JP3486080B2 - Ink jet recording device - Google Patents

Ink jet recording device

Info

Publication number
JP3486080B2
JP3486080B2 JP25573097A JP25573097A JP3486080B2 JP 3486080 B2 JP3486080 B2 JP 3486080B2 JP 25573097 A JP25573097 A JP 25573097A JP 25573097 A JP25573097 A JP 25573097A JP 3486080 B2 JP3486080 B2 JP 3486080B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
ultrasonic
electrode
ink
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP25573097A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH1191095A (en
Inventor
功 雨宮
千秋 田沼
史郎 斉藤
健一 森
均 八木
紀子 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP25573097A priority Critical patent/JP3486080B2/en
Publication of JPH1191095A publication Critical patent/JPH1191095A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3486080B2 publication Critical patent/JP3486080B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明が属する技術分野】本発明はインク液を液滴化し
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】インク液を液滴化して被記録媒体上に飛
翔させることにより画点を形成し画像を記録する装置
は、インクジェットプリンタとして実用化されている。
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。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、特公昭56−9429号公報や特
公昭61−59911号公報等に開示されている発熱体
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、および特公昭53−12138号公報等に開示さ
れている圧電体の変位による圧力パルスによりインク滴
を飛翔させる方式が代表的なものである。 【0003】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。特
に、蒸気の圧力を利用する方式では、インクとの熱的あ
るいは化学的な反応等により生じる不溶物の付着が、ま
た圧電体の変位による圧力を利用する方式では、インク
流路等における複雑な構造がさらに目詰まりを誘起しや
すくしている。数十から百数十のノズルを使用している
シリアル走査型のへッドではその目詰まりの頻度を低く
抑えることができるが、数千のノズルを必要とするライ
ン走査型ヘッドでは確率的にかなり高い頻度で目詰まり
が発生し、信頼性の点で大きな問題となっている。さら
に、これらの方式は解像度の向上には適していないとい
う欠点もある。 【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、特開昭63−166548号、
特開昭63−312157号公報、特開平2−1844
43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
な障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。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く、そのため画像記録速度を向上
させることができないという問題がある。 【0005】さらに、従来の超音波方式インクジェット
記録装置の代表的なヘッド構造においては、超音波集束
手段を構成する音響レンズ、特にフレネルレンズが、イ
ンク液を収容・保持するインク液保持室の支持部材とし
ても機能させているため、機械的強度を持たせる点か
ら、圧電体に比べて十分厚く、インク液の深さに比べて
もそれと同じかそれ以上の厚さを有している。このよう
な構造では、圧電素子から放射された超音波は、フレネ
ルレンズが厚いために、その内部を伝播する際に大きな
減衰や散乱を生じてしまい、効率よく超音波をインク液
中に放射することが難しい。特に、小径のインク滴を飛
翔させるために高周波の超音波を放射させた場合におい
ては、フレネルレンズ中での超音波の減衰や散乱の影響
は著しく大きい。 【0006】また、フレネルレンズ内部で発生する乱反
射によって超音波が有効レンズ部分以外の部分からイン
ク液中に照射されてしまうという問題もある。これを解
決するために、フレネルレンズの有効レンズ部分以外の
部分がインク液に直接接しないようにインク室の側壁等
で覆うことが行われている。しかし、このように有効レ
ンズ部分の近傍にインク室等のある種の障害物を設ける
と、インク液中に放射された超音波がインク液/障害物
の界面で強く反射され、他の超音波と干渉しあってその
集束が妨害されてしまう。 【0007】このように、従来の方式および構造では、
効率よくインク滴を飛翔させることが困難であり、その
ために余分な電圧を圧電素子に印加する必要があり、ま
た、電圧印加時間を長くする必要もある。その結果、消
費電力が大きくなり、また、画像記録スピードを上げる
ことができないという問題も生じている。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の問題
を解決しようとするものであり、超音波を用いつつ少な
い消費電力でインク滴の飛翔効率を向上させ、もって圧
電素子を駆動してからインク滴が飛翔するまでの時間を
短くし、記録スピードの高速化を図ることを課題とす
る。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明は、インク液を保
持するインク液保持室と、それぞれ圧電体およびこの圧
電体の両面に対向して配置された一対の第1および第2
の電極からなる複数の圧電素子を含み、前記インク液と
音響的に接続される超音波発生手段と、前記超音波発生
手段を駆動する駆動手段と、前記超音波発生手段上に形
成され、前記超音波発生手段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レンズ部
材を含む超音波集束手段とを具備するインクジェット記
録装置において、前記一対の電極のうち、第1の電極
は、圧電素子の配列方向と直交する方向における各端が
第2の電極の対応する各端から前記圧電素子の厚さに相
当する長さを超える長さ分を除いた圧電体表面領域に存
在し、および前記超音波集束レンズ部材の有効レンズ口
径WL と、前記圧電体の厚さTP と、前記圧電素子の配
列方向と直交する方向における前記一対の電極の重なり
幅WE が、下記式 WL ≧WE +2TP (1) で示される関係を満足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。 【0010】 【0011】本発明において、上記超音波集束レンズ部
材は、フレネルレンズを含むことが好ましい。また、本
発明において、前記超音波集束レンズ部材は、音響マッ
チング層としての機能をも有することが望ましい。 【0012】本発明者等は、超音波ビームの放射圧によ
りインク液面からインク滴を吐出させて被記録体上に飛
翔させて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、複数の圧電素子を所定
の間隔で配置し、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、駆動素子群を所定方向に移動させる駆動手段(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
提案している。 【0013】また、上記従来のインクジェット記録装置
において音響レンズの厚さが厚い故に生じるレンズ中で
の超音波の減衰や散乱による飛翔効率の低下を抑えるた
めに、音響レンズからその支持機能を分離して、音響レ
ンズとは別に、圧電素子の裏面に支持部材を設ける構造
を提案している。この場合、音響レンズ、特にフレネル
レンズは支持部材としての機能を併せ持つ必要がないこ
とから、その厚さは超音波集束のための必要最小限でよ
く、圧電体と同等の厚さで、インク液の深さに比べ十分
薄い厚さでよいこととなる。これにより、音響レンズ中
での超音波の減衰や散乱は無視できるほど低減すること
ができ、インク液滴の飛翔効率を向上させ、もって記録
スピードの高速化を図ることができる。超音波集束手段
をフレネルレンズで構成する場合、その凹凸の厚みをそ
れぞれフレネルレンズ中の超音波の波長の(2n+1)
/4倍(nは0以上の整数)に近くなるように設定し、
かつフレネルレンズ材料として圧電体の音響インピーダ
ンスとインク液のそれとの積の平方根に近い音響インピ
ーダンス値を有する材料を用いることにより、フレネル
レンズに音響マッチング層としての機能も兼ね備えさせ
ることができる。これにより、界面での超音波の反射が
低減され、より飛翔効率を改善することができる。 【0014】しかし、圧電体にその幅全体に渡って対向
電極を形成し、その上に圧電体と同じ幅の有効レンズ口
径を有する超音波集束レンズ部材を形成する従来の構造
では、圧電体を所定形状に加工する際に圧電体の切断部
近傍で脱分極等に起因して特性劣化が生じやすいという
ことが見い出された。また、そのような構造では、圧電
体の端部における対向電極位間で短絡が生じやすいとい
うこともわかった。 【0015】そこで、本発明者らは、圧電体の幅および
超音波集束レンズ部材の有効レンズ口径に対する対向電
極の幅の影響等について鋭意研究したところ、一対の電
極のうち、一方の電極(第1の電極)は、圧電素子の配
列方向と直交する方向(副走査方向)における各端が他
方の電極(第2の電極)の対応する各端から圧電素子の
厚さに相当する長さ以下の圧電体表面領域に存在するよ
うに設け、かつ副走査方向における第2の電極の各端部
に対応する領域には、超音波を遮蔽する第1および第2
の遮音部材をそれぞれ設けることにより、脱分極等に起
因する特性劣化、例えば、メインビーム位置(焦点位
置)以外の場所で強いサイドローブが発生し超音波集束
が妨害されることによるインク液滴の飛翔効率の低下を
防止できることを見い出した。この場合、第1の電極
は、第2の電極よりも短く形成することができるし、あ
るいは第2の電極と同等の長さに形成することもでき
る。 【0016】さらに、本発明者らは、第1の電極を、そ
の副走査方向における各端が第2の電極の対応する各端
から圧電素子の厚さに相当する長さを超える圧電体表面
領域に存在するように設けることによっても上記脱分極
等に起因する特性劣化を防止し得ることを見い出した。
この場合において、超音波集束レンズ部材の有効レンズ
口径WL と、圧電体の厚さTP と、一対の対向電極の重
なり幅WE が、下記式 (1): WL ≧WE +2TP (1) で示される関係を満足すると、上記サイドローブの発生
を防止できるばかりでなく、圧電体端部における対向電
極間の短絡の発生を抑制できることをさらに見い出し
た。この場合は、超音波集束レンズ部材の幅は、その有
効レンズ領域の幅と等しくすることができ、さらには、
圧電体の幅と等しくすることができる。 【0017】なお、超音波集束レンズがフレネルレンズ
である場合、その中心からの各溝の位置は、当該技術分
野で知られているように、下記式(2)または式(3)
で表されるフレネル輪帯の半径r(a)に相当する位置
に形成される。 【0018】 r(a) =[( 2a-1)λi /2×{F+( 2a-1)λi /8}]1/2 (2) r(a) =(aλi F)1/2 (3) 式(2)および式(3)において、λi はインク液中で
の超音波の波長、Fは焦点距離(インク液の深さ)、a
は、1以上の整数である。 【0019】本発明において、超音波集束レンズがフレ
ネルレンズである場合、その有効レンズ口径は、形成さ
れた溝の数nに対応する、上記式(2)または(3)で
規定される半径r(n)の2倍に相当する。 【0020】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。全図に渡り、同一部分は、同一符
号で示されている。図1は、本発明の一実施の形態に係
るインクジェット記録装置の記録ヘッド部の斜視図であ
る。図2は、図1に示すインクジェット記録装置のヘッ
ド部における圧電素子および超音波集束レンズ部材を含
む領域部分を拡大して示す断面図である。 【0021】図1および図2に示すインクジェット記録
装置のヘッド部は、超音波発生手段を構成する平板状圧
電体12を支持部材11上に有する。圧電体12は、超
音波の周波数や素子の大きさ等によってチタン酸鉛(P
T)、ジルコン・ チタン酸鉛(PZT)等のセラミック
材料、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材料、
酸化亜鉛等の圧電性半導体材料で形成することができ
る。また、支持部材11は、ガラス等の材料で形成する
ことができる。 【0022】圧電体12の下面には、互いに分離した複
数の個別電極13が、それぞれ、形成されている。圧電
体12は、これら個別電極13により、機能的に複数の
圧電素子に区分される。他方、圧電体12の上面には、
一体の共通電極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、銅、
金等の金属材料を蒸着やスパッタにより薄膜として形成
することができる。あるいは、これら電極13および1
4は、ガラスフリットを銀ペーストに混合したものをス
クリーン印刷法により印刷し、これを焼き付けることに
よっても形成することができる。個別電極13と共通電
極14の対応部分とが各対向電極を構成する。 【0023】また、支持部材11の一端部側には、圧電
体12の下面に形成された個別電極13と同じ間隔で、
複数のアレイ電極15が形成されており、この支持部材
11上の各アレイ電極15と圧電体12下面上の各個別
電極13とは、導電性接着剤を介して整合して圧着さ
れ、電気的に接続されている。支持部材11上のアレイ
電極15は、支持部材11の端部上に配置された駆動回
路16にボンディングワイヤ17によって接続され、圧
電体12の上面に形成された共通電極14も、図示しな
い配線により、駆動回路16に接続されている。 【0024】共通電極14を介して圧電体12全面を覆
うように超音波集束音響レンズ部材18が設けられてい
る。このレンズ部材18には、その中央から対称的な位
置に一対毎にフレネルの輪帯理論に基づいて所定のピッ
チで複数の溝(図1および図2においては、4つの溝1
8a〜18dであり、18aと18b、18cと18d
が対称的に形成されている)が、各個別電極13により
区分された圧電素子の配列方向(主走査方向に相当)に
平行に形成されている。各溝の深さは、溝の上面と底面
から照射される超音波の位相を半波長シフトさせるよう
に、それぞれレンズ部材18中の超音波の波長の(2m
+1)/4倍(mは0以上の整数)に近い値に設定され
ている。溝は、個別電極により区分された圧電素子の配
列方向(主走査方向に相当)に平行に形成される。 【0025】本発明において、このフレネルレンズ部材
18は、圧電素子とインク液との音響的マッチングを取
るための音響マッチング層としても機能することが好ま
しい。そのためには、フレネルレンズ部材を音響インピ
ーダンスZm が圧電体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(Zm
(Zp ×Zi1/2 )に近い値を有する材料で形成する
ことが望ましい。そのような材料としては、エポキシ樹
脂、ポリイミド等の高分子材料、あるいはそれら高分子
材料に音響インピーダンスを調整するために繊維または
アルミナもしくはタングステン等の粉末を混合したもの
を例示することができる。 【0026】また、支持部材11上には、圧電素子1
2、フレネルレンズ部材18とインク液20を収容する
インク液保持室19が設けられている。このインク液保
持室19は、インク液20を囲む側壁が、フレネルレン
ズの両端から上方に向かって合わさるように傾斜してお
り、その上部は、スリット19aを形成して開口してい
る。 【0027】さて、図2に最もよく示されているよう
に、圧電体12の下面に形成された個別電極13は、圧
電体12の幅と同等の長さW1を有する。しかしなが
ら、圧電体12の上面に形成された共通電極14は、図
示の例では、圧電体12よりも短く(長さW2)、圧電
体12の両端部を除いた中央領域部分にのみ形成されて
いる。従って、各圧電素子として機能する圧電体12の
部分は、共通電極14に対応する領域のみとなる。この
場合、共通電極14によって露出された圧電体の各端部
表面領域の長さW3およびW4は、圧電体12の厚さに
相当する長さ以下に設定されている。すなわち、共通電
極14は、圧電素子の配列方向と直交する方向における
各端が個別電極13の対応する各端から前記圧電素子の
厚さに相当する長さ以下の長さ分を除いた圧電体表面領
域に存在する。そして、個別電極の両端部に対応する
電体表面領域には、超音波を遮蔽する遮音部材21aお
よび21bがそれぞれ設けられている。図2に示す例で
は、この遮音部材21aおよび21bは、圧電体12の
上記露出領域を覆うばかりでなく、共通電極14の端部
上にわたって設けられている。このような遮音部材21
aおよび21bは、レンズ部材18とは異なる材料であ
って、圧電体12から放射される超音波を遮蔽し得る材
料、例えば、シリコーン樹脂で形成することができる。 【0028】このような構成をとることにより、共通電
極14の周辺に相当する圧電体部分からも発振され得る
超音波遮蔽することができ、従ってサイドローブの発生
