JP3512605B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、圧電素子か
ら放射される超音波ビームの圧力によりインク滴を吐出
させて被記録媒体上に飛翔させるタイプのインクジェッ
ト記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インク液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
録方法と比べて騒音が少なく、現像や定着等の処理が不
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（例え
ば特公昭５６−９４２９号公報、特公昭６１−５９９１
１号公報参照）、および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（例えば特公昭５３−１２
１３８号公報参照）が代表的なものである。これらの記
録ヘッドは、主に、キャリッジに搭載され、記録紙の搬
送方向に対して直交する方向への走査を繰り返すシリア
ル走査型のヘッドとして実用化されている。

【０００３】これに対し、記録ヘッドをキャリッジに搭
載する代わりに、紙の幅と同じサイズで記録ヘッドを作
製して可動部分を小型化し、記録速度を向上させるよう
にしたライン走査型の記録ヘッドも知られているが、そ
の作製は簡単ではない。すなわち、ライン走査方式で
は、溶媒の蒸発や揮発によって局部的なインクの濃縮が
生じやすく、それぞれの解像度に対応する個別のノズル
が細いので目詰まりしやすいという問題がある。特に、
蒸気の圧力を使う方式ではインクとの熱的あるいは化学
的な反応等による不溶物の付着が、また圧電体の変位に
よる圧力を使う方式ではインク流路等での複雑な構造
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記録ヘ
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の記録ヘ
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、ライン
走査方式は解像度の向上には適していない。すなわち、
蒸気の圧力を使う方法では直径２０μｍ（これは記録紙
上では直径５０数μｍ程度の記録ドットに相当する）以
下の粒径のインク滴を生成するのが難しく、また圧電体
の変位による圧力を使う方式ではその複雑な構造のため
に加工技術上の点で解像度の高いヘッドの作製が困難で
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、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）、米国特許第４，３
０８，５４７号明細書、米国特許第４，６９７，１９５
号明細書、米国特許第４，７５１，５２９号明細書、米
国特許第４，７５１，５３０号明細書、米国特許第５，
０４１，８４９号明細書、特開昭６２−６６９４３号公
報、特開昭６３一１６２２５３号公報、特開昭６３−１
６６５４５号、特開昭６３−１６６５４６号、特開昭６
３−１６６５４８号、特開昭６３−３１２１５７号公
報、特開平２−１８４４４３号公報、特開平３−２００
１９９号公報、特開平４−２９６５６２号公報、特開平
４−２９６５６３号公報、特開平４−３５６３２８号公
報、特開平５−２７８２１８号公報等参照）。この超音
波方式は、個別のドット毎のノズルやインク流路の隔壁
を必要としないノズルレスの方式であるために、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の防止
と復旧に対して有効な構造を持っている。また、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、記録ドットの
高密度化を容易にするために、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
起して、インク液面近傍の一点に集中させるセクタ電子
走査方式も提案されている（特開平２−１８４４４３号
公報参照）。しかし、これらの方式では、制御方法が複
雑であり、画像記録速度を向上させることが困難であ
る。

【０００５】このような問題に対し、平板状圧電体に形
成された圧電素子アレイのうちの一部の圧電素子を同時
駆動グループとして選択して同時に駆動することによっ
てインク滴１つを飛翔させ、その同時駆動グループの位
置を順次電子スイッチの切り替えによりずらしてインク
滴の飛翔位置を移動させるリニア（ライン）電子走査方
式が提案されている。この方式では、記録速度の向上は
達成されるものの、幅の広い被記録媒体と同じ幅（例え
ば、Ａ４横サイズの記録紙の場合の２１ｃｍ、あるいは
Ａ３サイズ等それ以上の幅）の長尺の圧電素子アレイを
有する記録ヘッドを作製することは困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、幅
の広い被記録媒体への記録を可能とする、リニア電子走
査方式に基づくインクジェット記録装置を提供すること
を課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上にも述べたように、ラ
イン電子走査方式の記録ヘッドでは、Ａ４サイズあるい
はそれ以上の例えばＡ３サイズの長尺圧電素子アレイを
１つの平板状圧電体を用いて作製することは困難であ
る。そこで、本発明者らは、平板状圧電体を用いて形成
された圧電素子アレイ（圧電素子アレイユニット）を複
数個組合わせて長尺の記録ヘッドを作製することを検討
した。その結果、複数の圧電素子アレイユニットを配置
する場合、同時駆動グループの圧電素子の数より１少な
い数以上の圧電素子がアレイ方向に対して互いに重なる
ようにそれぞれの端部がその側面を対向させて（すなわ
ち、圧電素子アレイユニットを千鳥状の位置関係で）一
次元的に配置してそれら複数の圧電素子アレイユニット
を配置することにより、記録ヘッドを長尺化し、しかも
インク滴を安定かつ効率的に飛翔させることができるこ
とを見い出した。

【０００８】

【０００９】しかしながら、このように圧電素子アレイ
構体を千鳥状に配置する場合、隣接する圧電素子アレイ
ユニットの圧電素子同士の位置合せが比較的困難であ
り、圧電素子アレイユニットにおける配列方向（主走査
方向）と直交する方向（副走査方向）における超音波ビ
ームの集束を制御することも比較的困難である。

【００１０】そこで、本発明者らは、さらに、複数の圧
電素子アレイユニットを組合わせる方法として、複数の
圧電素子アレイユニットをそれらの端面同士が対向する
ように直線状に配置することを検討した。この場合、２
つの圧電素子アレイユニットの対向端面（両圧電素子ア
レイユニットの境界部）直近の圧電素子の特性、特に片
側の圧電素子アレイユニットに圧電素子がなく、放射さ
れる超音波の強度が変わったり、あるいは振動モードが
変わり、また、相隣る２つの圧電素子アレイユニット間
にわずかな間隙が存在することや、あるいは圧電素子ア
レイユニット同士が対向端面で互いに接触している場合
に、隣の圧電素子アレイユニットの振動の影響で他方の
圧電素子アレイユニットの振動モードが変化し、周期的
な濃度むらや画素の位置ずれが画像に現れることがわか
った。本発明者らは、駆動回路で駆動信号を制御し、相
隣る圧電素子アレイユニットの境界部直近において特性
の異なる圧電素子を非駆動状態に設定し、同時に、１滴
の吐出に必要な同時駆動グループの圧電素子のアレイ方
向の中心に対して当該非駆動圧電素子とは対称位置にあ
る圧電素子をも非駆動状態に設定することにより、対向
端面直近の圧電素子からの超音波をインク滴の飛翔には
関与させず、もってインク滴の大きさや飛翔位置のばら
つきがなく安定な記録画像が得られることを見い出し
た。

【００１１】すなわち、本発明は、第１に、それぞれ複
数の圧電素子をアレイ状に配列した複数の圧電素子アレ
イユニットを相隣る圧電素子アレイユニットの端面が対
向するように圧電素子の配列方向に配置してなるアレイ
構体を含む超音波発生手段と、前記圧電素子の配列方向
に延び前記複数の圧電素子アレイユニットで共通とした
スリット状の開口部を上部に有し、前記超音波発生手段
と音響的に接続されたインク液を保持するインク液保持
室と、前記超音波発生手段から発生された超音波ビーム
を前記インク液の液面近傍に集束させるように、前記圧
電素子アレイ構体の圧電素子のうち所定数の圧電素子を
同時駆動グループとして順次選択して駆動する駆動信号
を圧電素子に供給する駆動手段を含み、前記駆動手段
は、前記圧電素子アレイユニットの境界部直近の圧電素
子が前記同時駆動グループに含まれたとき、当該圧電素
子を非駆動状態に設定するとともに、当該同時駆動グル
ープの領域のアレイ方向の中心に対して当該圧電素子と
アレイ方向において対称位置にある圧電素子をも同時に
非駆動状態に設定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。

【００１２】この場合、同時駆動グループが接合部直近
の圧電素子を含む場合の駆動において、通常の駆動より
駆動素子数が減少するため、インク滴の飛翔エネルギー
が減少し、インク滴が飛翔するエネルギー限界値以下に
なったときにもインク滴が飛翔しなくなる場合がある。
そのような場合は、さらに駆動手段で駆動信号を制御
し、超音波の発生を停止させた素子数以上、同時駆動素
子を圧電素子群の両側に追加し、同様の駆動（特に、フ
レネル駆動）を行うことにより、減少した飛翔エネルギ
ーを補い、安定にインク滴を飛翔させることができるこ
とがわかった。あるいは、超音波の発生を停止させた素
子以外の駆動素子に印加する駆動信号の変調（具体的に
は、駆動電圧の増大、または駆動信号の印加時間の延
長、あるいはその両者）を行うことにより、減少した飛
翔エネルギーを補完し、安定なインク滴を飛翔させるこ
とができる。

