JP3425292B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents
インクジェット記録装置Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14008—Structure of acoustic ink jet print heads
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、液体インクを液滴
化して被記録体上に飛翔させることにより画像を記録す
るインクジェット記録装置に係り、特には、圧電素子に
より放射される超音波ビームの圧力によりインク滴を吐
出させて被記録体上に飛翔させるインクジェット記録装
置に関する。
化して被記録体上に飛翔させることにより画像を記録す
るインクジェット記録装置に係り、特には、圧電素子に
より放射される超音波ビームの圧力によりインク滴を吐
出させて被記録体上に飛翔させるインクジェット記録装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、液体インクを記録媒体上に飛
翔させて記録ドットを形成するインクジェットプリンタ
が知られている。このインクジェットプリンタは、他の
記録方式と比べて騒音が少なく、現像や定着などの処理
が不要であるという利点を有し、普通紙記録技術として
注目されている。
翔させて記録ドットを形成するインクジェットプリンタ
が知られている。このインクジェットプリンタは、他の
記録方式と比べて騒音が少なく、現像や定着などの処理
が不要であるという利点を有し、普通紙記録技術として
注目されている。
【０００３】現在までに、数多くのインクジェットプリ
ンタの方式が提案されているが、特に、例えば特公昭５
６−９４９２号や特公昭６１−５９９１１号に開示され
ている発熟体の熱により発生する蒸気の圧力でインク滴
を飛翔させる方式、および例えば特公昭５３−１２１３
８号に開示されている圧電体の変位による圧力パルスで
インク滴を飛翔させる方式等が代表的なものである。し
かし、これらの方式では溶媒の蒸発や揮発によって局部
的にインクの濃縮が生じやすく、また、それぞれの解像
度に対応する個別のノズルが細いため、ノズルに目詰ま
りを生じやすいという問題がある。
ンタの方式が提案されているが、特に、例えば特公昭５
６−９４９２号や特公昭６１−５９９１１号に開示され
ている発熟体の熱により発生する蒸気の圧力でインク滴
を飛翔させる方式、および例えば特公昭５３−１２１３
８号に開示されている圧電体の変位による圧力パルスで
インク滴を飛翔させる方式等が代表的なものである。し
かし、これらの方式では溶媒の蒸発や揮発によって局部
的にインクの濃縮が生じやすく、また、それぞれの解像
度に対応する個別のノズルが細いため、ノズルに目詰ま
りを生じやすいという問題がある。
【０００４】これらの欠点を克服するために、薄膜の圧
電体から発生する超音波ビームの圧力を用いてインク液
面からインク滴を飛翔させるという、超音波を用いる方
式が提案されている（ＩＢＭ ＴＤＢ，ｖｏｌ．１６，
Ｎｏ．４，１１６８頁（１９７３−１０）、特開昭６３
一１６２２５３号公報等参照）。この方式は個別のドッ
ト毎のノズルやインク流路間の隔壁を必要としないいわ
ゆるノズルレス方式であるために、ラインヘッド化する
上での大きな陣害であった目詰まりやそれからの復旧と
いう問題がない。また、この方式では、非常に小さい径
のインク滴を安定に飛翔させることができるため、高解
像度化にも適している。さらに、別の超音波集束手段と
して、アレイ状に配置された複数個の圧電素子からそれ
ぞれに位相制御した超音波を励起させてインク液面近傍
の一点に集中させるッフェーズドアレイ走査法を使用す
る方式も提案されている（特開平２−１８４４４３号公
報参照）。しかし、これら超音波を用いる方式ではイン
ク滴の飛翔効率が低いという問題がある。
電体から発生する超音波ビームの圧力を用いてインク液
面からインク滴を飛翔させるという、超音波を用いる方
式が提案されている（ＩＢＭ ＴＤＢ，ｖｏｌ．１６，
Ｎｏ．４，１１６８頁（１９７３−１０）、特開昭６３
一１６２２５３号公報等参照）。この方式は個別のドッ
ト毎のノズルやインク流路間の隔壁を必要としないいわ
ゆるノズルレス方式であるために、ラインヘッド化する
上での大きな陣害であった目詰まりやそれからの復旧と
いう問題がない。また、この方式では、非常に小さい径
のインク滴を安定に飛翔させることができるため、高解
像度化にも適している。さらに、別の超音波集束手段と
して、アレイ状に配置された複数個の圧電素子からそれ
ぞれに位相制御した超音波を励起させてインク液面近傍
の一点に集中させるッフェーズドアレイ走査法を使用す
る方式も提案されている（特開平２−１８４４４３号公
