JP2006289971A - ミスト噴射装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高粘度の液体であってもミスト噴射できるようにすること。
【解決手段】 インクが充填されるインク室１４と、超音波相当の周波数の電気信号が与えられるコイル５２と、コイル５２によって発生する磁界に応じて振動し、インク室１４内のインクに超音波を与える振動板２０と、インク室１４に連通し、超音波によりミスト化したインクが噴射されるノズル１２と、コイル５２に超音波相当の電気信号を与えるヘッドドライバ１８４を備えた。コイル５２の内側には磁性体からなるコア５４が配置され、コア５４から離間して振動板２０上に磁性体２２が設けられ、コイル５２に電流が流れるとコア５４が磁化してコア５４と振動板２０上の磁性体２２との間に磁力が発生することにより振動板２０が超音波振動する。
【選択図】 図１

Description

本発明はミスト噴射装置及び画像形成装置に係り、特に、液体をミスト化して噴射するミスト噴射装置、及び、ミスト噴射によって紙等の記録媒体に画像を形成する画像形成装置に関する。

従来、超音波振動を利用してインクミスト（微小インク粒子）を発生させ、このインクミストを紙等の記録媒体上に付着させることによって画像形成を行なうインクミスト方式の画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照）。

超音波振動の発生手段としては、一般に、圧電体が用いられる。例えば、厚さ方向に予め分極されたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電体を用い、この圧電体の厚さ方向に超音波相当の周波数（例えば１０ＭＨｚ）の電圧をかける。そして圧電体の厚さ方向に発生する変位（歪み）を用い、振動板を振動させてインク室内のインクに超音波を与えると、インク室に連通するノズルのメニスカスが不安定化して、そのノズルからミスト状のインクが噴射される。
特開平５−５７８９１号公報（特に図３） 「集束超音波とノズルを用いたプリントヘッドのインク滴噴射に関する検討」（亀山俊平、福本宏、和高修三、日本音響学会誌、vol 60, No.2 (2004),p53-60）

しかし、従来の圧電体を用いたインクミスト方式の画像形成装置では、高粘度（例えば２０ｃＰ程度）のインクをミスト化して噴射することが困難であった。

例えば、厚さ数１０μｍ〜数１００μｍの圧電体のｄ３３モード（分極方向、電界方向、及び、歪み方向が同一である）における振動板の振幅は、数１０Ｖ駆動において１０ｎｍ程度である。圧電体を積層したとしても、振動板の振幅は、サブミクロンオーダに留まるのが現状である。

一方で、インクをミスト化して噴射する場合、メニスカス面の不安定化に要求される振幅は、噴射しようとするインクの粘度に比例する。例えば、粘度が数ｃＰのインクのメニスカスは、０．１ミクロンオーダの振幅で破壊できるが、粘度が数十ｃＰのインクのメニスカスは、数ミクロンの振幅でなければ破壊できない。

なお、種々の形状のホーンをアタッチメントすることによって振幅を数倍に拡大することは可能である。しかし、このような振幅の拡大によっても、ＰＺＴ等の圧電体を用いた従来の画像形成装置では、２０ｃＰ程度のインクのメニスカスは破壊することができず、そのような高粘度のインクをミスト化して噴射することができない。例えば、単板の圧電体では、粘度が１０ｃＰのインクのメニスカス破壊も達し得ない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高粘度の液体であってもミスト化して噴射し得るミスト噴射装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体が充填される液室と、超音
波相当の周波数の電気信号が与えられるコイルと、前記コイルによって発生する磁界に応じて振動し、前記液室内の液体に超音波を与える振動板と、前記液室に連通し、前記超音波によりミスト化した液体が噴射される噴射口と、前記コイルに超音波相当の電気信号を与える駆動部を備えたことを特徴とするミスト噴射装置を提供する。

この構成によって、コイルに超音波相当の周波数の電気信号を与えて磁力により振動板を超音波振動させることにより、従来の圧電体により振動板を超音波振動させた場合と比較して大きな振幅が得られるので、高粘度の液体であってもミスト化して噴射し得る。

磁力により振動板を超音波振動させる具体的態様としては、請求項２に記載のように、前記コイルの内側に第１の磁性体が配置され、前記第１の磁性体から離間して前記振動板上に第２の磁性体が設けられ、前記コイルに電流が流れると前記第１の磁性体が磁化して前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間に磁力が発生することにより前記振動板が振動するようにした構成が挙げられる。