を抑制して効率的なインク液滴の飛翔を行わせることが
できる。しかも、遮音部材21aおよび21bを設けた
圧電体領域の長さは、圧電体12の厚さ以下であるか
ら、レンズ部材18を広く設けることができ、有効な超
音波のより一層の利用を図ることもできる。また、共通
電極14を越えた部分の圧電体12の領域が、遮音部材
21aおよび21bにより覆われているので、共通電極
14と個別電極13との間の短絡も防止される。 【0029】次に、上記インクジェット記録装置におけ
る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体12からなる圧電素子の一部の
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
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
状の圧電素子の配列方向に対して直行する方向(本発明
において、副走査方向という)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18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電子的に走査することにより、変え
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。 【0030】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。 【0031】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よい。 【0032】図3は、本発明の第2の実施の形態に係る
ものであって、レンズ部材18が、共通電極14をその
両端において越えて形成されている以外は、図1および
図2に示すインクジェット記録装置のヘッド部と同様の
ヘッド部の斜視図を示すものである。この場合も圧電体
12の露出表面を覆うように、遮音部材21aおよび2
1bが設けられている。 【0033】図4は、共通電極14を個別電極13の長
さと同等の幅で形成した以外は、図1および図2に示す
インクジェット記録装置のヘッド部と同様のヘッド部を
示すものである。この場合、遮音部材21a、21b
は、共通電極14の少なくとも端部を覆うように形成さ
れている。このように、共通電極14を個別電極13の
長さと同等の幅で形成することにより、超音波の発振領
域を拡大することができる。 【0034】なお、図2から図4において、遮音部材2
1aおよび21bの少なくとも1つをインク液保持室1
9のインク液20を囲む側壁で構成することも可能であ
る。図5は、遮音部材21a、21bをレンズ部材18
と同じ材料で形成するが、その厚さを超音波の波長より
も大きな厚さ(例えば、60μmより大きな厚さ)に設
定することにより形成された以外は、図1および図2に
おける示すインクジェット記録装置のヘッド部と同様の
ヘッド部を示すものである。 【0035】なお、図5における形態について、図3に
示す配置構造のレンズ部材が共通電極をその両端におい
て越えて形成されていてもよい。図6は、遮音部材21
aおよび21bを図5に示す形態で形成した以外は、図
4に示すインクジェット記録装置のヘッド部と同様のヘ
ッド部を示すものである。 【0036】図7は、遮音部材21aおよび21bをレ
ンズ部材の表面を粗面化(それぞれ、符号211a、2
11bで示す)して構成した以外は、図1および図2に
示すインクジェット記録装置のヘッド部と同様のヘッド
部を示すものである。 【0037】なお、図7における形態について、図3に
示す配置構造のレンズ部材が共通電極をその両端におい
て越えて形成されていてもよい。図8は、遮音部材21
aおよび21bを図7の場合と同様にレンズ部材の表面
を粗面化(それぞれ、符号211a、211bで示す)
して構成した以外は、図4に示すインクジェット記録装
置のヘッド部と同様のヘッド部を示すものである。 【0038】図9および図10には、本発明のさらに別
の実施の形態に係るインクジェット記録装置が示され、
図10は、図9に示すインクジェット記録装置の圧電素
子および超音波集束レンズ部材を含む領域部分を拡大し
て示す断面図である。図1および図2と同様の箇所は、
同一符号をもって示し、その詳細は、図1および図2に
おいて説明した通りのものである。 【0039】この記録装置においては、図10に最もよ
く示されているように、共通電極14の長さWE は、個
別電極13の長さW1 よりも短く、この共通電極により
露出された圧電体12の端部表面領域の長さW3’およ
びW4’は、圧電体の厚さに相当する長さよりも長い長
さを有する。すなわち、共通電極14は、圧電素子の配
列方向と直交する方向における各端が個別電極13の対
応する各端から圧電素子の厚さに相当する長さを超える
長さ分を除いた圧電体表面領域に存在する。このように
すると、遮音部材を設けることなく、図1ないし図8に
関して説明したインクジェット記録装置と同様の効果を
得ることができる。 【0040】さらに、図9および図10に示す例では、
個別電極のレンズ部材18には、溝18a〜18dに加
えて、共通電極14を越えた両端部領域にもフレネルの
輪帯理論に基づいて溝18e〜18jが形成され、レン
ズ部材18の有効レンズ領域18eff の幅(有効レンズ
口径)は、個別電極13と共通電極14との副走査方向
における重なり幅(この場合、共通電極14の副走査方
向の幅)よりも所定の程度だけ大きくされている。 【0041】より具体的には、図10に示すように、圧
電体12には、個別電極13および14が図1および図
2に説明した通りに形成され、レンズ部材18も図1お
よび図2に説明した通りに形成されるが、フレネルレン
ズ溝が上に述べたように共通電極14の領域を越えて形
成されている結果、レンズ部材18の有効レンズ口径W
L は、共通電極14の副走査方向の幅WE よりも大きく
されている。この場合、有効レンズ口径が大きくなる程
度は、圧電体12の厚さTP によっても規定されること
が重要であることがわかった。すなわち、有効レンズ口
径WE は上記式 (1): WL ≧WE +2TP で示される関係を満足することが好ましい。 【0042】この関係は、圧電体の両面に形成された対
向電極の副走査方向における重なり幅よりも大きな有効
口径をもってフレネルレンズが形成される場合、いいか
えると、レンズ部材に形成された有効レンズ領域が、そ
の幅が対向電極の重なり幅よりも大きく形成された場
合、どの程度大きくすべきであるかを規定したものとい
うことができる。 【0043】有効レンズ口径がこのような関係を有する
と、図1および図2に関して述べたような、短絡の防
止、サイドローブ発生の抑制がより一層効果的に達成さ
れる。図11は、レンズ部材18を共通電極14の副走
査方向における幅よりも大きいが、圧電体12の副走査
方向における幅よりも小さく形成し、従ってフレネルレ
ンズ溝の数が減少している以外は、図9および図10に
示すインクジェット記録装置のヘッド部と同様のヘッド
部を示す概略断面図である。この場合にも、図3および
図4に示すものと同様の効果が奏される。 【0044】以上図面を参照して本発明の実施の形態を
説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。例えば、個別電極13の長さ(幅)を圧電体12の
副走査方向における幅と同じとし、共通電極14の幅を
圧電体12の副走査方向における幅よりも小さくした場
合について説明したが、個別電極13と共通電極14と
の幅の関係を逆にしても同様の効果が得られることはい
うまでもない。 【0045】 【実施例】以下、本発明を実施例よりさらに説明する。 実施例1〜2 本実施例では、図9および図10に示す構造のインクジ
ェット記録装置を作製した。 【0046】圧電体12として、厚さが約0.5mmで
比誘電率200のチタン酸鉛系圧電セラミックを用い
た。この圧電体の両面に、スパッタ法により、Ti/A
u電極層をそれぞれの厚さが0.05μm、および0.
2μmになるように形成し、3kV/mmの電界を印加
して圧電体12の分極処理を行った。その後、圧電体1
2の一方の面上の電極層をエッチングによりパターニン
グして、1つの圧電素子の幅60がμm、個別電極の間
隔が25μm(個別電極の配列ピッチ85μm)になる
ように個別電極13を形成した。また、圧電体12の副
走査方向の幅は5mmとした。 【0047】一方、ガラス製の支持部材11にTi/A
uのアレイ電極15を形成した。ついで、圧電体11上
の個別電極13と支持部材11上のアレイ電極15を位
置合わせした状態で、導電性エポキシ樹脂で接着し、両
電極が導通するように加圧した。 【0048】次に圧電体を厚さ50μmまで研磨した
後、アルミニウムからなる共通電極14をスパッタ法に
より、0.3μmの厚さに形成した。このとき、副走査
方向の電極の長さは2.0mmとした。 【0049】次に、音響マッチング層を兼ねるフレネル
レンズ18を作製するために、エポキシ樹脂とアルミナ
粉末の混合物とを音速が3×103 m/s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/sの混合物を得た。これを共
通電極14の上面に塗布して硬化させ、厚さが45μm
になるように研磨した。その後焦点距離が2.5mm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18を構成した。
溝形成領域の幅(レンズ口径)は、共通電極の幅(対向
電極の重なり幅に相当)2.0mmよりも0.1mm広
い2.1mmのもの(実施例1)と、0.2mm広い
2.2mmのもの(実施例2)とした。そして超音波放
射面とインク液面との距離がほぼ2.5mmになるよう
にインク液保持室19を設け、インク液を充填し、さら
に駆動回路16を設置して2種類の本発明のインクジェ
ット記録装置を完成した。 【0050】比較例1〜2 レンズ口径をそれぞれ2.0mm(圧電体の幅と同じ:
比較例1)または2.05mm(比較例2)とした以外
は、実施例1と同様にして2種類のインクジェット記録
装置を作製した。 【0051】実施例1〜2と比較例1〜2で作製した4
つの記録装置を用いてインク滴の飛翔実験を行った。イ
ンク液滴の飛翔実験には、駆動周波数(50MHz)お
よび駆動電圧(20V)を同じに設定し、そのときの駆
動バースト信号の印加時間を飛翔効率の評価基準とし
た。インク液滴の安定な飛翔を得るために必要な最小バ
ースト印加時間を図12に示す。図12において、点a
は実施例1の結果を、点bは、実施例2の結果を、点c
は比較例1の結果を、点dは比較例2の結果を示す。 【0052】図12に示すように、対向電極の重なり幅
よりも有効レンズ領域の幅を大きくした場合、上記式
(1)の関係を満足することにより(実施例1および
2)、それ以外のとき(比較例2)よりも少ないバース
ト印加時間で安定なインク液滴飛翔が可能となり、ほぼ
一定なインク液滴の飛翔を高効率で達成できることがわ
かる。対向電極の重なり幅と有効レンズ領域の幅が同じ
である場合(比較例1)、対向電極の重なり幅よりも有
効レンズ領域の幅を大きくした場合(実施例1〜2、比
較例2)に比べてインク液滴の飛翔効率ははるかに低い
こともわかる。 【0053】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、超
音波集束の妨害となる音波の発生を抑制し、より効果的
にインク液滴を飛翔させることができ、もって記録速度
の高速化や低消費電力化が達成し得るインクジェット記
録装置が提供される。本発明のインクジェット記録装置
では、対向電極間の短絡も防止し得る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention
Recording an image by flying over a recording medium
Related to the ink jet recording device, especially radiated by the piezoelectric element
Ink droplets are ejected by the pressure of the ultrasonic beam
Regarding an inkjet recording device that flies over a recording medium
You. [0002] 2. Description of the Related Art Ink droplets are formed into droplets and fly onto a recording medium.
Apparatus for forming image points and recording images by moving
Has been put to practical use as an inkjet printer.
This inkjet printer is noisy compared to other recording methods.
Low noise, no need for processing such as development or fixing
It has advantages and is attracting attention as a plain paper recording technology. Present
Many inkjet printer methods have been proposed to date
In particular, Japanese Patent Publication No. 56-9429 and
Heating element disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-59911
Ink droplets fly with the pressure of steam generated by the heat of
And disclosed in Japanese Patent Publication No. 53-12138.
Pressure drop due to the displacement of the piezoelectric body
Is a typical method. [0003] However, in these methods, evaporation or volatilization of a solvent is performed.
It is easy for ink concentration to occur locally by firing,
Because the individual nozzle corresponding to each resolution is thin,
There is a problem that the nozzle is easily clogged. Special
In the method using the pressure of steam, thermal
Or the adhesion of insolubles caused by chemical reactions, etc.
In the method using the pressure due to the displacement of the piezoelectric body,
Complex structures in the flow path, etc. may cause more clogging
I'm sick. Dozens to hundreds of nozzles are used
Low frequency of clogging with serial scanning heads
Lines that can be reduced, but require thousands of nozzles.
Probable clogging with the scanning head
Occurs, which is a major problem in terms of reliability. Further
However, these methods are not suitable for improving resolution.
There are also disadvantages. To overcome these drawbacks, the pressure of the thin film
Ink liquid using the pressure of the ultrasonic beam generated from the electric body
Those who use ultrasonic waves to fly ink droplets from the surface
Equations have been proposed (IBM TDB, vol. 16,
No. 4,1168 (1973-10), JP-A-63
JP-A-162253, JP-A-63-166548,
JP-A-63-212157, JP-A-2-1844
43, etc.). This method uses the noise for each individual dot.
So-called nozzles that do not require partitions between ink channels and ink channels
Because of the headless system, it is
Problems like clogging and recovery from
Absent. Also, this method uses very small diameter ink droplets.
Can fly stably, so that high resolution
Are suitable. However, these methods using ultrasonic waves
Low flying efficiency of ink droplets, thus improving image recording speed
There is a problem that it can not be done. Further, a conventional ultrasonic ink jet method