報参照）。しかし、これら超音波を用いる方式ではイン
ク滴の飛翔効率が低いという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、上記従来のインクジェット記録装置の問題を解決し
ようとするものであり、高効率で画像記録を可能にする
インクジェント記録装置を提供することを課題とする。
は、上記従来のインクジェット記録装置の問題を解決し
ようとするものであり、高効率で画像記録を可能にする
インクジェント記録装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、インク液を保持するインク保持室と、前
記インク液と音響的に接続される圧電素子からなる超音
波発生手段と、前記圧電素子を駆動する駆動手段と、前
記圧電素子から発生される超音波を前記インク液の液面
近傍に集束させる超音波集束手段と、前記超音波発生手
段上に形成され、前記圧電素子およびインク液を音響的
にマッチングさせる音響マッチング層と、前記音響マッ
チング層上に形成され、その音響インピーダンスＺが、
前記音響マッチング層の音響インピーダンスＺｍに対し
て、Ｚｍ＜Ｚ＜２０×Ｚｍ（式１）の関係を満たし、か
つその厚さｔが、伝搬する超音波の波長λに対して、λ
／１０００＜ｔ＜λ／１０（式２）の関係を満たす前面
層とを有することを特徴とするインクジェット記録装置
を提供するものである。
に、本発明は、インク液を保持するインク保持室と、前
記インク液と音響的に接続される圧電素子からなる超音
波発生手段と、前記圧電素子を駆動する駆動手段と、前
記圧電素子から発生される超音波を前記インク液の液面
近傍に集束させる超音波集束手段と、前記超音波発生手
段上に形成され、前記圧電素子およびインク液を音響的
にマッチングさせる音響マッチング層と、前記音響マッ
チング層上に形成され、その音響インピーダンスＺが、
前記音響マッチング層の音響インピーダンスＺｍに対し
て、Ｚｍ＜Ｚ＜２０×Ｚｍ（式１）の関係を満たし、か
つその厚さｔが、伝搬する超音波の波長λに対して、λ
／１０００＜ｔ＜λ／１０（式２）の関係を満たす前面
層とを有することを特徴とするインクジェット記録装置
を提供するものである。
【０００７】上記超音波発生手段は、所定間隔で配列ま
たは区分された複数の圧電素子により構成することがで
き、その場合、駆動手段は、複数の圧電素子の一部の圧
電素子群を同時に駆動するとともにその同時駆動圧電素
子群を圧電素子の配列方向に移動させるものであり、超
音波集束手段は、フレネルレンズであることが好まし
い。
たは区分された複数の圧電素子により構成することがで
き、その場合、駆動手段は、複数の圧電素子の一部の圧
電素子群を同時に駆動するとともにその同時駆動圧電素
子群を圧電素子の配列方向に移動させるものであり、超
音波集束手段は、フレネルレンズであることが好まし
い。
【０００８】本発明者らは、超音波ビームの放射圧で液
体インクの液面からインク滴を吐出させて被記録体上に
飛翔させることにより画像を記録するインクジェット記
録装置において、従来の方式では達成できなかった記録
スピードの高速化や高解像度化を図るために、複数の超
音波発生手段を所定の間隔で配置された圧電素子により
構成し、その一部の圧電素子群（駆動素子群）に所定の
位相差を与えて駆動することによってインク液面近傍に
超音波ビームを集束させてインク滴を飛翔させ、駆動素
子群をその構成する圧電素子数は変えないで１またはそ
れ以上の圧電素子単位で所定方向にずらして駆動する駆
動手段（リニア電子走査手段）を具備したインクジェッ
ト記録装置を提案してきた。
体インクの液面からインク滴を吐出させて被記録体上に
飛翔させることにより画像を記録するインクジェット記
録装置において、従来の方式では達成できなかった記録
スピードの高速化や高解像度化を図るために、複数の超
音波発生手段を所定の間隔で配置された圧電素子により
構成し、その一部の圧電素子群（駆動素子群）に所定の
位相差を与えて駆動することによってインク液面近傍に
超音波ビームを集束させてインク滴を飛翔させ、駆動素
子群をその構成する圧電素子数は変えないで１またはそ
れ以上の圧電素子単位で所定方向にずらして駆動する駆
動手段（リニア電子走査手段）を具備したインクジェッ
ト記録装置を提案してきた。
【０００９】本発明者らは、そのようなインクジェット
記録装置において、インク滴の飛翔効率の向上と記録／
印刷速度の高速化を図るために、インク滴の飛翔条件の
検討とその飛翔状態の詳細な観察を行った。その結果、
駆動パルスの印加中にはインク滴は飛翔せず、パルス印
加時間の１０倍もしくはそれ以上の時間を経過した後に
インク滴が飛翔することがわかった。その飛翔機構とし
て、インク液中に放射された超音波が記録装置ヘッドの
超音波放射面と、インク液の液面との間で多重反射し、
その結果生じた定在波により徐々にインク液面における