このような態様以外にも、振動板それ自体を磁性体によって形成し、コイルに超音波相当の周波数の電気信号が与えられるとコイルの内側の磁性体と振動板との間に磁力が発生して振動板が超音波振動する構成や、振動板それ自体にコイルを設け、コイルに超音波相当の周波数の電気信号が与えられると直接的に振動板が超音波振動する構成（ダイナミック方式）などが挙げられる。

超音波相当の周波数は、２ＭＨｚ以上であって、液体がミスト化する周波数である。液体の種類や噴射口及び液室の構造によっても異なる。実験により具体的な周波数を求めてもよい。例えば、１０ＭＨｚの電気信号をコイルに与えて振動板を超音波振動させ、噴射口の液面（メニスカス）にキャピラリ波を発生させて、その噴射口の液面から液体微粒子群を噴射する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記液室は、該液室内の液体に前記振動板から与えられる超音波を反射して前記噴射口に集束させる放物状の内面形状を有することを特徴とするミスト噴射装置を提供する。

この構成によって、振動板から液室内の液体に与えられた超音波が、放物状の内面形状によって噴射口に集束されるので、噴射口において液体が効率良くミスト化されることになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の発明において、前記振動板は、ジュラルミンで形成されていることを特徴とするミスト噴射装置を提供する。

ジュラルミンは、アルミニウムを主成分として、時効硬化を用いて微細な析出物を分散させて得られる合金である。基本組成は、アルミニウム９５重量％、銅４重量％、マグネシウム０．５重量％、マンガン０．５重量％である。組成物の含有比を変えたり、他の組成物を添加したジュラルミンとしてもよい。

この構成によって、振動板がアルミニウムを主成分としているので十分に低いヤング率を有することにより大きな振幅が得られるとともに、振動板が適度な復元力を持つので安定した超音波振動が得られる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載のミスト噴射装置を有し、前記噴射口から噴射される液体によって所定の被噴射媒体上に画像を形成することを特徴とする画像形成装置を提供する。

この構成によって、高粘度のインクであってもミスト化して被噴射媒体上に噴射することができるので、高画質の画像を形成し得る。

本発明によれば、高粘度の液体であってもミスト化して噴射することができる。

以下、添付図面に従って、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

［ミスト噴射装置の基本構成］
図１は、本発明に係る一実施形態のミスト噴射装置の基本構成を示す断面図である。

図１において、ミスト噴射装置１０は、インクが噴射される開口としてのノズル１２と、ノズル１２に連通するインク室１４と、インク室１４にインクが供給される開口としてのインク供給口１６と、インク供給口１６を介してインク室１４に供給されるインクが流動する共通流路１８と、インク室１４のノズル１２が配置されている側とは反対側に配置されている振動板２０と、振動板２０のインク室１４が配置されている側とは反対側に接合されている磁性体２２と、振動板２０上の磁性体２２から離間して配置されているコイル５２及びコア５４からなる電磁石５６と、電磁石５６を保持している基板５８を含んで構成されている。

なお、図１では、１つのノズル１２に対応した１つのインク室ユニット（１単位のミスト噴射素子）の断面が示されているが、紙等の記録媒体に対して相対的に移動して当該記録媒体上に画像を形成させるためのプリントヘッド（「印字ヘッド」、或いは「記録ヘッド」ともいう）の場合、複数のインク室ユニットが１次元（列状）又は２次元（面状）に配列された構造となる。このようなプリントヘッドにおいて、実際には、ノズル形成プレート２４には複数のノズル１２が形成されており、インク室形成プレート３０には複数のインク室１４が形成されており、これらのインク室１４に対応して複数の磁性体２２が設けられており、基板５８上には複数の電磁石５６が保持されている。

図１中の符号２の矢印の方向から見た電磁石５６の平面図を図２に示す。

電磁石５６のコア５４は、磁性体からなる。コア５４の周囲には、コア５４とは隙間をもって、導電性材料からなるコイル５２が少なくとも１回以上巻回されている。なお、図１及び図２に示されるコイル５２は、略４回巻かれているが、コイル５２の巻き数は図示された回数に特に限定されない。

コイル５２に電流が流れていないときには、電磁石５６による磁界は発生せず、電磁石５６のコア５４と振動板２０上の磁性体２２との間には磁力が発生していない状態となるが、コイル５２に電流が流れているときには、電磁石５６による磁界が発生し、電磁石５６のコア５４と振動板２０上の磁性体２２との間に磁力が発生している状態となる。