In a typical head structure of a recording apparatus, an ultrasonic focusing
The acoustic lens, especially the Fresnel lens, that constitutes the means
As a support member for the ink liquid holding chamber that contains and holds ink liquid.
To provide mechanical strength
Is sufficiently thicker than the piezoelectric material,
Have the same or greater thickness. like this
In a simple structure, the ultrasonic waves radiated from the piezoelectric element
The lens is so thick that it propagates
Attenuation and scattering occur, and ultrasonic waves are efficiently
Difficult to radiate inside. In particular, flying small diameter ink droplets
Smell when emitting high frequency ultrasonic waves to make it fly
The effect of ultrasonic attenuation and scattering in the Fresnel lens
Is significantly larger. Also, random repulsion generated inside the Fresnel lens
Ultrasonic waves enter from parts other than the effective lens
There is also a problem that the liquid is irradiated into the solution. Solve this
In order to decide, Fresnel lens other than the effective lens part
Do not touch the ink liquid directly with the side walls of the ink chamber, etc.
Covering is being done. However, the effective
A certain obstacle such as an ink chamber near the lens
And the ultrasonic wave radiated into the ink liquid is the ink liquid / obstacle
Is strongly reflected at the interface of the
Focusing is disturbed. As described above, in the conventional system and structure,
It is difficult to fly ink droplets efficiently.
Need to apply extra voltage to the piezoelectric element.
In addition, it is necessary to lengthen the voltage application time. As a result,
Increases power consumption and increases image recording speed
There is also a problem that it is not possible. [0008] SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems.
Is to solve the problem.
Power consumption to improve the efficiency of ink droplet flight,
The time from when the element is driven until the ink droplet flies
The challenge is to shorten the recording speed and increase the recording speed.
You. [0009] SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides,IInk solution
Holding ink liquid holding chamber, piezoelectric body and its pressure
A pair of first and second pairs disposed opposite each other on both sides of the electric body;
Including a plurality of piezoelectric elements consisting of electrodes, the ink liquid and
Ultrasonic generation means acoustically connected, and the ultrasonic generation
Driving means for driving the means, and
The ultrasonic waves generated by the ultrasonic wave generating means.
Ultrasonic focusing lens unit for focusing near the liquid surface of the ink liquid
Ink jet recording device having an ultrasonic focusing means including a material
In the recording apparatus, a first electrode of the pair of electrodes
Indicates that each end in the direction orthogonal to the
From each corresponding end of the second electrode, the thickness of the piezoelectric element is
In the piezoelectric surface area excluding the length exceeding the
And an effective lens aperture of the ultrasonic focusing lens member
Diameter WLAnd the thickness T of the piezoelectric bodyPAnd the arrangement of the piezoelectric element.
Overlap of the pair of electrodes in a direction perpendicular to the column direction
Width WEIs the following formula WL≧ WE+ 2TP                (1) Characterized by satisfying the relationship represented by:
The present invention provides a cut recording device. [0010] In the present invention, the ultrasonic focusing lens section
Preferably, the material includes a Fresnel lens. Also book
In the invention, the ultrasonic focusing lens member may be an acoustic
It is desirable to also have a function as a chining layer. The present inventors have proposed that the radiation pressure of the ultrasonic beam
Ink droplets from the ink surface and fly onto the
Ink jet recording device that records images by flying
High recording speed that could not be achieved with the conventional method
Multiple piezoelectric elements are specified for speed and higher resolution.
And a part of the piezoelectric element group (drive element group)
Is driven by giving a predetermined phase difference to the
Focus the ultrasonic beam near the surface and fly the ink droplets
Drive means for moving the drive element group in a predetermined direction.
A) An inkjet recording device equipped with an electronic scanning unit
is suggesting. Further, the above-mentioned conventional ink jet recording apparatus
In the lens that occurs due to the thick acoustic lens in
To reduce the flight efficiency due to attenuation and scattering of ultrasonic waves.
In order to separate the support function from the acoustic lens,
A structure in which a support member is provided on the back of the piezoelectric element separately from the lens
Has been proposed. In this case, acoustic lenses, especially Fresnel
The lens does not need to function as a support member.
Therefore, the thickness is the minimum necessary for ultrasonic focusing.
Thickness equivalent to the thickness of the piezoelectric material, sufficient compared to the depth of the ink liquid
A thin thickness is sufficient. This allows the acoustic lens
Ultrasonic attenuation and scattering at the site should be negligible
To improve the flight efficiency of ink droplets and record
The speed can be increased. Ultrasonic focusing means
When using a Fresnel lens for
(2n + 1) of the wavelength of the ultrasonic wave in the Fresnel lens, respectively
/ 4 times (n is an integer of 0 or more)
And acoustic impedance of piezoelectric material as Fresnel lens material
Acoustic impedance close to the square root of the product of
The use of materials with low
Make the lens also function as an acoustic matching layer
Can be This reduces the reflection of ultrasonic waves at the interface
It is possible to improve the flight efficiency. However, it faces the piezoelectric body over its entire width.
An electrode is formed, and an effective lens aperture with the same width as the piezoelectric
Conventional structure for forming an ultrasonic focusing lens member having a diameter
Then, when processing the piezoelectric body into a predetermined shape, the cutting part of the piezoelectric body
It is said that characteristic deterioration is likely to occur due to depolarization etc. in the vicinity
That was found. Also, in such a structure, the piezoelectric
It is easy to cause a short circuit between the opposite electrode positions at the end of the body
I understood that. Therefore, the present inventors have proposed the width of the piezoelectric body and
Opposing current to effective lens aperture of ultrasonic focusing lens member
After extensive research on the effects of the width of the poles, etc.,
One of the electrodes (the first electrode) is arranged with the piezoelectric element.
Each end in the direction (sub-scanning direction) perpendicular to the column direction is
From each corresponding end of the other electrode (second electrode)
Exists in the piezoelectric surface area less than the length corresponding to the thickness.
And each end of the second electrode in the sub-scanning direction.
In the area corresponding to the first and second, the first and second
By providing sound insulation members of
Characteristics such as the main beam position (focal position
Ultrasonic focusing due to strong side lobes generated in places other than
To reduce the drop efficiency of ink droplets
I found something that could be prevented. In this case, the first electrode
Can be formed shorter than the second electrode.
Or it can be formed to the same length as the second electrode
You. Further, the present inventors have made the first electrode
Are each corresponding end of the second electrode in the sub-scanning direction.
The piezoelectric body surface exceeds the length corresponding to the thickness of the piezoelectric element from
Depolarization can also occur by providing
It has been found that deterioration of characteristics caused by the above-mentioned factors can be prevented.