放射圧が増加し、しきい値を超えるとインク滴が飛翔す
るものと考えられた。
記録装置において、インク滴の飛翔効率の向上と記録／
印刷速度の高速化を図るために、インク滴の飛翔条件の
検討とその飛翔状態の詳細な観察を行った。その結果、
駆動パルスの印加中にはインク滴は飛翔せず、パルス印
加時間の１０倍もしくはそれ以上の時間を経過した後に
インク滴が飛翔することがわかった。その飛翔機構とし
て、インク液中に放射された超音波が記録装置ヘッドの
超音波放射面と、インク液の液面との間で多重反射し、
その結果生じた定在波により徐々にインク液面における
放射圧が増加し、しきい値を超えるとインク滴が飛翔す
るものと考えられた。
【００１０】この知見に基づいてさらに検討した結果、
インク滴を効率的に飛翔させるためには、圧電素子によ
り発生した超音波が効率よくインク液中に放射されるこ
とはいうまでもないが、インク液面と超音波放射面との
多重反射の効率を向上させることが重要であり、そのた
めには、圧電素子上に形成された音響マッチング層上に
所定の音響インピーダンスと厚さを有する前面層を形成
することが有効であることが見い出された。すなわち、
前面層の音響インピーダンスＺが、音響マッチング層の
音響インピーダンスＺｍに対して、Ｚｍ＜Ｚ＜２０×Ｚ
ｍの関係を満たすことにより、圧電素子からの超音波放
射効率は多少低下するものの、多重反射の効率が向上
し、その結果インク滴の飛翔効率が大幅に向上する。し
かもこの効果は、前面層の厚さｔが、前面層中を伝搬す
る超音波の波長λに対して、λ／１０００＜ｔ＜λ／１
０の関係を満たすことにより一層顕著となる。
インク滴を効率的に飛翔させるためには、圧電素子によ
り発生した超音波が効率よくインク液中に放射されるこ
とはいうまでもないが、インク液面と超音波放射面との
多重反射の効率を向上させることが重要であり、そのた
めには、圧電素子上に形成された音響マッチング層上に
所定の音響インピーダンスと厚さを有する前面層を形成
することが有効であることが見い出された。すなわち、
前面層の音響インピーダンスＺが、音響マッチング層の
音響インピーダンスＺｍに対して、Ｚｍ＜Ｚ＜２０×Ｚ
ｍの関係を満たすことにより、圧電素子からの超音波放
射効率は多少低下するものの、多重反射の効率が向上
し、その結果インク滴の飛翔効率が大幅に向上する。し
かもこの効果は、前面層の厚さｔが、前面層中を伝搬す
る超音波の波長λに対して、λ／１０００＜ｔ＜λ／１
０の関係を満たすことにより一層顕著となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態に係るインクジェット記録装置の斜視図である。図１
において、超音波発生手段を構成する平板状圧電素子１
１が、バッキング材を兼ねた基板１２上に形成されてい
る。圧電素子１１は、超音波の周波数やサイズに応じ
て、ジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミック、
フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとの共重合体等の
高分子材料、ニオブ酸リチウム等の単結晶、酸化亜鉛等
の圧電性半導体などで形成することができる。
施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態に係るインクジェット記録装置の斜視図である。図１
において、超音波発生手段を構成する平板状圧電素子１
１が、バッキング材を兼ねた基板１２上に形成されてい
る。圧電素子１１は、超音波の周波数やサイズに応じ
て、ジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミック、
フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとの共重合体等の
高分子材料、ニオブ酸リチウム等の単結晶、酸化亜鉛等
の圧電性半導体などで形成することができる。
【００１２】圧電素子１１の下面には、互いに分離した
個別電極１３がそれぞれ設けられており、これら個別電
極により圧電素子１１はアレイ上に区分される。また、
アレイ状に配置された圧電素子群の上面には、圧電素子
１１に共通の共通電極１４が形成されている。これら電
極１３および１４は、チタン、ニッケル、アルミニウ
ム、金またはそれらの合金を蒸着またはスパッタにより
薄膜として、あるいはガラスフリットを混合した銀ペー
ストをスクリーン印刷しこれを焼き付けることによって
形成することができる。
個別電極１３がそれぞれ設けられており、これら個別電
極により圧電素子１１はアレイ上に区分される。また、
アレイ状に配置された圧電素子群の上面には、圧電素子
１１に共通の共通電極１４が形成されている。これら電
極１３および１４は、チタン、ニッケル、アルミニウ