【００１３】すなわち、本発明は、それぞれ複数の圧電
素子をアレイ状に配列した複数の圧電素子アレイユニッ
トを相隣る圧電素子アレイユニットの端面が対向するよ
うに圧電素子の配列方向に配置してなるアレイ構体を含
む超音波発生手段と、前記圧電素子の配列方向に延び前
記複数の圧電素子アレイユニットで共通としたスリット
状の開口部を上部に有し、前記超音波発生手段と音響的
に接続されたインク液を保持するインク液保持室と、前
記超音波発生手段から発生された超音波ビームを前記イ
ンク液の液面近傍に集束させるように、前記圧電素子ア
レイ構体の圧電素子のうち所定数の圧電素子を同時駆動
グループとして順次選択して駆動する駆動信号を圧電素
子に供給する駆動手段を含み、前記駆動手段は、前記圧
電素子アレイユニットの境界部直近の圧電素子が前記同
時駆動グループに含まれたとき、当該圧電素子を非駆動
状態に設定するとともに、当該同時駆動グループの領域
のアレイ方向の中心に対して当該圧電素子とアレイ方向
において対称位置にある圧電素子をも同時に非駆動状態
に設定し、かつ非駆動状態に設定した圧電素子の合計数
に相当する数の圧電素子を当該同時駆動グループ外の両
側でその近傍に位置する圧電素子から選択して同時駆動
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。

【００１４】さらに、本発明は、それぞれ複数の圧電素
子をアレイ状に配列した複数の圧電素子アレイユニット
を相隣る圧電素子アレイユニットの端面が対向するよう
に圧電素子の配列方向に配置してなるアレイ構体を含む
超音波発生手段と、前記圧電素子の配列方向に延び前記
複数の圧電素子アレイユニットで共通としたスリット状
の開口部を上部に有し、前記超音波発生手段と音響的に
接続されたインク液を保持するインク液保持室と、前記
超音波発生手段から発生された超音波ビームを前記イン
ク液の液面近傍に集束させるように、前記圧電素子アレ
イ構体の圧電素子のうち所定数の圧電素子を同時駆動グ
ループとして順次選択して駆動する駆動信号を圧電素子
に供給する駆動手段を含み、前記駆動手段は、前記圧電
素子アレイユニットの境界部直近の圧電素子が前記同時
駆動グループに含まれたとき、当該圧電素子を非駆動状
態に設定するとともに、当該同時駆動グループの領域の
アレイ方向の中心に対して当該圧電素子とアレイ方向に
おいて対称位置にある圧電素子をも同時に非駆動状態に
設定し、かつ当該同時駆動グループの非駆動状態に設定
された圧電素子以外の圧電素子へ変調された駆動信号を
印加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。

【００１５】

【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が、全図にわたり、同一部材、箇所
等は、同一符号で表示されている。図１は、本発明にお
いて利用し得る１つの圧電素子アレイユニットを備えた
インクジェット記録装置のヘッド部の斜視図である。図
１に示すヘッド部１０は、ガラス板等の支持基板１１の
上面に圧電素子アレイユニットを有する。圧電素子アレ
イユニットは、長尺の一様な厚さの板状の圧電体１２
と、その両面にそれぞれ形成された、複数のストライプ
状個別電極１３および共通電極１４とを有する。

【００１６】共通電極１４は、圧電体１２の上面に、副
走査方向は音響レンズ１５の口径と同等の幅をもって、
そのほぼ全面に渡って形成されている。他方、ストライ
プ状個別電極１３は、それぞれ、圧電体１２の幅と同等
の長さを有し、一定のピッチで圧電体１２の長手方向に
配置されている。

【００１７】個別電極１３および共通電極１４は、チタ
ン、ニッケル、アルミニウム、銅、金等を蒸着やスパッ
タにより薄膜として形成することができるし、めっき法
によっても形成することができる。あるいは、これら電
極１３、１４は、ガラスフリットを混合した銀ぺースト
をスクリーン印刷により塗布して焼結する焼き付け法に
より形成することもできる。

【００１８】共通電極１４と対向する各個別電極１３と
により、圧電体１２は機能的に複数の圧電素子に区分さ
れ、一次元的に配列された圧電素子アレイを構成する
（以下、各圧電素子を符号Ｔ（ｎ）：ｎは自然数）で表
示することがある）。

【００１９】圧電体１２の上面には、共通電極１４を介
して音響レンズ１５が形成されている。ここでは、音響
レンズ１５は、レンズ部材層１５１にフレネル輪帯理論
に基づく複数の溝（図１においては、６つの溝１５ａ〜
１５ｆ）を圧電素子の配列方向（主走査方向）に平行に
形成してなるフレネルレンズである。フレネル溝１５ａ
〜１５ｆのそれぞれの間隔ｒｉおよび深さでは、それぞ
れ、下記式（１）および（２）により与えられる。

【００２０】

【数１】 （これら式において、ｒｉは、フレネルレンズの開口中
心からの距離、λｗはインク液中の超音波の波長、Ｆ
は、焦点距離、λＩはフレネルレンズ中での超音波の波
長である）。

【００２１】レンズ部材層１５１は、これを圧電体１２
の音響インピーダンスと、インク液１９の音響インピー
ダンスとの積の平方根に近い音響インピーダンス値を有
する材料で、例えば、ガラス、エポキシ樹脂等の樹脂、
あるいはアルミナ粉末等を分散させた樹脂（例えば、エ
ポキシ樹脂）で形成することにより、音響マッチング層
としても機能し得る。

【００２２】音響レンズ１５は、主走査方向と直交する
方向において超音波を集束させる機能を有する。支持基
板１１上には、圧電素子アレイ構体およびフレネルレン
ズ１５を囲んで周囲壁１６が立設されており、主走査方
向に平行に形成されたスリット１８を有する蓋板１７が
設置されている。フレネルレンズ１５の上面、周囲壁１
６および蓋板１７で規定されるインク液保持室１９内に
は、インク液２０が収容されている。インク液２０は、
スリット１８の幅の中央部から滴として吐出する。この
スリット１８はインク液を保持するものであり、その位
置一定に保たれることが必要であるから、蓋板１７は、
例えばステンレス、アルミニウム、シリコン、銅、ガラ
ス等、比較的剛直な材料で形成することが好ましい。な
お、インク液保持室１９の内側の形状は、超音波ビーム
を阻害しない形状であれば特に限定されない。

【００２３】さらに、支持基板１１の一端部側には、圧
電体層１２の下面に形成された個別電極１３と同じ間隔
で複数の個別アレイ電極２１が形成されており、この支
持基板１１上の各アレイ電極２１と圧電体１２下面上の
各個別電極１３とは、図示しない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。支持基板
１１上のアレイ電極２１は、支持基板１１の端部上に配
置された、ＩＣ化された駆動回路２２にボンディングワ
イヤ２３によって接続され、圧電体層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２２に接続されている。

【００２４】超音波の集束は、主走査方向と直交する副
走査方向においては、既述のように音響レンズ１５で行
い、アレイ方向である主走査方向には、同時駆動させる
ものとして選択した複数の連続した圧電素子（同時駆動
グループ）から発生される超音波の位相がインク液面で
同位相となるようなタイミングで圧電素子を駆動して超
音波を集束し、インク滴をインク液面から飛翔させる。
この主走査方向の集束は、駆動回路２２によって、記録
すべき画像データに応じて同時駆動グループを選択して
駆動することによって行う。

【００２５】より具体的には、選択した同時駆動グルー
プの圧電素子に対してフレネル輪帯理論に基づいて所定
の遅延時間差（位相差）を持たせた高周波の駆動信号を
供給して同時に駆動（フレネル駆動）することによっ
て、同時駆動グループの圧電素子から放射される超音波
ビームを主走査方向に集束させる。そして、このように
同時に駆動される圧電素子の位置を圧電素子１個分ずつ
ずらせて同時駆動を繰り返し行うことにより、集束させ
る超音波ビームの放射方向を主走査方向にリニアに移動
させる。この場合、同時駆動グループを複数個設定する
ことにより、インク滴を同時に複数箇所に超音波ビーム
を集束させることもできる。こうして圧電素子アレイユ
ニットから放射され、主走査方向に集束された超音波ビ
ームは、さらに、音響レンズ１５により主走査方向と直
交する方向（副走査方向）にも集束され、最終的にイン
ク液の液面の所定の位置に集束する。このようにして、
インク液面に集束された超音波ビームにより発生した圧
力（放射圧）によって、インク液面に円錐状のメニスカ
スが成長し、やがてメニスカスの先端からインク滴が吐
出する。吐出したインク滴は、図示しない被記録媒体上
に飛翔して付着し、乾燥して定着されることにより、画
像記録が行われる。

【００２６】ここで、飛翔するインク滴の大きさを決定
するパラメータの１つとして超音波の周波数がある。各
圧電素子は、駆動回路２２から両電極１３、１４を介し
て圧電体１２に電圧を印加して圧電体１２をその厚さ方
向に共振させることによって超音波を発生する。従っ
て、超音波の周波数は、圧電体１２の厚さにより決定さ
れる。この厚さは、超音波の周波数に反比例するので、
薄いものほど、超音波の周波数は高くなる。すなわち、
解像度の高いプリンタほど超音波を高周波にする必要が
あるが、圧電体１２の種類と形成法もそれに応じて選択
される。

【００２７】圧電体１２は、この解像度で決まる厚さの
他に、電気入力と超音波出力の変換効率を表す電気機械
結合係数と、駆動回路２２との電気的整合に影響する誘
電率を主な条件としてその材料が選択される。通常、ジ
ルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミック圧電材料
や、フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとの共重合体
などの高分子圧電材料、ニオブ酸リチウムなどの単結晶
圧電材料、酸化亜鉛等の圧電性半導体等が用いられる。
具体的には、解像度が６００ｄｐｉ（dots perinch ）
以下のプリンタにはＰＺＴが、それを超える解像度（周
波数）のものには、ＺｎＯが、圧電体層１２の形成の容
易性と性能面から優れている。また、ＰＺＴ等のバルク
状の圧電材料を研磨して圧電体層１２として用いるとき
は、共通電極１４と音響レンズ１５とは、接着により接
合される。このようにＰＺＴ等を接着により音響レンズ
１５に接合する場合には、レンズ材の加工性と圧電体層
１２のインク液１５との音響的マッチングを考慮すれば
よいが、ＺｎＯ等をスパッタ法等で堆積して圧電体１２
を形成する場合には、それに加えてスパッタ時の温度や
圧電体の配向性等を考慮する必要がある。

【００２８】図７に、一例として、上記フレネル駆動に
おいて、１滴のインク滴を飛翔させた場合における、複
数の圧電素子（図７中、６個の圧電素子Ｔ（４）〜Ｔ
（９）からなる同時駆動グループから発生した超音波の
集束状態（破線で示す）とインク液２０の液面２０ａか
ら吐出するインク滴７１の飛翔位置の関係を示す。図７
に示すように、同時駆動グループの圧電素子Ｔ（４）〜
Ｔ（９）をフレネル駆動することにより、１回の駆動で
一部分からインク滴が吐出する駆動方法においては、イ
ンク滴７１はその同時駆動圧電素子Ｔ（４）〜Ｔ（９）
の領域のアレイ方向の中心付近から吐出する。また同時
駆動グループを同時に複数選択し１回の駆動で複数の場
所からインク滴を吐出させることもできる。いずれの場
合にも、インク滴の吐出位置は同時駆動グループに属す
る圧電素子全体の領域の幅よりも内側である。また、圧
電素子アレイユニットの端部に存在する圧電素子はその
特性が他の圧電素子とは異なる可能性が高いために、使
用しない方が望ましい。このような理由により、圧電素
子アレイユニットからインクが吐出する位置は、圧電素
子アレイユニット全体のアレイ方向の長さよりも主に内
側の範囲である。

【００２９】図２は、それぞれフレネルレンズを備えた
図１に関して説明した圧電素子アレイユニット２個（３
０Ａおよび３０Ｂ）を千鳥状に配置した構成された圧電
素子アレイ構体３０を参考例として示す斜視図である
（図２において、図１で用いた符号に、圧電素子アレイ
ユニットＡに関しては「Ａ」を、圧電素子アレイユニッ
トＢに関しては「Ｂ」を添えてある）。圧電素子アレイ
ユニット３０Ａと３０Ｂとは、同時駆動する圧電素子数
より１少ない数以上の圧電素子がアレイ方向に対して互
いに重なるように、それらの側面が対向するように一次
元的に（同一平面内に）配置されている。圧電素子アレ
イユニット３０Ａおよび３０Ｂは、同程度の大きさのイ
ンク滴が主走査方向に対して同じ間隔に形成できるもの
であるが、これらの圧電素子ユニットの主走査方向の長
さは、必ずしも等しくなくてもよい。

【００３０】次に、図２の形態において２つの圧電素子
アレイユニット３０Ａ、３０Ｂが配置される位置関係の
具体的な例を図３および図４を参照して説明する。図３
は、２つの圧電素子アレイユニット３０Ａおよび３０Ｂ
の第１の位置関係を示す。図３は個別電極とそれに対応
するインク滴の吐出位置を水平方向から見た図である。
なお、図３において、インク液面は省略してあり、また
位置関係をわかりやすくするよう、圧電素子アレイユニ
ット３０Ａおよび３０Ｂは、離間して示し、圧電素子ア
レイユニット３０Ａの圧電素子を符号ＡＴ（ｎ）で、圧
電素子アレイユニット３０Ａの圧電素子を符号ＢＴ
（ｎ）（ｎ＝１、２、…）で表示する。

【００３１】ここで、圧電素子アレイユニット３０Ａお
よび３０Ｂは同じ材料、構成、サイズのものを用いると
する。これらの圧電素子アレイユニットそれぞれにおけ
る圧電素子の間隔は、一定であり、これをｄで表示す
る。この例では、ｘ個（図中、５個）の隣接圧電素子を
同時に駆動することによって同時駆動グループのほぼ中
央の１個所からインク滴が吐出するものである。この同
時駆動グループを例えば圧電素子１個ずつずらして順次
駆動することにより、主走査方向に沿ってインク滴を飛
翔させることができる。このとき、主走査方向に対する
インク滴の最小間隔（最小走査ピッチ）は、圧電素子の
間隔ｄと等しい。よって、圧電素子アレイユニット３０
Ａと３０Ｂとの境界となるインク滴の間隔が、単一の圧
電素子アレイユニットによる最小走査ピッチであるなら
ば、被記録媒体（図示せず）上において一様なライン描
画ができる。従って、圧電素子アレイユニット３０Ａお
よび３０Ｂは、図３に示すように、各圧電素子アレイに
おける同時駆動素子数ｎ未満より１少ない数以上の数ｙ
（図３の例では、（ｙ＝ｘ−１＝５−１＝４個）の圧電
素子がアレイ方向に対して重なるよう配置すればよい。
図３に示す例では、重なり合う圧電素子ＡＴ（ｎ−３）
〜ＡＴ（ｎ）および対応するＢＴ（１）〜ＢＴ（４）と
は、それぞれその幅方向に完全に（１００％）互いに重
なり合っている。

【００３２】一方、副走査方向に対しては、圧電素子ア
レイユニット３０Ａおよび３０Ｂは、ずれた位置にある
が、駆動回路２２によって適当な遅延時間を与え、か
つ、被記録媒体を副走査方向に適宜動作させることによ
り、被記録媒体上において一様なラインを形成すること
ができる。

【００３３】図４に、２つの圧電素子アレイユニットと
の第２の位置関係について示す。この最小走査ピッチｄ
は同時駆動圧電素子の数と同時駆動圧電素子に印加する
駆動信号を制御することにより、個々の圧電素子のアレ
イ方向の幅よりも狭くすることが可能である。圧電素子
の配列間隔をｄとすると、最近接するインク滴の間隔は
特願平７−４５６６１号に開示した駆動方法により、ｄ
／２とすることができる。いま、圧電素子アレイはｘ個
（図４中、ＡＴ（ｎ−５）〜ＡＴ（ｎ−１）またはＢＴ
（２）〜ＢＴ（６）の５個）の同時駆動圧電素子で１つ
のインク滴を形成でき、その最近接のインク滴を、（ｘ
＋１）個（図４中、ＡＴ（ｎ−６）〜ＡＴ（ｎ−１）ま
たはＢＴ（２）〜ＢＴ（７）の６個）の同時駆動圧電素
子で形成できる形態のものとする。この場合、圧電素子
アレイユニット３０Ａおよび３０Ｂにおける各重なり圧
電素子の重なり程度は、図３の場合と同じであっても、
また、図４のように５０％であってもよい。この場合に
おいても重なり合う圧電素子数ｙは、［同時駆動する圧
電素子数（ｘ）−１］以上である。

【００３４】以上図２〜図４に示す参考例においては、
圧電素子アレイユニット３０Ａおよび３０Ｂは、別体の
独立したユニットとして形成されているが、例えば共通
電極は、両者に共通していてもよい。また、図２におい
て圧電素子アレイユニットは近接した平行な位置関係に
描いてあるが、実装上の問題等により、さらに離れた位
置であってもよく、あるいはインク滴の間隔を一定に保
てるならば平行な位置関係でなくてもよい。また、上述
の例ではｘ個の圧電素子からなる同時駆動グループの１
回の駆動で一部分からインク滴が吐出する場合を示した
が、１回の駆動で複数の場所からインク滴が吐出する場
合においても実施可能であり、その場合は各対応する圧
電素子同士の重なりは、例えば３０％であってもよい。

【００３５】次に、図３、図４に示すような圧電素子ア
レイユニットの配列によって形成されるインク滴の飛翔
軌跡について説明する。図５に、圧電素子アレイユニッ
ト３０Ａおよび３０Ｂの上記駆動によって被記録媒体上
に飛翔されたインク滴の飛翔位置の軌跡の拡大模式図を
示す。ｄは最小走査ピッチである。被記録媒体は副走査
方向には動作させていないものとする。図５（ａ）に示
すように圧電素子アレイユニット３０Ａから吐出した最
も端のインク滴ＡＩ（ｎ）と、圧電素子アレイユニット
３０Ｂから吐出した最も端のインク滴ＢＩ（１）の間隔
はｄに等しい。なお、インク滴の間隔を所定の値で保つ
ことができるならば、図６（ｂ）に示すように、インク
滴の位置が重複していてもかまわない。この場合、各圧
電素子アレイユニットにおける圧電素子同士が重なる数
は図６（ａ）の場合よりも多い。

【００３６】次に、上記参考例に関わるインクジェット
記録装置のヘッド部のインク液保持室の構成について説
明する。インク液保持室は、図１に示したように、各圧
電素子アレイユニットに対して設けることができる。こ
の個別にインク液保持室を備えた構造を本発明に従って
配置することにより所望のインクジェット記録装置を得
ることができる。

【００３７】また、図６には、２つの圧電素子アレイユ
ニットからなる圧電素子アレイ構体を１つのインク液保
持室で囲包した構成のインクジェット記録装置の頂面が
示されている。蓋板１７には、２つの圧電素子アレイユ
ニットに対応して２つのスリット１８Ａおよび１８Ｂが
設けられている。スリット１８Ａ、１８Ｂの位置は圧電
素子アレイユニットの配置された位置関係に対応してい
る。このように圧電索子アレイユニットの数にかかわら
ず、１種類のインク液においてはインク液保持室は１つ
することにより、インク液補充の煩雑さを軽減すること
ができる。なお、スリット１８Ａおよび１８Ｂの長手方
向各両端部において、超音波ビームの集束が阻害されや
すいので、スリット１８Ａの長さ１８ＡＬは、圧電素子
アレイユニット３０Ａによって形成されるインク滴の吐
出範囲１８ＡＬ’より長くし、同様に、スリット１８Ｂ
の長さ１８ＢＬは、圧電素子アレイユニット３０Ａによ
って形成されるインク滴の吐出範囲１８ＢＬ’より長く
することが好ましい。

【００３８】なお、図２〜図４は、２つの圧電素子アレ
イユニットからなる圧電素子アレイ構体に関するもので
あるが、３つ以上の圧電素子アレイユニットを用いた場
合にもそれらを同様に配置することにより、さらに広い
幅の印字が可能なインクジェット記録装置を実現するこ
とができる。３つ以上の圧電素子アレイユニットを用い
る場合、インク滴の間隔を保つことができる配置であれ
ば、例えば互い違いの関係であっても、いわゆる階段状
であっても、またそれらが平行関係になくてもよい。

【００３９】次に、図２に示すような複数の圧電素子ア
レイユニットをアレイ方向のその端面同士が対向するよ
うに配置してなる圧電素子アレイ構体を有する本発明の
インクジェット記録装置を説明する。

【００４０】図８は、そのような２つの圧電素子アレイ
ユニット３０Ａおよび３０Ｂからなる圧電素子アレイ構
体を有するインクジェット記録装置のヘッド部の一例を
示す。

【００４１】このインクジェット記録装置のヘッド部
は、まず、支持基板１１の下面に、２つの圧電素子アレ
イユニット３０Ａおよび３０Ｂをそれらのアレイ方向端
面が対向するように整合して配置されている。共通電極
１４は、両圧電素子アレイユニットに共通する一体のも
のとして形成されている。図１に示す例では、両圧電素
子アレイユニット間に継ぎ目や狭い間隙ＧＰを含む境界
部が存在している。

【００４２】圧電素子アレイユニットに対応する支持基
板１１の上面領域には、音響レンズ８１が形成されてい
る。音響レンズ８１は、例えばガラス板等の支持基板１
１の上記上面領域を凹面に形成することによって形成す
ることができ、その場合、凹面音響レンズとして機能す
る。

【００４３】また、支持基板１１の上面には、支持基板
１１と同様の大きさの板状体８２が設けられている。こ
の板状体８２内には、凹面音響レンズ８１の凹面を底部
とするインク液保持室１９の側壁面を構成するように断
面が逆Ｖ字状の溝が圧電素子アレイユニットの長手（配
列）方向に沿って形成されている。インク液保持室１９
の側壁面を形成する逆Ｖ字状溝の両側面８３ａ、８３ｂ
は上方に向かって合わさるように傾斜し、その頂部は、
スリット状に開放し、スリット状開口１８を形成してい
る。インク液保持室１９内には、所定のインク液２０が
収容されている。

【００４４】さて、ガラス支持基板１１の下面には、圧
電素子アレイユニット３０Ａ、３０Ｂと対向する位置
に、駆動回路２２が設けられている。この駆動回路２２
はガラス支持基板１１の下面に形成された配線パターン
（図示せず）を介して共通電極１４と各個別電極１３と
に接続されている。

【００４５】図９は、圧電素子アレイユニット３０Ａお
よび３０Ｂを、本発明に従い、それらの端面同士が対向
するように整合させて配置した圧電素子アレイ構体を有
する以外は、図１に示すインクジェット記録装置と同様
の構成を有するインクジェット記録装置のヘッド部を示
す。圧電素子アレイユニット３０Ａおよび３０Ｂの共通
電極は、共通のものとして一体に設けられており、フレ
ネルレンズ１５も、圧電素子アレイ構体の全面にわたっ
て一体のものとして形成されている。なお、このヘッド
部において、インク液保持室１９を構成する周囲側壁
は、上に向って合一するように傾斜しており、蓋板１７
を設けることなく、頂部において、スリット１８を形成
している。また、支持基板１１には、溝１１ａが設けら
れているが、このように、圧電素子アレイユニットが直
接支持基板と接触しないことにより圧電素子アレイの裏
面側からの超音波の反射波は打ち消され、インク液中に
放射される超音波の音圧がより増大し、低い駆動電圧、
少ないバースト波数でインク滴を効率的に飛翔させるこ
とができる。

【００４６】図１０は、図８および図９に示したように
圧電素子アレイユニットをそのアレイ配列方向端面同士
が対向するように配置した圧電素子アレイ構体の駆動回
路２２による駆動方法を説明するための図である。

【００４７】圧電素子アレイユニット３０Ａの全圧電素
子素子数をＮ（図１０では、１２）、圧電素子アレイユ
ニット３０Ｂの全素子数をＭ（図１０では、１２）、通
常の同時駆動グループＳＤＧの圧電体素子数をｎ（図１
０では、９）としたとき、まず図１０（ａ）に示すよう
に、圧電素子アレイユニット３０Ａの１番目からｎ番目
までの圧電素子（図１０（ａ）では、個別電極１３Ａ
（１）〜１３Ａ（９）により規定される圧電素子ＡＴ
（１）〜ＡＴ（９）（図１０には、表示していない）を
１グループとし、所定の位相差で同時駆動することによ
ってインク滴が吐出する。そして、次に、図１０（ｂ）
に示すように、２番目から（ｎ＋１番）目の新たなｎ個
の圧電素子（図１０（ｂ）では、個別電極１３Ａ（２）
〜１３Ａ（１０）により規定される圧電素子ＡＴ（２）
〜ＡＴ（１０）を同様に所定の位相差で同時駆動する。
以後同様に同時駆動する圧電素子の位置を圧電素子１個
ずつずらせて同様の同時駆動を繰り返し行うことによ
り、集束される超音波ビームの放射方向を主走査方向に
リニアに移動させる。

【００４８】そして、図１０（ｃ）に示すように、同時
駆動グループＳＤＧに間隙ＧＰの直近（圧電素子アレイ
ユニット３０Ａの圧電素子ユニット３０Ｂとの対向端面
の直近）に位置する最端のＮ番目の圧電素子が含まれた
とき、駆動回路２２の制御によって、当該Ｎ番目の圧電
素子（図１０（ｃ）では、個別電極１３Ａ（１２）によ
って規定される圧電素子ＡＴ（１２））を、駆動信号の
停止、接地または直流電圧の印加により、非駆動状態に
設定し、超音波の発生を停止させる。同時に、同時駆動
グループＳＤＧのアレイ配列方向（主走査方向）の中心
（図１０（ｃ）では、個別電極１３Ａ（８）によって規
定される圧電素子ＡＴ（８））に対して当該Ｎ番目の圧
電素子と左右対称の位置にある圧電素子（図１０（ｃ）
では、個別電極１３Ａ（４）によって規定される圧電素
子ＡＴ（１４））も同様に非駆動状態に設定して超音波
の発生を停止させる。

【００４９】さらに、図１０（ｄ）に示すように、次の
同時駆動グループに圧電素子アレイ３０Ｂの１番目の圧
電素子（図１０（ｄ）では、個別電極１３Ｂ（１）によ
って規定される圧電素子ＢＴ（１）も含まれたとき、Ｎ
番目の圧電素子（ＡＴ（１２））と圧電素子アレイユニ
ット３０Ｂの１番目の圧電素子（ＢＴ（１））とを非駆
動状態に設定して、超音波の発生を停止させ、さらに同
時駆動グループＳＤＧの中心（圧電素子ＡＴ（９））に
対してこれら圧電素子（ＡＴ（１２）とＢＴ（１））と
左右対称の位置にある２つの圧電素子（ＡＴ（６）とＡ
Ｔ（５）をも非駆動状態に設定して超音波の発生を停止
させる。

【００５０】図１０（ｅ）は、圧電素子ＡＴ（１２）が
同時駆動グループの中心に位置するように同時駆動グル
ープＳＤＧが選択された場合を示す。この場合は、圧電
素子ＡＴ（１２）とＢＴ（１）とを非駆動状態に設定す
るとともに、圧電素子ＡＴ（１１）をも非駆動状態に設
定して超音波の発生を停止する。

【００５１】以後同様にして同時駆動グループＳＤＧの
位置をずらしながら、駆動を行う。以上の説明からわか
るように、同時駆動グループの圧電素子数が１つの圧電
素子アレイユニットの全圧電素子数より少なく、かつ奇
数である場合、圧電素子１個ずつずらして選択される同
時駆動グループＳＤＧに圧電素子アレイユニットの対向
端面直近の圧電素子が含まれる場合、非駆動状態に設定
する圧電素子の数は、２個→４個→４個→４個→３個→
３個→４個→４個→４個→２個のように順に変化する。
また、同様の場合であって、同時駆動グループの圧電素
子数が偶数の場合は、非駆動状態に設定する圧電素子の
数は、２個→４個→４個→４個→２個→４個→４個→４
個→２個のように順に変化する。

【００５２】このように、駆動回路２２の制御によっ
て、圧電素子アレイユニット同士の対向部における特性
の異なる圧電素子は超音波の発生を停止させてインク滴
の飛翔にはこの圧電素子を関与させないように設定する
とともに、同時にこの圧電素子と同時駆動グループの中
心に対して対称の位置にある圧電素子をも超音波の発生
を停止させることにより、音場を左右対称形にすること
ができる。それにより、複数の圧電素子アレイユニット
をアレイ配列方向に直線状に配置して長尺のアレイヘッ
ドを作製した場合に、圧電素子アレイユニット同士の間
に間隙等が存在していても、何等問題なく高画質の画像
を得ることができる。

【００５３】ところで、図１０に関して説明した駆動方
法では、同時駆動グループに継ぎ目直近の圧電素子が含
まれたとき、駆動回路２２の制御によって、同時駆動グ
ループにおいて所定の圧電素子を非駆動状態に設定して
いる。従って、同時駆動グループにおいて、超音波の発
生に関与する駆動圧電素子数が、通常の駆動モードのと
きよりも少なくなり、集束された超音波ビームの強度は
低下する。特に通常の同時駆動圧電体素子数ｎが小さい
ほど、非駆動状態の設定による影響は大きくなる。数ｎ
の選択によっては、超音波ビームの強度が、インク滴が
飛翔する限界強度以下になり、インク滴が飛翔しなくな
ることがある。また、超音波の発生を停止させる圧電素
子の位置が、インク液１滴の吐出に必要な同時駆動グル
ープの中央近傍に位置する場合においては、超音波強度
への影響がより大きくなり、インク滴が飛翔しなくなる
ことがある。これらの場合、駆動手段の制御によって、
同時駆動素子を同時駆動グループの両外側において追加
し、これら追加の圧電素子を同時にフレネル駆動させ
る。

【００５４】図１１は、このように圧電素子を追加して
駆動する場合を説明するものである。すなわち、図１０
に関して説明したように、同時駆動グループＳＤＧを順
次選択して駆動してゆき、図１０（ｃ）に対応する図１
１（１）に示すように、同時駆動グループＳＤＧに間隙
ＧＰの直近（圧電素子アレイユニット３０Ａの圧電素子
ユニット３０Ｂとの対向端面の直近）に位置する最端の
Ｎ番目の圧電素子が含まれたとき、図１０に関して説明
したように、駆動回路２２の制御によって、当該Ｎ番目
の圧電素子（図１１（１）では、個別電極１３Ａ（１
２）によって規定される圧電素子ＡＴ（１２））を非駆
動状態に設定し、超音波の発生を停止させる。同時に、
同時駆動グループＳＤＧの中心（図１１（１）では、個
別電極１３Ａ（８）によって規定される圧電素子ＡＴ
（８））に対して当該Ｎ番目の圧電素子と左右対称の位
置にある圧電素子（図１１（１）では、個別電極１３Ａ
（４）によって規定される圧電素子ＡＴ（４））も同様
に非駆動状態に設定して超音波の発生を停止させる。そ
して、このとき、通常の同時駆動グループＳＤＧの範囲
外の圧電素子から、非駆動状態に設定した圧電素子の数
以上の合計数の圧電素子を、通常の同時駆動グループＳ
ＤＧの圧電素子と連続するように、同時駆動グループの
両外側で同数となるように追加選択して、拡張同時駆動
グループＥＳＤＧとして当該追加圧電素子を同様にフレ
ネル駆動させる。より、具体的には、図１１（１）に示
すように、通常の同時駆動グループの圧電素子ＡＴ
（３）〜ＡＴ（１２）に対して、非駆動状態の圧電素子
の合計数（２）の圧電素子を当該同時グループの外側で
同数となるよう（両外側で１個ずつ）追加選択し（圧電
素子ＡＴ（２）とＢＴ（２）を追加選択）し、この追加
の圧電素子ＡＴ（２）とＢＴ（２）をも同時に通常の同
時駆動グループの駆動圧電素子と同時にフレネル駆動す
る。

【００５５】さらに、図１０（ｄ）に対応する図１１
（２）に示すように、次の同時駆動グループＳＤＧに圧
電素子ＡＴ（１２）に加えて、圧電素子ＢＴ（１）も含
まれたとき、図１０に関して説明したように、圧電素子
ＡＴ（１２）と圧電素子ＢＴ（１）とを非駆動状態に設
定し、圧電素子ＡＴ（６）とＡＴ（５）をも非駆動状態
に設定するとともに、圧電素子ＡＴ（３）とＡＴ（４）
および圧電素子ＢＴ（２）とＢＴ（３）を追加駆動圧電
素子として選択し、同時にフレネル駆動させる。

【００５６】図１０（ｅ）に対応する図１１（３）に示
すように、圧電素子ＡＴ（１２）が同時駆動グループの
中心に位置するように同時駆動グループＳＤＧが選択さ
れた場合は、やはり、図１０に関して説明したように、
圧電素子ＡＴ（１２）とＢＴ（１）とを非駆動状態に設
定するとともに、圧電素子ＡＴ（１１）をも非駆動状態
に設定しするとともに、圧電素子ＡＴ（６）とＡＴ
（７）および圧電素子ＢＴ（５）とＢＴ（６）を追加駆
動圧電素子として選択し、同時にフレネル駆動させるこ
とができる。

【００５７】なお、非駆動状態に設定した圧電素子の位
置、駆動信号の電圧や印加時間、インク液の特性等によ
って超音波ビーム強度の低下の程度が異なるためが、追
加駆動する圧電素子の合計数は、その超音波ビームの強
度の実際の低下を補完するように選ぶことが好ましい。

【００５８】このようにして超音波ビーム強度は、イン
ク滴が飛ぶ限界強度以上まで補完され、継ぎ目等による
画像の周期的な濃度むらや、画素の位置ずれの間題が解
消される。

【００５９】図１０に関して説明した圧電素子の駆動に
おける非駆動圧電素子の設定による超音波ビーム強度を
補完する別の手法は、同時駆グループが継ぎ目等の直近
に位置する圧電素子を含む場合に、駆動回路２２からの
駆動信号の電圧を、図１２の線ｂに示すように、通常ｎ
個の圧電素子全てを駆動する場合の電圧信号（図１２
中、線ａで示す）より高い電圧の信号を駆動圧電素子に
印加することである。このときの駆動圧電素子に印加す
る電圧は、超音波ビームの強度低下を補完するに十分に
高い電圧である。あるいは、図１０に関して説明した圧
電素子の駆動における非駆動圧電素子の設定による超音
波ビーム強度を補完する別の手法は、同時駆グループが
継ぎ目等の直近に位置する圧電素子を含む場合に、非駆
動圧電素子へ印加する駆動信号の印加時間を、図１３に
示すように、通常ｎ個の圧電素子全てを駆動する場合の
印加時間（図１３（ａ））より長くして印加するもので
ある（図１３（ｂ））。高電圧の以下と印加時間の延長
とは両者を同時に行うこともできる。このように、同時
駆グループが継ぎ目等の直近に位置する圧電素子を含む
場合に、当該グループの駆動圧電素子へ印加する駆動信
号を変調させて駆動することにより、超音波ビーム強度
は、インク滴が飛ぶ限界強度以上まで補完され、継ぎ目
等に起因する画像の周期的な濃度むらや、画素の位置ず
れの問題が解消される。

【００６０】以上、本発明の実施の形態を図面を参照し
て説明したが、本発明はそれらに限定されるものではな
い。例えば、圧電体に対する共通電極と個別電極の上下
関係は、逆にすることができる。また、音響レンズは、
フレネルレンズまたは凹面レンズとして圧電素子アレイ
ユニットまたは圧電素子アレイ構体上に別体に設けた
が、圧電素子アレイユニットを図１４に示すように凹面
状に形成することにより、圧電素子アレイユニット自体
が音響レンズを兼ねることもできる。

【００６１】

【実施例】参考例１ 圧電体１２として、チタン酸鉛系セラミックを使用し、
厚さ方向における振動の共振周波数が５０ＭＨｚになる
ように厚さを約５０μｍに調整した。この圧電体１２の
両面に、スパッタによりＴｉを０．０５μｍの厚さに、
その上にＡｕを０．３μｍの厚さに被着してそれぞれＴ
ｉ／Ａｕ積層電極を形成した後、分極処理を行った。そ
の後、一方の電極をリソグラフィによって幅が８５μｍ
のストライプ状個別電極１３に加工した。他方のＴｉ／
Ａｕ積層電極は共通電極１４として利用した。こうし
て、所望の圧電素子アレイユニットを得た。なお、圧電
素子アレイユニットの有効口径は１．４ｍｍであり、ア
レイ方向の長さは１１ｃｍであった。この圧電素子アレ
イユニットの上に、エポキシ系樹脂からなるレンズ部材
にフレネル輪帯理論に基づいて所定のピッチで溝を機械
加工によって形成してフレネルレンズ１５を形成した。
このフレネルレンズ１５の焦点距離は２ｍｍであった。
このようにして、フレネルレンズをそれぞれ有する圧電
素子アレイユニットを２つ作製した。

【００６２】得られた２つの圧電素子アレイユニット
は、それぞれの１５個の圧電素子を同時駆動グループと
して選択して同時で駆動することにより、圧電素子の間
隔と同じ８５μｍの間隔でインク滴を飛翔させるように
し、同時駆動する圧電素子１５個分の幅＝８５μｍ×１
５＝１．２７５ｍｍだけ重なるように図３に示した配置
状態で配置した。こうして構成された圧電素子アレイ構
体を囲むようにインク液保持室を設置し、図６のような
スリット１８Ａ、１８Ｂを形成した厚さ１００μｍのス
テンレス鋼製蓋板１８を設けた。各スリットの幅は２０
０μｍ、長さは１２ｃｍであり、スリット同士の端部重
複長さは、１ｃｍであった。しかる後、電極１３、１４
を駆動回路２２に接続し、インク液保持室内にインク液
を充填して記録装置を完成させた。

【００６３】このインクジェット記録装置を駆動周波数
５０ＭＨｚ、印加電圧２０Ｖｐｐで同時駆動グループの
１５個の圧電素子に所定の位相差を与え、かつ副走査方
向においては駆動回路２２によって適切な遅延時間を与
えて、被記録媒体を副走査方向に適宜動作させて駆動
し、印字実験を行った。その結果、１つの圧電素子アレ
イユニットを用いた記録装置では不可能であったＡ４横
サイズの広い幅の被記録媒体にインクドット間隔が８５
μｍピッチの一様なラインを描くことができた。

【００６４】参考例２ この参考例では、２つ圧電素子アレイユニットを図４に
示す配置関係で配置した以外は、参考例１と同様にして
インクジェット記録装置を作製した。すなわち、駆動回
路によって同時駆動グループの圧電素子数が１５個と１
６個で、最小走査ピッチが８５μｍ／２＝４２．５μｍ
が実現できるものである。この場合、圧電素子アレイユ
ニット同士の重なりは、図３と同様、同時駆動グループ
の１５個の圧電素子に相当する幅＝１．２７５ｍｍであ
っても、また、１４．５個に相当する幅＝１．２３２５
ｍｍのどちらでもよい。圧電素子１５個分に相当する幅
が重なる場合、圧電素子アレイユニットの同時駆動グル
ープの圧電素子数は圧電素子アレイユニット３０Ａで
は、最端部において１５個であり、圧電素子アレイユニ
ット３０Ｂにあっては重なり端部において１６個であ
る。また、１４．５個に相当する幅の重なりの場合で
は、各圧電素子アレイの最端部の同時駆動グループの圧
電素子数は共に１５個である。このインクジェット装置
を用いて印字実験を行い、４２．５μｍピッチの一様な
ラインをＡ４横サイズの被記録媒体の端から端まで形成
することができた。

【００６５】

【００６６】実施例１ この実施例では、図８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製した。

【００６７】圧電体１２として、比誘電率が２０００
で、長さが４．５ｃｍの５枚のＰＺＴ系圧電セラミック
板を用い、その共振周波数を５０ＭＨｚ（厚さ４０μ
ｍ）とした。実装時は、この圧電セラミック板５枚を、
音響レンズ部材である厚さ１ｍｍのパイレックスガラス
基板１１の上に、長手方向端面同士が接触するように直
線状に配置し、その一体となった圧電セラミック板の両
面にＴｉ／Ｎｉ／Ａu 電極をスパッタによりそれぞれの
厚さが０．０５μｍ／０．０５μｍ／０．２μｍとなる
ように形成し、２ｋＶ／ｍｍの電界を印加して分極処理
を行った。その後、一体化セラミック板の一方の面上の
電極をエッチングすることにより、合計３０００個の個
別電極１３を幅６０μｍ、電極間隔１５μｍ（圧電素子
の配列ピッチ７５μｍ）で形成し、一体化セラミック板
と他方の面上の共通電極１４および個別電極１３からな
る圧電素子アレイ構体を作成した。

【００６８】音響レンズ８１は、レンズ曲率２．３ｍ
ｍ、口径１．５ｍｍとなるようにパイレックスガラス基
板１１を凹面加工して形成した。この音響レンズ１４と
圧電素子アレイ構体をエポキシ樹脂系接着剤を用いて、
音響レンズ８１の開口部（凹面）と圧電素子アレイ構体
の電極の位置が一致するように接着した。

【００６９】次に、インク液保持室１９を配置し、さら
に駆動回路２２を接続してインクジェット記録装置のヘ
ッド部を構成した。なお、インク１６の深さは３ｍｍと
し、共通電極１４からインク液面までの距離は４ｍｍに
設定した。

【００７０】得られたヘッドのインピーダンス特性を測
定した。その結果、圧電素子アレイ構体には４箇所の継
ぎ目があるが、各継ぎ目を中心として左右２個の圧電素
子のインピーダンスが他の圧電素子のそれより大きくな
っていた。

【００７１】上記インクジェット記録装置のヘッド部を
用いてインク滴の飛翔実験を行った。圧電素子に印加す
る駆動信号波形は、図１５に示したように、５０ＭＨｚ
の矩形波バーストで、波数は５００（１０μｓ）、電圧
は１００Ｖ_0-P とした。圧電素子アレイ構体の２０００
個の圧電素子のうち２０個の圧電素子を同時駆動グルー
プとして順次選択して、図１０に関して説明したように
フレネル駆動させた。継ぎ目の直近の圧電素子を含む同
時駆動グループに対する駆動においては、駆動回路２２
の制御によって、継ぎ目直近の圧電素子を接地させて超
音波の発生を停止させるとともに、同時に、同時駆動グ
ループの中心に対して、継ぎ目直近の圧電素子と左右対
称の位置にある圧電素子を接地させて超音波の発生を停
止させ、かくして、超音波の発生に関与する駆動圧電素
子が最小で１６個、最大１８素子で個となる駆動を行っ
た。その結果、継ぎ目直近の圧電素子を含まない通常の
２０個の圧電素子の駆動と全く同様に、中心軸からの位
置ずれやドット径のばらつきのないインク滴の飛翔を確
認した。

【００７２】比較例１ 全ての同時駆動グループの駆動において、同時駆動グル
ープに属する全ての圧電素子を駆動させた以外は、実施
例１と同様にしてインク滴飛翔実験を行った。その結
果、継ぎ目直近の圧電素子を同時駆動グループの右端に
含む駆動のとき、中心軸より左にずれた位置にインク滴
が飛翔した。また、継ぎ目直近の圧電素子を同時駆動グ
ループの左端に含む駆動のとき、中心軸より右にずれた
位置にインク滴が飛翔した。さらに、継ぎ目直近の圧電
素子をグループの中心近傍に含む駆動のとき、インク滴
の位置ずれは小さくなったが、インク滴の大きさが通常
の２倍に大きくなった。さらに、サテライトの発生も認
められた。

【００７３】この現象を水中での音場測定をおこなって
調べてみた。実施例１の駆動方法の場合、音場は中心軸
に対して対称型を示している。それに比べて、比較例１
の駆動方法の場合、例えば継ぎ目の素子をグループの右
端に含む駆動のとき、中心軸での超音波ビームの形状が
左に傾いた形状になっている。また、比較例１におい
て、継ぎ目直近の圧電素子を同時駆動グループの中心近
傍に含む駆動のときは、超音波ビームの傾きは小さい
が、ビーム強度が強くなっていた。

【００７４】このように、同時駆動グループが、圧電素
子アレイユニットの継ぎ目直近の圧電素子を含む場合の
駆動時に、駆動手段を制御することによって、その継ぎ
目（境界部）直近の圧電素子の超音波発生を停止させ、
さらに１滴吐出に必要な同時駆動グループの中心に対し
て、当該非駆動圧電素子と左右対称の位置にある圧電素
子の超音波発生をも停止させることにより、継ぎ目等の
圧電素子アレイユニットの境界部による画像の周期的な
濃度むらや、画素の位置ずれの問題が解消される。

【００７５】実施例２ この実施例では、図９に示す構造のヘッド部を有するイ
ンクジェット記録装置を作製した。

【００７６】圧電体１２として、厚さが約０．５ｍｍ、
長さが１１５ｍｍ、比誘電率が２００のチタン酸鉛系圧
電セラミック板を用いた。両面にＴｉ／Ａｕ電極をスパ
ッタ法により、それぞれの厚さが０．０５μｍ／０．２
μｍになるように形成し、３ｋＶ／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個
の圧電素子の幅６０μｍ、電極間隔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。圧電体層１２の副走査方向の幅は５ｍｍであ
った。このようにして、形成された圧電素子アレイユニ
ットを２つ準備した。

【００７７】一方、ガラス製の支持基板１１に、Ｔｉ／
Ａｕからなるアレイ電極２１を形成した後、圧電素子ア
レイユニットとの間に中空構造を形成するための溝１１
ａを機械加工により、深さ０．２ｍｍ、幅２．２ｍｍの
サイズで形成した。

【００７８】ついで、圧電体１２上の個別電極１３とガ
ラス支持基板１１上のアレイ電極２１とが整合するよう
に、上記２つの圧電素子アレイユニットを位置合わせし
た状態で上記２個の圧電素子アレイユニットを配置し、
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。このとき、圧電体１２は、副走査方向において、そ
の両端において支持基板１１とそれぞれ１．４ｍｍの幅
で接触し、固定・支持されるようにした。

【００７９】次に、圧電体１２を厚さ５０μｍになるよ
うに研磨した後、Ａｌからなる共通電極１３をスパッタ
法で０．３μｍの厚さに形成した。このとき、副走査方
向の共通電極１４の長さ、すなわち口径は、２．０ｍｍ
とした。

【００８０】音響マッチング層を兼ねるフレネルレンズ
１５は、エポキシ樹脂とアルミナ粉末の混合物を用いて
形成した。まず、音速が３×１０³ ｍ／ｓ近傍になるよ
うに混合比を調整し、密度２．２０×１０³ Ｋｇ／ｍ
³ 、音速２．９５×１０³ ｍ／ｓ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２．５ｍｍになるよう
に深さが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１５を形成した。最後
に、超音波放射面とインク液面との距離がほぼ２．５ｍ
ｍとなるように側壁１６を設けるとともに、駆動回路２
２を接続してインクジェット記録装置を完成した。

【００８１】こうして得られた記録ヘッドのインピーダ
ンス特性を測定した。その結果、上記圧電素子アレイ構
体には、１箇所の継ぎ目があるが、この継ぎ目直近の左
右２個の圧電素子のインピーダンスは、他の圧電素子よ
りも大きくなっていた。

【００８２】次に、上記記録ヘッドを用いてインク滴の
飛翔実験を行った。圧電素子に印加する駆動信号波形は
図１５に示したように５０ＭＨｚの矩形波バーストで、
波数は５００（１０μｓ）、電圧は３０Ｖ_0-P とした。
圧電素子アレイ構体の全２０００個の圧電素子のうち、
２０個の圧電素子を同時駆動グループとして順次選択
し、図１０に関して説明したようにフレネル駆動させ
た。継ぎ目の直近の圧電素子を含む同時駆動グループに
対する駆動においては、駆動回路２２の制御によって、
継ぎ目直近の圧電素子に直流電圧１０Ｖを印加して超音
波の発生を停止させるとともに、同時に、同時駆動グル
ープの中心に対して、継ぎ目直近の圧電素子と左右対称
の位置にある圧電素子にも直流電圧１０Ｖを印加して超
音波の発生を停止させ、かくして、超音波の発生に関与
する駆動圧電素子が最小で１６個、最大で１８個となる
駆動を行った。その結果、継ぎ目直近の圧電素子を含ま
ない通常の２０個の圧電素子の駆動と全く同様に、中心
軸からの位置ずれやドット径のばらつきのないインク滴
の飛翔を確認した。

【００８３】なお、実施例１および実施例２の結果は、
図１４に示したような凹面形状を有する圧電素子を用い
た場合も同様であった。 実施例３ 実施例１で作製したインクジェット記録装置を用い、図
１１に関して説明した駆動方法によりこれを駆動した。

【００８４】圧電素子に印加する駆動信号波形は図１５
に示したように５０ＭＨｚの矩形波バーストで、波数は
５００（１０μｓ）、電圧は１００Ｖ_0-P とした。圧電
素子アレイ構体の全２０００個の圧電素子のうち、９個
の圧電素子を同時駆動グループとして順次選択し、図１
１に関して説明したようにフレネル駆動させた。圧電素
子アレイユニット同士の継ぎ目直近の圧電素子を含む同
時駆動グループに対する駆動においては、駆動回路２２
の制御によって、継ぎ目直近の圧電素子への駆動信号の
印加を停止して（圧電素子側から見た場合、回路的にオ
ープン状態にして）超音波の発生を停止させるととも
に、同時に、同時駆動グループの中心に対して、継ぎ目
直近の圧電素子と左右対称の位置にある圧電素子にも駆
動信号の印加を停止して超音波の発生を停止させた。こ
れと同時に、同時駆動グループに継ぎ目直近の圧電素子
を含む結果、当該同時駆動グループにおける駆動圧電素
子数が７個になる場合には、当該同時駆動グループの範
囲（領域）の外側の左右対称位置にそれぞれ圧電素子１
個ずつ、合計２個の圧電素子を追加選択して同様に駆動
し、当該駆動グループにおける駆動圧電素子が５個にな
る場合には、当該同時駆動グループの範囲（領域）の外
側の左右対称位置にそれぞれ圧電素子２個ずつ、合計４
個の圧電素子を追加選択して同様に駆動し、当該同時駆
動グループにおける駆動圧電素子数が６個になる場合に
は、非駆動圧電素子の位置が同時駆動グループの中央に
位置するときは、駆動圧電素子数が５個の場合と同様
に、合計４個の圧電素子を追加選択して同様に駆動し
た。

【００８５】その結果、圧電素子アレイユニットの継ぎ
目に起因する画像の周期的な濃度むらや、画素の位置ず
れを生じることなく、効率的に画像記録を行うことがで
きた。

【００８６】なお、以上の結果は、音響レンズ１５が凹
面レンズの場合のみでなく、実施例１、２に示すフレネ
ルレンズの場合も同様であり、また圧電素子アレイユニ
ットが図１４に示したような凹面形状を有する場合も同
様であった。

【００８７】実施例４ 実施例２で作製したインクジェット記録装置を用い、図
１０および図１２に関して説明した駆動方法によりこれ
を駆動した。

【００８８】圧電素子に印加する駆動信号波形は図１５
に示したように５０ＭＨｚの矩形波バーストで、波数は
５００（１０μｓ）、電圧は３０Ｖ_0-P とした。圧電素
子アレイ構体の全２０００個の圧電素子のうち、１６個
の圧電素子を同時駆動グループとして順次選択し、図１
０に関して説明したようにフレネル駆動させた。圧電素
子アレイユニット同士の継ぎ目直近の圧電素子を含む同
時駆動グループに対する駆動においては、駆動回路２２
の制御によって、継ぎ目の直近の圧電素子を含む同時駆
動グループに対する駆動においては、駆動回路２２の制
御によって、継ぎ目直近の圧電素子を接地させて超音波
の発生を停止させるとともに、同時に、同時駆動グルー
プの中心に対して、継ぎ目直近の圧電素子と左右対称の
位置にある圧電素子を接地させて超音波の発生を停止さ
せるとともに、図１２に示すように、当該同時駆動グル
ープにおける接地（非駆動）圧電素子以外の駆動圧電素
子に印加する駆動信号の電圧を３０Ｖ_0-P から４０Ｖ
_0-P に増加させた。

【００８９】その結果、継ぎ目に起因する画像の周期的
な濃度むらや、画素の位置ずれの問題が解消された。 実施例５ 増大させた電圧の駆動信号を印加する代わりに、図１３
に示すように、超音波の発生を停止させた圧電素子以外
の駆動素子に印加する、駆動信号のバースト波の波数
（信号印加時間）を５００（１０μｓ）から１０００
（２０μｓ）に増加させた以外は実施例４と全く同様の
操作を行った。この場合でも、実施例４の場合と同様
に、継目による画像の周期的な濃度むらや、画素の位置
ずれの問題が解消された。

【００９０】なお、以上の結果は音響レンズ１５がフレ
ネルレンズの場合のみでなく、実施例２の凹面レンズの
場合も同様であり、また圧電素子が図１４に示したよう
な凹面形状を有する場合も同様であった。

【００９１】実施例１〜５の結果からも分るように、駆
動手段の制御によって、圧電素子アレイユニットの継ぎ
目等境界部直近の他の圧電素子とは特性の異なる圧電素
子は超音波の発生を停止させ、インク滴の飛翔に関与さ
せず、かつインク１滴の吐出に必要な同時駆動グループ
の中心に対して当該圧電素子と対称の位置にある圧電素
子に対しても超音波の発生を同時に停止させることによ
り、音場を左右対称形にすることができ、圧電素子アレ
イユニットを複数個直線状に配置して長尺のアレイヘッ
ドを作製した場合、２つの圧電素子アレイユニット間に
継ぎ目等境界領域が存在しても何等問題なく高画質の画
像が得られる。

【００９２】また、上記の場合、通常の駆動時より超音
波を発生する圧電素子数が減少するため、インク滴の飛
翔のためのエネルギーが減少し、インク滴が飛翔するエ
ネルギー限界値以下になった時インク滴が飛翔しなくな
る場合があるが、超音波の発生を停止させた圧電素子数
以上、同時駆動素子を圧電素子群の両側に追加し、同様
にフレネル駆動を行うことにより、減少した飛翔のため
のエネルギーを補い、問題なくインク滴を飛翔させるこ
とができる。あるいは、駆動手段の制御によって、超音
波の発生を停止させた素子以外の駆動素子に印加する駆
動信号を変調（具体的には駆動電圧の増大、または駆動
信号の印加時間の延長、あるいはその両者）することよ
っても、減少した飛翔のためのエネルギーを補い、問題
なくインク滴を飛翔させることができる。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
幅の広い被記録媒体に対しても安定で効率的な記録を可
能とするリニア電子走査方式に基づくインクジェット記
録装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録装置に使用し得る
記録ヘッド部を示す概略斜視図。

【図２】参考例のインクジェット記録装置における圧電
素子アレイユニットを示す斜視図。

【図３】参考例のインクジェット記録装置における圧電
素子アレイユニットの配置を概略的に示す図。

【図４】参考例のインクジェット記録装置における圧電
素子アレイユニットの図３とは異なる配置を概略的に示
す図

【図５】参考例のインクジェット記録装置により飛翔さ
れたインク滴を模式的に示す図。

【図６】参考例のインクジェット記録装置のインク液保
持室の蓋板の構成をスリットとともに示す頂面図。

【図７】図１に示すインクジェット記録装置による超音
波の集束状態をインク滴とともに示す図。

【図８】本発明により直線状に配置された複数の圧電素
子アレイユニットを有するインクジェット記録装置の概
略斜視図。

【図９】本発明により直線状に配置された複数の圧電素
子アレイユニットを有する他のインクジェット記録装置
の概略斜視図。

【図１０】本発明により直線状に配置された複数の圧電
素子アレイユニットの駆動方法を説明するための概略断
面図。

【図１１】本発明により直線状に配置された複数の圧電
素子アレイユニットの他の駆動方法を説明するための概
略断面図

【図１２】本発明により直線状に配置された複数の圧電
素子アレイユニットのさらに他の駆動方法おいて印加さ
れる電圧信号を示すグラフ図。

【図１３】本発明により直線状に配置された複数の圧電
素子アレイユニットのさらに他の駆動方法おいて印加さ
れる信号の印加時間を示すグラフ図。

【図１４】本発明のインクジェット記録装置に使用し得
る他の圧電素子アレイユニットを示す概略断面図。

【図１５】本発明のインクジェット記録装置における圧
電素子の駆動のために印加される駆動信号波形図。

【符号の説明】

１１…支持基板 １２…圧電体 １３…個別電極 １４…共通電極 １５、８１…音響レンズ １７…蓋板 １８…スリット １９…インク液保持室 ２０…インク液 ２２…駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 史郎 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８−238764（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−276638（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−11330（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−136412（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−238765（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/015

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ複数の圧電素子をアレイ状に配列
   した複数の圧電素子アレイユニットを相隣る圧電素子ア
   レイユニットの端面が対向するように圧電素子の配列方
   向に配置してなるアレイ構体を含む超音波発生手段と、前記圧電素子の配列方向に延び前記複数の圧電素子アレ
   イユニットで共通としたスリット状の開口部を上部に有
   し、前記超音波発生手段と音響的に接続された インク液
   を保持するインク液保持室と、 前記超音波発生手段から発生された超音波ビームを前記
   インク液の液面近傍に集束させるように、前記圧電素子
   アレイ構体の圧電素子のうち所定数の圧電素子を同時駆
   動グループとして順次選択して駆動する駆動信号を圧電
   素子に供給する駆動手段を含み、 前記駆動手段は、前記圧電素子アレイユニットの境界部
   直近の圧電素子が前記同時駆動グループに含まれたと
   き、当該圧電素子を非駆動状態に設定するとともに、当
   該同時駆動グループの領域のアレイ方向の中心に対して
   当該圧電素子とアレイ方向において対称位置にある圧電
   素子をも同時に非駆動状態に設定することを特徴とする
   インクジェット記録装置。
2. 【請求項２】それぞれ複数の圧電素子をアレイ状に配列
   した複数の圧電素子アレイユニットを相隣る圧電素子ア
   レイユニットの端面が対向するように圧電素子の配列方
   向に配置してなるアレイ構体を含む超音波発生手段と、前記圧電素子の配列方向に延び前記複数の圧電素子アレ
   イユニットで共通としたスリット状の開口部を上部に有
   し、前記超音波発生手段と音響的に接続された インク液
   を保持するインク液保持室と、 前記超音波発生手段から発生された超音波ビームを前記
   インク液の液面近傍に集束させるように、前記圧電素子
   アレイ構体の圧電素子のうち所定数の圧電素子を同時駆
   動グループとして順次選択して駆動する駆動信号を圧電
   素子に供給する駆動手段を含み、 前記駆動手段は、前記圧電素子アレイユニットの境界部
   直近の圧電素子が前記同時駆動グループに含まれたと
   き、当該圧電素子を非駆動状態に設定するとともに、当
   該同時駆動グループの領域のアレイ方向の中心に対して
   当該圧電素子とアレイ方向において対称位置にある圧電
   素子をも同時に非駆動状態に設定し、かつ非駆動状態に
   設定した圧電素子の合計数に相当する数の圧電素子を当
   該同時駆動グループ外の両側でその近傍に位置する圧電
   素子から選択して同時駆動することを特徴とするインク
   ジェット記録装置。
3. 【請求項３】それぞれ複数の圧電素子をアレイ状に配列
   した複数の圧電素子アレイユニットを相隣る圧電素子ア
   レイユニットの端面が対向するように圧電素子の配列方
   向に配置してなるアレイ構体を含む超音波発生手段と、前記圧電素子の配列方向に延び前記複数の圧電素子アレ
   イユニットで共通としたスリット状の開口部を上部に有
   し、前記超音波発生手段と音響的に接続された インク液
   を保持するインク液保持室と、 前記超音波発生手段から発生された超音波ビームを前記
   インク液の液面近傍に集束させるように、前記圧電素子
   アレイ構体の圧電素子のうち所定数の圧電素子を同時駆
   動グループとして順次選択して駆動する駆動信号を圧電
   素子に供給する駆動手段を含み、 前記駆動手段は、前記圧電素子アレイユニットの境界部
   直近の圧電素子が前記同時駆動グループに含まれたと
   き、当該圧電素子を非駆動状態に設定するとともに、当
   該同時駆動グループの領域のアレイ方向の中心に対して
   当該圧電素子とアレイ方向において対称位置にある圧電
   素子をも同時に非駆動状態に設定し、かつ当該同時駆動
   グループの非駆動状態に設定された圧電素子以外の圧電
   素子へ変調された駆動信号を印加することを特徴とする
   インクジェット記録装置。