In this case, the effective lens of the ultrasonic focusing lens member
Caliber WL And the thickness T of the piezoelectric bodyP And the weight of the pair of opposed electrodes
Become width WE Is the following formula (1): WL ≧ WE + 2TP         (1) When the relationship indicated by
Not only can prevent the
Further finding that the occurrence of short circuits between poles can be suppressed
Was. In this case, the width of the ultrasonic focusing lens member is
Can be equal to the width of the effective lens area.
It can be equal to the width of the piezoelectric body. The ultrasonic focusing lens is a Fresnel lens.
, The position of each groove from its center is
As is known in the field, the following equation (2) or equation (3)
Position corresponding to the radius r (a) of the Fresnel zone expressed by
Formed. [0018]   r (a) = [(2a-1) λi / 2 × ΔF + (2a-1) λi / 8}]1/2   (2) r (a) = (aλi F)1/2     (3) In equations (2) and (3), λi Is in the ink liquid
, F is the focal length (depth of ink liquid), a
Is an integer of 1 or more. In the present invention, the ultrasonic focusing lens is a flexible lens.
In the case of a flannel lens, its effective lens aperture is
In the above formula (2) or (3), which corresponds to the number n of grooves formed,
This corresponds to twice the defined radius r (n). [0020] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
This will be described with reference to FIG. Throughout the drawings, the same parts
Number. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a recording head unit of the inkjet recording apparatus.
You. FIG. 2 shows a head of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
Including the piezoelectric element and the ultrasonic focusing lens
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a region of the occupied area. Ink jet recording shown in FIGS. 1 and 2
The head of the device is a flat plate pressure
An electric body 12 is provided on the support member 11. The piezoelectric body 12 is
Depending on the frequency of the sound wave and the size of the element, lead titanate (P
T), ceramics such as zircon and lead titanate (PZT)
Material, copolymerization of vinylidene fluoride and ethylene trifluoride
Polymer material such as body, single crystal material such as lithium niobate,
Can be formed of piezoelectric semiconductor materials such as zinc oxide
You. The support member 11 is formed of a material such as glass.
be able to. The lower surface of the piezoelectric body 12 has
A number of individual electrodes 13 are each formed. Piezoelectric
The body 12 is functionally provided with a plurality of
It is divided into piezoelectric elements. On the other hand, on the upper surface of the piezoelectric body 12,
An integral common electrode 14 is formed. These electrodes 13
And 14 are titanium, nickel, aluminum, copper,
Form a thin film of metal such as gold by evaporation or sputtering
can do. Alternatively, these electrodes 13 and 1
4 is a mixture of glass frit mixed with silver paste.
Printing by the clean printing method and printing it
Therefore, it can also be formed. Common electrode with individual electrode 13
The corresponding part of the pole 14 constitutes each counter electrode. A piezoelectric member is provided at one end of the support member 11.
At the same interval as the individual electrodes 13 formed on the lower surface of the body 12,
A plurality of array electrodes 15 are formed.
11 and each individual electrode on the lower surface of the piezoelectric body 12
The electrode 13 is aligned with the conductive adhesive and crimped.
And are electrically connected. Array on support member 11
The electrode 15 is driven by a driving circuit disposed on the end of the support member 11.
Path 16 by a bonding wire 17
The common electrode 14 formed on the upper surface of the conductor 12 is also not shown.
It is connected to the drive circuit 16 by a suitable wiring. The entire surface of the piezoelectric body 12 is covered via the common electrode 14.
The ultrasonic focusing acoustic lens member 18 is provided as shown in FIG.
You. The lens member 18 has a symmetrical position from its center.
Each pair has a predetermined pitch based on Fresnel's ring theory.
1 and 2, a plurality of grooves (four grooves 1 in FIGS. 1 and 2).
8a to 18d, 18a and 18b, 18c and 18d
Are formed symmetrically), but each individual electrode 13
In the arrangement direction of the divided piezoelectric elements (corresponding to the main scanning direction)
They are formed in parallel. The depth of each groove is the top and bottom of the groove
To shift the phase of the ultrasonic wave emitted from
The wavelength of the ultrasonic wave in the lens member 18 (2 m
+1) / 4 (m is an integer of 0 or more)
ing. The grooves are for the arrangement of piezoelectric elements separated by individual electrodes.
It is formed parallel to the column direction (corresponding to the main scanning direction). In the present invention, the Fresnel lens member
18 is for acoustic matching between the piezoelectric element and the ink liquid.
Function as an acoustic matching layer for
New To achieve this, the Fresnel lens member must be
-Dance Zm Is the acoustic impedance Z of the piezoelectric bodyp And Inn
Acoustic impedance Zi And the square root of the product (Zm=
(Zp × Zi )1/2 Formed of a material having a value close to
It is desirable. Such materials include epoxy trees
Polymer materials such as fats and polyimides, or their polymers
Fiber or to adjust the acoustic impedance to the material
A mixture of powders such as alumina or tungsten
Can be exemplified. On the supporting member 11, the piezoelectric element 1
2. Store the Fresnel lens member 18 and the ink liquid 20
An ink liquid holding chamber 19 is provided. This ink liquid
The side wall surrounding the ink liquid 20 is made of Fresnellen.
Angled from both ends of the
The upper part is opened by forming a slit 19a.
You. Now, as best shown in FIG.
In addition, the individual electrodes 13 formed on the lower surface of the piezoelectric
It has a length W1 equivalent to the width of the electric body 12. But
The common electrode 14 formed on the upper surface of the piezoelectric body 12
In the illustrated example, the length is shorter than the piezoelectric body 12 (length W2),
It is formed only in the central region except for both ends of the body 12
I have. Therefore, the piezoelectric body 12 functioning as each piezoelectric element
The portion is only a region corresponding to the common electrode 14. this
In each case, each end of the piezoelectric body exposed by the common electrode 14
The lengths W3 and W4 of the surface area are determined by the thickness of the piezoelectric body 12.
It is set to be less than the corresponding length.That is, the common
The pole 14 is arranged in a direction orthogonal to the direction in which the piezoelectric elements are arranged.
Each end of the piezoelectric element is separated from the corresponding end of the individual electrode 13.
Piezoelectric surface area excluding the length less than the length corresponding to the thickness
Exists in the area.And corresponding to both ends of the individual electrodePressure
Electric body surfaceIn the area, the sound insulating members 21a and
And 21b are provided respectively. In the example shown in FIG.
The sound insulation members 21a and 21b
In addition to covering the above-mentioned exposed area, the end of the common electrode 14
It is provided over. Such a sound insulating member 21
a and 21b are materials different from the lens member 18;
Thus, a material capable of shielding ultrasonic waves radiated from the piezoelectric body 12
Material, for example, a silicone resin. With this configuration, the common power
Oscillation can also occur from the piezoelectric portion corresponding to the periphery of the pole 14
Can be ultrasonically shielded, thus generating side lobes
To suppress ink droplets and make ink droplets fly efficiently
it can. Moreover, the sound insulation members 21a and 21b are provided.
Whether the length of the piezoelectric body region is equal to or less than the thickness of the piezoelectric body 12
