invention, in the first aspect,
The invention according to claim 10 is characterized in that the spherical lens array is formed by embossing a base material.

【0043】これにより、音響レンズが高密度に配置さ
れた球面レンズアレイを低コストで製造することができ
る。
Thus, a spherical lens array in which acoustic lenses are arranged at high density can be manufactured at low cost.

【0044】請求項11に記載の発明において、基材の
材質は、所望の形状の球面レンズを所望の配置で形成す
ることができれば特に限定されないが、例えば、請求項
12に記載のようにガラスを使用したり、請求項13に
記載のように樹脂を使用したりできる。ガラスを使用し
た場合には、基材の耐久性が高くなる。これに対し、樹
脂を使用した場合には、基材の成形がより容易になる。
In the invention according to the eleventh aspect, the material of the base material is not particularly limited as long as a spherical lens having a desired shape can be formed in a desired arrangement. Or a resin as described in claim 13 can be used. When glass is used, the durability of the substrate increases. In contrast, when a resin is used, molding of the base material becomes easier.

【0045】請求項14に記載の発明では、請求項1〜
請求項13のいずれかに記載の音響波インクジェット記
録ヘッド、を有することを特徴とする。
According to the fourteenth aspect of the present invention,
An acoustic wave inkjet recording head according to claim 13.

【0046】請求項1〜請求項13のいずれかに記載の
音響波インクジェット記録ヘッドを有するので、安定し
たインク滴の飛翔状態を維持しつつドロップ変調させる
ことで、高速且つ高画質に画像を記録できる。
Since the acoustic wave ink jet recording head according to any one of claims 1 to 13 is used, drop modulation is performed while maintaining a stable flying state of ink droplets, thereby recording an image at high speed and high image quality. it can.

【0047】[0047]

【発明の実施の形態】[第1実施形態]図1には、本発
明の第1実施形態の音響波インクジェット記録ヘッド1
0を備えた音響波インクジェット記録装置12が、一部
を破断して示されている。また、図2には、音響波イン
クジェット記録ヘッド10が部分的に拡大して示されて
いる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] FIG. 1 shows an acoustic ink jet recording head 1 according to a first embodiment of the present invention.
Acoustic wave ink jet recording device 12 with 0 is shown partially cut away. FIG. 2 shows the acoustic ink jet recording head 10 partially enlarged.

【0048】図1に示すように、音響波インクジェット
記録装置12は、音響波インクジェット記録ヘッド10
が搭載されたキャリッジ14を有している。キャリッジ
14は、音響波インクジェット記録装置12に設けられ
たシャフト16に沿って、主走査方向(矢印M方向)へ
移動する。また、音響波インクジェット記録ヘッド10
は、複数色に対応して配置されており、例えば、K(ブ
ラック)、C(サイアン)、M(マゼンタ)、Y(イエ
ロー)の4色のインク滴を吐出することで、フルカラー
の画像を記録することが可能とされている。
As shown in FIG. 1, the acoustic wave ink jet recording apparatus 12 includes an acoustic wave ink jet recording head 10.
Has a carriage 14 mounted thereon. The carriage 14 moves in a main scanning direction (direction of arrow M) along a shaft 16 provided in the acoustic wave ink jet recording apparatus 12. The acoustic wave ink jet recording head 10
Are arranged corresponding to a plurality of colors. For example, a full-color image is formed by ejecting ink droplets of four colors of K (black), C (sian), M (magenta), and Y (yellow). It is possible to record.

【0049】また、音響波インクジェット記録装置12
には、記録用紙18を搬送する搬送ローラ20が設けら
れている。記録用紙18は、搬送ローラ20に挟持され
て搬送され、副走査方向へと移動する。なお、図面にお
いて、音響波インクジェット記録ヘッド10の移動方向
(主走査方向)を矢印Mで、記録用紙18の移動方向
(副走査方向)を矢印Sでそれぞれ示している。
The acoustic wave ink jet recording apparatus 12
Is provided with a transport roller 20 for transporting the recording paper 18. The recording paper 18 is conveyed while being nipped by the conveyance rollers 20, and moves in the sub-scanning direction. In the drawings, the moving direction (main scanning direction) of the acoustic wave ink jet recording head 10 is indicated by an arrow M, and the moving direction (sub-scanning direction) of the recording paper 18 is indicated by an arrow S.

【0050】音響波インクジェット記録ヘッド10には
インクタンク22が設けられており、このインクタンク
22の、記録用紙18との対向面側に、音響波インクジ
ェット記録ヘッド10が配置されている。
The ink jet recording head 10 is provided with an ink tank 22, and the ink jet recording head 10 is arranged on the side of the ink tank 22 facing the recording paper 18.

【0051】なお、以下では説明の便宜上、具体的な数
値や材質を挙げて説明する箇所があるが、本発明がこれ
らの具体例に限定されるものではないことは、もちろん
である。
In the following, for convenience of explanation, there are places where specific numerical values and materials are given, but it goes without saying that the present invention is not limited to these specific examples.

【0052】図2及び図3に示すように、音響波インク
ジェット記録ヘッド10は、複数の球面状の音響レンズ
34が二次元に配列されることで球面音響レンズアレイ
32が構成された基板24と、音響波を輻射するための
圧電素子26、貯留されたインク30を所望の高さに保
持するためのアパーチャプレート28、及び基板24、
圧電素子26及びアパーチャプレート28を一体的に保
持する保持部材(図示省略)によって構成されている。
保持部材には、基板24及びアパーチャプレート28の
周囲を取り囲む側壁が形成されており、貯留されたイン
ク30の不用意な流出や乾燥が防止される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the acoustic wave ink jet recording head 10 has a substrate 24 on which a spherical acoustic lens array 32 is formed by arranging a plurality of spherical acoustic lenses 34 two-dimensionally. A piezoelectric element 26 for radiating acoustic waves, an aperture plate 28 for holding the stored ink 30 at a desired height, and a substrate 24;
It is constituted by a holding member (not shown) that holds the piezoelectric element 26 and the aperture plate 28 integrally.
The holding member has a side wall surrounding the substrate 24 and the aperture plate 28 to prevent the stored ink 30 from inadvertently flowing out and drying.

【0053】また、基板24とアパーチャプレート28
との間は、毛細管のないウォータープールとなってお
り、インク30の再供給性に優れるため、高い繰り返し
周波数でインク滴40を飛翔させることが可能である。
The substrate 24 and the aperture plate 28
A water pool without capillaries is provided between them, and the ink droplets 40 can be made to fly at a high repetition frequency because the water 30 is excellent in re-supply properties of the ink 30.

【0054】インク30は、インクタンク22から供給
され、基板24とアパーチャプレート28との間に貯留
される。そして、後述する高周波アンプ36からの信号
によって発生された音響波が圧電素子26で輻射され、
さらに音響レンズ34によって集束されて、インク30
の気液界面30Bからインク滴40が飛翔する。アパー
チャプレート28には、音響レンズ34に対応する位置
にインク吐出口38が形成されており、飛翔されたイン
ク滴40の吐出を妨げないようになっている。
The ink 30 is supplied from the ink tank 22 and stored between the substrate 24 and the aperture plate 28. Then, an acoustic wave generated by a signal from a high-frequency amplifier 36 described later is radiated by the piezoelectric element 26,
Further, the laser beam is focused by the acoustic lens 34 and the ink 30
The ink droplet 40 flies from the gas-liquid interface 30B. An ink discharge port 38 is formed in the aperture plate 28 at a position corresponding to the acoustic lens 34 so as not to hinder the discharge of the flying ink droplet 40.

【0055】基板24の素材や作製方法は特に限定され
ないが、音響レンズ34の形状安定性や耐久性を高める
ためには、ガラス素材を使用することが好ましい。本実
施形態では、ソーダガラスをその軟化点よりも僅かに高
い温度雰囲気(約700℃)下で形押し成形方法により
作成した。この他のガラス素材として、ホウケイ酸ガラ
ス、アルミケイ酸ガラス、アルミホウケイ酸ガラス、シ
リカガラス等を用いることが出来る。また、加工性の高
い素材によって基板24の作製を容易にすることも可能
であり、かかる観点からは、比較的温度を上げずに形押
し成形できるポリエチレン、ポリスチレン、四フッ化エ
チレン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリプロ
ピレン、ポリフェニレンオキシド、ポリブチレンテレフ
タレート等の樹脂(特に高分子樹脂)が最適である。い
ずれの素材を使用した場合であっても、形押し成形によ
って基板24を作製することで、製造コストを低減させ
ることが可能となる。
The material and manufacturing method of the substrate 24 are not particularly limited. However, in order to enhance the shape stability and durability of the acoustic lens 34, it is preferable to use a glass material. In the present embodiment, soda glass was produced by an embossing method in an atmosphere (about 700 ° C.) slightly higher than its softening point. As other glass materials, borosilicate glass, aluminum silicate glass, aluminum borosilicate glass, silica glass, or the like can be used. In addition, it is possible to facilitate the production of the substrate 24 by using a material having high workability. From such a viewpoint, polyethylene, polystyrene, tetrafluoroethylene, polycarbonate, polyacetal which can be extruded without increasing the temperature relatively is used. , Polypropylene, polyphenylene oxide, polybutylene terephthalate, and other resins (particularly high-molecular resins) are most suitable. Regardless of which material is used, manufacturing cost can be reduced by manufacturing the substrate 24 by embossing.

【0056】本実施形態の音響レンズ34は、開口径3
00μm、F値1.10とし、直線上の1列(音響レン
ズ34が副走査方向にならんだそれぞれの列)について
339μmピッチで128ビット配列した。さらに、こ
の列を21μmずつ副走査方向にずらしつつ主走査方向
に一定間隔で配置することで、16列の球面音響レンズ
アレイ32を構成している。従って、この音響波インク
ジェット記録ヘッド10の解像度は、図2に網点で示し
た領域Eにおいて、339μmの長さに16個の音響レ
ンズ34が配置されていることからも分かるように、全
体で1200dpiの解像度となっている。
The acoustic lens 34 of this embodiment has an aperture diameter of 3
With an F value of 1.10 and an F value of 1.10, 128 bits were arranged at a pitch of 339 μm for one line on the straight line (each line in which the acoustic lens 34 was arranged in the sub-scanning direction). Further, the spherical acoustic lens array 32 of 16 rows is configured by disposing the rows at regular intervals in the main scanning direction while shifting the rows by 21 μm in the sub-scanning direction. Therefore, the resolution of the acoustic wave ink jet recording head 10 is as a whole as can be seen from the fact that 16 acoustic lenses 34 are arranged at a length of 339 μm in a region E shown by a halftone dot in FIG. The resolution is 1200 dpi.

【0057】図3(A)及び(B)に示すように、基板
24のうち、インク側に位置する面(音響レンズ34が
形成された面)には、圧電素子26で輻射された音響波
が音響レンズ34とインク30との界面で反射するのを
防ぐ(あるいは反射率を低下させる)ための音響マッチ
ング層42が設けられている。この音響マッチング層4
2の音響インピーダンスZ2は、上記した効果を奏する
ためには、音響レンズ34の素材とインク30のそれぞ
れの音響インピーダンスZ1、Z3の間にある必要があ
り、特に、幾何平均値Z2=√(Z1・Z3)で決まる値とす
ることが好ましい。本実施形態では、音響マッチング層
42の素材としてポリイミドを用い、その音響インピー
ダンスの設計値はZ2=4.4×106[kg/sec・
2]とした。ポリイミドは、ベーク温度により、2.
0〜7.0×106[kg/sec・m2]の範囲内で音
響インピーダンスを調整することが出来るので、音響マ
ッチング層42の素材として好適である。音響マッチン
グ層42を形成する方法の一例としては、基板24を上
記した形押し成形した後、基板24の表面にポリイミド
前駆体を均一にスプレイ塗布・スピンコートし、次に、
300℃雰囲気下のベーク過程で形成して、所望の音響
インピーダンスを得ることができる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the surface of the substrate 24 located on the ink side (the surface on which the acoustic lens 34 is formed) has an acoustic wave radiated by the piezoelectric element 26. An acoustic matching layer 42 is provided to prevent (or reduce the reflectance) from reflecting at the interface between the acoustic lens 34 and the ink 30. This acoustic matching layer 4
2, the acoustic impedance Z 2 must be between the acoustic impedances Z 1 and Z 3 of the material of the acoustic lens 34 and the ink 30 in order to achieve the above-described effect. In particular, the geometric average value Z 2 = √ (Z 1 · Z 3 ). In the present embodiment, polyimide is used as the material of the acoustic matching layer 42, and the design value of the acoustic impedance is Z 2 = 4.4 × 10 6 [kg / sec ·
m 2 ]. Polyimide is used depending on the baking temperature.
Since the acoustic impedance can be adjusted within a range of 0 to 7.0 × 10 6 [kg / sec · m 2 ], it is suitable as a material of the acoustic matching layer 42. As an example of a method of forming the acoustic matching layer 42, after the substrate 24 is formed by the above-described embossing, a polyimide precursor is uniformly spray-coated and spin-coated on the surface of the substrate 24,
A desired acoustic impedance can be obtained by forming in a baking process in a 300 ° C. atmosphere.

【0058】また、この音響マッチング層42は、イン
クによる音響レンズ素材(基材24)の腐食を防ぐ役割
も兼ねている。
The acoustic matching layer 42 also serves to prevent the acoustic lens material (base 24) from being corroded by the ink.

【0059】音響マッチング層42の厚みは、音響波の
バースト周波数から、表1の如く決定される。
The thickness of the acoustic matching layer 42 is determined from the burst frequency of the acoustic wave as shown in Table 1.

【0060】[0060]

【表1】 [Table 1]

【0061】本実施形態では、後に詳述するように、大
きさの異なるインク滴40を飛翔するドロップ変調のた
めに異なるバースト周波数のバースト波を用いるように
している。このため、音響マッチング層42の厚みを、
最大ドロップを与えるバースト周波数に対して最適とさ
れる厚みと、最小ドロップを与えるバースト周波数に対
して最適とされる厚みの間に設計することが好ましい。
本実施形態では、音響マッチング層42の厚みを5μm
に設定し、これにより、どの大きさのインク滴を飛翔さ
せる際にも、音響波の反射によるエネルギー効率の低下
を、音響マッチング層42がない場合に較べ約30〜4
0%改善できるようにしている。
In this embodiment, as will be described later in detail, burst waves of different burst frequencies are used for drop modulation for flying ink droplets 40 of different sizes. Therefore, the thickness of the acoustic matching layer 42 is
It is preferable to design between a thickness optimized for the burst frequency giving the maximum drop and a thickness optimized for the burst frequency giving the minimum drop.
In the present embodiment, the thickness of the acoustic matching layer 42 is 5 μm
Therefore, when flying ink droplets of any size, the reduction in energy efficiency due to the reflection of acoustic waves is reduced by about 30 to 4 compared to the case where the acoustic matching layer 42 is not provided.
0% improvement is possible.

【0062】なお、このように音響波の反射によるエネ
ルギー効率の低下を防止するためだけであれば、音響マ
ッチング層42は、音響レンズ34のみを覆うように形
成されていれば十分である。但し、この音響マッチング
層42は、前述したように、インク30による音響レン
ズ素材(基材24)の腐食を防ぐ役割も兼ねているた
め、この効果を十分に奏するためには、音響レンズ34
が形成されていない部分も含めて、インク30が接触す
る部分の全てを覆うように、基材24に形成されている
ことが好ましい。
It is sufficient that the acoustic matching layer 42 is formed so as to cover only the acoustic lens 34 only to prevent the energy efficiency from being reduced by the reflection of the acoustic wave. However, as described above, the acoustic matching layer 42 also has a role of preventing the acoustic lens material (base material 24) from being corroded by the ink 30, so that the acoustic lens 34 is required to sufficiently exhibit this effect.
Is preferably formed on the base material 24 so as to cover all the portions where the ink 30 comes into contact, including the portions where no ink is formed.

【0063】このようにして、基板24に音響マッチン
グ層42を形成したのち、音響レンズアドレッシング用
の制御電極44を、音響マッチング層42が形成された
面と反対側の面に堆積し、図2に示すように主走査方向
と斜めに交差させて描画した。制御電極44の素材とし
ては、低抵抗であり かつ圧電素子26の素材とのオー
ミックコンタクトがとれる素材であれば、所望の材料を
選択できる。本実施形態では、TaTiをインク30側
の面の裏面に、スパッタリング法によって1.0×10
-7mの厚みで堆積した。
After the acoustic matching layer 42 is formed on the substrate 24 in this manner, a control electrode 44 for acoustic lens addressing is deposited on the surface opposite to the surface on which the acoustic matching layer 42 is formed. As shown in the figure, the image was drawn obliquely crossing the main scanning direction. As a material of the control electrode 44, a desired material can be selected as long as it has a low resistance and can make an ohmic contact with the material of the piezoelectric element 26. In this embodiment, TaTi is applied to the back of the surface on the ink 30 side by 1.0 × 10
Deposited to a thickness of -7 m.

【0064】制御電極44を堆積したのち、音響波を輻
射する為の振動子46を、音響マッチング層42と接触
するように堆積し、図2に示すように、その長手方向が
副走査方向と一致するように描画した。振動子46の素
材としては、音響波を輻射できれば特に限定されない
が、本実施形態では、ZnOをスパッタリング法により
堆積し、19μmの圧電素子26を形成した。一般にZ
nOは振動効率が高く、更にスパッタリングによる堆積
方法では高い結晶配向が得られる点で適しており、特に
(001)面が基板面に垂直となるように配向すること
が望ましい。圧電素子26の素材としては、この他にP
ZT等のペロブスカイト(Perovskite)構造
の圧電体や有機系圧電体であるPVDF(ポリ弗化ビニ
リデン)等が挙げられる。
After depositing the control electrode 44, a vibrator 46 for radiating an acoustic wave is deposited so as to be in contact with the acoustic matching layer 42, and as shown in FIG. Draw to match. The material of the vibrator 46 is not particularly limited as long as it can radiate an acoustic wave. In this embodiment, the piezoelectric element 26 of 19 μm is formed by depositing ZnO by a sputtering method. Generally Z
nO is suitable because it has a high vibration efficiency and a high crystal orientation can be obtained by a deposition method using sputtering. In particular, it is desirable that the (001) plane be oriented so as to be perpendicular to the substrate surface. The material of the piezoelectric element 26 may be P
A piezoelectric material having a perovskite structure such as ZT or a piezoelectric material such as PVDF (polyvinylidene fluoride) is used.

【0065】また、振動子46は比較的小面積として
も、音響波を輻射することができるため、多数の振動子
46を高密度に配置することが可能となり、画像記録の
高画質化及び高速化を図ることができる。
Further, since the vibrator 46 can radiate an acoustic wave even if it has a relatively small area, it is possible to arrange a large number of vibrators 46 at a high density, thereby achieving high quality image recording and high speed. Can be achieved.

【0066】さらにその後、高周波印加電極48を、制
御電極44と平面視にて略直交するように(副走査方向
に沿って)堆積し、図2に示すように描画した。高周波
印加電極48には、図3(A)から分かるように、各周
波数に対応した高周波アンプ36が接続されており、ス
イッチ50の開閉によって特定の高周波アンプ36から
の高周波電圧が印加させる。本実施形態では、高周波印
加電極48として、TaTiをスパッタリング法で1.
0×10-6m、さらにAlを1μm堆積し、図2に示す
ように、その長手方向が副走査方向となるように描画し
た。
Thereafter, the high-frequency application electrode 48 was deposited (along the sub-scanning direction) so as to be substantially orthogonal to the control electrode 44 in plan view, and was drawn as shown in FIG. As can be seen from FIG. 3A, a high-frequency amplifier 36 corresponding to each frequency is connected to the high-frequency application electrode 48, and a high-frequency voltage from a specific high-frequency amplifier 36 is applied by opening and closing a switch 50. In this embodiment, TaTi is used as the high frequency application electrode 48 by sputtering.
0 × 10 −6 m and 1 μm of Al were further deposited, and drawing was performed so that the longitudinal direction was the sub-scanning direction, as shown in FIG.

【0067】なお、図2には、制御電極44、振動子4
6及び高周波印加電極48を一部のみ示しているが、実
際には、全ての音響レンズ34に対応して、制御電極4
4、振動子46及び高周波印加電極48が設けられてい
る。
FIG. 2 shows the control electrode 44 and the vibrator 4.
6 and only a part of the high-frequency application electrode 48 are shown, but in practice, the control electrodes 4 correspond to all the acoustic lenses 34.
4, a vibrator 46 and a high-frequency application electrode 48 are provided.

【0068】また、図3(A)に示すように、高周波ア
ンプ36と高周波印加電極48との間には、インダクタ
ンスを付与する素子として、コイル52が介在されてい
る。図4には、このようにコイル52を介在させた場合
と介在させない場合での、高周波印加電極48に印加さ
れるバースト波(図6参照)のバースト周波数と位相差
(バースト周波数と圧電素子26の振動周波数との位相
差)の関係が示されている。このグラフにおいて、破線
はコイル52を介在させず圧電素子26のみとした場
合、実線はコイル52を介在させた場合である。このグ
ラフの破線から分かるように、圧電素子26単体では、
全ての周波数において位相差が90°近くずれており、
高周波アンプ36からのエネルギーを圧電素子26に振
動子に効率良く伝えることが出来ない。これに対し、グ
ラフの実線から分かるように、コイル52を介在させる
ことにより、共鳴点が現れ、(少なくともある特定の周
波数では、適切なコイル52を介在させることで位相差
を0°に近づけることができ)、エネルギー効率を高め
ることが出来る。
As shown in FIG. 3A, a coil 52 is interposed between the high-frequency amplifier 36 and the high-frequency application electrode 48 as an element for providing an inductance. FIG. 4 shows the burst frequency and phase difference (burst frequency and piezoelectric element 26) of the burst wave (see FIG. 6) applied to the high-frequency application electrode 48 when the coil 52 is interposed and when it is not interposed. Is shown. In this graph, the broken line indicates the case where only the piezoelectric element 26 is interposed without the coil 52, and the solid line indicates the case where the coil 52 is interposed. As can be seen from the broken line in this graph, in the piezoelectric element 26 alone,
The phase difference is shifted by almost 90 degrees at all frequencies,
The energy from the high frequency amplifier 36 cannot be efficiently transmitted to the piezoelectric element 26 to the vibrator. On the other hand, as can be seen from the solid line in the graph, the resonance point appears by interposing the coil 52 (at least at a certain frequency, the phase difference approaches 0 ° by interposing the appropriate coil 52). Can increase energy efficiency.

【0069】ところで、本実施形態の音響波インクジェ
ット記録ヘッド10のように、音響波を用いたインクジ
ェット記録ヘッドでは、大きさの異なるインク滴40を
飛翔する(ドロップ変調)ことができるようになってい
る。図5には、インク30に作用させるバースト波のバ
ースト周波数と、このバースト波によって飛翔されるイ
ンク滴40の体積との関係が示されている。このグラフ
から分かるように、バースト周波数に依存して、インク
滴40のドロップ体積を一意的に決めることができる。
例えば、バースト周波数90MHzでは解像度1200
dpiに相当するドロップ体積6plを,バースト周波
数170MHzでは解像度2400dpiに相当するド
ロップ体積1plを確保することが出来るので、結果的
にこのようなインクジェット記録ヘッドでは、2400
dpi相当のピクトリアル画像を高速に出力することが
できる。本実施形態では、一例として、バースト周波数
を90、120、170MHzとすることでドロップ変
調し、各周波数に対応して、6、3、1plのインク滴
40を所望の画像パターンに応じて飛翔させるようにし
ている。
By the way, in the ink jet recording head using the acoustic wave, like the acoustic wave ink jet recording head 10 of the present embodiment, it is possible to fly the ink droplets 40 having different sizes (drop modulation). I have. FIG. 5 shows the relationship between the burst frequency of the burst wave applied to the ink 30 and the volume of the ink droplet 40 flying by the burst wave. As can be seen from this graph, the drop volume of the ink droplet 40 can be uniquely determined depending on the burst frequency.
For example, at a burst frequency of 90 MHz, the resolution is 1200.
A drop volume of 6 pl corresponding to dpi and a drop volume of 1 pl corresponding to a resolution of 2400 dpi at a burst frequency of 170 MHz can be ensured.
A pictorial image equivalent to dpi can be output at high speed. In the present embodiment, as an example, drop modulation is performed by setting the burst frequency to 90, 120, or 170 MHz, and the 6, 3, 1 pl ink droplet 40 is caused to fly according to a desired image pattern corresponding to each frequency. Like that.

【0070】ここで、図7には、インク30に作用した
バースト波のバースト周波数に対する、音響レンズ34
の焦点距離の関係が示されている。このグラフから分か
るように、同一の音響レンズ34を使用した場合であっ
ても、その焦点距離はバースト周波数に依存して減少
し、例えばバースト周波数50MHzと200MHzと
では、焦点距離に20数μmの差がある。従って、本実
施形態のように、バースト周波数を90、120、17
0MHzとしてドロップ変調を行う構成では、例えば音
響レンズ34とインク30の気液界面との液面距離L
を、バースト周波数が90Hzの場合の焦点距離に合わ
せてしまうと(図8において二点鎖線で示した気液界面
30Bを参照)、バースト周波数が170MHzのとき
には、音響レンズ34の焦点距離と、上記した液面距離
Lとのずれが大きくなるので、バースト周波数170M
Hzに対応するインク滴を飛翔させることが出来ない。
逆に、この液面距離Lをバースト周波数が170Hzの
場合の焦点距離に合わせてしまっても(図8において一
点鎖線で示した気液界面30Bを参照)、バースト周波
数が90MHzのときには、音響レンズ34の焦点距離
と上記の液面距離Lとのずれが大きくなるので、バース
ト周波数90MHzに対応するインク滴を飛翔させるこ
とが出来ない。これは、焦点領域のスポット高さ、即
ち、音響波が集束しインク滴40を飛翔できる程度に音
響エネルギー密度の集中した部分(一般的には疑似円筒
形となる)の高さの差が、精々10μm程度でる為と解
されるが、このことは、最大のインク滴を飛翔させるバ
ースト周波数に対応する焦点距離と、最小のインク滴を
飛翔させるバースト周波数に対応する焦点距離の間に、
音響レンズ34と気液界面30Bとの液面距離Lを設定
すれば、全てのバースト周波数に対応して、インク滴4
0を飛翔可能となることを意味する。そして、本実施形
態の音響波インクジェット記録ヘッド10では、図3
(A)及び(B)に示すように、アパーチャプレート2
8の位置を適切に設定することで、液面距離Lが、最大
のインク滴40を飛翔させるバースト周波数に対応する
焦点距離と、最小のインク滴40を飛翔させるバースト
周波数に対応する焦点距離の間となるようにしている
(図8において、実線で示した気液界面30Bを参
照)。これにより、インク滴40の飛翔に十分なエネル
ギーを有するバースト波を作用させることで、大中小の
インク滴40を一定の繰り返し周波数(例えば30MH
z)で、所望のパターンに応じて飛翔させることが可能
になっている。
FIG. 7 shows the acoustic lens 34 with respect to the burst frequency of the burst wave acting on the ink 30.
Are shown. As can be seen from this graph, even when the same acoustic lens 34 is used, the focal length decreases depending on the burst frequency. For example, when the burst frequency is 50 MHz and 200 MHz, the focal length is more than 20 μm. There is a difference. Therefore, as in the present embodiment, the burst frequencies are set to 90, 120, 17
In a configuration in which drop modulation is performed at 0 MHz, for example, the liquid surface distance L between the acoustic lens 34 and the gas-liquid interface of the ink 30 is L.
Is adjusted to the focal length when the burst frequency is 90 Hz (see the gas-liquid interface 30B shown by the two-dot chain line in FIG. 8), when the burst frequency is 170 MHz, the focal length of the acoustic lens 34 and the above Since the deviation from the liquid level distance L becomes large, the burst frequency 170M
Hz cannot be made to fly.
Conversely, even if the liquid level distance L is adjusted to the focal length when the burst frequency is 170 Hz (see the gas-liquid interface 30B shown by the dashed line in FIG. 8), when the burst frequency is 90 MHz, the acoustic lens Since the difference between the focal length of L and the liquid level distance L becomes large, the ink droplet corresponding to the burst frequency of 90 MHz cannot be made to fly. This is because the difference in spot height of the focal region, that is, the difference in height of a portion where the acoustic energy density is concentrated (generally a pseudo-cylindrical shape) so that the acoustic wave can converge and fly the ink droplet 40, It is understood that it is at most about 10 μm, which means that between the focal length corresponding to the burst frequency for flying the largest ink drop and the focal length corresponding to the burst frequency for flying the smallest ink drop,
If the liquid level distance L between the acoustic lens 34 and the gas-liquid interface 30B is set, the ink droplets 4 corresponding to all burst frequencies are set.
0 means that it can fly. In the acoustic wave ink jet recording head 10 of the present embodiment, FIG.
As shown in (A) and (B), the aperture plate 2
By appropriately setting the position 8, the liquid level distance L can be adjusted between the focal length corresponding to the burst frequency at which the largest ink droplet 40 flies and the focal length corresponding to the burst frequency at which the smallest ink droplet 40 flies. (See the gas-liquid interface 30B shown by the solid line in FIG. 8). In this way, by applying a burst wave having sufficient energy to the flight of the ink droplet 40, the large, medium, and small ink droplets 40 are caused to have a constant repetition frequency (for example, 30 MHz).
In z), it is possible to fly according to a desired pattern.

【0071】図9には、バースト時間(1つのインク滴
40を吐出させるためのバースト波の1単位において、
実質的にバースト波が作用している時間をいう、図6参
照)を一定にした場合の、バースト周波数と閾値電圧と
の関係が示されている。また、図10には、同じくバー
スト周波数を一定にした場合の、バースト周波数と閾値
エネルギーとの関係が示されている。ここで「閾値電
圧」及び「閾値エネルギー」とは、それぞれ、インク滴
40を飛翔させるために必要とされる、最小限の電圧
(圧電素子26に印加する電圧)及び最小限のエネルギ
ーをいう。図9から分かるように、バースト時間を一定
にした場合の閾値振幅は、バースト周波数に対応した特
定の分布を示している。そして、本実施形態のようにバ
ースト周波数が90、120、170MHzの場合で
は、90Hzのときが最も閾値振幅が高く、120MH
zのときが最も閾値振幅が低いことが分かる。また、図
10から、バースト時間を一定にした場合の閾値エネル
ギーも、バースト周波数に対応した特定の分布を示して
おり、バースト周波数が90、120、170MHzの
場合では、90Hzのときが最も閾値エネルギーが高
く、120MHzのときが最も閾値エネルギーが低いこ
とが分かる。従って、各バースト周波数毎に飛翔エネル
ギーを適正に補正することが好ましい。
FIG. 9 shows a burst time (in one unit of a burst wave for ejecting one ink droplet 40,
The relationship between the burst frequency and the threshold voltage is shown when the time during which the burst wave acts is substantially constant (see FIG. 6). FIG. 10 shows the relationship between the burst frequency and the threshold energy when the burst frequency is kept constant. Here, the “threshold voltage” and “threshold energy” refer to the minimum voltage (voltage applied to the piezoelectric element 26) and the minimum energy, respectively, required to cause the ink droplet 40 to fly. As can be seen from FIG. 9, the threshold amplitude when the burst time is constant indicates a specific distribution corresponding to the burst frequency. When the burst frequency is 90, 120, or 170 MHz as in the present embodiment, the threshold amplitude is highest at 90 Hz, and is 120 MHz.
It can be seen that the threshold amplitude is the lowest at z. Also, from FIG. 10, the threshold energy when the burst time is fixed also shows a specific distribution corresponding to the burst frequency. When the burst frequency is 90, 120 or 170 MHz, the threshold energy is the highest at 90 Hz. It can be seen that the threshold energy is the lowest at 120 MHz. Therefore, it is preferable to appropriately correct the flying energy for each burst frequency.

【0072】また、本実施形態では、音響レンズ34と
気液界面30Bとの液面距離Lを一定にしているので、
バースト周波数に応じて音響レンズ34の焦点距離が変
ると、インク滴40の飛翔エネルギーも変化する。従っ
て、かかる観点からも、各バースト周波数毎に飛翔エネ
ルギーを適正に補正することが好ましい。
In this embodiment, since the liquid surface distance L between the acoustic lens 34 and the gas-liquid interface 30B is constant,
When the focal length of the acoustic lens 34 changes according to the burst frequency, the flying energy of the ink droplet 40 also changes. Therefore, from such a viewpoint, it is preferable to appropriately correct the flying energy for each burst frequency.

【0073】このため、本実施形態では、最小閾値エネ
ルギーを与えるときのバースト周波数120MHzでの
インク滴40の飛翔エネルギーを最小のエネルギーに設
定することで、他のバースト周波数90、170MHz
でのインク滴40の飛翔エネルギーについては、バース
ト波の振幅とバースト時間(図6参照)を調整すること
で補正するようにしている。すなわち、バースト周波数
が120MHzのときよりも、90MHz或いは170
MHzのときを、バースト波の振幅を大きくしたり、バ
ースト時間を長くしたりすることで、所望の飛翔エネル
ギーを得られるようにしている。バースト周波数が12
0MHzのときのインク滴40の飛翔エネルギーは、イ
ンク滴40を安定して吐出するためには、閾値エネルギ
ーの1.02倍以上とすることが好ましい。また、後に
詳述する「サテライト」の発生を防止するためには、閾
値エネルギーの3.00倍以下とすることが好ましく、
2.00倍以下とすることがより好ましい。
For this reason, in the present embodiment, by setting the flying energy of the ink droplet 40 at the burst frequency of 120 MHz when giving the minimum threshold energy to the minimum energy, other burst frequencies of 90 and 170 MHz can be obtained.
The flying energy of the ink droplet 40 at the time is adjusted by adjusting the amplitude of the burst wave and the burst time (see FIG. 6). That is, the burst frequency is 90 MHz or 170 MHz higher than when the burst frequency is 120 MHz.
At MHz, a desired flying energy can be obtained by increasing the amplitude of the burst wave or increasing the burst time. Burst frequency is 12
The flying energy of the ink droplet 40 at 0 MHz is preferably at least 1.02 times the threshold energy in order to stably eject the ink droplet 40. In order to prevent the occurrence of “satellite” which will be described in detail later, it is preferable that the threshold energy is not more than 3.00 times,
More preferably, it is 2.00 times or less.

【0074】なお、これとは逆に、最大閾値エネルギー
を与えるときのバースト周波数90MHzでのインク滴
40の飛翔エネルギーを最大のエネルギーに設定し、他
のバースト周波数120、170MHzでのインク滴4
0の飛翔エネルギーについて、バースト波の振幅とバー
スト時間を調整することで補正するようにしてもよい。
この場合には、バースト周波数が90MHzのときより
も120MHz或いは170MHzのときを、バースト
波の振幅を小さくしたり、バースト時間を短くしたりす
ることで、所望の飛翔エネルギーを得ることが可能であ
る。
On the contrary, the flying energy of the ink droplet 40 at the burst frequency 90 MHz when the maximum threshold energy is given is set to the maximum energy, and the ink droplet 4 at the other burst frequencies 120 and 170 MHz is set.
The flying energy of 0 may be corrected by adjusting the amplitude of the burst wave and the burst time.
In this case, when the burst frequency is 120 MHz or 170 MHz than when the burst frequency is 90 MHz, the desired flying energy can be obtained by reducing the burst wave amplitude or shortening the burst time. .

【0075】図11には、特定のバースト周波数におけ
る、バースト時間とインク滴40のパワーとの関係が示
されている。一般に、例えばバースト時間を長くする等
によってインク滴40の飛翔エネルギーを大きくする場
合に、あまりに大きくすると、いわゆる「サテライト」
が発生することがある。サテライトとは、図12(B)
に示すように、1回のインク滴40の飛翔時に、本来的
に画像記録に寄与するインク滴(主滴40M)の他に微
小滴40Sが発生してしまう現象をいい、微小滴40S
が記録媒体に着弾すると、画質が低下するおそれがあ
る。これに対し、インク滴40に作用した飛翔エネルギ
ーが閾値以下の場合には、図12(A)に示すように、
インク30が気液界面30Bから盛り上がるものの、イ
ンク滴40をインク30から完全に分離してしまう程度
のエネルギーは有しておらず、インク滴40を飛翔させ
ることはできない。これらを考慮し、本実施形態では、
バースト周波数90MHz及び170MHzのときのイ
ンク滴40のパワーが閾値以上サテライト発生未満(図
11のグラフにおいて、一点鎖線以上で二点鎖線よりも
下の領域)となるように、バースト時間を設定してい
る。
FIG. 11 shows the relationship between the burst time and the power of the ink droplet 40 at a specific burst frequency. In general, when the flying energy of the ink droplet 40 is increased by, for example, increasing the burst time, if the flying energy is too large, a so-called “satellite” is used.
May occur. The satellite is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, when a single ink droplet 40 flies, a small droplet 40S is generated in addition to the ink droplet (main droplet 40M) that originally contributes to image recording.
May land on a recording medium, image quality may be degraded. On the other hand, when the flying energy applied to the ink droplet 40 is equal to or less than the threshold, as shown in FIG.
Although the ink 30 rises from the gas-liquid interface 30B, the ink 30 does not have enough energy to completely separate the ink droplet 40 from the ink 30, and cannot fly the ink droplet 40. In consideration of these, in the present embodiment,
The burst time is set so that the power of the ink droplet 40 at the burst frequency of 90 MHz and 170 MHz is equal to or more than the threshold value and less than the satellite generation (in the graph of FIG. I have.

【0076】なお、サテライト発生の原因となる微小滴
40Sについては、求められる画像の画質や、主滴40
Mと微小滴40Sのとの大小関係によっては、実質的に
問題とされないこともある。従って、これらの事実を考
慮した上で、バースト時間を設定し、サテライトの発生
を防止することが望ましい。
The minute droplets 40S that cause the generation of satellites are determined based on the image quality required and the main droplets 40S.
Depending on the magnitude relationship between M and the minute droplet 40S, there may be no substantial problem. Therefore, it is desirable to set the burst time in consideration of these facts and prevent the generation of satellites.

【0077】また、図13に示すように、インク滴40
の体積はバースト時間に依存し、体積はバースト時間の
増加と共に増大するが、その増加分は僅かであり、バー
スト時間によるインク滴40の大きさの補正(最適化)
はインク滴40の体積変化に与える影響が少ない。ま
た、本実施形態の音響波インクジェット記録ヘッド10
によって音響波インクジェット記録装置12(図1参
照)を構成する場合には、余りに高い電圧振幅(すなわ
ちバースト波の振幅)は、駆動回路のコスト上昇を招く
等の理由から望ましくなく、バースト時間によって補正
すること(バースト時間を長くすることで必要なエネル
ギーを得られるようにし、電圧振幅は低くする)が好ま
しい。かかる観点から、バースト時間としては、0.5
μsec以上10μsec以下が望ましい。本実施形態
では、バースト時間を1.0〜7.0μsec(好まし
くは、2.0〜5.0μsec)とすることで、120
nJのエネルギーで安定してインク滴40を吐出するこ
とが可能となっている。
Further, as shown in FIG.
Is dependent on the burst time, and the volume increases with an increase in the burst time, but the increase is small, and the size of the ink droplet 40 is corrected (optimized) by the burst time.
Has little effect on the volume change of the ink droplet 40. In addition, the acoustic wave ink jet recording head 10 of the present embodiment
When the acoustic wave ink jet recording apparatus 12 (see FIG. 1) is configured by using the above method, an excessively high voltage amplitude (that is, the amplitude of the burst wave) is not desirable because the cost of the driving circuit is increased and is corrected by the burst time. (A necessary energy can be obtained by increasing the burst time and the voltage amplitude is reduced). From this viewpoint, the burst time is 0.5
It is desirable that the time be between μsec and 10 μsec. In the present embodiment, by setting the burst time to 1.0 to 7.0 μsec (preferably 2.0 to 5.0 μsec), 120
The ink droplet 40 can be stably ejected with the energy of nJ.

【0078】このような構成とされた本実施形態の音響
波インクジェット記録ヘッド10では、画像情報に対応
したスイッチ50の開閉により、特定の高周波アンプ3
6が選択されて高周波印加電極48に高周波電圧が印加
され、音響波が発生される。この音響波が圧電素子26
によって輻射され、さらに音響レンズ34によってイン
ク30中で集束されるため、気液界面30Bからインク
滴40が飛翔し、記録用紙18(図1参照)にインク滴
が着弾する。そして、このようにインク滴を吐出しつ
つ、図1に示すように、キャリッジ14が主走査方向に
移動し、記録用紙18が副走査方向に搬送されること
で、記録用紙18に所望の画像が形成される。
In the acoustic ink jet recording head 10 of the present embodiment having such a configuration, the specific high-frequency amplifier 3 is opened and closed by opening and closing the switch 50 corresponding to the image information.
6 is selected, a high-frequency voltage is applied to the high-frequency application electrode 48, and an acoustic wave is generated. This acoustic wave is applied to the piezoelectric element 26.
The ink droplet 40 flies from the gas-liquid interface 30 </ b> B and lands on the recording paper 18 (see FIG. 1). As shown in FIG. 1, the carriage 14 moves in the main scanning direction while the ink droplets are ejected, and the recording paper 18 is conveyed in the sub-scanning direction. Is formed.

【0079】ここで、本実施形態の音響波インクジェッ
ト記録ヘッド10では、音響レンズ34から気液界面3
0Bまでの液面距離Lが、バースト周波数が90MHz
のときの音響レンズ34の焦点距離と、バースト周波数
が170MHzのときの音響レンズ34の焦点距離との
間となるように、アパーチャプレート28によって気液
液面30Bを保持している。このため、バースト周波数
が少なくとも90〜170MHzの範囲内であれば、イ
ンク滴40を飛翔させることが可能となっている。そし
て、高周波アンプ36として、90MHz、120MH
z及び170MHzの3種類から選択された特定の高周
波アンプ36により、高周波電圧が高周波印加電極48
に印加されるようにしているので、これらのバースト周
波数にそれぞれ対応した、6pl、3pl及び1plの
インク滴40を所望の画像パターンに応じて飛翔させ、
高速且つ高画質に画像を記録することができる。
Here, in the acoustic ink jet recording head 10 of the present embodiment, the gas-liquid interface 3
Liquid level distance L to 0B, burst frequency is 90MHz
The gas-liquid surface 30B is held by the aperture plate 28 so as to be between the focal length of the acoustic lens 34 when the burst frequency is 170 MHz and the focal length of the acoustic lens 34 when the burst frequency is 170 MHz. Therefore, if the burst frequency is at least in the range of 90 to 170 MHz, the ink droplet 40 can be made to fly. Then, as the high frequency amplifier 36, 90 MHz, 120 MH
The high-frequency voltage is applied to the high-frequency applying electrode 48 by a specific high-frequency amplifier 36 selected from three types of z and 170 MHz
So that 6 pl, 3 pl, and 1 pl ink droplets 40 corresponding to these burst frequencies respectively fly according to a desired image pattern.
Images can be recorded at high speed and with high image quality.

【0080】また、このように異なる大きさのインク滴
40を飛翔させるために、最小の飛翔エネルギーを与え
る120MHzのバースト周波数のときの飛翔エネルギ
ーを最小のエネルギーに設定し、これ以外のバースト周
波数のときには、バースト波の振幅又はバースト時間を
調整することで、所望の飛翔エネルギーが得られるよう
にしている。しかも、この飛翔エネルギーは、インク滴
40のパワーが閾値以上サテライト発生値以下となるよ
うにしている。このため、サテライトを発生させること
なく、最適な飛翔条件でインク滴40を飛翔させること
ができる。
To fly the ink droplets 40 of different sizes in this manner, the flying energy at the burst frequency of 120 MHz that gives the minimum flying energy is set to the minimum energy, and the burst energy of other burst frequencies is set. At times, a desired flying energy is obtained by adjusting the amplitude of the burst wave or the burst time. In addition, the flying energy is set so that the power of the ink droplet 40 is not less than the threshold value and not more than the satellite generation value. For this reason, the ink droplet 40 can be made to fly under optimal flying conditions without generating satellites.

【0081】[第2実施形態]図14には、本発明の第
2実施形態の音響波インクジェット記録ヘッドが示され
ている。第2実施形態では、音響波インクジェット記録
ヘッドの基本的構成は第1実施形態と略同一とされてい
るが、図14(A)からも分かるように、コイル52を
並列に接続している点が異なっている。それぞれのコイ
ル52のインダクタンスは、バースト周波数90、12
0、170MHzごとに共鳴点を与えるように設定され
ている。これにより、高周波アンプ36からの高周波振
動を効率良く圧電素子26に伝えることができる。第2
実施形態では一例として、1nM〜100nHの範囲の
インダクタンスを用いることで、第1実施形態に対し本
実施例では1/2〜1/3のエネルギーで大中小のドロ
ップを飛翔させることができた。
[Second Embodiment] FIG. 14 shows an acoustic ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the basic configuration of the acoustic ink jet recording head is substantially the same as that of the first embodiment, but as can be seen from FIG. 14A, the coil 52 is connected in parallel. Are different. The inductance of each coil 52 has a burst frequency of 90, 12
It is set so as to give a resonance point every 0 and 170 MHz. Thereby, the high frequency vibration from the high frequency amplifier 36 can be efficiently transmitted to the piezoelectric element 26. Second
In the embodiment, as an example, by using an inductance in the range of 1 nM to 100 nH, a large, medium, and small drop can be made to fly with an energy of 1/2 to 1/3 in the present embodiment compared to the first embodiment.

【0082】[0082]

【発明の効果】本発明は上記構成としたので、安定した
インク滴の飛翔状態を維持しつつドロップ変調させるこ
とで、高速且つ高画質に画像記録可能となる。
According to the present invention having the above-described structure, high-speed and high-quality image recording can be performed by performing drop modulation while maintaining a stable flying state of ink droplets.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の音響波インクジェット記録装置を一
部破断して示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an acoustic wave ink jet recording apparatus according to the present invention with a part thereof cut away.

【図2】 本発明の第1実施形態の音響波インクジェッ
ト記録ヘッドを部分的に示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view partially showing the acoustic wave ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第1実施形態の音響波インクジェッ
ト記録ヘッドを部分的に示し、(A)は図2(A)のA
−A線断面図、(B)は図2のB−B線断面図である。
3A and 3B partially show an acoustic wave inkjet recording head according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3B is a cross-sectional view taken along a line A, and FIG.

【図4】 本発明の第1実施形態の音響波インクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、高周波印加電極に印加されるバ
ースト波のバースト周波数に対するこの周波数と圧電素
子の振動周波数との位相差の関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a burst frequency of a burst wave applied to a high-frequency application electrode and a phase difference between a vibration frequency of the piezoelectric element and a burst frequency of the burst wave applied to the high-frequency application electrode in the acoustic wave inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention. is there.

【図5】 本発明の第1実施形態の音響波インクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、インクに作用させるバースト波
のバースト周波数と、このバースト波によって飛翔され
るインク滴の体積との関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a burst frequency of a burst wave applied to ink and a volume of an ink droplet flying by the burst wave in the acoustic wave inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 バースト波の波形を示すための説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a waveform of a burst wave.

【図7】 本発明の第1実施形態の音響波インクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、バースト周波数に対する音響レ
ンズの焦点距離の関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the burst frequency and the focal length of the acoustic lens in the acoustic wave inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の第1実施形態の音響波インクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、各バースト周波数での焦点距離
と、音響レンズから液面距離までの距離との関係を示す
説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the focal length at each burst frequency and the distance from the acoustic lens to the liquid level in the acoustic wave inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第1実施形態の音響波インクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、バースト波のバースト周波数と
閾値電圧との関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a relationship between a burst frequency of a burst wave and a threshold voltage in the acoustic wave ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の第1実施形態の音響波インクジェ
ット記録ヘッドにおいて、バースト波のバースト周波数
と閾値エネルギーとの関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a relationship between a burst frequency of a burst wave and a threshold energy in the acoustic wave inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の第1実施形態の音響波インクジェ
ット記録ヘッドにおいて、バースト波のバースト周波数
とインク滴のパワーとの関係を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the burst frequency of a burst wave and the power of ink droplets in the acoustic wave ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の第1実施形態の音響波インクジェ
ット記録ヘッドにおいて、インク滴が飛翔する様子を示
す説明図であり、(A)はインク滴のパワーが閾値以下
の場合、(B)はサテライトが発生した場合である。
FIGS. 12A and 12B are explanatory diagrams showing how ink droplets fly in the acoustic wave ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 12A shows a case where the power of the ink droplets is equal to or less than a threshold, and FIG. This is the case where satellites are generated.

【図13】 本発明の第1実施形態の音響波インクジェ
ット記録ヘッドにおいて、閾値に対するバースト時間の
比と閾値に対するインク滴の体積比との関係を示すグラ
フである。
FIG. 13 is a graph showing a relationship between a ratio of a burst time to a threshold value and a volume ratio of an ink droplet to a threshold value in the acoustic wave ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の第2実施形態の音響波インクジェ
ット記録ヘッドを示し、(A)は図3(A)と、(B)
は図3(B)とそれぞれ同一の断面にて示す断面図であ
る。
FIGS. 14A and 14B show an acoustic ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention, wherein FIGS.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views each showing the same cross section as that of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 音響波インクジェット記録ヘッド 12 音響波インクジェット記録装置 26 圧電素子 28 アパーチャプレート(保持手段) 32 球面音響レンズアレイ 34 音響レンズ 36 高周波アンプ(駆動手段) 42 音響マッチング層 52 コイル(インダクタンス成分) Reference Signs List 10 acoustic wave ink jet recording head 12 acoustic wave ink jet recording device 26 piezoelectric element 28 aperture plate (holding means) 32 spherical acoustic lens array 34 acoustic lens 36 high frequency amplifier (driving means) 42 acoustic matching layer 52 coil (inductance component)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 直己 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 AF01 AF39 AG62 AG68 AG82 AM15 AM40 AN01 AP11 AP21 AR16 BF06 CA01 5C051 AA02 CA04 DB02 DB07 DC07 DE03  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Naoki Morita 2274 Hongo, Ebina-shi, Kanagawa Prefecture Fuji Xerox Co., Ltd. Ebina Works F-term (reference) 2C057 AF01 AF39 AG62 AG68 AG82 AM15 AM40 AN01 AP11 AP21 AR16 BF06 CA01 5C051 AA02 CA04 DB02 DB07 DC07 DE03

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液体の自由表面に音響波を集束させて液
滴を飛翔させる音響波インクジェット記録ヘッドであっ
て、 前記液体を所望の液面高さに保持する保持手段と、 前記音響波を輻射する圧電素子と、 前記音響波を集束する音響レンズと、 前記圧電素子にバースト波を印加して前記音響波を発生
させると共に、少なくともバースト周波数を変化させて
前記液滴の大きさを変化させることが可能とされた駆動
手段と、 を備え、 前記保持手段によって保持される前記液体の液面高さ
が、前記液滴のうち最小液滴を飛翔させる前記音響波に
対応する焦点距離と最大液滴を飛翔させる前記音響波に
対応する焦点距離との間に設定されている、 ことを特徴とする音響波インクジェット記録ヘッド。
1. An acoustic wave ink jet recording head that focuses an acoustic wave on a free surface of a liquid and causes a droplet to fly, comprising: holding means for holding the liquid at a desired liquid level; A piezoelectric element that radiates, an acoustic lens that focuses the acoustic wave, and a burst wave applied to the piezoelectric element to generate the acoustic wave, and to change at least a burst frequency to change the size of the droplet. And a driving unit that is capable of: a liquid surface height of the liquid held by the holding unit being a focal length and a maximum corresponding to the acoustic wave that causes the smallest one of the droplets to fly. An acoustic wave inkjet recording head, which is set between a focal length corresponding to the acoustic wave that causes the droplet to fly.
【請求項2】 前記駆動手段が、前記バースト波のエネ
ルギーを制御することで前記液滴の飛翔エネルギーを前
記バースト周波数ごとに制御することを特徴とする請求
項1に記載の音響波インクジェット記録ヘッド。
2. The acoustic wave ink jet recording head according to claim 1, wherein the driving unit controls the energy of the burst wave to control the flying energy of the droplet for each of the burst frequencies. .
【請求項3】 液体の自由表面に音響波を集束させて液
滴を飛翔させる音響波インクジェット記録ヘッドであっ
て、 前記液体を所望の液面高さに保持する保持手段と、 前記音響波を輻射する圧電素子と、 前記音響波を集束する音響レンズと、 前記圧電素子にバースト波を印加して前記音響波を発生
させ、少なくともこのバースト波の周波数を変化させて
前記液滴の大きさを変化させると共に、バースト波のエ
ネルギーを制御することで前記液滴の飛翔エネルギーを
前記バースト周波数ごとに制御可能とされた駆動手段
と、 を備え、 前記バースト周波数のうち、前記液滴の飛翔エネルギー
の閾値が最小となるバースト周波数に関して、当該バー
スト周波数での飛翔エネルギーを、他のバースト周波数
での飛翔エネルギー以下となるよう制御することを特徴
とする音響波インクジェット記録ヘッド。
3. An acoustic wave ink jet recording head that focuses an acoustic wave on a free surface of a liquid and causes a droplet to fly, comprising: holding means for holding the liquid at a desired liquid level; A piezoelectric element that radiates, an acoustic lens that focuses the acoustic wave, and a burst wave applied to the piezoelectric element to generate the acoustic wave, and at least change the frequency of the burst wave to reduce the size of the droplet. And a driving unit capable of controlling the energy of the burst wave to control the flying energy of the droplet for each of the burst frequencies. With respect to the burst frequency at which the threshold value becomes minimum, the flying energy at the burst frequency is controlled to be equal to or less than the flying energy at another burst frequency. An acoustic wave ink jet recording head characterized in that:
【請求項4】 液体の自由表面に音響波を集束させて液
滴を飛翔させる音響波インクジェット記録ヘッドであっ
て、 前記液体を所望の液面高さに保持する保持手段と、 前記音響波を輻射する圧電素子と、 前記音響波を集束する音響レンズと、 前記圧電素子にバースト波を印加して前記音響波を発生
させ、少なくともこのバースト波の周波数を変化させて
前記液滴の大きさを変化させると共に、バースト波のエ
ネルギーを制御することで前記液滴の飛翔エネルギーを
前記バースト周波数ごとに制御可能とされた駆動手段
と、 を備え、 前記バースト周波数のうち、前記液滴の飛翔エネルギー
の閾値が最大となるバースト周波数に関して、当該バー
スト周波数での飛翔エネルギーを、他のバースト周波数
での飛翔エネルギー以上となるよう制御することを特徴
とする音響波インクジェット記録ヘッド。
4. An acoustic wave ink jet recording head that focuses an acoustic wave on a free surface of a liquid and causes a droplet to fly, comprising: holding means for holding the liquid at a desired liquid level; A piezoelectric element that radiates, an acoustic lens that focuses the acoustic wave, and a burst wave applied to the piezoelectric element to generate the acoustic wave, and at least change the frequency of the burst wave to reduce the size of the droplet. And a driving unit capable of controlling the energy of the burst wave to control the flying energy of the droplet for each of the burst frequencies. Regarding the burst frequency at which the threshold value becomes maximum, the flying energy at the burst frequency is controlled to be equal to or higher than the flying energy at another burst frequency. An acoustic wave ink jet recording head characterized in that:
【請求項5】 前記バースト波のエネルギーが、バース
ト波の振幅及びバースト時間の少なくとも一方を変更す
ることで調整されることを特徴とする請求項2〜請求項
4のいずれかに記載の音響波インクジェット記録ヘッ
ド。
5. The acoustic wave according to claim 2, wherein the energy of the burst wave is adjusted by changing at least one of an amplitude and a burst time of the burst wave. Ink jet recording head.
【請求項6】 前記液滴の飛翔エネルギーが閾値以上サ
テライト発生値以下になるように前記バースト波のエネ
ルギーがバースト周波数ごとに制御されることを特徴と
する請求項2〜請求項5のいずれかに記載の音響波イン
クジェット記録ヘッド。
6. The burst wave according to claim 2, wherein the energy of the burst wave is controlled for each burst frequency so that the flying energy of the droplet is not less than a threshold and not more than a satellite generation value. 3. The acoustic wave ink jet recording head according to claim 1.
【請求項7】 前記圧電素子にインダクタンス成分を接
続し、前記液滴の飛翔エネルギーに関して1つ以上の共
鳴周波数を生じさせることを特徴とする請求項1〜請求
項6のいずれかに記載の音響波インクジェット記録ヘッ
ド。
7. The sound according to claim 1, wherein an inductance component is connected to the piezoelectric element to generate one or more resonance frequencies with respect to the flying energy of the droplet. Wave inkjet recording head.
【請求項8】 前記音響レンズと前記液体の間に、音響
レンズと前記液体それぞれの音響インピーダンスの間の
音響インピーダンスを有すると共に、最小液滴を飛翔す
る音響波のバースト周波数で決まる厚みと最大液滴を飛
翔する音響波のバースト周波数で決まる厚みとの間の厚
みを有する音響マッチング層が設けられていることを特
徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の音響波
インクジェット記録ヘッド。
8. A liquid having an acoustic impedance between the acoustic lens and the liquid between the acoustic lens and the liquid, and a thickness and a maximum liquid determined by a burst frequency of an acoustic wave flying on the smallest droplet. The acoustic wave ink jet recording head according to any one of claims 1 to 7, further comprising an acoustic matching layer having a thickness between a thickness determined by a burst frequency of an acoustic wave flying through the droplet. .
【請求項9】 前記音響レンズが球面レンズであること
を特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の音
響波インクジェット記録ヘッド。
9. The acoustic wave ink jet recording head according to claim 1, wherein the acoustic lens is a spherical lens.
【請求項10】 前記球面レンズが2次元配列されて形
成された球面レンズアレイ、 を有することを特徴とする請求項9に記載の音響波イン
クジェット記録ヘッド。
10. The acoustic wave ink jet recording head according to claim 9, further comprising: a spherical lens array formed by arranging the spherical lenses two-dimensionally.
【請求項11】 前記球面レンズアレイが、基材を形押
し成形することで形成されていることを特徴とする請求
項10に記載の音響波インクジェット記録ヘッド。
11. The acoustic ink jet recording head according to claim 10, wherein the spherical lens array is formed by embossing a base material.
【請求項12】 前記基材が、ガラスであることを特徴
とする請求項11に記載の音響波インクジェット記録ヘ
ッド。
12. The acoustic wave ink jet recording head according to claim 11, wherein the base material is glass.
【請求項13】 前記基材が、樹脂であることを特徴と
する請求項11に記載の音響波インクジェット記録ヘッ
ド。
13. The acoustic wave ink jet recording head according to claim 11, wherein the substrate is a resin.
【請求項14】 請求項1〜請求項13のいずれかに記
載の音響波インクジェット記録ヘッド、 を有することを特徴とする音響波インクジェット記録装
置。
14. An acoustic wave ink jet recording apparatus comprising: the acoustic wave ink jet recording head according to any one of claims 1 to 13.
JP2000316973A 2000-10-17 2000-10-17 Acoustic wave ink jet recording head and acoustic wave ink jet recorder Pending JP2002120364A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005137002A (en) * 2003-10-30 2005-05-26 Agilent Technol Inc Stacked bulk acoustic resonator band-pass filter with controllable pass bandwidth

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005137002A (en) * 2003-10-30 2005-05-26 Agilent Technol Inc Stacked bulk acoustic resonator band-pass filter with controllable pass bandwidth

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