ヘッドドライバ１８４は、超音波相当（例えば１０ＭＨｚ）の周波数の電気信号を生成して電磁石５６のコイル５２に与える。

電磁石５６のコイル５２に超音波相当の周波数の電気信号が与えられると、電磁石５６のコア５４は振動板２０上の磁性体２２の吸引及び非吸引を交互に繰り返し、これにより振動板２０に超音波振動が与えられる。

図１中の符号３の矢印の方向から見たインク室１４及び磁性体２２の平面透視図を図３に示す。

振動板２０に接合されている磁性体２２は、電磁石５６のコイル５２に与えられる電気信号に応じて、電磁石５６のコア５４に吸引（又は反発）される。具体的には、電磁石５６のコイル５２に流れる超音波相当の周波数の電気信号に応じて、電磁石５６のコア５４と振動板２０上の磁性体２２との間の磁力が変動し、電磁石５６による磁性体２２の吸引及び非吸引が超音波相当の周波数で交互に繰り返される。これにより、振動板２０が超音波振動し、振動板２０からインク室１４内のインクに超音波が与えられる。

インク室１４は、振動板２０からインク室１４内のインクに与えられた超音波を反射してノズル１２に集束させる放物状の内面形状を有する。放物状の放物面１４Ｂの焦点Ｆにノズル１２のインク室１４側の開口１２Ｂの中心が位置するようにして、インク室形成プレート３０とノズル形成プレート２４とが接合されている。インク室１４の放物面１４Ｂは超音波を反射する反射板（「リフレクタ」ともいう）となるため、高反射率の観点からはインク室形成プレート３０には金属材料を用いることが好ましい。

図１及び図３に例示される磁性体２２は、放物面１４Ｂの下流側開口１４Ａ（ノズル形成プレート２４に接する開口の縁）よりも大きな面積を有し、かつ、放物面１４Ｂの上流側開口１４Ｃ（振動板２０に接する開口の縁）よりも小さな面積を有する。磁性体２２の平面形状は、このような円形状に特に限定されず、正方形などに代表される四角形、その他の多角形、或いは楕円など、多様な形態があり得る。

共通流路１８からインク供給口１６を通じて導入されたインクは、放物面１４Ｂと振動板２０及びノズル形成プレート２４により囲まれたインク室１４に充填される。

振動板２０は、インク室形成プレート３０を挟んでノズル形成プレート２４とは反対側に配置されており、インク室１４の一部の面を封止する構成でインク室形成プレート３０に接合されている。

振動板２０は、具体的には、ジュラルミンで形成されている。ジュラルミンは、アルミニウムを主成分として、時効硬化によって微細な析出物を分散させて得られる合金である。基本組成は、アルミニウム９５重量％、銅４重量％、マグネシウム０．５重量％、マンガン０．５重量％である。適宜、組成物の含有比を異ならせたり、他の組成物を添加したジュラルミンとしてよい。

振動板２０はその柔軟性によって磁性体２２とともに振動し、振動板２０を介してインク室内１４のインクに超音波が放射される。

振動板２０からインク中に放射された超音波は、インクを媒質としてインク室１４内を伝播し、放物面１４Ｂでの反射によって焦点Ｆ（ノズル１２の開口断面上の中央付近）に集束する。図１では、超音波の振動数を持った圧力波の波面の進行方向を破線によって模式的に示している。この集束された超音波のエネルギーによってノズル１２の液面（メニスカス）に周波数固有のキャピラリ波（毛細表面波，capillary wave）が発生し、微細な表面波の波頭部からインク微粒子が分離することにより、ノズル１２からミスト状の微粒子群（ミストクラスタ）が噴射される。

なお、電磁石５６及び磁性体２２は、振動板２０を振動させる振動発生手段としての磁気アクチュエータを構成している。

［ミスト化条件］
ノズル１２のメニスカスが不安定化することによりノズル１２からミスト化した液体が噴射される条件（ミスト化条件）について、図４に示すモデルを用いて説明する。

図４に示されるモデルは、周期的張力変化Ｔ＝Ｔ_０（１＋εcosωｔ）と粘性減衰力ｃ
ｄｘ／ｄｔとが作用している長さｌの弦の中央部分に、質量ｍの質点が取り付けられて構成されている。