Therefore, the lens member 18 can be provided widely, and an effective super
Sound waves can be further utilized. Also common
The region of the piezoelectric body 12 beyond the electrode 14 is a sound insulating member.
21a and 21b, the common electrode
A short circuit between 14 and the individual electrode 13 is also prevented. Next, in the above ink jet recording apparatus,
Examples of a method of focusing ultrasonic waves and a method of driving a piezoelectric element
explain. In the arrangement direction (main scanning direction) of the piezoelectric elements 11
The focusing method of the ultrasonic waves in the
Part of the piezoelectric element composed of the piezoelectric body 12 operated in a
Predetermined delay time for piezoelectric element group (simultaneous driving element group)
And drive them simultaneously, then each piezoelectric element
By controlling the phase of the ultrasonic waves radiated from the
So that the intensity of the ultrasound locally increases locally,
Operate to focus. Specifically, simultaneous drive elements
The central group has the longest lag time, moving outwards
The delay time is gradually shortened. Meanwhile, the array
Direction perpendicular to the arrangement direction of the piezoelectric elements (the present invention)
In the sub-scanning direction)
The method is based on an acoustic lens, here a Fresnel lens 18.
Do it. By focusing the ultrasonic waves from two directions,
Ink drops from any position on the ink surface with ultrasonic pressure
Is ejected and flies. The flying position of the ink droplet
By scanning the moving piezoelectric elements electronically,
It is possible to In addition, pressures arranged in an array
Providing a plurality of the simultaneously driving element groups among the electric elements
Allows multiple ink droplets to fly at the same time
You. The other is based on the Fresnel zone theory,
Group the number of simultaneous driving elements into two types and drive one
The phase to be shifted by π with respect to the other
That is. This is called Fresnel driving.
You. The ultrasonic convergence degree in the sub-scanning direction is high.
In this case, the main scanning direction only drives a plurality of elements simultaneously,
Ink droplets fly without delay and focusing
Therefore, there is no need to provide a delay time. FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
And the lens member 18 connects the common electrode 14
FIG. 1 and FIG.
The same as the head part of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view of a head unit. Also in this case the piezoelectric
12 so as to cover the exposed surface of
1b is provided. FIG. 4 shows that the common electrode 14 is the length of the individual electrode 13.
1 and 2 except that it is formed with a width equivalent to that of FIG.
A head similar to the head of the inkjet recording device
It is shown. In this case, the sound insulating members 21a, 21b
Is formed so as to cover at least the end of the common electrode 14.
Have been. Thus, the common electrode 14 is
By forming it with the same width as the length, the ultrasonic oscillation area
The area can be expanded. It should be noted that, in FIGS.
At least one of the ink liquid holding chambers 1a and 21b.
It is also possible to configure the side wall surrounding the ink liquid 20 of FIG.
You. FIG. 5 shows that the sound insulation members 21a and 21b are
The same material as above, but the thickness is
Also have a large thickness (for example, a thickness greater than 60 μm).
1 and FIG. 2 except that
Similar to the head part of the inkjet recording device shown
It shows a head section. FIG. 3 shows the configuration in FIG.
The lens members of the arrangement shown have the common electrode at both ends.
It may be formed beyond. FIG. 6 shows the sound insulating member 21.
a and 21b were formed in the form shown in FIG.
4 similar to the head of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
FIG. FIG. 7 shows the sound insulating members 21a and 21b
The surface of the lens member is roughened (reference numerals 211a and 2a, respectively).
11b) except for the configuration shown in FIG.
Head similar to the head part of the inkjet recording apparatus shown
It shows a part. FIG. 3 shows the configuration in FIG.
The lens members of the arrangement shown have the common electrode at both ends.
It may be formed beyond. FIG. 8 shows the sound insulating member 21.
a and 21b are the surface of the lens member as in the case of FIG.
Is roughened (represented by reference numerals 211a and 211b, respectively)
The ink jet recording apparatus shown in FIG.
5 shows a head unit similar to the head unit of the device. FIGS. 9 and 10 show still another embodiment of the present invention.
An inkjet recording apparatus according to an embodiment of the present invention is shown,
FIG. 10 shows a piezoelectric element of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
Enlarge the area including the element and the ultrasonic focusing lens member.
FIG. 1 and FIG. 2,
The same reference numerals are used, and details thereof are shown in FIGS.
This is as described above. In this recording apparatus, FIG.
As shown, the length W of the common electrode 14 isEIs an individual
Length W of separate electrode 131Shorter than this common electrode
The length W3 'of the exposed end surface area of the piezoelectric body 12 and
And W4 'are longer than the length corresponding to the thickness of the piezoelectric body.
HavingThat is, the common electrode 14 is provided with a piezoelectric element arrangement.
Each end in a direction orthogonal to the column direction is a pair of individual electrodes 13.
Exceed the length corresponding to the thickness of the piezoelectric element from each corresponding end
It exists in the piezoelectric body surface area excluding the length.in this way
Then, without providing the sound insulating member, FIGS.
The same effect as the inkjet recording device described with respect to
Obtainable. Further, in the examples shown in FIGS. 9 and 10,
The lens members 18 of the individual electrodes are added to the grooves 18a to 18d.
Also, Fresnel's
Grooves 18e to 18j are formed based on the ring zone theory,
Effective lens area 18 of the closing member 18eff Width (effective lens
Aperture) is the sub-scanning direction of the individual electrode 13 and the common electrode 14
(In this case, the sub-scanning method of the common electrode 14)
Direction width) by a predetermined degree. More specifically, as shown in FIG.
1 and FIG.
The lens member 18 is formed as described in FIG.
And formed as described in FIG.
The groove extends beyond the area of the common electrode 14 as described above.
As a result, the effective lens aperture W of the lens member 18 is obtained.
L Is the width W of the common electrode 14 in the sub-scanning direction.E Greater than
Have been. In this case, as the effective lens aperture increases,
The degree is the thickness T of the piezoelectric body 12.P Also defined by
Turned out to be important. That is, the effective lens aperture
Diameter WE Is the above formula (1): WL ≧ WE + 2TP It is preferable to satisfy the relationship represented by This relationship is based on the pair formed on both surfaces of the piezoelectric body.
Effectiveness greater than the overlap width of the counter electrode in the sub-scanning direction
If Fresnel lens is formed with aperture
The effective lens area formed on the lens member is
Is formed larger than the overlap width of the counter electrode.
Stipulates how large it should be.
I can. The effective lens aperture has such a relationship.
And short-circuit prevention as described with reference to FIGS.
Stop and side lobe generation are more effectively achieved.
It is. FIG. 11 shows the lens member 18 as a sub-run of the common electrode 14.
The sub-scanning of the piezoelectric body 12 is larger than the width in the scanning direction.
Smaller than the width in the direction
9 and FIG. 10 except that the number of
Head similar to the head part of the inkjet recording apparatus shown
It is a schematic sectional drawing which shows a part. Also in this case, FIG.