ム、金またはそれらの合金を蒸着またはスパッタにより
薄膜として、あるいはガラスフリットを混合した銀ペー
ストをスクリーン印刷しこれを焼き付けることによって
形成することができる。
【００１３】図１では、超音波発生手段は、平板状圧電
素子１１により構成されているが、超音波発生手段は、
複数の分離した個別圧電素子により構成されていても
い。個別電極１３は、ボンデイングワイヤ１５により駆
動回路１６に接続され、共通電極１４も配線パターン
（図示せず）を介して駆動回路１６に接続されている。
素子１１により構成されているが、超音波発生手段は、
複数の分離した個別圧電素子により構成されていても
い。個別電極１３は、ボンデイングワイヤ１５により駆
動回路１６に接続され、共通電極１４も配線パターン
（図示せず）を介して駆動回路１６に接続されている。
【００１４】なお、個別電極１３を圧電素子群の上面に
形成し、共通電極１４を圧電素子群の下面に形成するよ
うにしてもよい。共通電極１４を介して圧電素子１１の
上には、音響マッチング層を兼ねた音響レンズとしての
一次元のフレネルレンズ１７が形成されている。また、
フレネルレンズ１７の上には、インク液１９を収容する
インク保持室１８が形成され、インク保持室１８の上面
は、スリット状に開口している。
形成し、共通電極１４を圧電素子群の下面に形成するよ
うにしてもよい。共通電極１４を介して圧電素子１１の
上には、音響マッチング層を兼ねた音響レンズとしての
一次元のフレネルレンズ１７が形成されている。また、
フレネルレンズ１７の上には、インク液１９を収容する
インク保持室１８が形成され、インク保持室１８の上面
は、スリット状に開口している。
【００１５】フレネルレンズ１７は、フレネルの輪帯理
論に基づいて所定のピッチで溝を形成することにより、
溝の上面と底面から放射される超音波の位相をπシフト
させるものであり、溝は、個別電極１３により区分され
た圧電素子１１の配列方法（主走査方向）に平行に形成
される。
論に基づいて所定のピッチで溝を形成することにより、
溝の上面と底面から放射される超音波の位相をπシフト
させるものであり、溝は、個別電極１３により区分され
た圧電素子１１の配列方法（主走査方向）に平行に形成
される。
【００１６】本例では、フレネルレンズ１７は、音響マ
ッチング層をも兼ねるものである。音響マッチング層
は、圧電素子１１とインク液１９とを音響的にマッチン
グさせるものであり、したがって、音響マッチング層
は、圧電素子の音響インピーダンスＺｐとインク液の音
響インピーダンスＺｉとの積の平方根に近い値の音響イ
ンピーダンスを持つ材料で形成される。そのような材料
としては、エポキシ樹脂やポリイミドなどの高分子材
料、またはこれに音響インピーダンスを変えるために繊
維などを混入させたもの、あるいはアルミナやタングス
テンを混合したものを例示することができる。さらに、
音響マッチング層は、二酸化ケイ素をスパッタ法やＣＶ
Ｄ法で形成することもできる。音響マッチング層の厚さ
ｔm は、式 ｔm ＝｛（２ｎ＋１）／４｝×λm （３） （ここで、ｎは０以上の整数、λm は、超音波周波数で
決まる音響マッチング層内の波長）で与えられるが、そ
の計算値の±２０％の範囲内の厚さは許容される。な
お、本例の如く、マッチング層がフレネルレンズを構成
する場合、λm は、以下の式 １／｛（１／λink ）−（１／λm ）｝＝｛（２ｎ＋１）／２｝×λm （４） （ここで、λink は、インク中での超音波の波長）をも
ほぼ満足することが好ましい。
ッチング層をも兼ねるものである。音響マッチング層
は、圧電素子１１とインク液１９とを音響的にマッチン
グさせるものであり、したがって、音響マッチング層
は、圧電素子の音響インピーダンスＺｐとインク液の音
響インピーダンスＺｉとの積の平方根に近い値の音響イ
ンピーダンスを持つ材料で形成される。そのような材料
としては、エポキシ樹脂やポリイミドなどの高分子材
料、またはこれに音響インピーダンスを変えるために繊
維などを混入させたもの、あるいはアルミナやタングス
テンを混合したものを例示することができる。さらに、
音響マッチング層は、二酸化ケイ素をスパッタ法やＣＶ
Ｄ法で形成することもできる。音響マッチング層の厚さ
ｔm は、式 ｔm ＝｛（２ｎ＋１）／４｝×λm （３） （ここで、ｎは０以上の整数、λm は、超音波周波数で
決まる音響マッチング層内の波長）で与えられるが、そ
の計算値の±２０％の範囲内の厚さは許容される。な
お、本例の如く、マッチング層がフレネルレンズを構成
する場合、λm は、以下の式 １／｛（１／λink ）−（１／λm ）｝＝｛（２ｎ＋１）／２｝×λm （４） （ここで、λink は、インク中での超音波の波長）をも
ほぼ満足することが好ましい。
【００１７】本発明のインクジェット記録装置におい
て、図１に示すように、音響マッチング層でもあるフレ