このようなモデルにおいて、質点の運動方程式は数１で表される。

これに対して、以下の置き換えを行う。
ｃ／ｍ→４μｋ^２／ρ、４Ｔ_０／ｍｌ→ｋ^３Ｔ／ρ、ε→ｈｋ（ω／ω_０）^２
そうすると、メニスカスの振動（ある点に着目した際の１次元的な振動）に関する運動方程式となる（Lamb, H., Hydrodynamics, Macmillan, London 1931, p.708）。これのパラメータ発振条件として、数２が得られる（W. Eisenmenger, ”DYNAMIC PROPERTY OF THE SURFACE TENSION OF WATER AND AQUEOUS SOLUTIONS OF SURFACE ACTIVE AGENTS WITH STANDING CAPILLARY WAVES IN THE FREQUENCY RANGE FROM 10 kc/s TO 1.5 Mc/s”, ACUSTICA(1959), p.327-340）。

ここで、ｈはメニスカス面のオンセット振幅、ｆは超音波振動数、ρは液体の密度、Ｔは液体の表面張力、μは液体の粘度である。

これにより、密度ρ＝１０００ｋｇ／ｍ^３、表面張力Ｔ＝３０ｍＮ／ｍ、粘度μ＝２０ｃＰの液体に対して、ｆ＝１０ＭＨｚの場合には、オンセット振幅として、おおよそｈ＝４．０８μｍが要求される事がわかる。

［磁気アクチュエータ］
図１に示されるようにコイル５２及びコア５４（第１の磁性体）からなる電磁石５６と振動板２０上の磁性体２２（第２の磁性体）とによって構成した磁気アクチュエータについて説明する。

透磁率が定数ならば、磁性体の単位体積当たりの磁気エネルギーｕ［Ｊ／ｍ^３］は、数３に表すとおりである。

ここで、Ｈは磁場、Ｂは磁束密度、μは透磁率である。

磁力Ｆに逆らって磁性体をｄｌだけ移動した場合、その系が孤立していれば、その仕事は磁気エネルギーΔＵとして蓄えられ、ΔＵ＝Ｆ・ｄｌより、ｌ方向の磁力Ｆは、数４で与えられる。

磁化Ｍで一様に磁化した磁石（断面積Ａ）の間にギャップｌ_ｇが開いており、このギャップｌ_ｇの磁束密度をＢとすると、このギャップｌ_ｇのエネルギー密度は前述の磁気エネルギーｕで与えられるから、隙間をΔｘだけ広げたときに、そこに蓄えられる磁気エネルギーΔＵは、数５で与えられる。

ここで、μ_０は真空の透磁率である。

よって、ギャップ間に働く力Ｆは、数６で与えられる。

次に、図５（ａ）に示すような系に対して、図５（ｂ）に示す磁気等価回路を考える。

ここで、Ｒ_ｇはギャップ（電磁石５６のコア５４と振動板２０上の磁性体２２との間隙）の磁気抵抗（リラクタンス）、Ｒ_ａは電磁石５６のコア５４の磁気抵抗、Ｒ_ｎは振動板２０上の磁性体２２（すなわちノズル１２側の磁性体）の磁気抵抗である。

なお、起磁力Θ、磁束Φ、磁気抵抗Ｒ_ｉ（リラクタンス）は、それぞれ、
Θ［Ａ］＝ＮＩ
Φ［Ｗｂ］＝Θ／Ｒ
Ｒ_ｉ［Ａ／Ｗｂ］＝ｌ_ｉ／（μ_ｉＡ_ｉ）
である。

なお、Ｎはコイル５２の巻数、Ｉはコイル５２に流れる電流である。

また、ギャップ間の磁束密度γは、
γ［Ｔ］＝Φ／Ａｇ
で与えられる。

ここで、Ａｇはギャップにおける断面積である。

そうすると、ギャップ間に発生する磁力Ｆ［Ｎ］は、数７で与えられる。

ここで、μ_ｇは電磁石５６のコア５４と振動板２０上の磁性体２２との間のギャップの透磁率、μ_ａはコア５４の透磁率、μ_ｎは磁性体２２の透磁率、Ａ_ａはコア５４の断面積、Ａ_ｎは磁性体２２の断面積、ｌ_ａはコア５４の高さ、ｌ_ｇはコア５４及び磁性体２２間のギャップ長である、ｌ_ｎは磁性体２２の高さである。

ところで、図６に示すように、振動板２０は、周辺が固定された半径ａの円板によって構成されているものとして半径ｂの同心円内に等分の負荷重（圧力）ｐが働いている場合を考える。

このような振動板２０の撓み形状ｗ（ｒ）は、振動板２０のヤング率Ｅ、ポアソン比ν、厚みｈ、Ｄ＝Ｅｈ^３／１２（１−ν^２）とすると、数８で与えられる。

これを極座標で２重積分すれば、数９で表される排除体積ΔＶが得られる。

これの実際の値は、数値積分で求める。

また、発生圧Ｐは、
Ｐ＝Ｆ／Ａ_ｎ
で表される。

ここで、ａ＝２００μｍ、ｂ＝７０μｍとする。また、振動板２０としては、比較的にヤング率の低い部材を用いる。例えば、ヤング率Ｅ＝71.5GPa、ポアソン比ν＝0.335のジュラルミンを振動板２０として用いる。ここで、ジュラルミンはアルミニウムよりもヤング率が高くＳＵＳよりもヤング率が低い。

そうすると、磁性体２２及びコア５４間の間隙長l_ｇに対する、変位量ΔＺ、排除体積ΔＶ、発生力Ｆ、及び、発生圧Ｐは、図７のグラフに示される。これの実際の値は数値積分で求める。

なお、ΔＺは、数８においてｒ＝０であるときの撓み形状ｗ（ｒ）である。すなわち、ΔＺ＝ｗ（ｒ＝０）である。

他のパラメータは以下の通りである。
Ｎ＝１２［Turn］
Ｉ＝４５０[mA]
ｌ_ａ＝３０[μm]
ｌ_ｎ＝ｌ_ａ[μm]
μ_０＝４π×１０^−７[H/m]
μ_ａ＝1000μ_０[H/m]
μ_ｎ＝μ_ａ[H/m]
μ_ｇ＝μ_０[H/m]
Ａ_ａ＝πｂ^２[μm²]
Ａ_ｎ＝Ａ_ａ[μm²]
Ａ_ｇ＝Ａ_ａ[μm²]
図７のグラフにおいて、磁性体２２及びコア５４間の間隙長l_ｇを５μｍとした場合、変位としてはΔＺ
＝１μｍが見込める。

この変位をリフレクタにより４〜５倍に拡大するだけで、４〜５μｍの変位が得られ、粘度２０ｃＰ程度の高粘度のインクを用いた場合でも、ミスト噴射できることが判る。
［インク室の例］
図８（ａ）及び（ｂ）は、インク室１４の放物面（リフレクタ）の形状の例を模式的に示す。

図８（ａ）に示される放物面１４Ｂは、図３等を用いて説明した前述の放物面１４Ｂと同じであり、略円形状の上流側開口１４Ｃ（振動板２０に接する開口の縁）及び略円形状の下流側開口１４Ａ（ノズル形成プレート２４に接する開口の縁）を有する。この放物面１４Ｂの焦点は、円形状の下流側開口１４Ａの中心に存在する。

図８（ｂ）に示される放物面１４Ｂ’は、図８（ａ）に示される放物面１４Ｂとは異なり、上流側開口１４Ｃ’は四角形状であって、下流側開口１４Ａ’はスリット形状である。この放物面１４Ｂ’の焦点は、スリット形状の開口１４Ａ’の中心線（ＬＡ−ＬＢ）を形成している。

図８（ａ）の放物面１４Ｂと図８（ｂ）の放物面１４Ｂ’とを比較すると、図８（ａ）の放物面１４Ｂは超音波が効率良くノズルに集束する点で優れている。これに対して、図８（ｂ）の放物面１４Ｂ’は、一般に、製造が容易である。

〔画像形成装置の全体構成〕
前述のミスト噴射装置１０を適用した画像形成装置の例について説明する。

図９は、本発明に係る一実施形態の画像形成装置の全体構成図である。図９に示す画像形成装置１１０は、黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数のミスト噴射ヘッド（以下、「ヘッド」という）１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙを有する印字部１１２と、各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録媒体たる記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、印字部１１２のノズル面（インク噴射面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送するベルト搬送部１２２と、印字部１１２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、記録済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６とを備えている。

インク貯蔵／装填部１１４は、各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙと連通されている。

図９では、給紙部１１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

給紙部１１８から送り出される記録紙１１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部１２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム１３０で記録紙１１６に熱を与える。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図９のように、裁断用のカッター（第１のカッター）１２８が設けられており、該カッター１２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。なお、カット紙を使用する場合には、カッター１２８は不要である。

デカール処理後、カットされた記録紙１１６は、搬送用ローラ対１３１によってニップ搬送され、プラテン１３２上へと送られる。プラテン１３２の後段（印字部１１２の下流側）にも搬送用ローラ対１３３が配置されており、前段の搬送用ローラ対１３１と後段の搬送用ローラ対１３３とが連動して記録紙１１６を所定の速度で搬送する。

プラテン１３２は記録紙１１６の平面性を保ちつつ記録紙１１６を保持（支持）する部材（記録媒体の保持手段）として機能するとともに、背面電極として機能する部材である。図９におけるプラテン１３２は記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有し、少なくとも印字部１１２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。

記録紙１１６の搬送経路において、印字部１１２の上流側には、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１１２の各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙは、当該画像形成装置１１０が対象とする記録紙１１６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録紙の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク噴射用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている（図１０参照）。

ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙは、記録紙１１６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれのヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙが記録紙１１６の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。

ベルト搬送部１２２により記録紙１１６を搬送しつつ各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙからそれぞれ異色のインクを噴射することにより記録紙１１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（副走査方向）について記録紙１１６と印字部１１２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（すなわち１回の副走査で）、記録紙１１６の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組合せについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを噴射するヘッドを追加する構成も可能である。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。

図９に示した印字検出部１２４は、印字部１１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ又はエリアセンサ）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりや着弾位置ずれなどの噴射不良をチェックする手段として機能する。各色のヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙにより印字されたテストパターン又は実技画像が印字検出部１２４により読み取られ、印字結果が検査される。

印字検出部１２４の後段には後乾燥部１４２が設けられている。後乾燥部１４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。

後乾燥部１４２の後段には、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

こうして生成されたプリント物は排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。この画像形成装置１１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）１４８によってテスト印字の部分を切り離す。また、図９には示さないが、本画像の排出部１２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。

〔ヘッドの全体構造〕
次に、ヘッドの全体構造について説明する。色別の各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号１５０によってヘッドを示すものとする。

図１１はヘッド１５０の平面透視図である。記録紙１１６上に形成されるドットのピッチを高密度化するためには、ヘッド１５０におけるノズルのピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド１５０は、図１１に示すように、インクの噴射口であるノズル１５１と、各ノズル１５１に対応するインク室１５２等からなる複数のインク室ユニット（液体噴射素子）１５３を２次元マトリクス状に配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。なお、図１１では、作図便宜上、一部のインク室ユニット１５３は省略して描いてある。

各インク室１５２は個別供給路１５４を介して共通流路１５５に連通している。共通流路１５５は、接続口１５５Ａ，１５５Ｂを介してインク供給源たるインクタンク（図１１中不図示、図９で説明したインク貯蔵／装填部１１４と等価なもの）と連通しており、インクタンクから供給されるインクは、図１１の共通流路１５５を介して各チャンネルのインク室１５２に分配供給される。なお、図１１中の符号１５５Ｃは共通流路１５５の本流、１５５Ｄは本流１５５Ｃから分岐された支流である。

図１１に示したヘッド１５０の構成と、図１乃至図３で説明した構成との対応関係を簡単に説明すると、図１１におけるノズル１５１、インク室１５２及び個別供給路１５４が
図１乃至図３で説明したノズル１２、インク室１４及びインク供給口１６にそれぞれ相当している。また、図１１において符号１５５Ｄで示した共通流路の支流が図１で説明した共通流路１８に相当している。

図１１における各インク室ユニット１５３の詳細な構造については、図１乃至図３で説明したとおりである。

図１２は、図１１に示したヘッド１５０の一部を拡大して示す拡大図である。図１２に示されるように、多数のインク室ユニット１５３は、主走査方向と主走査方向に対して所定の角度θをなす斜め方向との２方向に沿って格子状に配列されている。すなわち多数のノズル１５１は２次元マトリクス状に配列されている。このような２次元マトリクス状の配列により、ノズル密度の実質的な高密度化が実現されている。

具体的には、主走査方向に対して一定の角度θをなす斜め方向に沿ってインク室ユニット１５３が一定のピッチｄで複数配列されていることにより、各ノズル１５１が主走査方向に沿った一直線上にピッチＰ（＝ｄ×cosθ）で配列されたものと等価的に取り扱うこ
とができる。これにより、主走査方向に沿って１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル配列と実質的に同等の構成を実現することが可能になる。

本発明の実施に際してノズルの配置構造は図１１及び図１２に示した例に限定されない。記録紙１１６の送り方向と略直交する方向に記録紙１１６の全幅に対応する長さにわたるノズル列を備えるフルライン型ヘッドの形態として、図１１に例示した構成に代えて、例えば、図１３に示すように、複数のノズル１５１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック１５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙１１６の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。

〔制御系の説明〕
図１４は、画像形成装置１１０のシステム構成例を示すブロック図である。図１４に示すように、画像形成装置１１０は、通信インターフェース１７０、システムコントローラ１７２、画像メモリ１７４、ＲＯＭ１７５、モータドライバ１７６、ヒータドライバ１７８、プリント制御部１８０、画像バッファメモリ１８２、ヘッドドライバ１８４等を備えている。

通信インターフェース１７０は、ホストコンピュータ１８６から送られてくる画像データを受信する画像入力手段である。通信インターフェース１７０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット、無線ネットワークなどの有線又は無線のインターフェースを適用することができる。

ホストコンピュータ１８６から送出された画像データは通信インターフェース１７０を介して画像形成装置１１０に取り込まれ、一旦画像メモリ１７４に記憶される。

システムコントローラ１７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従って画像形成装置１１０の全体を制御する。すなわち、システムコントローラ１７２は、通信インターフェース１７０、画像メモリ１７４、モータドライバ１７６、ヒータドライバ１７８等の各部を制御し、ホストコンピュータ１８６との間の通信制御、画像メモリ１７４及びＲＯＭ１７５の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１８８やヒータ１８９を制御する制御信号を生成する。搬送系のモータ１８８とは、例えば、図９で説明した搬送用ローラ対１３１、１３３の駆動ローラに動力を与えるモータである。また、ヒータ１８９とは、例えば、図９で説明した加熱ドラム１３０、加熱ファン１４０或いは後乾燥部１４２などに用いられる加熱手段である。

ＲＯＭ１７５には、システムコントローラ１７２のＣＰＵが実行するプログラム及び制御に必要な各種データなどが格納されている。ＲＯＭ１７５は、書換不能な記憶手段であってもよいし、ＥＥＰＲＯＭのような書換可能な記憶手段であってもよい。画像メモリ１７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。

モータドライバ１７６は、システムコントローラ１７２からの指示に従って搬送系のモータ１８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ１７８は、システムコントローラ１７２からの指示に従ってヒータ１８９を駆動するドライバである。

プリント制御部１８０は、入力画像に基づいて各色インクのドットデータを生成する信号処理手段として機能する。すなわち、プリント制御部１８０は、システムコントローラ１７２の制御に従い、画像メモリ１７４内の画像データからインク噴射制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行い、生成したデータ（ドットデータ）をヘッドドライバ１８４に供給する制御部である。

プリント制御部１８０には画像バッファメモリ１８２が備えられており、プリント制御部１８０における画像処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ１８２に一時的に格納される。なお、図１４において画像バッファメモリ１８２はプリント制御部１８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ１７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部１８０とシステムコントローラ１７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

画像入力から画像形成までの処理の流れを概説すると、形成すべき画像のデータは、通信インターフェース１７０を介して外部から入力され、画像メモリ１７４に蓄えられる。この段階では、例えば、ＲＧＢの画像データが画像メモリ１７４に記憶される。

画像形成装置１１０では、インク（色材) による微細なドットの打滴密度やドットサイズを変えることによって、人の目に疑似的な連続階調の画像を形成するため、入力されたデジタル画像の階調（画像の濃淡）をできるだけ忠実に再現するようなドットパターンに変換する必要がある。そのため、画像メモリ１７４に蓄えられた元画像（ＲＧＢ）のデータは、システムコントローラ１７２を介してプリント制御部１８０に送られ、該プリント制御部１８０においてディザ法や誤差拡散法などを用いたハーフトーン化処理によってインク色ごとのドットデータに変換される。

すなわち、プリント制御部１８０は、入力されたＲＧＢ画像データをＫ，Ｃ，Ｍ，Ｙの４色のドットデータに変換する処理を行う。こうして、プリント制御部１８０で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ１８２に蓄えられる。

ヘッドドライバ１８４は、プリント制御部１８０から与えられるドットデータ（すなわち、画像バッファメモリ１８２に記憶されたドットデータ）に基づき、ヘッド１５０の各ノズル１５１に対応する電磁石５６を駆動するための駆動信号を出力する。つまり、ヘッドドライバ１８４が本発明における「駆動部」に相当する。なお、ヘッドドライバ１８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

ヘッドドライバ１８４から出力された駆動信号がヘッド１５０に加えられることによって、該当するノズル１５１からインクミストが噴射される。記録紙１１６の搬送速度に同期してヘッド１５０からのインク噴射を制御することにより、記録紙１１６上に画像が形成される。

なお、磁力により振動板を振動させる磁気アクチュエータの具体的態様として、コイル５２の内側にコア５４（第１の磁性体）が配置され、このコア５４から離間して振動板２０上に被吸引部材２２（第２の磁性体）が設けられ、コイル５２に電流が流れるとコア５４が磁化してコア５４と被吸引部材２２との間に磁力が発生することにより振動板２０を振動させる構成を例として説明したが、これとは異なる構成の磁気アクチュエータを用いてもよい。

例えば、振動板それ自体を磁性体によって形成するとともに、コイルの内側に磁性体を配置し、コイルに超音波相当の周波数の電気信号が与えられるとコイルの内側の磁性体が磁化して該磁性体と振動板（磁性体）との間に磁力が発生することにより振動板を超音波振動させる構成の磁気アクチュエータを用いてもよい。

また、例えば、振動板に凸部を設けて該凸部にコイルを巻回し（すなわち振動板それ自体にコイルを巻回し）、コイルに超音波相当の周波数の電気信号が与えられると振動板が超音波振動するように構成したダイナミック方式の磁気アクチュエータを用いてもよい。

また、インク室１４の方物面１４Ｂ（リフレクタ）の形状は図示したものに限定されず、適宜、形状を改良してもよい。

その他、本発明は、実施形態において説明した例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってもよいのはもちろんである。

本発明に係る一実施形態のミスト噴射装置の基本構成を示す断面図である。 図１中の矢印２方向から見た平面図である。 図１中の矢印３方向から見た平面透視図である。 ミスト化条件の説明に用いるモデルを示す模式図である。 （ａ）はミスト噴射装置の簡略化した構造を示す模式図、（ｂ）はその等価回路を示す回路図である。 振動している状態の振動板を示す模式図である。 磁性体間の間隙ｌｇと振動板の変位量ΔＺ等との関係を示すグラフである。 インク室の放物面（リフレクタ）の形状の例を示す模式図である。 本発明に係る一実施形態の画像形成装置を示す全体構成図である。 図９に示した画像形成装置の印字部周辺の要部平面図である。 ヘッドの一例を示す平面透視図である。 図１１に示したヘッドの一部を拡大して示す拡大図である。 フルライン型のヘッドの他の例を示す平面透視図である。 画像形成装置のシステム構成例を示す要部ブロック図である。

符号の説明

１２…ノズル（噴射口）、１４…インク室（液室）、１４Ａ、１４Ａ´…インク室の下流側開口、１４Ｂ、１４Ｂ´…インク室の放物面（リフレクタ）、１４Ｃ、１４Ｃ´…インク室の上流側開口、１６…インク供給口、１８…共通流路、２０…振動板、２２…磁性体（被吸引部材）、２４…ノズル形成プレート、３０…インク室形成プレート、５２…コイル、５４…コア、５６…電磁石、５８…基板、１８４…ヘッドドライバ（駆動部）、Ｆ…焦点

Claims (5)

1. 液体が充填される液室と、
   超音波相当の周波数の電気信号が与えられるコイルと、
   前記コイルによって発生する磁界に応じて振動し、前記液室内の液体に超音波を与える振動板と、
   前記液室に連通し、前記超音波によりミスト化した液体が噴射される噴射口と、
   前記コイルに超音波相当の電気信号を与える駆動部と、
   を備えたことを特徴とするミスト噴射装置。
2. 前記コイルの内側に第１の磁性体が配置され、
   前記第１の磁性体から離間して前記振動板上に第２の磁性体が設けられ、
   前記コイルに電流が流れると前記第１の磁性体が磁化して前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間に磁力が発生することにより前記振動板が振動することを特徴とする請求項１に記載のミスト噴射装置。
3. 前記液室は、該液室内の液体に前記振動板から与えられる超音波を反射して前記噴射口に集束させる放物状の内面形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のミスト噴射装置。
4. 前記振動板は、ジュラルミンで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のミスト噴射装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のミスト噴射装置を有し、前記噴射口から噴射される液体によって所定の被噴射媒体上に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。