The same effect as that shown in FIG. 4 is obtained. The embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Although described, the present invention is not limited to these.
No. For example, the length (width) of the individual electrode 13 is
The width in the sub-scanning direction is the same, and the width of the common electrode 14 is
If the width of the piezoelectric body 12 is smaller than the width in the sub-scanning direction,
In the above description, the individual electrodes 13 and the common electrodes 14
The same effect can be obtained even if the width relationship is reversed.
Needless to say. [0045] The present invention will be further described below with reference to examples. Examples 1-2 In the present embodiment, the ink jet printer having the structure shown in FIGS.
A jet recording device was prepared. The thickness of the piezoelectric body 12 is about 0.5 mm.
Using a lead titanate-based piezoelectric ceramic with a relative dielectric constant of 200
Was. Ti / A is formed on both surfaces of the piezoelectric body by sputtering.
u electrode layers each having a thickness of 0.05 μm and a thickness of 0.05 μm.
Formed to be 2 μm and apply an electric field of 3 kV / mm
Then, the polarization treatment of the piezoelectric body 12 was performed. Then, the piezoelectric body 1
Patterning the electrode layer on one side of
The width 60 of one piezoelectric element is μm, between individual electrodes.
The gap becomes 25 μm (the arrangement pitch of individual electrodes is 85 μm)
The individual electrode 13 was formed as described above. In addition, the auxiliary
The width in the scanning direction was 5 mm. On the other hand, Ti / A
The array electrode 15 of u was formed. Then, on the piezoelectric body 11
Of the individual electrodes 13 and the array electrodes 15 on the support member 11.
In a state where they are placed side by side, glue them with conductive epoxy resin.
Pressurization was performed so that the electrodes would conduct. Next, the piezoelectric body was polished to a thickness of 50 μm.
Then, the common electrode 14 made of aluminum is sputtered.
Thus, the thickness was formed to 0.3 μm. At this time,
The length of the electrode in the direction was 2.0 mm. Next, Fresnel which also serves as an acoustic matching layer
Epoxy resin and alumina are used to make the lens 18.
The speed of sound is 3 × 10 with the powder mixture.Three It will be near m / s
2.20 × 10Three kg / mThree ,
Sound speed 2.95 × 10Three An m / s mixture was obtained. This
Coated on the upper surface of the through electrode 14 and cured, the thickness is 45 μm
It was polished to become. After that, the focal length became 2.5 mm
Main scanning of a half-wavelength groove (approximately 30 μm)
The Fresnel lens 18 was formed parallel to the direction.
The width of the groove forming area (lens diameter) is the width of the common electrode (opposing
0.1mm wider than 2.0mm)
2.1mm (Example 1) and 0.2mm wider
It was 2.2 mm (Example 2). And ultrasonic emission
So that the distance between the firing surface and the ink liquid level is approximately 2.5 mm
An ink liquid holding chamber 19 is provided in the
The drive circuit 16 is installed in the ink jet printer according to the present invention.
We completed the recording system. Comparative Examples 1-2 Each lens aperture is 2.0 mm (same as the width of the piezoelectric body:
Except for Comparative Example 1) or 2.05 mm (Comparative Example 2)
Shows two types of ink jet recording in the same manner as in Example 1.
The device was made. The samples 4 prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2
An ink droplet flight experiment was performed using two recording devices. I
In the flight experiment of ink droplets, the driving frequency (50 MHz) and
And drive voltage (20V) are set to the same
The application time of the dynamic burst signal is used as the evaluation criterion for the flight efficiency.
Was. The minimum required for obtaining a stable ink droplet flight
FIG. 12 shows the application time of the boost. In FIG. 12, point a
Represents the result of Example 1, point b represents the result of Example 2, and point c represents the result of Example 2.
Indicates the result of Comparative Example 1, and point d indicates the result of Comparative Example 2. As shown in FIG. 12, the overlapping width of the counter electrode
If the width of the effective lens area is larger than
By satisfying the relationship of (1) (Example 1 and
2) less berth than at other times (Comparative Example 2)
In this way, stable ink droplet flight is possible with the
It can be seen that constant ink droplet flight can be achieved with high efficiency.
Call The overlap width of the counter electrode and the width of the effective lens area are the same
(Comparative Example 1), it is larger than the overlapping width of the counter electrode.
When the width of the effective lens area is increased (Examples 1 and 2
The flying efficiency of ink droplets is much lower than in Comparative Example 2)
I understand that. [0053] As described above, according to the present invention, the super
Suppresses the generation of sound waves that interfere with sound wave focusing, making it more effective
Ink droplets can be ejected to the recording speed
Inkjet printing that can achieve high speed and low power consumption
A recording device is provided. Inkjet recording device of the present invention
Then, a short circuit between the opposing electrodes can be prevented.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明によるインクジェット記録装置のヘッド
部の斜視図。 【図2】図1に示すインクジェット記録装置のヘッド部
の圧電体および超音波集束レンズ部材を含む領域の拡大
概略断面図。 【図3】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。 【図4】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。 【図5】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。 【図6】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。 【図7】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。 【図8】本発明による他のインクジェット記録装置のヘ
ッド部の斜視図。 【図9】本発明によるさらに他のインクジェット記録装
置のヘッド部の斜視図。 【図10】図9に示すインクジェット記録装置のヘッド
部の圧電体および超音波集束レンズ部材を含む領域の拡
大概略断面図。 【図11】本発明によるさらに他のインクジェット記録
装置のヘッド部の概略断面図。 【図12】本発明による実施例の結果を比較例の結果と
ともに示すグラフ図。 【符号の説明】 11…支持部材 12…圧電素子 13…個別電極 14…共通電極 15…アレイ電極 16…駆動回路 18…超音波集束レンズ部材 19…インク液保持室 19a…スリット 20…インク液
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a head section of an ink jet recording apparatus according to the present invention. FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of a region including a piezoelectric body and an ultrasonic focusing lens member of a head unit of the ink jet recording apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view of a head section of another inkjet recording apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a perspective view of a head section of another inkjet recording apparatus according to the present invention. FIG. 5 is a perspective view of a head section of another inkjet recording apparatus according to the present invention. FIG. 6 is a perspective view of a head section of another inkjet recording apparatus according to the present invention. FIG. 7 is a perspective view of a head section of another inkjet recording apparatus according to the present invention. FIG. 8 is a perspective view of a head section of another ink jet recording apparatus according to the present invention. FIG. 9 is a perspective view of a head section of still another inkjet recording apparatus according to the present invention. 10 is an enlarged schematic cross-sectional view of a region including a piezoelectric body and an ultrasonic focusing lens member of a head unit of the ink jet recording apparatus shown in FIG. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a head section of still another inkjet recording apparatus according to the present invention. FIG. 12 is a graph showing the results of an example according to the present invention together with the results of a comparative example. DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Support member 12 ... Piezoelectric element 13 ... Individual electrode 14 ... Common electrode 15 ... Array electrode 16 ... Drive circuit 18 ... Ultrasonic focusing lens member 19 ... Ink liquid holding chamber 19a ... Slit 20 ... Ink liquid