ネルレンズ１７の表面には、前面層２０が形成されてい
る。この前面層２０の音響インピーダンズＺは、すでに
述べたように、音響マッチング層１７の音響インピーダ
ンスＺｍに対して、Ｚｍ＜Ｚ＜２０×Ｚｍの関係を満た
すものである。そのような前面層２０は、いずれもの金
属でも形成することができ、例えば、金、アルミニウム
等を例示することができる。また、上記関係式を満たす
限り、二酸化ケイ素等金属以外の材料で前面層２０を形
成することもできる。前面層２０の厚さｔは、上に述べ
たように、伝搬する超音波の波長λに対して、λ／１０
００＜ｔ＜λ／１０の関係を満たすものである。
て、図１に示すように、音響マッチング層でもあるフレ
ネルレンズ１７の表面には、前面層２０が形成されてい
る。この前面層２０の音響インピーダンズＺは、すでに
述べたように、音響マッチング層１７の音響インピーダ
ンスＺｍに対して、Ｚｍ＜Ｚ＜２０×Ｚｍの関係を満た
すものである。そのような前面層２０は、いずれもの金
属でも形成することができ、例えば、金、アルミニウム
等を例示することができる。また、上記関係式を満たす
限り、二酸化ケイ素等金属以外の材料で前面層２０を形
成することもできる。前面層２０の厚さｔは、上に述べ
たように、伝搬する超音波の波長λに対して、λ／１０
００＜ｔ＜λ／１０の関係を満たすものである。
【００１８】次に、超音波の集束方法および圧電素子の
駆動方法の一例を説明する。圧電素子１１の配列方向
（主走査方向）における超音波の集束方法は、個別電極
１３により個別アレイ状に動作される圧電素子１１の一
部の圧電素子群（同時駆動素子群）に対して所定の遅延
時間を設定してそれらを同時に駆動し、そのとき各圧電
素子１１から放射される超音波の位相を制御して、イン
ク液面近傍で超音波の強度が局所的に強くなるように、
すなわち焦点を結ぶように動作させる。具体的には同時
駆動素子群の中心部の遅延時間が最も長く、外側に向か
うにつれて徐々に遅延時間を短くするものである。一
方、アレイ状の圧電素子１１の配列方向に対して直行す
る方向（副走査方向）における超音波の集束方法は、音
響レンズ、ここではフレネルレンズ１７によって行う。
このように二方向からの超音波の集束により、インク液
面上の任意の位置から超音波の圧力でインク滴を吐出、
飛翔させる。インク滴の飛翔位置は、同時に駆動する圧
電素子群を先に説明したように電子的に走査することに
より、変化させることが可能である。さらに、アレイ状
に配列された圧電素子の中で、前記同時駆動素子群を複
数個設けることにより同時に複数のインク滴を飛翔させ
ることができる。
駆動方法の一例を説明する。圧電素子１１の配列方向
（主走査方向）における超音波の集束方法は、個別電極
１３により個別アレイ状に動作される圧電素子１１の一
部の圧電素子群（同時駆動素子群）に対して所定の遅延
時間を設定してそれらを同時に駆動し、そのとき各圧電
素子１１から放射される超音波の位相を制御して、イン
ク液面近傍で超音波の強度が局所的に強くなるように、
すなわち焦点を結ぶように動作させる。具体的には同時
駆動素子群の中心部の遅延時間が最も長く、外側に向か
うにつれて徐々に遅延時間を短くするものである。一
方、アレイ状の圧電素子１１の配列方向に対して直行す
る方向（副走査方向）における超音波の集束方法は、音
響レンズ、ここではフレネルレンズ１７によって行う。
このように二方向からの超音波の集束により、インク液
面上の任意の位置から超音波の圧力でインク滴を吐出、
飛翔させる。インク滴の飛翔位置は、同時に駆動する圧
電素子群を先に説明したように電子的に走査することに
より、変化させることが可能である。さらに、アレイ状
に配列された圧電素子の中で、前記同時駆動素子群を複
数個設けることにより同時に複数のインク滴を飛翔させ
ることができる。
【００１９】もう一つは、フレネル輪帯論に基づいて、
同時駆動素子数を２種類にグループ分けし、一方を駆動
するタイミングを他方に対し位相をπだけシフトとする
というものである。これをフレネル駆動と呼ぶことにす
る。
同時駆動素子数を２種類にグループ分けし、一方を駆動
するタイミングを他方に対し位相をπだけシフトとする
というものである。これをフレネル駆動と呼ぶことにす
る。
【００２０】なお、副走査方向の超音波集束度合が強け
れば、主走査方向は複数素子を同時に駆動するのみで、
遅延時間を与えて集束させなくてもインク滴は飛翔する
ので、遅延時間を与えなくても良い。副走査方向の超音
波集束手段は、フレネルレンズ１７に限らず、図４およ
び図５に関して以後述べる凹面レンズを用いてもよい。
れば、主走査方向は複数素子を同時に駆動するのみで、
遅延時間を与えて集束させなくてもインク滴は飛翔する
ので、遅延時間を与えなくても良い。副走査方向の超音
波集束手段は、フレネルレンズ１７に限らず、図４およ
び図５に関して以後述べる凹面レンズを用いてもよい。
【００２１】図２は、本発明の第２の実施の形態に係わ
るインクジェット記録装置のヘッド部の断面図である。
図２のヘッド部は、基板１２上に接着剤層３１を介して
圧電素子１１が形成されている以外は、図１の示す構造
のものと同じである。接着剤層３１としては、例えばエ
ポキシ樹脂を用いることができる。
るインクジェット記録装置のヘッド部の断面図である。
図２のヘッド部は、基板１２上に接着剤層３１を介して
圧電素子１１が形成されている以外は、図１の示す構造
のものと同じである。接着剤層３１としては、例えばエ
ポキシ樹脂を用いることができる。
【００２２】図３は、本発明の第３の実施の形態に係わ
るインクジェット記録装置のヘッド部の断面図である。
図３のヘッド部は、フレネルレンズ１７を構成する溝
が、レンズ層を貫通し、その底面が下地の共通電極層１
４を露出させている以外は、図２に示す構造のものと同
じである。この場合、溝部を除く部分のみが音響マッチ
ング層として作用する。
るインクジェット記録装置のヘッド部の断面図である。
図３のヘッド部は、フレネルレンズ１７を構成する溝
が、レンズ層を貫通し、その底面が下地の共通電極層１
４を露出させている以外は、図２に示す構造のものと同
じである。この場合、溝部を除く部分のみが音響マッチ
ング層として作用する。
【００２３】図４は、本発明の第４の実施の形態に係わ
るインクジェット記録装置のヘッド部の断面図である。
図４のヘッド部は、共通電極１４の上に、音響レンズと
してフレネルレンズの代りに通常の凹面音響レンズ４１
を設け、その上にフレネルレンズ１７に関して説明した
音響マッチング材料で形成されたを音響マッチング４２
を設け、その上に前面層２０を設けた以外は、図１に示
す構造のものと同じである。
るインクジェット記録装置のヘッド部の断面図である。
図４のヘッド部は、共通電極１４の上に、音響レンズと
してフレネルレンズの代りに通常の凹面音響レンズ４１
を設け、その上にフレネルレンズ１７に関して説明した
音響マッチング材料で形成されたを音響マッチング４２
を設け、その上に前面層２０を設けた以外は、図１に示
す構造のものと同じである。
【００２４】図５は、本発明の第５の実施の形態に係わ
るインクジェット記録装置のヘッド部の断面図である。
図５のヘッド部は、基板１２を凹面形状に形成し、これ
に沿って個別電極１３、圧電素子１１、共通電極１４、
音響マッチング層５１を設け、音響マッチング層５１に
直接前面層２０を設けた構造を有する。この場合、凹面
を形成する音響マッチング層５１が音響レンズとしても
作用する。
るインクジェット記録装置のヘッド部の断面図である。
図５のヘッド部は、基板１２を凹面形状に形成し、これ
に沿って個別電極１３、圧電素子１１、共通電極１４、
音響マッチング層５１を設け、音響マッチング層５１に
直接前面層２０を設けた構造を有する。この場合、凹面
を形成する音響マッチング層５１が音響レンズとしても
作用する。
【００２５】
【実施例】この例では、図２に示す構造のヘッド部を備
えたインクジェット記録装置を作成した。圧電素子１１
として、厚さ約０．５ｍｍで比誘電率１４００のＰＺＴ
系圧電セラミツクを用いた。その両面にＴｉ／Ａｕをそ
れぞれの厚さが０．０５μｍおよび０．２μｍとなるよ
うにスパッタにより形成し、２ｋＶ／ｍｍの電界を印加
して分極処理を行った。その後エッチングにより、１素
子の幅が６０μｍで、電極間隔が２５μｍ（個別電極の
配列ピッチ８５μｍ）となるように個別電極１３を形成
した。
えたインクジェット記録装置を作成した。圧電素子１１
として、厚さ約０．５ｍｍで比誘電率１４００のＰＺＴ
系圧電セラミツクを用いた。その両面にＴｉ／Ａｕをそ
れぞれの厚さが０．０５μｍおよび０．２μｍとなるよ
うにスパッタにより形成し、２ｋＶ／ｍｍの電界を印加
して分極処理を行った。その後エッチングにより、１素
子の幅が６０μｍで、電極間隔が２５μｍ（個別電極の
配列ピッチ８５μｍ）となるように個別電極１３を形成
した。
【００２６】一方、ガラス製バッキング材１２にＴｉ／
Ａｕのアレイ電極を形成しておき、顕微鏡下で、圧電セ
ラミック１１上に形成したアレイ電極とガラス上に形成
したアレイ電極の位置合わせを行いながら、両者をエボ
キシ樹脂３１で接着し、両電極が導通するようにした。
次に、圧電セラミック素子１１を厚さ４３μｍになるま
で研磨した後、Ａｌ共通電極をスパッタ法で形成した。
このとき、副走査方向の電極の長さ、すなわち口径は
１．５ｍｍとした。
Ａｕのアレイ電極を形成しておき、顕微鏡下で、圧電セ
ラミック１１上に形成したアレイ電極とガラス上に形成
したアレイ電極の位置合わせを行いながら、両者をエボ
キシ樹脂３１で接着し、両電極が導通するようにした。
次に、圧電セラミック素子１１を厚さ４３μｍになるま
で研磨した後、Ａｌ共通電極をスパッタ法で形成した。
このとき、副走査方向の電極の長さ、すなわち口径は
１．５ｍｍとした。
【００２７】次エポキシ樹脂とアルミナ粉末とを音速が
３×１０3 ／秒近傍になるような割合で配合し、密度
２．２０×１０3 ｋｇ／ｍ3 、音速２．９５×１０3 ｍ
／秒の混合物を得た。これを共通電極面に塗布して硬化
させ、厚さが約４５μｍになるように研磨した。その
後、焦点距離が３．５ｍｍになるように深さ１／２波長
（約３０μｍ）の溝を主走査方向に平行に形成してフレ
ネルレンズを形成した。その上に前面層２０として金を
スパッタにより１μｍの厚さに形成した。さらに超音波
放射面とインク液面との距離がほぽ３．５ｍｍとなる側
壁と駆動回路を構成して、インクジェット記録装置を完
成した。
３×１０3 ／秒近傍になるような割合で配合し、密度
２．２０×１０3 ｋｇ／ｍ3 、音速２．９５×１０3 ｍ
／秒の混合物を得た。これを共通電極面に塗布して硬化
させ、厚さが約４５μｍになるように研磨した。その
後、焦点距離が３．５ｍｍになるように深さ１／２波長
（約３０μｍ）の溝を主走査方向に平行に形成してフレ
ネルレンズを形成した。その上に前面層２０として金を
スパッタにより１μｍの厚さに形成した。さらに超音波
放射面とインク液面との距離がほぽ３．５ｍｍとなる側
壁と駆動回路を構成して、インクジェット記録装置を完
成した。
【００２８】次に比較例として、前面層２０を設けなか
った以外は実施例と同じインクジェット記録装置を作製
した。この２つの記録装置を用いて、図６に示すよう
に、超音波放射面から直接放射された波の振幅Ａとイン
ク液面で反射してさらに超音波放射面で反射した波Ｂの
振幅を比較した。その結果、比較例に対する実施例の振
幅は波Ａが−４．５ｄＢ、波Ｂが＋１．４５ｄＢであっ
た。従って、実施例の方が直接放射された超音波の振幅
は小さいが、多重反射後の振幅は大きいことが確認され
た。
った以外は実施例と同じインクジェット記録装置を作製
した。この２つの記録装置を用いて、図６に示すよう
に、超音波放射面から直接放射された波の振幅Ａとイン
ク液面で反射してさらに超音波放射面で反射した波Ｂの
振幅を比較した。その結果、比較例に対する実施例の振
幅は波Ａが−４．５ｄＢ、波Ｂが＋１．４５ｄＢであっ
た。従って、実施例の方が直接放射された超音波の振幅
は小さいが、多重反射後の振幅は大きいことが確認され
た。
【００２９】次にインク滴の飛翔実験を行った。まず、
実施例のインクジェット記録装置を用いて主走査方向に
直線を引いて１００％インク滴が飛翔する条件のうち、
駆動電圧が低く、かつバースト波数が少ない条件を選
び、この条件下で比較例の記録装置の飛翔実験を試みた
ところ、直線が引けず抜けが生じて、飛翔した割合は１
５％程度であった。すなわち、本実施例の記録装置の方
が、比較例の記録装置よりも飛翔効率がはるかに優れた
ものであった。
実施例のインクジェット記録装置を用いて主走査方向に
直線を引いて１００％インク滴が飛翔する条件のうち、
駆動電圧が低く、かつバースト波数が少ない条件を選
び、この条件下で比較例の記録装置の飛翔実験を試みた
ところ、直線が引けず抜けが生じて、飛翔した割合は１
５％程度であった。すなわち、本実施例の記録装置の方
が、比較例の記録装置よりも飛翔効率がはるかに優れた
ものであった。
【００３０】
【発明の効果】以上のように、本発明では音響マッチン
グ層よりも音響インピーダンスの大きな前面層を形成し
たことにより多重反射の効率が向上し、インク液面にお
ける放射圧の増幅効果が促進され、低い駆動電圧および
少ないバースト数でインク滴飛翔の高効率化が図られ、
信頼性の向上や低消費電力化が達成される。
グ層よりも音響インピーダンスの大きな前面層を形成し
たことにより多重反射の効率が向上し、インク液面にお
ける放射圧の増幅効果が促進され、低い駆動電圧および
少ないバースト数でインク滴飛翔の高効率化が図られ、
信頼性の向上や低消費電力化が達成される。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るインクジェッ
ト記録装置の構成を示す斜視図。
ト記録装置の構成を示す斜視図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るインクジェッ
ト記録装置の構成を示す断面図。
ト記録装置の構成を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るインクジェッ
ト記録装置の構成を示す断面図。
ト記録装置の構成を示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係るインクジェッ
ト記録装置の構成を示す断面図。
ト記録装置の構成を示す断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係るインクジェッ
ト記録装置の構成を示す断面図。
ト記録装置の構成を示す断面図。
【図６】インクジェット記録装置において圧電素子から
直接放射される超音波と１回の多重反射による超音波を
説明するための図。
直接放射される超音波と１回の多重反射による超音波を
説明するための図。
１１…圧電素子
１２…基板
１３…共通電極
１４…個別電極
１５…ボンディングワイヤ
１６…駆動回路
１７…フレネルレンズ
１８，２８，３８，４８…インク保持室
１９…インク液
２０…前面層
４１…凹面音響レンズ
４２…音響マッチング層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 工藤 紀子
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝研究開発センター内
(72)発明者 八木 均
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝研究開発センター内
(56)参考文献 特開 平５−254116（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−200199（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−175157（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−155948（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−197574（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−146252（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B41J 2/015
Claims (2)
- 【請求項１】 インク液を保持するインク保持室と、前
記インク液と音響的に接続される圧電素子からなる超音
波発生手段と、前記圧電素子を駆動する駆動手段と、前
記圧電素子から発生される超音波を前記インク液の液面
近傍に集束させる超音波集束手段と、前記超音波発生手
段上に形成され、前記圧電素子およびインク液を音響的
にマッチングさせる音響マッチング層と、前記音響マッ
チング層上に形成され、その音響インピーダンスＺが、
前記音響マッチング層の音響インピーダンスＺｍに対し
て、Ｚｍ＜Ｚ＜２０×Ｚｍの関係を満たし、かつその厚
さｔが、伝搬する超音波の波長λに対して、λ／１００
０＜ｔ＜λ／１０の関係を満たす前面層とを有すること
を特徴とするインクジェット記録装置。 - 【請求項２】 前記超音波集束手段が、フレネルレンズ
であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット
記録装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5981396A JP3425292B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | インクジェット記録装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5981396A JP3425292B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | インクジェット記録装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09248907A JPH09248907A (ja) | 1997-09-22 |
| JP3425292B2 true JP3425292B2 (ja) | 2003-07-14 |
Family
ID=13124057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5981396A Expired - Fee Related JP3425292B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | インクジェット記録装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3425292B2 (ja) |
-
1996
- 1996-03-15 JP JP5981396A patent/JP3425292B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09248907A (ja) | 1997-09-22 |
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