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 健一 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 (72)発明者 山本 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 (56)参考文献 特開 平5−38809(JP,A) 特開 平7−137250(JP,A) 特開 平8−238765(JP,A) 特開 平9−94957(JP,A) 特開 昭63−166547(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/015 B41J 2/045 B41J 2/055 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Kenichi Mori 1st Toshiba-cho, Komukai, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba R & D Center (72) Inventor Hitoshi Yagi Toshiba-cho, Koyuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 Toshiba R & D Center Co., Ltd. (72) Inventor Noriko Yamamoto No. 1 Komukai Toshiba Town, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba R & D Center Co., Ltd. (56) References JP-A-7-137250 (JP, A) JP-A-8-238765 (JP, A) JP-A-9-94957 (JP, A) JP-A-63-166547 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/015 B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】インク液を保持するインク液保持室と、そ
れぞれ圧電体およびこの圧電体の両面に対向して配置さ
れた一対の第1および第2の電極からなる複数の圧電素
子を含み、前記インク液と音響的に接続される超音波発
生手段と、前記超音波発生手段を駆動する駆動手段と、
前記超音波発生手段上に形成され、前記超音波発生手段
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
させる超音波集束レンズ部材を含む超音波集束手段とを
具備するインクジェット記録装置において、 前記一対の電極のうち、第1の電極は、圧電素子の配列
方向と直交する方向における各端が第2の電極の対応す
る各端から前記圧電素子の厚さに相当する長さを超える
長さ分を除いた圧電体表面領域に存在し、および前記超
音波集束レンズ部材の有効レンズ口径WL と、前記圧電
体の厚さTP と、前記圧電素子の配列方向と直交する方
向における前記一対の電極の重なり幅WE が、下記式 WL ≧WE +2TP (1) で示される関係を満足することを特徴とするインクジェ
ット記録装置。
(57) Claims: 1. An ink liquid holding chamber for holding an ink liquid, a piezoelectric body, and a pair of first and second electrodes disposed opposite to both surfaces of the piezoelectric body, respectively. Including a plurality of piezoelectric elements consisting of, ultrasonic generating means acoustically connected to the ink liquid, driving means for driving the ultrasonic generating means,
An ink jet recording apparatus comprising: an ultrasonic focusing unit including an ultrasonic focusing lens member formed on the ultrasonic generating unit and focusing an ultrasonic wave generated by the ultrasonic generating unit near a surface of the ink liquid. In the pair of electrodes, the first electrode has a length corresponding to a thickness of the piezoelectric element from a corresponding end of the second electrode at each end in a direction orthogonal to the arrangement direction of the piezoelectric elements. present on the piezoelectric surface area excluding the length components outside, and said an effective lens aperture W L of the ultrasound focusing lens member, and the thickness T P of the piezoelectric body, a direction orthogonal to the array direction of the piezoelectric element overlapping width W E of the pair of electrodes in the ink jet recording apparatus that satisfies the relationship represented by the following formula W L ≧ W E + 2T P (1).
JP25573097A 1997-09-19 1997-09-19 Ink jet recording device Expired - Fee Related JP3486080B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25573097A JP3486080B2 (en) 1997-09-19 1997-09-19 Ink jet recording device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25573097A JP3486080B2 (en) 1997-09-19 1997-09-19 Ink jet recording device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1191095A JPH1191095A (en) 1999-04-06
JP3486080B2 true JP3486080B2 (en) 2004-01-13

Family

ID=17282844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25573097A Expired - Fee Related JP3486080B2 (en) 1997-09-19 1997-09-19 Ink jet recording device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3486080B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1191095A (en) 1999-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5511296A (en) Method for making integrated matching layer for ultrasonic transducers
JP4805254B2 (en) Arrayed ultrasonic transducer
JP3413048B2 (en) Ink jet recording device
JP2939504B2 (en) Ink jet recording apparatus and ink jet recording method
JP3486080B2 (en) Ink jet recording device
JP2003309302A (en) Piezoelectric film type element structure, liquid injection head, and their manufacturing method
JPH10250110A (en) Ink jet recording apparatus
JP3519535B2 (en) Ink jet recording device
JP3425292B2 (en) Ink jet recording device
JP3488639B2 (en) Ink jet recording device
JP3450703B2 (en) Ink jet recording device
JP3720958B2 (en) Inkjet recording device
JP2000079688A (en) Ink jet recorder
JPH1177995A (en) Ink jet recording device
JP3469036B2 (en) Ink jet recording device
JPH10250108A (en) Ink jet recording apparatus
JP2005286444A (en) Ultrasonic transducer
JPH02220600A (en) Ultrasonic wave vibrator and its manufacture
JP3512605B2 (en) Ink jet recording device
JPH1086406A (en) Ink jet recording device
JPH0939224A (en) Ink jet recorder
JP3466829B2 (en) Ink jet recording device
JP3426954B2 (en) Ink jet recording device
JP3455415B2 (en) Ink jet recording device
JPH11151810A (en) Ink jet recording device

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 5

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081024

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081024

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091024

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 7

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101024

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111024

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 8

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111024

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 9

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121024

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 10

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131024

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131024

Year of fee payment: 10

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees