JPH08132607A - Ink jet recording apparatus - Google Patents

Ink jet recording apparatus

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JPH08132607A
JPH08132607A JP7175149A JP17514995A JPH08132607A JP H08132607 A JPH08132607 A JP H08132607A JP 7175149 A JP7175149 A JP 7175149A JP 17514995 A JP17514995 A JP 17514995A JP H08132607 A JPH08132607 A JP H08132607A
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ultrasonic
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修三 平原
Kazushi Nagato
一志 永戸
Shunsuke Hattori
俊介 服部
Hideki Nukada
秀記 額田
Akira Takayama
暁 高山
Noriko Kudo
紀子 工藤
Shiro Saito
史郎 斉藤
Tsutomu Saito
勉 斎藤
Fumihiko Murakami
文彦 村上
Masami Sugiuchi
政美 杉内
Chiaki Tanuma
千秋 田沼
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Abstract

PURPOSE: To provide an ink jet recording apparatus capable of performing recording of required resolving power using a unidimensional piezoelectric element array. CONSTITUTION: An ink jet recording apparatus flying the ink particles formed from the liquid surface of ink by the pressure of ultrasonic beam to record an image on a recording medium consists of a piezoelectric element array 10 constituted by arranging a plurality of piezoelectric elements emitting ultrasonic beams in one row, an ultrasonic interference layer 11 allowing the ultrasonic beams emitted from the respective piezoelectric elements of the piezoelectric element array 10 to interfere each other therein to converge them into the ink in the array direction of the piezoelectric element array 10 and a plurality of the parallel linear strip like partterns extending in the direction same to the array direction of the piezoelectric element array 10 and has a Flesnel diffraction strip plate 17 converging the ultrasonic beams passed through the ultrasonic interference layer 11 into the ink in the direction crossing the array direction at a right angle.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液体インクを粒子
化して記録媒体上に飛翔させることで画像を記録するイ
ンクジェット記録装置に係り、特に超音波発生素子アレ
イから発生される超音波ビームの圧力によりインク粒を
飛翔させるインクジェット記録装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording apparatus for recording an image by making liquid ink into particles and flying them on a recording medium, and particularly to the pressure of an ultrasonic beam generated from an ultrasonic wave generating element array. The present invention relates to an inkjet recording device that causes ink particles to fly.

【0002】[0002]

【従来の技術】液体インクをインク粒とよばれる小さな
液滴として記録媒体上に飛翔させて記録ドットを形成し
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、普通紙に対する記録技
術として注目されている。インクジェットプリンタのイ
ンクを飛翔させる方式は現在までに数多く考案されてい
る。特に、(a)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56−94
29 、特公昭61−59911等)、(b)圧電素子
によって発生される機械的な圧力パルスによりインク滴
を飛翔させる方式(例えば特公昭53−12138
等)、が代表的なものである。
2. Description of the Related Art An apparatus for ejecting liquid ink as small droplets called ink particles on a recording medium to form recording dots and recording an image has been put into practical use as an inkjet printer. This ink jet printer has the advantages that it is less noisy than other recording methods and does not require processing such as development and fixing, and is attracting attention as a recording technology for plain paper. Many methods of ejecting ink for inkjet printers have been devised to date. In particular, (a) a method of flying ink droplets by the pressure of steam generated by the heat of a heating element (for example, Japanese Patent Publication No. 56-94).
29, Japanese Patent Publication No. 61-59911, etc.), and (b) a method of ejecting ink droplets by a mechanical pressure pulse generated by a piezoelectric element (for example, Japanese Patent Publication No. 53-12138).
Etc.) is a typical one.

【0003】インクジェットプリンタに使用される記録
ヘッドとして、キャリッジに搭載されて記録紙の搬送方
向(以下、「副走査方向」と称する)に対して直交する
方向(以下、「主走査方向」と称する)に移動しながら
記録を行うシリアル走査型ヘッドが実用されている。こ
のシリアル走査型ヘッドでは、機械的に移動しながら記
録を行うため、記録スピードを早くすることが難しい。
そこで、記録ヘッドを記録紙の幅と同じサイズの長尺ヘ
ッドとして機械的な可動部分を減らし、記録スピードを
上げることができる、いわゆるライン走査型ヘッドも考
えられているが、このようなライン走査型ヘッドを実現
することは、次の理由から簡単ではない。
As a recording head used in an ink jet printer, a direction (hereinafter referred to as "main scanning direction") mounted on a carriage and orthogonal to a conveying direction of recording paper (hereinafter referred to as "sub scanning direction"). ), A serial scanning type head that performs recording while moving to is being used. With this serial scanning type head, it is difficult to increase the recording speed because recording is performed while moving mechanically.
Therefore, a so-called line scanning type head, which can increase the recording speed by reducing the mechanically movable part by using a recording head as a long head having the same size as the width of the recording paper, is also considered. Implementing a mold head is not easy for the following reasons.

【0004】インクジェット記録方式は本質的に、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、これが解像度に対応した個別の細いノズルでの目詰
まりの原因となる。このため、インクジェットの形成に
蒸気の圧力を使う方式では、インクとの熱的又は化学的
な反応等による不溶物の付着が、圧電素子による圧力を
使う方式では、インク流路等における複雑な構造が、更
に目詰まりを誘起し易くする。数十〜百数十個程度のノ
ズルを使用するシリアル走査型ヘッドでは、目詰まりの
頻度を低く抑えることができるようになっているが、数
千もの多数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る。
In the ink jet recording system, the concentration and concentration of the ink are likely to occur locally due to the evaporation and volatilization of the solvent, which causes the clogging of individual thin nozzles corresponding to the resolution. Therefore, in the method of using the pressure of vapor for forming an inkjet, the insoluble matter is attached due to a thermal or chemical reaction with the ink, and in the method of using the pressure of the piezoelectric element, a complicated structure such as an ink flow path is formed. However, it further facilitates inducing clogging. Serial scanning heads that use several tens to hundreds of nozzles can reduce the frequency of clogging, but line scanning heads that require thousands of nozzles. Then, clogging occurs stochastically at a fairly high frequency, which is a big problem in terms of reliability.

【0005】更に、従来のインクジェット記録装置は、
解像度の向上には適していないという問題点もある。つ
まり蒸気の圧力を使う方法では、直径20μm(これは
記録紙上に直径50数μmくらいの記録ドットに相当す
る)以下の粒径のインク粒を生成するのが難しく、また
圧電素子が発生する圧力を使う方式では、記録ヘッドが
複雑な構造となるために加工技術上の問題で解像度の高
いヘッドが作りにくいからである。
Further, the conventional ink jet recording apparatus is
There is also a problem that it is not suitable for improving the resolution. That is, it is difficult to generate ink particles having a diameter of 20 μm or less (which corresponds to a recording dot having a diameter of about 50 and several μm on the recording paper) by the method using the pressure of vapor, and the pressure generated by the piezoelectric element is used. This is because in the method of using, the recording head has a complicated structure, and it is difficult to form a head with high resolution due to processing technology problems.

【0006】これらの欠点を克服するため、薄膜圧電体
により構成された圧電素子アレイによって発生する超音
波ビームの圧力を用いてインク液面からインクを飛翔さ
せる方式がIBM TDB、vol.16、No.4、
pp.1168(1973−10)、USP−4308
547(1981)、USP−4697195(198
7)、USP−4751529(1988) 、USP
−4751530(1988) 、USP−50418
49(1991) 、特開昭62−66943、特開昭
63−162253 、特開昭63−166545 、
特開昭63−166546 、特開昭63−16654
8 、特開昭63−312157 、特開平3−200
199、特開平4−296562、特開平4−2965
63、特開平4−356328、特開平5−27821
8等により提案されている。この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、いわゆる
ノズルレスの方式であるため、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
効である。また、非常に小さい径のインク粒を安定に生
成し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。
In order to overcome these drawbacks, a method of ejecting ink from the ink liquid surface by using the pressure of an ultrasonic beam generated by a piezoelectric element array composed of a thin film piezoelectric body is described in IBM TDB, vol. 16, No. 4,
pp. 1168 (1973-10), USP-4308.
547 (1981), USP-469195 (198).
7), USP-4751529 (1988), USP
-4751530 (1988), USP-50418.
49 (1991), JP-A-62-66943, JP-A-63-162253, JP-A-63-166545,
JP-A-63-166546, JP-A-63-16654
8, JP-A-63-312157, JP-A-3-200
199, JP-A-4-296562, JP-A-4-29665.
63, JP-A-4-356328, and JP-A-5-27821.
Proposed by 8 etc. This method is a so-called nozzleless method that does not require a nozzle for each individual dot or a partition of the ink flow path, so it is effective for preventing and recovering from clogging, which was a major obstacle in making a line head. Is. Further, since it is possible to stably generate and fly ink particles having a very small diameter, it is suitable for high resolution.

【0007】しかし、この方式の欠点は、記録画点或い
は解像度よりも大きな(例えば記録画点の30倍の)直
径の音響レンズを用いて超音波ビームをインク内に集束
させるため、記録ヘッドとしては1本の圧電素子アレイ
だけで必要な解像度を得ることができず、複数本の圧電
素子アレイを千鳥状に配列して構成される記録ヘッドを
使って合間を埋める必要があることである。このような
千鳥配列の構造をとる記録ヘッドは、周期的な濃度むら
や隣接ドットとのわずかな位置ずれ等、画質の面から見
て問題が多い。
However, a disadvantage of this method is that the ultrasonic beam is focused in the ink by using an acoustic lens having a diameter larger than the recording image point or the resolution (for example, 30 times the recording image point), and therefore, as a recording head. Is that it is not possible to obtain the required resolution with only one piezoelectric element array, and it is necessary to fill the gap by using a recording head configured by staggering a plurality of piezoelectric element arrays. The recording head having such a staggered array structure has many problems in terms of image quality, such as periodic density unevenness and slight positional deviation from adjacent dots.

【0008】記録ヘッドを千鳥状に配列することなく超
音波ビームを集束させるために、複数の圧電素子を一列
に配列した一次元の圧電素子アレイを用い、隣接する複
数の超音波ビームを互いにインク室内で干渉させて集束
させる、いわゆるフェーズドアレイ走査を行う方法(特
開平2−184443)も提案されている。しかし、こ
のような方法では以下に述べるような不都合を生じる。
これを理解するためには、(1)超音波ビームを用いて
インクを粒子状に飛翔させる方法では、飛翔するインク
粒の粒径がほぼインク中での超音波波長に一致すること
と、(2)平行する複数の超音波ビームどうしの干渉に
は、少なくとも超音波波長はビーム間隔より長いという
条件が要ること、の二つの事実を知っておかなければな
らない。
In order to focus the ultrasonic beams without arranging the recording heads in a zigzag manner, a one-dimensional piezoelectric element array in which a plurality of piezoelectric elements are arranged in a row is used, and a plurality of adjacent ultrasonic beams are ink-jetted to each other. There is also proposed a method of performing so-called phased array scanning in which light is caused to interfere and focus in a room (JP-A-2-184443). However, such a method has the following disadvantages.
In order to understand this, (1) in the method of ejecting ink into particles using an ultrasonic beam, the particle diameter of the ejected ink particles substantially matches the ultrasonic wavelength in the ink, and ( 2) It is necessary to know the two facts that the interference between parallel ultrasonic beams requires at least the condition that the ultrasonic wavelength is longer than the beam interval.

【0009】すなわち、ある程度の解像度を得るために
は、それに応じた短い波長の超音波を使う必要がある
が、そうすると超音波ビームどうしの干渉をインク内で
起こすにはビームの間隔に比べて波長が短かすぎること
になって、フェーズドアレイ走査は難しくなる。逆に、
フェーズドアレイ走査を行うことができるような長い波
長の超音波ビームを使うと、今度は飛翔するインク粒が
大きすぎて必要な解像度が得られなくなる。従って、こ
の方法では、フェーズドアレイ走査が可能な超音波波長
と、必要な解像度を実現できるような粒径の飛翔インク
粒を得る超音波波長の両方を同時に満足させることが不
可能である。
That is, in order to obtain a certain degree of resolution, it is necessary to use ultrasonic waves having a short wavelength corresponding to it. In this case, in order to cause interference between ultrasonic beams in ink, the wavelength of the ultrasonic waves is larger than the beam interval. Becomes too short, which makes phased array scanning difficult. vice versa,
If an ultrasonic beam with a long wavelength that can perform phased array scanning is used, then the flying ink particles are too large and the required resolution cannot be obtained. Therefore, with this method, it is impossible to satisfy both the ultrasonic wavelength capable of phased array scanning and the ultrasonic wavelength capable of obtaining flying ink particles having a particle size capable of realizing the required resolution at the same time.

【0010】また、フェーズドアレイを形成する超音波
発生素子を分割駆動する場合には、次のような問題が認
められる。音響ビームを集束して、液滴を発生させる音
響モード利用の液滴発生機構では、音響ビームの集束方
向に沿って液滴が飛翔する。例えば、インク液面の垂直
方向に対して数度の角度をもった音響ビームがインク液
面に集束されると、インク液滴は、前記角度をもった方
向に飛翔することが実験で確認されている。つまり、フ
ェーズドアレイ方式で音響ビームをスキャンしたとき
は、音響ビームの集束される位置によって、インク液滴
の飛翔角度が変わり、インク液面から垂直方向にインク
液滴が飛翔しないことがある。このことは、記録紙面に
画素ピッチの異なる画点を形成することを意味する。こ
こで、記録紙面の画点ピッチを一定に保つためには、イ
ンク液滴が飛翔する角度をあらかじめ予測し、超音波発
生素子の位相制御を行う必要がある。そして、この位相
制御は、画点の位置によって僅かづつ異なり、精度よく
位相を無断階に制御し得ることを要するので、回路構成
が複雑化するとともに、補正用のデータを多量蓄積し得
るメモリーを要する等の問題がある。
When the ultrasonic wave generating elements forming the phased array are separately driven, the following problems are recognized. In a droplet generation mechanism using an acoustic mode that focuses an acoustic beam to generate a droplet, the droplet flies along the focusing direction of the acoustic beam. For example, when an acoustic beam having an angle of several degrees with respect to the vertical direction of the ink liquid surface is focused on the ink liquid surface, it is confirmed by an experiment that ink droplets fly in the direction having the angle. ing. That is, when the acoustic beam is scanned by the phased array method, the flying angle of the ink droplet may change depending on the position where the acoustic beam is focused, and the ink droplet may not fly vertically from the ink surface. This means that image points having different pixel pitches are formed on the recording paper surface. Here, in order to keep the image point pitch on the recording paper surface constant, it is necessary to predict the flying angle of the ink droplet in advance and perform the phase control of the ultrasonic wave generation element. Further, this phase control slightly differs depending on the position of the image point, and it is necessary to control the phase accurately and without interruption. Therefore, the circuit configuration becomes complicated, and a memory capable of accumulating a large amount of correction data is required. There are problems such as costs.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、複数の
圧電素子を一列に配列した一次元の圧電素子アレイから
発生される超音波ビームをインク内で干渉させてフェー
ズドアレイ走査を行うことによりインク粒を飛翔させよ
うとする従来のインクジェット記録技術では、フェーズ
ドアレイ走査が可能な超音波波長と、必要な解像度に相
当する粒径の飛翔インク粒を得る超音波波長の両方を同
時に満足することができないため、必要な解像度の記録
を行うことができないという問題があった。
As described above, the ultrasonic beam generated from the one-dimensional piezoelectric element array in which a plurality of piezoelectric elements are arranged in a row is caused to interfere in the ink to perform phased array scanning. In the conventional inkjet recording technology that attempts to eject ink droplets, it is necessary to satisfy both the ultrasonic wavelength capable of phased array scanning and the ultrasonic wavelength capable of obtaining flying ink droplets having a particle size corresponding to the required resolution at the same time. However, there is a problem in that it is impossible to perform recording at a required resolution.

【0012】加えて、フェーズドアレイを形成する超音
波発生素子を分割駆動する場合には、回路構成が複雑化
し、補正用のデータを多量に蓄積するためのメモリを要
するという問題を有する。
In addition, when the ultrasonic wave generating elements forming the phased array are separately driven, there is a problem that the circuit structure becomes complicated and a memory for storing a large amount of correction data is required.

【0013】本発明の目的は、一次元の圧電素子アレイ
を用いて所要解像度の記録を行うことができるインクジ
ェット記録装置を提供することである。本発明の他の目
的は、周期的な濃度むらや隣接ドット同士の僅かな位置
ずれ等を解消し、均一な間隔でインク液滴を飛翔するこ
とが可能で、高画質の画像記録をなし得る音波モード利
用のインクジェット記録装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus capable of recording with a required resolution by using a one-dimensional piezoelectric element array. Another object of the present invention is to eliminate periodical density unevenness, slight positional deviation between adjacent dots, etc., and it is possible to eject ink droplets at a uniform interval, and to achieve high-quality image recording. An object of the present invention is to provide an inkjet recording device using a sound wave mode.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を講じた。第1発明(請
求項1に対応)は、超音波ビームの圧力によりインクの
液面から粒子化したインクを飛翔させて記録媒体上に画
像を記録するインクジェット記録装置において、複数の
超音波発生素子を一列に配列して構成される超音波発生
素子アレイの各超音波発生素子から放射される超音波ビ
ームを内部で互いに干渉させてインク内に集束させる超
音波干渉層を設けたことを特徴とする。
The present invention has taken the following means in order to solve the above problems. A first aspect of the invention (corresponding to claim 1) is an inkjet recording apparatus for recording an image on a recording medium by ejecting atomized ink from the liquid surface of the ink by the pressure of an ultrasonic beam. And an ultrasonic interference layer for concentrating the ultrasonic beams emitted from the ultrasonic wave generating elements of the ultrasonic wave generating element array, which are arranged in a line, into the ink. To do.

【0015】第1発明の他の発明(請求項2に対応)で
は、超音波干渉層に替えて、超音波発生素子アレイの一
部を同時駆動することによって超音波発生素子から放射
された複数の超音波が互いに干渉することにより主走査
方向に超音波が集束するように、位相の異なる複数のパ
ルス列を前記超音波発生素子に与えながら、同時駆動素
子を主走査方向に順次ずらしていくことを特徴とする。
In another invention (corresponding to claim 2) of the first invention, a plurality of ultrasonic wave emitting elements are radiated by simultaneously driving a part of the ultrasonic wave generating element array instead of the ultrasonic wave interference layer. While simultaneously applying the plurality of pulse trains having different phases to the ultrasonic wave generating element, the simultaneous driving elements are sequentially shifted in the main scanning direction so that the ultrasonic waves of FIG. Is characterized by.

【0016】第1発明では、超音波ビームを用いて記録
に必要な飛翔インク粒を生成する際に、バルクレンズで
は大きな面積を必要とするレンズ効果の発現を、必要な
解像度に相当するピッチで複数の超音波発生素子を一列
に並べた超音波発生素子アレイで実現するために、主走
査方向(すなわち超音波発生素子配列方向)において隣
接する複数の超音波ビーム間の干渉によりレンズと等価
の作用を呈するフェーズドアレイ走査を行い、バルクレ
ンズでは不可能だった部分的に重畳した異なるレンズと
して動作させる。この場合、必要な解像度に相当する飛
翔インク粒を得る超音波波長ではフェーズドアレイ走査
が可能な波長としては短かすぎるという前述の課題は、
超超音波発生素子である超音波発生素子アレイとインク
を蓄えておくインク室との間に超音波干渉層を設け、そ
の内部で集束動作を行わせることで解決する。
According to the first aspect of the invention, when the flying ink particles required for recording are generated by using the ultrasonic beam, the lens effect that requires a large area in the bulk lens is exhibited at a pitch corresponding to the required resolution. In order to realize an ultrasonic wave generation element array in which a plurality of ultrasonic wave generation elements are arranged in a line, interference between a plurality of adjacent ultrasonic beams in the main scanning direction (that is, the ultrasonic wave generation element arrangement direction) is equivalent to a lens. The phased array scanning that works is performed, and it operates as a partially overlapped different lens that was impossible with the bulk lens. In this case, the above-mentioned problem that the ultrasonic wavelength for obtaining flying ink particles corresponding to the required resolution is too short as a wavelength capable of phased array scanning,
The problem is solved by providing an ultrasonic interference layer between the ultrasonic wave generating element array, which is an ultrasonic wave generating element, and the ink chamber for storing ink, and performing a focusing operation inside the ultrasonic interference layer.

【0017】すなわち、超音波ビームがインクに伝わる
前に、インクに比べて超音波伝搬速度(音速)がはるか
に速い超音波伝搬媒質、つまり超音波波長が長くなるよ
うな媒質を超音波干渉層として設け、この超音波干渉層
の内部で超音波ビ−ムを集束することにより、フェーズ
ドアレイ走査の実現と、必要な解像度に相当する粒径の
飛翔インク粒の形成の両方を同時に満足させることがで
きる。
That is, before the ultrasonic beam is transmitted to the ink, an ultrasonic wave propagation layer (sonic velocity) having a much higher ultrasonic wave propagation speed (sound velocity) than that of the ink, that is, a medium having a long ultrasonic wave wavelength is used as the ultrasonic interference layer. By concentrating the ultrasonic beams inside the ultrasonic interference layer, it is possible to satisfy both the realization of phased array scanning and the formation of flying ink particles having a particle size corresponding to the required resolution at the same time. You can

【0018】また、超音波干渉層を設けない場合であっ
ても、一部の超音波発生素子を同時駆動することによっ
て、超音波の主走査方向への集束ができると共に、この
同時駆動する超音波発生素子を順次ずらすことで、連続
的に超音波の集束点を変化させることが可能となる。
Even when the ultrasonic interference layer is not provided, the ultrasonic waves can be focused in the main scanning direction by simultaneously driving some of the ultrasonic wave generating elements, and at the same time, the ultrasonic waves that are simultaneously driven can be focused. By sequentially shifting the sound wave generating elements, it becomes possible to continuously change the focal point of the ultrasonic waves.

【0019】第2発明(請求項3、請求項4に対応)
は、超音波ビームの圧力によりインクの液面から粒子化
したインクを飛翔させて記録媒体上に画像を記録するイ
ンクジェット記録装置において、複数の超音波発生素子
を一列に配列して構成される超音波発生素子アレイの超
音波発生素子配列方向と同方向に延びた複数本の平行な
直線帯状パタ−ンからなり、各超音波発生素子から放射
される超音波ビームをインク内に集束させるフレネル回
折帯板を設けたことを特徴とする。
Second invention (corresponding to claims 3 and 4)
In an inkjet recording apparatus that records an image on a recording medium by ejecting particle-shaped ink from the liquid surface of the ink by the pressure of an ultrasonic beam, a super-sonic transducer that is configured by arranging a plurality of ultrasonic generating elements in a line. Fresnel diffraction, which consists of a plurality of parallel linear strip patterns extending in the same direction as the ultrasonic wave generating element array direction of the ultrasonic wave generating element array, focuses the ultrasonic beam emitted from each ultrasonic wave generating element into the ink. It is characterized in that a strip plate is provided.

【0020】第2発明では、副走査方向(超音波発生素
子配列方向と直交する方向)では光リソグラフィ等の信
頼性が高く均一性が良い面内製造プロセスにより、構造
的に大きな凹凸や曲面が無く、ばらつきや収差が少ない
音響レンズ系として、バルクのシリンドリカルレンズに
代えて1次元のフレネル回折帯板(フレネル回折格子或
いはフレネルレンズとも呼ばれる)を用いる。
In the second aspect of the invention, in the sub-scanning direction (the direction orthogonal to the ultrasonic wave generating element array direction), an in-plane manufacturing process with high reliability and good uniformity such as photolithography causes structurally large irregularities and curved surfaces. In place of a bulk cylindrical lens, a one-dimensional Fresnel diffraction band plate (also referred to as Fresnel diffraction grating or Fresnel lens) is used as an acoustic lens system with little variation and aberration.

【0021】このフレネル回折帯板は、その断面のパタ
ーンが中心からある規則に基づいた比率の幅で波の通過
する部分と、波の不通過或いは半波長分の位相シフトを
起こす部分とが交互に並んだものであり、超音波発生素
子アレイの超音波発生素子配列方向には単に複数本の直
線帯状パターンとして延びている。従って、直線帯状に
延びている方向に対する超音波ビームの入射角が変わる
場合でも、バルクのシリンドリカルレンズのように焦点
距離が変わるという現象は起こらない。
In this Fresnel diffractive band plate, a portion through which a wave passes and a portion where a wave does not pass or a phase shift corresponding to a half wavelength occurs alternately with a width of a ratio based on a certain rule from the center of the cross-sectional pattern. Are arranged side by side, and simply extend as a plurality of linear strip patterns in the ultrasonic wave generating element array direction of the ultrasonic wave generating element array. Therefore, even if the incident angle of the ultrasonic beam with respect to the direction extending in a straight line band changes, the phenomenon that the focal length changes unlike the bulk cylindrical lens does not occur.

【0022】更に、この様な1次元のフレネル回折帯板
は、構造的に曲面を含んだ凹凸を微細な構造の中に形成
するバルクのシリンドリカルレンズとは異なり、平面内
に形成することができるため、光リソグラフィ等の信頼
性が高く均一性の良い製造プロセスによって形成でき、
精度の良い超音波の集束が可能である。
Further, such a one-dimensional Fresnel diffraction band plate can be formed in a plane unlike a bulk cylindrical lens in which unevenness including a curved surface is formed in a fine structure. Therefore, it can be formed by a highly reliable and uniform manufacturing process such as optical lithography.
It is possible to focus ultrasonic waves with high accuracy.

【0023】また、第1発明〜第2発明における超音波
発生素子アレイを駆動するための駆動回路(請求項5に
対応)は、例えば、入力される画像データを転送するシ
フトレジスタと、このシフトレジスタから並列に出力さ
れる画像データを一時記憶するラッチと、このラッチに
一時記憶された画像データに応じて、複数の共通信号線
から入力される位相の異なる複数のパルス列のいずれか
を選択し、該パルス列に応じて超音波発生素子アレイを
駆動するデータセレクタ/ドライバとにより構成され
る。
The drive circuit (corresponding to claim 5) for driving the ultrasonic wave generating element array in the first invention and the second invention is, for example, a shift register for transferring input image data, and this shift. Depending on the latch that temporarily stores the image data that are output in parallel from the register and the image data that is temporarily stored in this latch, select one of the multiple pulse trains that have different phases and that are input from the multiple common signal lines. , A data selector / driver for driving the ultrasonic wave generating element array according to the pulse train.

【0024】第3発明(請求項6に対応)は、音響ビー
ムの持つ指向性を有効に利用するため、インク液面に向
けて平面的に自己集束するように超音波発生素子(振動
子、音波発生素子)及びインク液室を配置すること、前
記超音波発生素子n個(n≧4)をアレイ状に配置する
こと、前記n個の超音波発生素子をm個(3≦m<n)
から成る超音波発生素子をグループ化し、前記m個超音
波発生素子から超音波ビームをインク液面の1点に集束
制御すること、更に、超音波発生素子のグループを組み
替えてインク液面における音響エネルギーの1点集束位
置を切り替えることを骨子としている。
In the third invention (corresponding to claim 6), in order to effectively utilize the directivity of the acoustic beam, the ultrasonic wave generating element (vibrator, oscillator, so as to planarly self-focus toward the liquid surface of the ink). Sound wave generating elements) and ink liquid chambers, n ultrasonic wave generating elements (n ≧ 4) are arranged in an array, and m ultrasonic wave generating elements (3 ≦ m <n). )
Grouping the ultrasonic wave generating elements, and controlling the focusing of the ultrasonic beam from the m ultrasonic wave generating elements to one point on the ink liquid surface, and further changing the group of the ultrasonic wave generating elements to generate acoustic waves on the ink liquid surface. The main point is to switch the energy focusing point.

【0025】上記の構成により、第3発明に係るインク
ジェット記録装置は、規格化された制御機構もしくは信
号群によって、アレイ状に配列されている超音波発生素
子をグループ化して駆動することにより、インク液面に
対する音響ビームの集束方向・位置が定形化される。し
たがって、インク液面から飛翔するインク液滴の大き
さ、飛翔方向が一様となって、画素ピッチやインク液滴
径が均一化するため、濃度むら及びドットの位置ずれ等
が回避されることになり、常に高品質な画像の記録がな
される。
With the above structure, the ink jet recording apparatus according to the third aspect of the present invention uses the standardized control mechanism or signal group to drive the ultrasonic wave generating elements arranged in an array by grouping them. The focusing direction and position of the acoustic beam with respect to the liquid surface are standardized. Therefore, the size and the flight direction of the ink droplets flying from the ink surface are made uniform, and the pixel pitch and the ink droplet diameter are made uniform, so that density unevenness and dot misalignment can be avoided. As a result, high quality images are always recorded.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態を説明する。 (第1実施形態)図1は、第1実施形態に係るインクジ
ェット記録装置における記録ヘッド部の一部を模式的に
示した図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a diagram schematically showing a part of a recording head portion in an ink jet recording apparatus according to the first embodiment.

【0027】図1において、超音波干渉層11は記録ヘ
ッドの支持体と超音波発生素子アレイ10とインク16
間の音響的整合層を兼ねる層であり、例えばガラスによ
り作られている。超音波発生素子アレイ10は、圧電素
子で構成される場合と磁歪素子で構成される場合等とが
考えられるが、本実施形態においては圧電素子で超音波
発生素子10が構成される場合を説明する。
In FIG. 1, the ultrasonic interference layer 11 is a support of the recording head, the ultrasonic wave generating element array 10 and the ink 16.
The layer also serves as an acoustic matching layer between the layers, and is made of, for example, glass. The ultrasonic wave generating element array 10 may be composed of a piezoelectric element, a magnetostrictive element, or the like. In the present embodiment, a case where the ultrasonic wave generating element 10 is composed of a piezoelectric element will be described. To do.

【0028】超音波干渉層11の裏面側には、金属薄膜
からなる共通電極12を介して圧電体層13が形成され
ている。圧電体層13は、ZnO或いはPZT等の材料
をスパッタリングのような膜の厚みを任意にコントロー
ルできる成膜方法により、超音波干渉層11の裏面全面
に或いは帯状に形成したものである。超音波干渉層11
の表面には、複数の個別電極14が記録ドットに相当す
るピッチで形成されている。圧電体層13の厚みは、使
用する超音波の波長によって決まり、圧電体層13を挟
む金属の共通電極12及び個別電極14の等価的厚みと
の合計が超音波波長の半分となるように設計されてい
る。
A piezoelectric layer 13 is formed on the back surface side of the ultrasonic interference layer 11 via a common electrode 12 made of a metal thin film. The piezoelectric layer 13 is formed of a material such as ZnO or PZT on the entire back surface of the ultrasonic interference layer 11 or in a band shape by a film forming method capable of arbitrarily controlling the film thickness such as sputtering. Ultrasonic interference layer 11
On the surface of, a plurality of individual electrodes 14 are formed at a pitch corresponding to recording dots. The thickness of the piezoelectric layer 13 is determined by the wavelength of the ultrasonic wave used, and is designed so that the total of the equivalent thickness of the metal common electrode 12 and the individual electrode 14 sandwiching the piezoelectric layer 13 is half the ultrasonic wavelength. Has been done.

【0029】共通電極12と圧電体層13及び個別電極
14により、圧電素子アレイ10が構成されている。図
1では、圧電素子アレイ10は圧電素子が8素子分しか
示されていないが、実際のインクジェット記録装置、例
えば解像度400dpiでA4サイズの長手方向の寸法
に相当する長さを持つライン型ヘッドの場合には、約4
800素子の圧電素子を一列に配列する。
The common electrode 12, the piezoelectric layer 13 and the individual electrode 14 constitute the piezoelectric element array 10. Although only eight piezoelectric elements are shown in the piezoelectric element array 10 in FIG. 1, an actual inkjet recording apparatus, for example, a line type head having a length corresponding to the longitudinal direction of A4 size with a resolution of 400 dpi is used. In case of about 4
Piezoelectric elements of 800 elements are arranged in a line.

【0030】超音波干渉層11の表面側には、断面台形
のスリット状のノズル孔兼インク室を形成したノズル基
板15が、圧電素子アレイ10の真上にノズル孔兼イン
ク室が位置するように張り合わされている。ノズル孔兼
インク室には、液状のインク16が満たされている。
On the surface side of the ultrasonic interference layer 11, the nozzle substrate 15 having a slit-shaped nozzle hole / ink chamber having a trapezoidal cross section is positioned so that the nozzle hole / ink chamber is located directly above the piezoelectric element array 10. Are pasted together. Liquid ink 16 is filled in the nozzle hole / ink chamber.

【0031】更に、圧電体素子アレイ10とインク16
との境界には、1次元のフレネル回折帯板17が形成さ
れている。このフレネル回折帯板17は、回折中心から
の距離をxとすると、x=0〜1K、31/2 K〜51/2
K、71/2 K〜91/2 K、111/2 K〜131/2 K、…
で超音波を通過する第1層と、x=1K〜31/2 K、5
1/2 K〜71/2 K、91/2 K〜111/2 K、131/2
〜…で超音波の位相が半波長シフトする第2層を交互に
並べて構成される。但し、Pは焦点距離つまりノズル基
板15の厚み、λは使用する超音波の波長、そしてK=
(λp /2)1/2 である。第1層及び第2層は、いずれ
か一方の層だけを金属蒸着膜の光リソグラフィで形成す
れば良く、その厚みはインク内の遅い音速との差により
半波長の位相シフトが生じる約数μm〜十数μm程度に
選ばれる。
Further, the piezoelectric element array 10 and the ink 16
A one-dimensional Fresnel diffraction band plate 17 is formed on the boundary between and. This Fresnel diffraction band plate 17 has x = 0 to 1 K, 3 1/2 K to 5 1/2 where x is the distance from the diffraction center.
K, 7 1/2 K~9 1/2 K, 11 1/2 K~13 1/2 K, ...
The first layer that passes ultrasonic waves at x = 1K to 31 / 2K, 5
1/2 K~7 1/2 K, 9 1/2 K~11 1/2 K, 13 1/2 K
Are arranged by alternately arranging the second layers in which the phase of the ultrasonic wave is shifted by a half wavelength. However, P is the focal length, that is, the thickness of the nozzle substrate 15, λ is the wavelength of the ultrasonic wave used, and K =
(Λp / 2) 1/2 . Only one of the first layer and the second layer may be formed by photolithography of a metal vapor deposition film, and the thickness thereof is about several μm, which causes a phase shift of half a wavelength due to the difference with the slow sound velocity in the ink. It is selected to be about a dozen or so μm.

【0032】次に、図2を用いて本実施形態の動作を説
明する。フェーズドアレイ走査の代表的な方式として、
圧電素子アレイの隣接する所定数個の圧電素子を一単位
とし、これらをそれぞれから放射される超音波ビームが
互いに干渉するように位相を適当にずらせて駆動する動
作を、駆動する圧電素子を1個ずつ順次ずらせて行うリ
ニア走査がある。ここでは、4つの圧電素子を一単位と
してリニア走査を行う場合について述べる。この場合、
図2に示すように所定の周波数の交流或いはパルス列か
らなるバースト電圧が4つの圧電素子の個別電極14
3 、144 、145 、146 に印加される。このとき印
加されるバースト電圧の周波数は、少なくとも超音波干
渉層11内での波長が、圧電素子アレイ10の配列ピッ
チよりも長くなるように設定される必要があり、更には
超音波干渉層11の厚みもある値以上であることが要請
される。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. As a typical method of phased array scanning,
A predetermined number of piezoelectric elements adjacent to each other in the piezoelectric element array are set as one unit, and the piezoelectric element for driving the piezoelectric elements is driven by appropriately shifting the phases so that the ultrasonic beams emitted from each unit interfere with each other. There is a linear scan in which the individual scans are sequentially shifted. Here, the case where linear scanning is performed with four piezoelectric elements as one unit will be described. in this case,
As shown in FIG. 2, an individual electrode 14 of four piezoelectric elements having a burst voltage composed of an alternating current or a pulse train of a predetermined frequency is provided.
It is applied to 3 , 14 4 , 14 5 , and 14 6 . The frequency of the burst voltage applied at this time needs to be set such that at least the wavelength in the ultrasonic interference layer 11 is longer than the arrangement pitch of the piezoelectric element array 10, and further the ultrasonic interference layer 11 is Is also required to be a certain value or more.

【0033】このような条件の下で、4つの圧電素子の
うち内側の2つの圧電素子の個別電極144 、145
対して所定の位相のバースト電圧を印加し、かつ外側の
2つの圧電素子の個別電極143 、146 に対して、内
側の2つの圧電素子の個別電極144 、145 に印加す
るバースト電圧より位相が進んだバースト電圧を印加す
ると、それぞれの圧電素子から放射される超音波ビーム
が互いに干渉することにより、圧電素子アレイ10の圧
電素子配列方向(以下、「アレイ方向」という)、つま
り主走査方向でのレンズ効果が生じる。ただし、この超
音波干渉層11内では、超音波ビームが圧電素子アレイ
10のアレイ方向と直交する方向(副走査方向)には集
束しない。
Under these conditions, a burst voltage of a predetermined phase is applied to the individual electrodes 14 4 and 14 5 of the two inner piezoelectric elements of the four piezoelectric elements, and the two outer piezoelectric elements are applied. When a burst voltage whose phase is ahead of the burst voltage applied to the individual electrodes 14 4 and 14 5 of the two inner piezoelectric elements is applied to the individual electrodes 14 3 and 14 6 of the element, the respective piezoelectric elements emit the burst voltage. When the ultrasonic beams are interfered with each other, a lens effect occurs in the piezoelectric element array direction of the piezoelectric element array 10 (hereinafter referred to as “array direction”), that is, in the main scanning direction. However, in the ultrasonic interference layer 11, the ultrasonic beam is not focused in the direction (sub scanning direction) orthogonal to the array direction of the piezoelectric element array 10.

【0034】超音波干渉層11とインク室との境界面に
到達した超音波ビームは、フレネル回折帯板17によっ
て圧電素子アレイ10のアレイ方向と直交する方向、つ
まり副走査方向へ求心的に集束するようなレンズ効果を
受ける。すなわち、超音波ビームの主走査方向の集束は
音響的整合層でもある超音波干渉層11の内部から始ま
ってノズル基板15のインク16にまで及ぶ。超音波ビ
ームの副走査方向の集束は、ノズル基板15のインク1
6の中だけで行なわれる。主走査方向及び副走査方向の
両方向とも、超音波ビームの焦点はノズル基板15の上
面のスリット状の開口で表面張力により止まっているイ
ンクの表面に合わされている。
The ultrasonic beam that has reached the boundary surface between the ultrasonic interference layer 11 and the ink chamber is focused by the Fresnel diffraction band plate 17 in a direction orthogonal to the array direction of the piezoelectric element array 10, that is, in the sub-scanning direction. Receive a lens effect that does. That is, the focusing of the ultrasonic beam in the main scanning direction starts from the inside of the ultrasonic interference layer 11 which is also the acoustic matching layer and reaches the ink 16 of the nozzle substrate 15. Focusing of the ultrasonic beam in the sub-scanning direction is performed by the ink 1 on the nozzle substrate 15.
It is done only in 6. In both the main scanning direction and the sub-scanning direction, the ultrasonic beam is focused on the surface of the ink stopped by the surface tension at the slit-shaped opening on the upper surface of the nozzle substrate 15.

【0035】このようにして、集束した超音波ビームの
圧力によってインク表面からインク粒を飛翔させ、図示
しない記録紙等の記録媒体上に画像を記録することがで
きる。この記録方法では、図3に示すように4つの圧電
素子を使って超音波ビームを1ドットに集束させる場合
には、1ラインを少なくとも1/4ずつのタイミング或
いはそれ以上に分割する分割駆動となる。つまり、4素
子の圧電素子を一単位とするリニア走査により、主走査
方向にシフトすることが必要となる。
In this way, ink particles can be ejected from the ink surface by the pressure of the focused ultrasonic beam, and an image can be recorded on a recording medium such as recording paper (not shown). In this recording method, when the ultrasonic beam is focused into one dot by using four piezoelectric elements as shown in FIG. 3, a division drive for dividing one line into at least 1/4 timing or more is performed. Become. That is, it is necessary to shift in the main scanning direction by linear scanning using four piezoelectric elements as one unit.

【0036】図3(a)〜図3(e)の各動作を簡単に
説明する。図3(a)は、グループ化された個別電極1
42 〜145 のうち、内側2個の個別電極143 、14
4 にはバースト電圧を印加し、外側2個の個別電極14
2、145 へは、前記したように内側2個の個別電極1
43 、144 よりも位相の進んだバースト電圧を印加し
た場合の模式図である。
Each operation of FIGS. 3A to 3E will be briefly described. FIG. 3A shows grouped individual electrodes 1
Of the 42 to 145, the inner two individual electrodes 143 and 14
Burst voltage is applied to 4 and two outer individual electrodes 14
2 and 14 5 are the inner two individual electrodes 1 as described above.
FIG. 4 is a schematic diagram in the case where a burst voltage having a phase more advanced than 43 and 144 is applied.

【0037】図3(b)は、次にグループ化された個別
電極143 〜146 のうち、内側2個の個別電極144
、145 にはバースト電圧を印加し、外側2個の個別
電極143 、146 へは、内側2個の個別電極144 、
145 よりも位相の進んだバースト電圧を印加した場合
の模式図である。
FIG. 3B shows the inner two individual electrodes 144 among the individual electrodes 143 to 146 grouped next.
, 145, a burst voltage is applied to the two outer individual electrodes 143, 146, and the inner two individual electrodes 144,
It is a schematic diagram at the time of applying the burst voltage which the phase advanced from 145.

【0038】図3(c)は、更に、グループ化が進めら
れた個別電極144 〜147 のうち、内側2個の個別電
極145 、146 にはバースト電圧を印加し、外側2個
の個別電極144 、147 へは、内側2個の個別電極1
45 、146 よりも位相の進んだバースト電圧を印加し
た場合の模式図である。
In FIG. 3C, the burst voltage is applied to the two inner electrodes 145 and 146 of the individual electrodes 144 to 147 which have been further grouped, and the outer two individual electrodes 144. , 147 to the inner two individual electrodes 1
It is a schematic diagram at the time of applying the burst voltage which the phase advanced from 45,146.

【0039】図3(d)は、個別電極141 〜148
を、個別電極141 〜144 のグループと、個別電極1
45 〜148 のグループに分け、各グループを同時に駆
動して、所定のピッチで2個のインク液滴を飛翔させた
ときの模式図である。
FIG. 3D shows the individual electrodes 141 to 148.
A group of individual electrodes 141 to 144 and an individual electrode 1
FIG. 14 is a schematic diagram when the ink droplets are divided into groups of 45 to 148, and each group is simultaneously driven to eject two ink droplets at a predetermined pitch.

【0040】図3(e)は、図3(a)と同じ状態を示
す。具体的には、グループを成す音波発生素子群2の数
を20以上にすることが望ましい。
FIG. 3 (e) shows the same state as FIG. 3 (a). Specifically, it is desirable that the number of the sound wave generating element groups 2 forming a group is 20 or more.

【0041】また、ここでは4つの圧電素子を一単位と
するリニア走査を述べたが、リニア走査において圧電素
子アレイを駆動する一単位の素子数、つまり1画点を記
録するのに使用する圧電素子の数は、これに限定される
ものではない。1画点を記録するのに更に多くの圧電素
子を使用すれば、求心的に集束する超音波ビームの波面
は滑らかになり、エネルギー密度も高くなるので、イン
ク粒のばらつきを小さくし、圧電素子アレイ10の駆動
電圧も低くすることができる。
Although the linear scanning using four piezoelectric elements as one unit has been described here, the number of elements in one unit for driving the piezoelectric element array in the linear scanning, that is, the piezoelectric used to record one image point. The number of elements is not limited to this. If more piezoelectric elements are used to record one image point, the wavefront of the ultrasonic beam that is centripetally focused becomes smoother and the energy density becomes higher. The drive voltage of the array 10 can also be lowered.

【0042】上記のように、アレイ状の配置されている
圧電素子アレイ10をグループ化し、かつこのグループ
化を順次組み替えるとともに、グループ化内における圧
電素子アレイ10位置によってバースト電圧を切り替え
印加する構成を採ったことにより、常に大きさが一定の
インク液滴が一定方向に飛翔されるので、インク液滴の
飛翔方向の制御機構等も不要で、記録装置の簡略化等に
も大きく寄与する。
As described above, the piezoelectric element arrays 10 arranged in an array are grouped, and the grouping is sequentially rearranged, and the burst voltage is switched and applied depending on the position of the piezoelectric element array 10 in the grouping. Since the ink droplets having a constant size are always ejected in a fixed direction by adopting the above-mentioned method, a control mechanism or the like for the flight direction of the ink droplets is not required, which greatly contributes to simplification of the recording apparatus.

【0043】これに対して、圧電素子アレイ10のグル
ープを順次組み替え、かつグループ内の位置に対応して
圧電素子アレイ10に、所定の交流もしくはバースト電
圧を選択的に印加する構成としたことにより、超音波ビ
ームのエネルギー密度の向上、インク液滴の大きさのば
らつき低減等が図られ、高品質な記録ができる。
On the other hand, the groups of the piezoelectric element array 10 are sequentially rearranged, and a predetermined AC or burst voltage is selectively applied to the piezoelectric element array 10 corresponding to the position within the group. In addition, the energy density of the ultrasonic beam is improved, the variation in the size of the ink droplet is reduced, and high-quality recording can be performed.

【0044】本実施形態の第1特徴は、圧電素子アレイ
10から放射される隣接した複数の超音波ビームを、音
響的整合層でもあるガラスのような材質の超音波干渉層
11の内部で干渉させて主走査方向の集束を行う点であ
る。
The first feature of this embodiment is that the plurality of adjacent ultrasonic beams emitted from the piezoelectric element array 10 interfere with each other inside the ultrasonic interference layer 11 made of a material such as glass which is also an acoustic matching layer. This is a point for focusing in the main scanning direction.

【0045】図4を参照して、超音波干渉層11内で複
数の超音波ビームを互いに干渉させて主走査方向での集
束を行うことによる効果を説明する。図4は、圧電素子
アレイ10から放射される超音波ビームの波長と記録媒
体上の記録ドット径の関係をガラス内及びインク内波長
の場合について示したものである。また、図4中には超
音波どうしの干渉が起こってフェーズドアレイ走査が行
われるような超音波波長と記録ドット径との関係を示す
領域をフェーズドアレイ可能領域として示している。
With reference to FIG. 4, description will be given of the effect of the plurality of ultrasonic beams interfering with each other in the ultrasonic interference layer 11 to focus in the main scanning direction. FIG. 4 shows the relationship between the wavelength of the ultrasonic beam emitted from the piezoelectric element array 10 and the recording dot diameter on the recording medium for the wavelengths inside the glass and inside the ink. Further, in FIG. 4, an area showing the relationship between the ultrasonic wave wavelength and the recording dot diameter in which the ultrasonic waves interfere with each other and the phased array scanning is performed is shown as a phased array possible area.

【0046】先に従来の技術で挙げた特開平2−184
443では、超音波ビームの集束動作をインク内部で行
うという提案がなされている。しかし、図4に示される
ようにインク内では超音波の波長が短く、超音波ビーム
どうしの干渉が起こりにくい。従って、現実にはインク
内でフェーズドアレイ走査を行うことはできず、従って
必要な解像度に相応した記録画点が得られない。これに
対して、インクよりも音響的伝搬特性(音速)の速い媒
質、例えばガラス(3.7倍)の中では波長が長くなる
ため、複数の超音波ビームが互いに干渉し合うようにな
り、フェーズドアレイ走査が可能になる。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 2-184 cited above as the prior art.
In 443, it is proposed that the focusing operation of the ultrasonic beam is performed inside the ink. However, as shown in FIG. 4, the wavelength of ultrasonic waves in the ink is short, and interference between ultrasonic beams does not easily occur. Therefore, in reality, the phased array scanning cannot be performed in the ink, so that the recording image point corresponding to the required resolution cannot be obtained. On the other hand, in a medium having acoustic propagation characteristics (sound velocity) faster than that of ink, for example, in a glass (3.7 times), the wavelength becomes long, so that a plurality of ultrasonic beams interfere with each other. Phased array scanning is possible.

【0047】そこで、本実施形態のようにインク室と圧
電体素子アレイ10の間に介在する音響的整合層でもあ
る超音波干渉層11を例えばガラスにより作製してその
厚みを大きくし、先ず超音波干渉層11の中で超音波ビ
ームどうしの干渉を行わせてある程度までビームを集束
させてからインク16内に導くようにすれば、超音波ビ
ームは超音波干渉層11とインク16との境界面で屈折
を起こした後も、そのままインク16内で集束を続け、
インク16内またはインク16の表面に焦点を結ぶこと
が可能になる。
Therefore, as in this embodiment, the ultrasonic interference layer 11 which is also an acoustic matching layer interposed between the ink chamber and the piezoelectric element array 10 is made of, for example, glass to increase its thickness. If the ultrasonic beams are interfered with each other in the acoustic interference layer 11 so that the beams are converged to a certain degree and then guided into the ink 16, the ultrasonic beam is bounded by the boundary between the ultrasonic interference layer 11 and the ink 16. Even after refracting on the surface, focusing continues in the ink 16 as it is,
It is possible to focus within or on the surface of the ink 16.

【0048】本実施形態において、超音波干渉層11の
厚みと音速については、以下のように設定することが望
ましい。超音波干渉層11の厚みdと圧電素子アレイ1
0のピッチ(〜記録解像度=記録画点の大きさ)Ps と
の間には、インク16中に伝わった超音波ビームがシャ
ープな焦点を結ぶようにするために、少なくとも d≧0.5Ps …(1) の関係が成立することが要求される。これは、次の様な
推論に基づいている。
In the present embodiment, it is desirable that the thickness and sound velocity of the ultrasonic interference layer 11 be set as follows. Thickness d of ultrasonic interference layer 11 and piezoelectric element array 1
Between the pitch of 0 (up to recording resolution = size of recording image point) Ps and the ultrasonic beam transmitted in the ink 16 forms a sharp focus, at least d ≧ 0.5 Ps ... It is required that the relationship of (1) is established. This is based on the following reasoning.

【0049】超音波干渉層11の厚みdとインク16内
の超音波波長λi との間には、次の関係がある。 ・圧電素子アレイ10のピッチPs =20×(λi /1
0)1.5 ・超音波干渉層11とインク16との界面における超音
波ビームのピッチPi〜λi ・F=1の条件で必要となる超音波干渉層11の厚み d≧Ps −Pi =0.633λi 1.5 −λi ≧0.5Ps (at300dpi〜1250dpi) 更に、超音波干渉層11内での音速とインク16中での
音速との比(Rv)は、圧電素子アレイ10のピッチP
s に対して、 Rv≧A・Ps -1/3 …(2) ただし、Ps が[dot/inch]表現の場合は, A
=22、Ps が[dot/mm]表現の場合は, A=
7.4という条件でなければ、超音波ビームの集束作用
そのものが発現しない。
There is the following relationship between the thickness d of the ultrasonic interference layer 11 and the ultrasonic wavelength λ i in the ink 16. .Pitch of the piezoelectric element array Ps = 20.times. (. Lambda.i / 1
0) 1.5. Pitch of ultrasonic beam at the interface between the ultrasonic interference layer 11 and the ink 16 .pi..lambda.i .. Thickness of the ultrasonic interference layer 11 required under the condition of F = 1. D.gtoreq.Ps-Pi = 0.633.lambda.i. 1.5 −λi ≧ 0.5 Ps (at 300 dpi to 1250 dpi) Further, the ratio (Rv) of the sound velocity in the ultrasonic interference layer 11 and the sound velocity in the ink 16 is determined by the pitch P of the piezoelectric element array 10.
For s, Rv ≧ A · Ps −1/3 (2) However, when Ps is a [dot / inch] expression, A
= 22, when Ps is expressed in [dot / mm], A =
Unless the condition is 7.4, the focusing action of the ultrasonic beam itself does not appear.

【0050】本実施形態の第2特徴は、圧電素子アレイ
10から放射される超音波ビームを副走査方向へ集束す
る手段として1次元のフレネル回折帯板17を用いたこ
とである。このように1次元のフレネル回折帯板17を
用いて副走査方向での超音波ビームの集束を行うことに
よる効果は、次の通りである。
The second feature of this embodiment is that the one-dimensional Fresnel diffraction band plate 17 is used as a means for focusing the ultrasonic beam emitted from the piezoelectric element array 10 in the sub-scanning direction. The effect of focusing the ultrasonic beam in the sub-scanning direction using the one-dimensional Fresnel diffraction band plate 17 in this way is as follows.

【0051】従来では、副走査方向の超音波ビーム集束
手段として、副走査方向では単に圧電素子アレイのアレ
イ方向のどの断面をとっても同じ形となるバルクの音響
的シリンドリカルレンズが用いられていた。しかし、フ
ェーズドアレイ走査により求心的波面を持って集束され
る超音波ビームのうち、その中心付近ではレンズ面或い
はレンズ表面に向かって垂直に入射するのに対し、超音
波ビームの両端部分では斜めの角度をもって入射するこ
とになる。特に、焦点でのビーム幅をなるべく狭く絞
り、エネルギー効率を高くするために、Fナンバー(=
焦点距離/レンズ口径)を1程度にまで小さくすると、
両端部での入射角の垂直軸に対する傾きは30°近くに
まで大きくなる。入射角の垂直軸からの傾きが大きくな
ると、入射ビームの進行方向に対するレンズ面の曲率は
実効的に大きくなり、従ってその部分に入射した超音波
ビームに対する焦点距離が短くなる。その結果、超音波
ビームは1点で焦点を結ぶことができなくなる。そのた
め非常に効率が悪い、或いはインク粒の大きさが不揃い
かつ不安定であるために画質が悪い、更にはインクジェ
ットプリンタとしての動作自体が困難という状況を来た
していた。
Conventionally, as the ultrasonic beam focusing means in the sub-scanning direction, a bulk acoustic cylindrical lens having the same shape in any array direction of the piezoelectric element array in the sub-scanning direction has been used. However, among the ultrasonic beams focused with a centripetal wavefront by the phased array scanning, they are incident vertically toward the lens surface or the lens surface near the center of the ultrasonic beam, whereas at both ends of the ultrasonic beam, there is an oblique angle. It will be incident at an angle. In particular, in order to narrow the beam width at the focal point as narrow as possible and increase energy efficiency, the F number (=
If you reduce the focal length / lens aperture to about 1,
The inclination of the incident angle with respect to the vertical axis at both ends is increased to nearly 30 °. When the inclination of the incident angle from the vertical axis becomes large, the curvature of the lens surface in the traveling direction of the incident beam becomes effectively large, so that the focal length for the ultrasonic beam incident on that portion becomes short. As a result, the ultrasonic beam cannot be focused at one point. Therefore, the efficiency is very poor, or the image quality is poor due to the irregular and unstable size of the ink particles, and the operation itself as an inkjet printer is difficult.

【0052】これに対し、本実施形態のように1次元の
フレネル回折帯板17を超音波ビームの副走査方向の集
束に用いると、直線帯状に延びている方向に対して超音
波ビームの入射角が変化しても、焦点距離が変化するこ
とはないため、バルクの音響的シリンドリカルレンズを
用いた場合の上記のような問題点は解消される。
On the other hand, when the one-dimensional Fresnel diffraction band plate 17 is used for focusing the ultrasonic beam in the sub-scanning direction as in the present embodiment, the ultrasonic beam is incident in the direction extending in the linear band shape. Since the focal length does not change even if the angle changes, the above-mentioned problems in the case of using the bulk acoustic cylindrical lens are solved.

【0053】また、このような直線状パターンからなる
フレネル回折帯板17は、製造工程の上で有利であると
いう利点がある。すなわち、本実施形態では図5に示す
ように、音響的整合層を兼ねる超音波干渉層11である
ガラス基板の表面に、主走査方向に延びた直線状パター
ンのフレネル回折帯板17が形成され、ガラス基板の裏
面には副走査方向に延びた直線状パターンの個別電極1
4が共通電極12と圧電体層13を積層した上に形成さ
れる。それぞれのパターンは角の無い直線だけであるた
め、独立に、細かく、かつ精度良く製作することができ
る。そして、ガラス基板の表裏のパタ−ンどうしを組み
合わせるための位置合わせ精度は、それぞれのパターン
形成の精度よりはるかに緩いもので良い。従って、高解
像度に向いたパターニングを扱いやすい製造プロセスを
用いて作ることができる。
Further, the Fresnel diffraction band plate 17 having such a linear pattern has an advantage of being advantageous in the manufacturing process. That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the Fresnel diffraction band plate 17 having a linear pattern extending in the main scanning direction is formed on the surface of the glass substrate which is the ultrasonic interference layer 11 which also serves as the acoustic matching layer. , The individual electrode 1 having a linear pattern extending in the sub-scanning direction on the back surface of the glass substrate.
4 is formed on the common electrode 12 and the piezoelectric layer 13 which are laminated. Since each pattern is only a straight line without corners, it can be manufactured independently and finely and accurately. The positioning accuracy for combining the patterns on the front and back of the glass substrate may be much less than the accuracy for forming each pattern. Therefore, patterning suitable for high resolution can be produced by using an easy-to-handle manufacturing process.

【0054】更に、1次元のフレネル回折帯板17を用
いることによるもう一つの利点としては、曲面構造のバ
ルク材料を使うシリンドリカルレンズの場合のように、
超音波ビームの入射角により焦点位置が変動したり、収
差を発生したりすることが無いという点があげられる。
Another advantage of using the one-dimensional Fresnel diffraction band plate 17 is that, as in the case of a cylindrical lens using a bulk material having a curved structure,
The point is that the focal position does not fluctuate and aberration does not occur depending on the incident angle of the ultrasonic beam.

【0055】(第2実施形態)第2実施形態の基本的な
構成は、第1実施形態と同様であるが、本実施形態にお
いては、超音波発生素子として圧電素子ではなく磁歪振
動子を用いたことを特徴とする。第2実施形態におい
て、記録ヘッド部の主要構成は図1と同様であるので、
図示及び重複した詳細な説明は省略する。第2実施形態
では、第1実施形態と異なり、超音波発生素子として電
極で分離された磁歪振動子を用い、これを一次元のアレ
イ状に配列している。
(Second Embodiment) The basic structure of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but in this embodiment, a magnetostrictive oscillator is used as the ultrasonic wave generating element instead of a piezoelectric element. It is characterized by having been. In the second embodiment, the main structure of the recording head unit is the same as that in FIG.
A detailed description that has been shown and duplicated will be omitted. In the second embodiment, unlike the first embodiment, the magnetostrictive oscillators separated by the electrodes are used as the ultrasonic wave generating elements, and these are arranged in a one-dimensional array.

【0056】磁歪振動子13は、Te0.3 Dy0.7 Fe
2 又はTe0.3 Dy0.7 (Fe0.9Mn0.12 等の材
料をスパッタリングのような膜の厚みを任意にコントロ
ールできる成膜方法により、超音波干渉層11の裏面全
面に又は帯状に形成される。磁歪振動子13の両端には
バイアス磁界を与える磁界印加素子(図示しない)が設
けられている。磁界印加素子は、消費電力、発熱等の問
題がない永久磁石が好適に用いられる。磁歪振動子13
の表面には、共通電極12と対をなす個別励磁コイル1
4が記録ドットに相当するピッチで形成されている。な
お、磁歪振動子アレイのアレイ状形成は、磁歪振動子1
3を形成する段階で、島状の磁歪振動子を記録ビットに
相当するピッチに形成する工程を採ってもよく、磁歪振
動子13の厚みは使用する超音波の波長に合わせて整合
出来るように設計されている。
The magnetostrictive vibrator 13 is Te 0.3 Dy 0.7 Fe.
A material such as 2 or Te 0.3 Dy 0.7 (Fe 0.9 Mn 0.1 ) 2 is formed on the entire back surface of the ultrasonic interference layer 11 or in a band shape by a film forming method such as sputtering in which the thickness of the film can be arbitrarily controlled. Magnetic field applying elements (not shown) for applying a bias magnetic field are provided at both ends of the magnetostrictive vibrator 13. As the magnetic field applying element, a permanent magnet that does not have problems such as power consumption and heat generation is preferably used. Magnetostrictive oscillator 13
On the surface of the individual exciting coil 1 paired with the common electrode 12
4 are formed at a pitch corresponding to recording dots. The magnetostrictive vibrator array is formed in the array form.
In the step of forming 3, the step of forming island-shaped magnetostrictive vibrators at a pitch corresponding to the recording bits may be taken, and the thickness of the magnetostrictive vibrators 13 can be matched according to the wavelength of the ultrasonic waves used. Is designed.

【0057】共通電極12、磁歪振動子13、磁界印加
素子及び励磁コイル14により、超音波発生素子アレイ
である磁歪振動子アレイ10が構成されている。また、
実際のインクジェットヘッド、例えば解像度600dp
iでA4サイズの長手方向の寸法に相当する長さを持つ
ライン型ヘッドの場合には、約5000素子の磁歪振動
子を一列に配列する。この場合、磁歪振動子アレイ10
は要求される記録密度で定まる等間隔で一列に配列され
る。他の構成は、第1実施形態と同様であるので、説明
を省略する。
The common electrode 12, the magnetostrictive vibrator 13, the magnetic field applying element and the exciting coil 14 constitute a magnetostrictive vibrator array 10 which is an ultrasonic wave generating element array. Also,
Actual inkjet head, eg 600dp resolution
In the case of a line type head having a length corresponding to the size of A4 size in the longitudinal direction of i, magnetostrictive vibrators of about 5000 elements are arranged in a line. In this case, the magnetostrictive oscillator array 10
Are arranged in a line at equal intervals determined by the required recording density. The other configurations are similar to those of the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted.

【0058】図6(a)及び図6(b)を参照して、第
2実施形態に係るインクジェットヘッドの動作例を説明
する。図6(a)は磁歪振動子アレイに直交する方向の
断面図、図6(b)は磁歪振動子アレイに沿った方向の
断面図である。図6(a)には、前記磁歪振動子13の
両端に設けられ、磁歪振動子13にバイアス磁界を与え
る磁界印加手段14aが記載されている。
An operation example of the ink jet head according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b). FIG. 6A is a sectional view in a direction orthogonal to the magnetostrictive oscillator array, and FIG. 6B is a sectional view in a direction along the magnetostrictive oscillator array. FIG. 6A shows magnetic field applying means 14 a provided at both ends of the magnetostrictive vibrator 13 and applying a bias magnetic field to the magnetostrictive vibrator 13.

【0059】所定周波数の交流(又はパルス列)からな
るバースト電圧が、アレイ状の磁歪振動子アレイ10の
うちの一部、例えば個別励磁コイル141 〜144 に印
加される。ここで、印加する交流周波数は、少なくとも
超音波干渉層(音響整合層)として機能するガラス板1
内での波長が、超音波発生素子(磁歪振動子13)アレ
イのピッチよりも長いものである。そして、前記個別励
磁コイル141 〜144 のうち、内側2個の個別励磁コ
イル142 、143 には交流を印加し、外側2個の個別
励磁コイル141 、144 へは、内側2個の個別励磁コ
イル142 、143 よりも位相の進んだ(本実施例では
1/4)バースト電圧を印加すると、実施例3−3と同
様に、相互の超音波ビーム同士が干渉しあって、圧電素
子アレイ10が並ぶアレイ方向(主走査方向)でのレン
ズ効果が生じる。なお、このガラス板1内では、圧電素
子アレイ10のアレイ方向と直交する方向(副走査方
向)に集束することはない。
A burst voltage composed of an alternating current (or a pulse train) of a predetermined frequency is applied to a part of the arrayed magnetostrictive oscillator array 10, for example, individual exciting coils 141 to 144. Here, the applied AC frequency is at least the glass plate 1 that functions as an ultrasonic interference layer (acoustic matching layer).
The internal wavelength is longer than the pitch of the ultrasonic wave generating element (magnetostrictive vibrator 13) array. Then, of the individual exciting coils 141 to 144, an alternating current is applied to the inner two individual exciting coils 142 and 143, and the inner two individual exciting coils 142 to the outer two individual exciting coils 141 and 144. , 143, the phase is advanced (1/4 in this embodiment) to the burst voltage, mutual ultrasonic beams interfere with each other, and the piezoelectric element array 10 is lined up, as in Embodiment 3-3. A lens effect occurs in the array direction (main scanning direction). In the glass plate 1, there is no focusing in the direction (sub scanning direction) orthogonal to the array direction of the piezoelectric element array 10.

【0060】インク16との境界面に到達した超音波ビ
ームは、フレネル回折帯板17によって、圧電素子アレ
イ10が並ぶアレイ方向と直交する方向(副走査方向)
へ求心的に集束するようなレンズ効果を受ける。つま
り、主走査方向の集束は、音響整合層(超音波干渉層)
として機能するガラス板1内から始まり、副走査方向の
集束は、インク16内のみで行われる。この時、前記ノ
ズル基板15は、その厚さが予め焦点に合うように選択
・設定されているので、ノズル孔を形成するスリット状
の開口部に、表面張力によって止まっているインク液表
面に焦点合わされることになる。従って、前記主走査方
向及び副走査方向に集束した超音波ビーム圧により、イ
ンク液表面からインク粒が容易に飛翔し、記録媒体面に
濃度むら等のない鮮明な記録がなされる。
The ultrasonic beam reaching the boundary surface with the ink 16 is orthogonal to the array direction in which the piezoelectric element arrays 10 are arranged (sub-scanning direction) by the Fresnel diffraction band plate 17.
It receives a lens effect that is centripetally focused. That is, focusing in the main scanning direction is performed by the acoustic matching layer (ultrasonic interference layer).
Focusing in the sub-scanning direction is performed only within the ink 16, starting from within the glass plate 1 that functions as. At this time, since the thickness of the nozzle substrate 15 is selected and set in advance so as to be in focus, the nozzle substrate 15 is focused at the slit-shaped opening forming the nozzle hole and at the ink liquid surface stopped by the surface tension. Will be combined. Therefore, due to the ultrasonic beam pressure focused in the main scanning direction and the sub-scanning direction, ink particles easily fly from the surface of the ink liquid, and clear recording without density unevenness on the recording medium surface is performed.

【0061】上記のように、第2実施形態では、4個の
超音波発生素子(磁歪振動子)を1グループとして、1
ラインを少なくとも1/4づつのタイミングで、又は分
割する分割駆動し、複数の前記個別励磁コイル14をリ
ニアスキャン動作によって、主走査方向にシフトするこ
とを骨子とする。
As described above, in the second embodiment, four ultrasonic wave generating elements (magnetostrictive vibrators) are set as one group and
The essence is to shift the line in the main scanning direction at a timing of at least ¼ or to perform division driving to divide the line and perform a linear scanning operation on the plurality of individual exciting coils 14.

【0062】図7は、4個の超音波発生素子(磁歪振動
子)2を1グループとして、1ドットに集束させる場合
を模式的に示したものである。図7の(a)〜(d)
は、それぞれ次の動作を示す。
FIG. 7 schematically shows a case where four ultrasonic wave generating elements (magnetostrictive vibrators) 2 are grouped and focused into one dot. 7A to 7D
Indicate the following operations, respectively.

【0063】図7(a)は、グループされた個別励磁コ
イル142 、143 、144 、145 のうち、内側2個
の個別励磁コイル143 、144 には交流を印加し、外
側2個の個別励磁コイル142 、145 へは、内側2個
の個別励磁コイル143 、144 よりも位相の進んだバ
ースト電圧を印加した場合の模式図である。
FIG. 7A shows that, of the grouped individual exciting coils 142, 143, 144, 145, AC is applied to the inner two individual exciting coils 143, 144 and the outer two individual exciting coils are applied. FIGS. 14A and 14B are schematic diagrams in the case of applying a burst voltage whose phase is advanced to the inner two individual exciting coils 143 and 144.

【0064】図7(b)は、次にグループ化された個別
励磁コイル143 、144 、145、146 のうち、内
側2個の個別励磁コイル144 、145 には交流を印加
し、外側2個の個別励磁コイル143 、146 へは、内
側2個の個別コイル144 、145 よりも位相の進んだ
バースト電圧を印加した場合の模式図である。
In FIG. 7B, of the individual exciting coils 143, 144, 145, 146 grouped next, alternating current is applied to the inner two individual exciting coils 144, 145, and the outer two are excited. FIG. 6 is a schematic diagram in the case where a burst voltage having a phase advanced from that of the inner two individual coils 144 and 145 is applied to the individual excitation coils 143 and 146.

【0065】図7(c)は、更に、グループ化が進めら
れた個別励磁コイル144 、145、146 、147 の
うち、内側2個の個別励磁コイル145 、146 には交
流を印加し、外側2個の個別励磁コイル144 、147
へは、内側2個の個別励磁コイル145 、146 よりも
位相の進んだバースト電圧を印加した場合の模式図であ
る。
In FIG. 7C, of the individual exciting coils 144, 145, 146, 147 which have been further grouped, AC is applied to the inner two individual exciting coils 145, 146, and the outer side 2 Individual excitation coils 144, 147
FIG. 4A is a schematic diagram in the case where a burst voltage whose phase is advanced from the inner two individual exciting coils 145 and 146 is applied.

【0066】図7(d)は、個別励磁コイル141 、1
42 、143 、144 、145 、146 、147 、14
8 を、個別励磁コイル141 、142 、143 、144
のグループと、個別励磁コイル145 、146 、147
、148 のグループに分け、各グループを同時に駆動
して、所定のピッチで2個のインク液滴を飛翔させたと
きの模式図である。
FIG. 7D shows the individual exciting coils 141, 1
42, 143, 144, 145, 146, 147, 14
8 is the individual exciting coils 141, 142, 143, 144
Group of individual exciting coils 145, 146, 147
, 14 8 groups, and each group is driven at the same time to eject two ink droplets at a predetermined pitch.

【0067】本実施形態では、1画点を記録するため、
4個の磁歪振動子アレイで1グループとしたが、1グル
ープを成す磁歪振動子アレイの数を増加すれば、求心的
に集束する超音波ビームのサイドローブを防ぎ、エネル
ギー密度も高くなるので、インク液粒のばらつき低減と
磁歪振動子アレイの駆動電流の低減を図り得る。
In this embodiment, since one image point is recorded,
Four magnetostrictive transducer arrays form one group. However, if the number of magnetostrictive transducer arrays forming one group is increased, side lobes of the ultrasonic beams that are centripetally focused can be prevented and the energy density can be increased. It is possible to reduce the dispersion of ink droplets and the drive current of the magnetostrictive oscillator array.

【0068】また、本実施形態においては、超音波ビー
ムの集束位置をグルーピングした超音波発生素子群の中
心に対する液面にし、液滴を超音波発生素子群と垂直な
方向に飛翔させたが、バースト電圧を印加するタイミン
グを変えることにより飛翔位置をずらすことも可能にな
る。
Further, in the present embodiment, the focus position of the ultrasonic beam is set to the liquid surface with respect to the center of the grouped ultrasonic wave generating element group, and the liquid droplet is caused to fly in the direction perpendicular to the ultrasonic wave generating element group. It is also possible to shift the flight position by changing the timing of applying the burst voltage.

【0069】(第3実施形態)図8に、第3実施形態に
よる記録ヘッド部の構成を示す。本実施形態では、超音
波ビームを主走査方向に集束する手段については第1実
施形態と同じようにフェーズドアレイ走査を用いるが、
副走査方向へ集束する手段としては、従来と同じ曲面構
造のバルクによるシリンドリカルレンズ19を用いてい
る。
(Third Embodiment) FIG. 8 shows the structure of a recording head portion according to the third embodiment. In the present embodiment, the means for focusing the ultrasonic beam in the main scanning direction uses phased array scanning as in the first embodiment,
As a means for focusing in the sub-scanning direction, a bulk cylindrical lens 19 having the same curved structure as the conventional one is used.

【0070】本実施形態の場合には、図9に示すように
レンズ19に対して垂直に入射する中心部(A−A′)
のビ−ムの焦点距離(fa)と、レンズ19に対して斜
めの方向から入射する端部(B−B′)のビームの焦点
距離(fb)とが異なるため、第1実施形態よりは集束
特性が劣化し、また両端部からのビームは複雑な3次元
面での屈折となるため、収差も発生する。
In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 9, the central portion (A-A ') which is perpendicularly incident on the lens 19.
Since the focal length (fa) of the beam is different from the focal length (fb) of the beam at the end (BB ′) incident on the lens 19 in an oblique direction, the focal length (fb) of The focusing characteristic is deteriorated, and the beams from both ends are refracted in a complicated three-dimensional surface, so that aberration is also generated.

【0071】従って、本実施形態の記録ヘッドでは飛翔
するインク粒を生成するためのエネルギー効率や、イン
ク粒の均一性等の点で第1実施形態よりは不利である
が、反面、シリンドリカルレンズ19の凹面側がそのま
まインク室となる構造のため、断面の大きなインク流路
を形成できるという利点がある。従って、高速記録の動
作をさせたいという場合に限れば、そのスピードを賄う
のに充分な量のインクを供給でき、ノズルからのインク
溶媒の蒸発によるインク濃度の変化も遅く、目詰まりを
起こしにくいという利点がある。
Therefore, the recording head of this embodiment is more disadvantageous than the first embodiment in terms of energy efficiency for generating flying ink particles and uniformity of ink particles, but on the other hand, the cylindrical lens 19 Since the concave side is the ink chamber as it is, there is an advantage that an ink flow path having a large cross section can be formed. Therefore, only when it is desired to perform a high-speed recording operation, it is possible to supply a sufficient amount of ink to cover the speed, the change in the ink concentration due to the evaporation of the ink solvent from the nozzles is slow, and clogging is less likely to occur. There is an advantage.

【0072】(第4実施形態)図10に、本実施形態に
よる記録ヘッド部の構成を示す。本実施形態はフェーズ
ドアレイ走査は行わず、1次元のフレネル回折帯板17
のみを使用して超音波ビームの集束を行うようにした例
である。
(Fourth Embodiment) FIG. 10 shows the structure of a recording head portion according to the present embodiment. In this embodiment, the one-dimensional Fresnel diffraction band plate 17 is used without phased array scanning.
This is an example in which the ultrasonic beam is focused only by using it.

【0073】本実施形態においては、圧電素子アレイ1
0から放射される超音波ビームの波長を圧電素子アレイ
10のピッチに比べて充分短い値に設定する。このよう
な短い波長の超音波超音波ビームは、拡がらずに圧電体
層13の面と垂直の方向へ真っ直ぐに進み、そのままイ
ンク室の中を通過し、インク16の表面を叩いてインク
16内での波長に近い直径、すなわち必要とする解像度
に対して充分小さい(又は小さすぎる)粒径のインク粒
20を飛翔させる。
In the present embodiment, the piezoelectric element array 1
The wavelength of the ultrasonic beam emitted from 0 is set to a value sufficiently shorter than the pitch of the piezoelectric element array 10. The ultrasonic beam having such a short wavelength propagates straight in a direction perpendicular to the surface of the piezoelectric layer 13 without spreading, passes through the ink chamber as it is, and strikes the surface of the ink 16 to strike the ink 16 The ink particles 20 having a diameter close to the internal wavelength, that is, a particle diameter sufficiently small (or too small) for the required resolution are ejected.

【0074】発明者らの実験によれば、本実施形態のよ
うに超音波ビームの波長サイズに相当する飛翔インク粒
20に比べて比較的波長の長い超音波ビームでインク1
6の表面を叩く場合でも、超音波ビーム内には半径方向
外側へ減衰する強度分布があるため、インク粒20は正
確に、かつ安定して超音波ビームの中心部分から飛び出
す。
According to the experiments conducted by the inventors, the ink 1 is ejected with an ultrasonic beam having a relatively longer wavelength than the flying ink particles 20 corresponding to the wavelength size of the ultrasonic beam as in the present embodiment.
Even when the surface of No. 6 is hit, since the ultrasonic beam has an intensity distribution that attenuates outward in the radial direction, the ink particles 20 are accurately and stably ejected from the central portion of the ultrasonic beam.

【0075】また、飛翔インク粒20が解像度に比べて
小さ過ぎる問題については、同一の画点上に連続して何
回もインク粒を飛翔させる多重記録、いわゆる重ね書き
を行うことで画点を太らせることにより解決することが
できる。この重ね書きにより画点を太らせる操作は、先
行する飛翔インクが記録紙に吸収される前に後続の飛翔
インクを到達させて、インク滴の状態でドットを融合さ
せることが可能な高速の繰り返し周期でインク滴を発生
できる方法によって初めて実用できることである。従っ
て、これは高速に記録できる特性を保有するインクジェ
ット記録装置ならではの特有の効果といえる。
Regarding the problem that the flying ink droplets 20 are too small compared with the resolution, multiple dots recording, that is, multiple recording in which ink droplets are continuously ejected on the same image point, that is, so-called overwriting, is performed to make the image point It can be solved by gaining weight. The operation of thickening the image points by this overwriting is a high-speed repeating operation that allows the subsequent flying ink to reach before the preceding flying ink is absorbed by the recording paper and fuse the dots in the state of ink drops. It can be put into practical use only by a method capable of generating ink drops in a cycle. Therefore, this can be said to be a peculiar effect unique to the ink jet recording apparatus having the characteristic of high-speed recording.

【0076】更に、本実施形態によれば非常に細かいイ
ンク粒を連続的に生成することが可能な特性を利用する
ことにより、圧電素子に印加するバースト電圧のバース
ト幅を制御することで、従来のインクジェットプリンタ
では実現しにくかった実用的で画質の良い階調記録をも
可能にすることができる。また、本実施形態はインク粒
の細かい動作領域を使う方法なので、解像度の高い記録
に向いている。
Further, according to the present embodiment, the burst width of the burst voltage applied to the piezoelectric element is controlled by utilizing the characteristic that it is possible to continuously generate very fine ink particles. It is also possible to realize gradation recording with high image quality, which is practically difficult to realize with the inkjet printer of. In addition, this embodiment is suitable for recording with high resolution because it is a method of using an operation area in which ink particles are fine.

【0077】第1実施形態でも述べたように、フレネル
回折帯板17の直線パターンは、それと直交する個別電
極14の直線パターンとの組み合わせにより、高解像度
の素子アレイを実現できる。従って、このフレネル回折
帯板17は高解像度記録に向いた本実施形態の能力を充
分に引き出す効果を持つ。
As described in the first embodiment, a high-resolution element array can be realized by combining the linear pattern of the Fresnel diffraction band plate 17 with the linear pattern of the individual electrodes 14 orthogonal to it. Therefore, the Fresnel diffractive band plate 17 has an effect of sufficiently bringing out the capability of this embodiment suitable for high resolution recording.

【0078】(第5実施形態)第1実施形態でも述べた
ように、リニア走査のようなフェーズドアレイ走査を実
現するためにはいくつかの制限が必要になる。しかし、
記録解像度(記録密度)或いは圧電素子アレイ10のピ
ッチが細かくなるほど、そのような制限が緩くなってく
る。このような関係を示したのが図11と図12であ
る。図11は圧電素子アレイ10のピッチの1.5倍の
密度でリニア走査記録を行う場合のフェーズドアレイ可
能領域、図12は圧電素子アレイ10のピッチの2倍の
密度でリニア走査記録を行う場合のフェーズドアレイ可
能領域をそれぞれ示している。
(Fifth Embodiment) As described in the first embodiment, some restrictions are required to realize phased array scanning such as linear scanning. But,
As the recording resolution (recording density) or the pitch of the piezoelectric element array 10 becomes finer, such a restriction becomes loose. FIG. 11 and FIG. 12 show such a relationship. FIG. 11 shows a phased array possible area when linear scanning recording is performed at a density 1.5 times the pitch of the piezoelectric element array 10, and FIG. 12 shows linear scanning recording when density is twice the pitch of the piezoelectric element array 10. The respective phased array possible areas of are shown.

【0079】図13及び図14は、圧電素子アレイ10
のピッチを変えた場合の記録媒体上の記録画点の位置の
変化を示したもので、符号21は圧電素子アレイ10の
ピッチを表わすスケール、符号22は記録画点の解像度
を表わすスケールをそれぞれ示している。圧電素子アレ
イ10のピッチが330線/インチ以上になると、図1
3のように圧電素子アレイ10のピッチの1.5倍、す
なわち解像度500dpiのリニア走査記録が可能とな
る。更に、圧電素子アレイ10のピッチが400線/イ
ンチ以上になると、図14のように圧電素子アレイ10
のピッチの2倍の記録密度、すなわち800dpiのリ
ニア走査記録が可能となる。
13 and 14 show the piezoelectric element array 10.
Shows the change in the position of the recording image point on the recording medium when the pitch of the recording medium is changed. Reference numeral 21 is a scale showing the pitch of the piezoelectric element array 10, and reference numeral 22 is a scale showing the resolution of the recording image point. Shows. When the pitch of the piezoelectric element array 10 becomes 330 lines / inch or more,
3, the linear scanning recording with a pitch 1.5 times the piezoelectric element array 10, that is, a resolution of 500 dpi can be performed. Further, when the pitch of the piezoelectric element array 10 becomes 400 lines / inch or more, as shown in FIG.
It is possible to perform a linear scanning recording with a recording density twice as high as the pitch of, that is, 800 dpi.

【0080】(第6実施形態)本実施形態では、本発明
のインクジェット記録装置に使用される記録ヘッドの駆
動回路の構成法について説明する。
(Sixth Embodiment) In this embodiment, a method for constructing a drive circuit of a recording head used in the ink jet recording apparatus of the present invention will be described.

【0081】本発明のインクジェット記録装置では、圧
電素子アレイ10がバースト的に印加される一定周波数
の交流電圧或いはパルス電圧によってその周波数に同期
した周波数の超音波ビームを発生する。この場合、前述
したフェーズドアレイ走査を行うには、隣接する圧電素
子から発生される超音波ビームの位相をそれぞれ所定の
位置に焦点を結ぶように設定する必要がある。
In the ink jet recording apparatus of the present invention, the piezoelectric element array 10 generates an ultrasonic beam having a frequency synchronized with the alternating voltage or pulse voltage of a constant frequency applied in a burst manner. In this case, in order to perform the above-mentioned phased array scanning, it is necessary to set the phases of the ultrasonic beams generated from the adjacent piezoelectric elements so that they are focused at predetermined positions.

【0082】複数の圧電素子から放射された超音波ビー
ムの焦点を一定の深さ位置に結ばせてリニア走査を行う
ための駆動回路は、医用機器の分野で超音波診断装置と
して既に実用化されており、例えば特公昭62−152
15等で提案されている。一方、緻密に並んだ発熱素子
を駆動するサーマルプリンタヘッドや、前述した蒸気の
圧力を用いる方式のインクジェットプリンタヘッドにお
いて、ヘッド基板上にリニア走査のための駆動回路を一
体化して搭載する構成も公知であり、例えば特開昭62
−21465等が提案されている。しかし、超音波ビー
ムを発生する圧電素子アレイが形成されたヘッド基板上
に、リニア走査等のフェーズドアレイ走査を行うための
駆動回路を一体化して搭載する構成に関しては、新規で
かつ特有の効果のある構成法は特に見当たらない。
A drive circuit for performing linear scanning by focusing the ultrasonic beams emitted from a plurality of piezoelectric elements at a fixed depth position has already been put to practical use as an ultrasonic diagnostic apparatus in the field of medical equipment. For example, Japanese Patent Publication No. 62-152
It has been proposed at 15 mag. On the other hand, in a thermal printer head that drives closely arranged heating elements and an inkjet printer head that uses the pressure of steam described above, a configuration in which a drive circuit for linear scanning is integrally mounted on the head substrate is also known. And, for example, JP-A-62-62
-21465 etc. are proposed. However, regarding the configuration in which a drive circuit for performing phased array scanning such as linear scanning is integrally mounted on a head substrate on which a piezoelectric element array that generates an ultrasonic beam is formed, a new and unique effect is obtained. No particular construction method is found.

【0083】ところで、超音波ビームを用いたインクジ
ェット記録装置において、飛翔するインク粒は超音波の
周波数に強く依存することが分かっており、プリンタと
して必要な解像度を得ようとすると、駆動電圧の周波数
は数十MHz〜数百MHz程度の範囲のものが必要とな
る。このような高い周波数の電圧を各圧電素子に印加し
て圧電素子アレイを駆動し、かつフェーズドアレイ走査
を行うのに必要な精度でその駆動位相を制御するために
は、長い配線距離による遅延の大きさと、走査回路内で
の遅延のばらつきの2点について、ナノセコンド(10
-9秒)のオーダで配慮をする必要がある。この課題に対
して、発明者らは次のような回路を実際に作ってその性
能を比較する実験を行った。すなわち、使用周波数を得
るための発振器に関しては、 (A1)各ICチップ内のコンデンサと抵抗からなる遅
延回路と、バッファ回路とによるCR発振回路 (A2)複数個のバッファ回路を縦列接続にしたリング
オッシレータ (A3)外部の水晶発振回路からの信号をヘッド基板上
のプリント配線を介してICへ導く構成 の3つについて、また、フェーズドアレイ走査を行うの
に必要な各圧電素子の駆動に位相差を与えるための遅延
制御に関しては、 (B1)各ICチップ内のコンデンサと抵抗からなる遅
延回路 (B2)複数個のバッファ回路を縦列接続にした遅延回
路 (B3)外部の回路で遅延させた複数の信号ヘッド基板
上の複数のプリント配線を介してICへ導く構成につい
ての3つについて、それぞれ性能を比較した。 この比較実験の結果、個別回路内及び隣接回路間の誤差
を最も小さくでき、必要な精度が得られる方法は(A
3)と(B3)であった。
By the way, in an ink jet recording apparatus using an ultrasonic beam, it has been known that the flying ink particles strongly depend on the frequency of the ultrasonic wave. Is required in the range of several tens of MHz to several hundreds of MHz. In order to drive the piezoelectric element array by applying such a high frequency voltage to each piezoelectric element and to control the drive phase with the accuracy required for performing the phased array scanning, a delay due to a long wiring distance is required. Regarding the size and the delay variation in the scanning circuit, the nanosecond (10
It is necessary to consider on the order of -9 seconds. With respect to this problem, the inventors actually made the following circuits and conducted experiments to compare their performances. That is, as for the oscillator for obtaining the used frequency, (A1) a CR oscillating circuit including a delay circuit including a capacitor and a resistor in each IC chip and a buffer circuit (A2) a ring in which a plurality of buffer circuits are connected in cascade Oscillator (A3) Three configurations of guiding signals from an external crystal oscillator circuit to the IC via the printed wiring on the head substrate, and driving of each piezoelectric element necessary for performing phased array scanning. Regarding the delay control for giving a phase difference, (B1) a delay circuit consisting of capacitors and resistors in each IC chip (B2) a delay circuit in which a plurality of buffer circuits are connected in cascade (B3) delayed by an external circuit The performance of each of the three configurations for leading to the IC via the plurality of printed wirings on the plurality of signal head substrates was compared. As a result of this comparison experiment, the method that can minimize the error in the individual circuit and between the adjacent circuits and obtain the necessary accuracy is (A
3) and (B3).

【0084】この実験結果は、個別の圧電素子を駆動す
る回路にはデータセレクタ回路が必要となることを示唆
している。すなわち、実際にはIC化されてヘッド基板
上に並べられる駆動回路は、それに近接して平行に走り
それぞれの位相が異なるパルス列を供給する複数本のプ
リント配線から、それぞれのタイミングに応じて必要と
なる位相のパルスを選択する動作が要求され、従ってデ
ータセレクタ回路が必要となることがわかった。このデ
ータセレクタ回路を設けることにより、フェーズドアレ
イ走査を行うのに必要な正確な所定の位相差を持つバー
スト状パルス電圧を圧電素子アレイに印加する機能を有
するコンパクトでかつ簡単な駆動回路を実現することが
できる。
The results of this experiment suggest that a circuit for driving the individual piezoelectric elements requires a data selector circuit. That is, in reality, a drive circuit which is formed as an IC and arranged on the head substrate is required in accordance with each timing from a plurality of printed wirings that run in parallel with each other and supply pulse trains having different phases. It has been found that an operation of selecting a pulse having a different phase is required and therefore a data selector circuit is required. By providing this data selector circuit, it is possible to realize a compact and simple drive circuit having a function of applying to the piezoelectric element array a burst-like pulse voltage having an accurate predetermined phase difference necessary for performing phased array scanning. be able to.

【0085】ヘッド基板に搭載するコンパクトな構成の
駆動回路ICの最も典型的な例としては、サーマルヘッ
ド駆動用ICがある。サーマルヘッド駆動用ICは、一
般的には図16に示すように、他のチップへの入出力も
可能な画像データ転送用のシフトレジスタ41と、シフ
トレジスタ41を通じて送られてきた画像データを並列
に取り込むラッチ42と、ラッチ回路42に保持された
画像データに応じてタイミング及び幅を決定する共通パ
ルスの通過を制御するゲート/ドライバ43から構成さ
れ、ゲート/ドライバ43の出力パルス電圧により、サ
ーマルヘッドTPHの発熱ドット(発熱抵抗素子)を通
電駆動する構成となっている。
The most typical example of a compact drive circuit IC mounted on a head substrate is a thermal head drive IC. As shown in FIG. 16, a thermal head driving IC generally has a shift register 41 for image data transfer capable of inputting / outputting to / from another chip and image data sent through the shift register 41 in parallel. And a gate / driver 43 that controls passage of a common pulse that determines the timing and width according to the image data held in the latch circuit 42. The output pulse voltage of the gate / driver 43 causes the thermal The heating dots (heating resistance elements) of the head TPH are configured to be energized and driven.

【0086】超音波ビームを用いるインクジェット記録
装置における圧電素子アレイを駆動してフェーズドアレ
イ走査を行わせるためには、図16のゲ−ト/ドライバ
43の部分を他の回路に置き換える必要がある。フェー
ズドアレイ走査を実現するためには、位相が異なるいく
つかの種類の連続パルス列から必要なパルス列を選択す
る構成が良いことは上述した通りである。すなわち、最
終段をゲートでなくデータセレクタにする必要がある。
従って、超音波ビームを用いるインクジェット記録装置
の記録ヘッド駆動用ICは、図15にその一例を示すよ
うに、シフトレジスタ31とラッチ32及びデータセレ
クタ/ドライバ33で構成すればよい。
In order to drive the piezoelectric element array in the ink jet recording apparatus using the ultrasonic beam to perform the phased array scanning, it is necessary to replace the part of the gate / driver 43 in FIG. 16 with another circuit. As described above, in order to realize the phased array scanning, it is preferable to select a necessary pulse train from several types of continuous pulse trains having different phases. That is, it is necessary to make the final stage a data selector instead of a gate.
Therefore, the recording head driving IC of the inkjet recording apparatus using the ultrasonic beam may be composed of the shift register 31, the latch 32, and the data selector / driver 33, as an example is shown in FIG.

【0087】すなわち、図15においてシフトレジスタ
31はシリアルに入力される画像データをクロックパル
スに従って順次転送する。このシフトレジスタ31に取
り込まれた画像データはラッチ32に並列に転送され、
一時記憶される。ラッチ32に一時記憶された画像デー
タは、隣接する2つの圧電素子に対応するデータが、各
圧電素子34を駆動するためのデータセレクタ/ドライ
バ33に制御信号コードS11、S21、S12、S2
2、S13、S23、S14、S24、…(但し、S1
4、S24は図示せず)として与えられる。データセレ
クタ/ドライバ33は、位相の異なる複数のパルス列φ
1、φ2、φ3、…が入力として与えられており、ラッ
チ32から供給される制御信号コードに従ってφ1、φ
2、φ3、…のいずれかの位相のパルス列を選択し、そ
のパルス列を適当な電圧値まで増幅して、対応する圧電
素子の個別電極に印加することにより、その圧電素子を
駆動する。このような動作により、フェーズドアレイ走
査が可能となる。
That is, in FIG. 15, the shift register 31 sequentially transfers the image data serially input according to the clock pulse. The image data taken in the shift register 31 is transferred to the latch 32 in parallel,
It is temporarily stored. The image data temporarily stored in the latch 32 is the data corresponding to two adjacent piezoelectric elements, and the data selector / driver 33 for driving each piezoelectric element 34 has control signal codes S11, S21, S12, S2.
2, S13, S23, S14, S24, ... (However, S1
4, S24 is given as (not shown). The data selector / driver 33 uses a plurality of pulse trains φ having different phases.
1, φ2, φ3, ... Are given as inputs, and φ1, φ are supplied in accordance with the control signal code supplied from the latch 32.
The piezoelectric element is driven by selecting a pulse train having a phase of 2, φ3, ..., Amplifying the pulse train to an appropriate voltage value and applying it to the individual electrode of the corresponding piezoelectric element. By such operation, phased array scanning becomes possible.

【0088】この記録ヘッド駆動回路の動作を図2及び
図3に示すように隣接する4つの圧電素子を一単位とし
て、それらを位相をずらせて駆動することによりリニア
走査を行う場合を例にとり、具体的に説明する。この場
合、ラッチ32からデータセレクタ/ドライバ33に供
給される制御信号コードをS11=0、S12=1、S
21=1、S22=0、S13=1、S23=0、S1
4=0、S24=1に設定すると、例えば4つの圧電素
子のうち外側の2つの圧電素子にφ2より進んだ位相φ
1のバースト電圧が印加され、内側の2つの圧電素子に
位相φ2のバースト電圧が印加されることにより、図2
(b)と同様にして超音波ビームが主走査方向に集束さ
れてインクに照射される。シフトレジスタ31に入力さ
れる画像データは、記録画点を形成するときに制御コー
ドS11、S21、S12、S22、S13、S23、
S14、S24、…が上記のような値となるように、原
画像データを図示しない画像データ処理回路により変換
処理したしたデータが入力される。原画像データが0、
つまり記録画点を形成しないデータであるときは、シフ
トレジスタ31に入力される画像データはS11、S2
1、S12、S22、S13、S23、S14、S2
4、…が全て0となるように画像データ処理回路により
変換処理される。
As an example of the operation of this recording head drive circuit, as shown in FIGS. 2 and 3, four adjacent piezoelectric elements are set as one unit and linear scanning is performed by driving them by shifting their phases. This will be specifically described. In this case, the control signal codes supplied from the latch 32 to the data selector / driver 33 are S11 = 0, S12 = 1, S
21 = 1, S22 = 0, S13 = 1, S23 = 0, S1
When 4 = 0 and S24 = 1 are set, for example, the phase φ advanced to φ2 to two outer piezoelectric elements out of the four piezoelectric elements
The burst voltage of 1 is applied, and the burst voltage of phase φ2 is applied to the two inner piezoelectric elements.
Similar to (b), the ultrasonic beam is focused in the main scanning direction and applied to the ink. The image data input to the shift register 31 is the control codes S11, S21, S12, S22, S13, S23, when the recording image points are formed.
Data obtained by converting the original image data by an image data processing circuit (not shown) is input so that S14, S24, ... Have the above values. Original image data is 0,
That is, when the data does not form a recording image point, the image data input to the shift register 31 is S11 and S2.
1, S12, S22, S13, S23, S14, S2
The image data processing circuit performs conversion processing so that all 4, ...

【0089】この図15に示した駆動回路の構成は、次
のような点で新規である。 (1)最終段が単純なゲートではなくデータセレクタ
(データセレクタ/ドライバ33)であること。
The structure of the drive circuit shown in FIG. 15 is novel in the following points. (1) The final stage is not a simple gate but a data selector (data selector / driver 33).

【0090】(2)データセレクタ/ドライバ33で選
択されるパルス列を供給する複数本の信号配線は、ヘッ
ド基板内に各圧電素子に対して共通のラインとして配線
されること。
(2) The plurality of signal wirings for supplying the pulse train selected by the data selector / driver 33 should be wired as a common line for each piezoelectric element in the head substrate.

【0091】(3)シフトレジスタ31に画像データを
入力するシリアル入力ラインには、データセレクタ/ド
ライバ33の制御を行うための多ビット信号が入力され
ること。
(3) A multi-bit signal for controlling the data selector / driver 33 is input to the serial input line for inputting image data to the shift register 31.

【0092】なお、(3)については、図15のような
シリアル入力の他に、パラレル入力を使うこともでき
る。前者は駆動用ICの入出力端子数が少なくて済むメ
リットがあり、後者は転送スピードを落とさなくて済む
メリットがある。
Regarding (3), parallel input can be used instead of serial input as shown in FIG. The former has the advantage that the number of input / output terminals of the driving IC is small, and the latter has the advantage that the transfer speed does not have to be reduced.

【0093】また、このような記録ヘッド駆動回路によ
れば、飛翔インク粒の大きさを制御する必要がある場
合、周波数が異なる連続パルス列から必要な周波数のパ
ルスを選択する構成とすることにより、その制御を容易
に実現することもできる。本発明は、上記実施形態に限
定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲
で種々変形して実施できるのは勿論である。
Further, according to such a recording head drive circuit, when it is necessary to control the size of the flying ink particles, the pulse having the required frequency is selected from the continuous pulse trains having different frequencies. The control can be easily realized. The present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0094】[0094]

【発明の効果】本発明によれば次のような効果が得られ
る。第1発明のインクジェット記録装置では、高解像度
記録のための小さなインク粒を飛翔させるためには短い
超音波波長が要求され、フェーズドアレイ走査を実現す
るためには長い超音波波長が要求されるという従来の相
容れない条件を取り払うことができる。その結果、従来
の千鳥状配列の圧電素子アレイではヘッドの構造に起因
する画像ノイズが大きかったのに対して、本発明では圧
電素子を一列に配列した圧電素子アレイを用いることで
画像ノイズを低く抑制することができ、同時に目詰まり
等の故障が起きにくく、ライン走査型のノズルレスの記
録ヘッドを実現することができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained. In the ink jet recording apparatus of the first invention, a short ultrasonic wavelength is required to fly small ink particles for high resolution recording, and a long ultrasonic wavelength is required to realize phased array scanning. The conventional conflicting conditions can be eliminated. As a result, in the conventional staggered piezoelectric element array, the image noise caused by the structure of the head was large, whereas in the present invention, the image noise is reduced by using the piezoelectric element array in which the piezoelectric elements are arranged in a line. It is possible to suppress, and at the same time, troubles such as clogging hardly occur, and it is possible to realize a line scanning type nozzleless recording head.

【0095】また、第1発明のインクジェット記録装置
は、曲面レンズを使わない構成にすることができるの
で、平面内での光リソグラフィ等の精度や信頼性の良い
製造プロセスの使用が可能になり、その結果、曲面構造
を有するバルクの音響レンズでフェーズドアレイ或いは
リニアアレイ走査を行なう際に生じていた特有の収差等
を回避することができた。
Further, since the ink jet recording apparatus of the first invention can be constructed so as not to use the curved lens, it becomes possible to use the manufacturing process with high accuracy and reliability such as optical lithography in the plane. As a result, it was possible to avoid the peculiar aberration and the like that occurred when performing phased array or linear array scanning with a bulk acoustic lens having a curved surface structure.

【0096】更に、本発明によれば超音波ビームでフェ
ーズドアレイ走査を行うためのシンプルな回路構成を有
する記録ヘッド駆動回路を得ることができ、これにより
記録ヘッド駆動回路をヘッド基板上に搭載したコンパク
トなインクジェット記録用記録ヘッドの実現を可能とす
ることができる。
Further, according to the present invention, it is possible to obtain a recording head drive circuit having a simple circuit configuration for performing phased array scanning with an ultrasonic beam, and thereby the recording head drive circuit is mounted on the head substrate. It is possible to realize a compact recording head for inkjet recording.

【0097】第3発明によれば、電子的にフォーカスを
行うことにより、容易にリニアアレイヘッドが可能とな
る。このことは、高画素密度化のときも、複数のアレイ
を並べ千鳥状に配置した構成を採る必要もなくなること
を意味し、複数のアレイを並べ千鳥状に配置した構成に
起因する画像ノイズも大幅な低減、抑制される。
According to the third invention, a linear array head can be easily realized by electronically focusing. This means that it is not necessary to adopt a configuration in which a plurality of arrays are arranged side by side even when the pixel density is increased, and image noise caused by the configuration in which a plurality of arrays are arranged side by side in a staggered manner is also eliminated. Significant reduction and suppression.

【0098】また、スリット状のノズル孔から飛翔する
インク液滴も一様で、かつ一定の方向が常に確保される
ため、濃度むらのないシャープな画像が記録されること
になる。つまり、インク液滴の目詰まり等発生すること
なく、更に、フェーズドアレイ走査の場合のごとく、イ
ンク液滴の飛翔方向のずれによる画素ピッチの不均一さ
も解消されるので、インク液滴の飛翔方向の補正・制御
機構等を不要としながら、インクジェットのライン化に
向かったノズルレスヘッドとして、十分に機能する。従
って、本発明は記録装置の構造、システムの簡略化、或
いはコンパクト化及び保守管理の容易さ等と相俟って実
用上多くの利点をもたらす。また、高画質で高速のライ
ン走査型のインクジェット記録装置を実現することが可
能になる。
Further, since the ink droplets flying from the slit-shaped nozzle holes are always uniform and have a constant direction, a sharp image without density unevenness is recorded. In other words, the clogging of the ink droplets does not occur, and the non-uniformity of the pixel pitch due to the deviation of the flight direction of the ink droplets as in the case of phased array scanning is also eliminated. While it does not require the correction and control mechanism of the above, it functions sufficiently as a nozzleless head for inkjet line production. Therefore, the present invention brings many advantages in practical use in combination with the structure of the recording apparatus, the simplification of the system, the downsizing, and the ease of maintenance. Further, it is possible to realize a high-speed and high-speed line scanning type inkjet recording apparatus.

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

【図1】 本発明の第1実施形態に係るインクジェット
記録装置の記録ヘッド部の構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a recording head unit of an inkjet recording apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 同実施形態の動作説明図。FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the embodiment.

【図3】 同実施形態におけるフェーズドアレイ走査の
説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of phased array scanning in the same embodiment.

【図4】 超音波の波長と記録画点の大きさとの関係を
示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the wavelength of ultrasonic waves and the size of a recording image point.

【図5】 同実施形態におけるフレネル回折帯板と圧電
素子アレイとの位置関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between a Fresnel diffraction band plate and a piezoelectric element array in the same embodiment.

【図6】 第2実施形態に係るインクジェットヘッドの
動作例を説明するための図。
FIG. 6 is a diagram for explaining an operation example of the inkjet head according to the second embodiment.

【図7】 同実施形態におけるフェーズドアレイ走査の
説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram of phased array scanning in the same embodiment.

【図8】 本発明の第3実施形態に係るインクジェット
記録装置の記録ヘッド部の構成図。
FIG. 8 is a configuration diagram of a recording head unit of an inkjet recording apparatus according to a third embodiment of the invention.

【図9】 同実施形態における変動する焦点位置を示す
図。
FIG. 9 is a diagram showing a changing focus position in the same embodiment.

【図10】 本発明の第4実施形態に係るインクジェッ
ト記録装置の記録ヘッド部の構成図。
FIG. 10 is a configuration diagram of a recording head unit of an inkjet recording apparatus according to a fourth embodiment of the invention.

【図11】 第5実施形態に係る圧電素子アレイのピッ
チの1.5倍の記録密度が可能な領域を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a region where a recording density of 1.5 times the pitch of the piezoelectric element array according to the fifth embodiment is possible.

【図12】 同実施形態に係る圧電素子アレイのピッチ
の2倍の記録密度が可能な領域を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a region where a recording density twice as large as the pitch of the piezoelectric element array according to the same embodiment is possible.

【図13】 同実施形態に係る1.5倍密度記録時の記
録画点位置を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing recording image point positions during 1.5-fold density recording according to the embodiment.

【図14】 同実施形態に係る2倍密度記録時の記録画
点位置を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing recording image point positions during double-density recording according to the same embodiment.

【図15】 本発明の第6実施形態に係るインクジェッ
ト記録ヘッド駆動回路の回路図。
FIG. 15 is a circuit diagram of an inkjet recording head drive circuit according to a sixth embodiment of the invention.

【図16】 従来のヘッド基板上に搭載されるサーマル
ヘッド駆動回路の回路図。
FIG. 16 is a circuit diagram of a thermal head drive circuit mounted on a conventional head substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…圧電素子アレイ 11…超音波干渉層 12…共通電極 13…圧電体層(磁歪振動子) 14…個別電極 15…ノズル基板 16…インク 17…フレネル回折帯板 18…駆動回路 19…シリンドリカルレンズ 20…飛翔インク粒 21…圧電素子アレイのピッチを表わすスケール 22…記録画点の解像度を表わすスケール 31…シフトレジスタ 32…ラッチ 33…ゲート/ドライバ 41…シフトレジスタ 42…ラッチ 43…データセレクタ/ドライバ 10 ... Piezoelectric element array 11 ... Ultrasonic interference layer 12 ... Common electrode 13 ... Piezoelectric layer (magnetostrictive oscillator) 14 ... Individual electrode 15 ... Nozzle substrate 16 ... Ink 17 ... Fresnel diffraction band plate 18 ... Drive circuit 19 ... Cylindrical lens 20 ... Flying ink particles 21 ... Scale showing the pitch of the piezoelectric element array 22 ... Scale showing the resolution of recording image points 31 ... Shift register 32 ... Latch 33 ... Gate / driver 41 ... Shift register 42 ... Latch 43 ... Data selector / driver

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 1/23 101 Z (72)発明者 額田 秀記 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 高山 暁 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 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 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 斎藤 勉 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 村上 文彦 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 杉内 政美 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会社 東芝柳町工場内 (72)発明者 田沼 千秋 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─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H04N 1/23 101 Z (72) Inventor Hideki Nukata 1 Komukai Toshiba Town, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Incorporated company Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Akira Takayama 1 Komukai Toshiba Town, Kouki, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Incorporated Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Noriko Kudo Komukai, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Toshiba Town No. 1 Incorporated company Toshiba Research & Development Center (72) Inventor Shiro Saito Komukai, Kouki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 1 Toshiba Town Co. Ltd. Toshiba Research & Development Center (72) Inventor Tsutomu Saito Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Komukai-Toshiba-cho, Saiwai-ku 1 Incorporated company Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Fumihiko Murakami Komukai-Toshiba-cho, Kawasaki, Kanagawa Stock company Toshiba Research & Development Center (72) Inventor Masami Sugiuchi 70 Yanagimachi, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Yanagimachi Factory, Toshiba Corporation (72) Inventor Chiaki Komukai, Toshiba-cho, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Research and Development Center

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超音波ビームの圧力によりインクの液面
から粒子化したインクを飛翔させて記録媒体上に画像を
記録するインクジェット記録装置において、 超音波ビームを放射する複数の超音波発生素子を一列に
配列して構成される超音波発生素子アレイと、 この超音波発生素子アレイの各超音波発生素子から放射
される超音波ビームを内部で互いに干渉させて前記イン
ク内に集束させる超音波干渉層と、を具備することを特
徴とするインクジェット記録装置。
1. In an inkjet recording apparatus for recording an image on a recording medium by ejecting particle-shaped ink from a liquid surface of the ink by the pressure of the ultrasonic beam, a plurality of ultrasonic wave generating elements for emitting the ultrasonic beam are provided. An ultrasonic wave generating element array arranged in a row and ultrasonic wave interference that causes ultrasonic wave beams emitted from each ultrasonic wave generating element of the ultrasonic wave generating element array to interfere with each other inside and to be focused in the ink. An ink jet recording apparatus comprising: a layer.
【請求項2】 超音波ビームの圧力によりインクの液面
から粒子化したインクを飛翔させて記録媒体上に画像を
記録するインクジェット記録装置において、 超音波ビームを放射する複数の超音波発生素子がアレイ
状に配置された超音波発生素子アレイと、 前記超音波発生素子アレイの一部を同時駆動することに
よって超音波発生素子から放射された複数の超音波が互
いに干渉することにより主走査方向に超音波が集束する
ように、位相の異なる複数のパルス列を前記超音波発生
素子に与え、前記同時駆動素子を主走査方向に順次ずら
していく駆動手段と、 前記主走査方向と垂直な方向に超音波を集束させる集束
手段と、を具備することを特徴とするインクジェット記
録装置。
2. In an ink jet recording apparatus for recording an image on a recording medium by ejecting particulate ink from the liquid surface of the ink by the pressure of the ultrasonic beam, a plurality of ultrasonic wave generating elements for emitting the ultrasonic beam are provided. An ultrasonic wave generating element array arranged in an array, and by simultaneously driving a part of the ultrasonic wave generating element array, a plurality of ultrasonic waves emitted from the ultrasonic wave generating elements interfere with each other in the main scanning direction. A driving unit that applies a plurality of pulse trains having different phases to the ultrasonic wave generating element so that the ultrasonic waves are focused, and sequentially shifts the simultaneous driving elements in the main scanning direction, and a superimposing unit in a direction perpendicular to the main scanning direction. An inkjet recording apparatus comprising: a focusing unit that focuses a sound wave.
【請求項3】 超音波ビームの圧力によりインクの液面
から粒子化したインクを飛翔させて記録媒体上に画像を
記録するインクジェット記録装置において、 超音波ビームを放射する複数の超音波発生素子を一列に
配列して構成される超音波発生素子アレイと、 前記超音波発生素子アレイの一部を同時駆動することに
よって超音波発生素子から放射された複数の超音波が互
いに干渉することにより主走査方向に超音波が集束する
ように、位相の異なる複数のパルス列を前記超音波発生
素子に与え、前記同時駆動素子を主走査方向に順次ずら
していく駆動手段と、 前記主走査方向と垂直な方向に超音波を集束させる集束
手段と、を具備し、 前記集束手段は、前記主走査方向と同方向に延びた複数
本の平行な直線帯状パタ−ンからなり、前記超音波発生
素子から放射される超音波ビームを前記インク内に集束
させるフレネル回折帯板を含むことを特徴とするインク
ジェット記録装置。
3. An ink jet recording apparatus for recording an image on a recording medium by ejecting atomized ink from the liquid surface of the ink by the pressure of the ultrasonic beam, wherein a plurality of ultrasonic wave generating elements for emitting the ultrasonic beam are provided. An ultrasonic wave generating element array arranged in a row and a plurality of ultrasonic waves emitted from the ultrasonic wave generating elements by simultaneously driving a part of the ultrasonic wave generating element array interfere with each other to perform main scanning. So that the ultrasonic waves are focused in a direction, a plurality of pulse trains having different phases are applied to the ultrasonic wave generating element, and the simultaneous drive elements are sequentially displaced in the main scanning direction, and a drive means that is perpendicular to the main scanning direction. Focusing means for focusing the ultrasonic wave on the ultrasonic wave, the focusing means being composed of a plurality of parallel linear band patterns extending in the same direction as the main scanning direction. An ink jet recording apparatus which comprises a Fresnel diffraction zone plate for focusing the ultrasonic beam emitted from the generating element in said ink.
【請求項4】 超音波ビームの圧力によりインクの液面
から粒子化したインクを飛翔させて記録媒体上に画像を
記録するインクジェット記録装置において、 超音波ビームを放射する複数の超音波発生素子を一列に
配列して構成される超音波発生素子アレイと、 前記超音波発生素子アレイの超音波発生素子配列方向と
同方向に延びた複数本の平行な直線帯状パタ−ンからな
り、前記超音波発生素子アレイの各超音波発生素子から
放射される超音波ビームを前記インク内に集束させるフ
レネル回折帯板と、を具備することを特徴とするインク
ジェット記録装置。
4. In an ink jet recording apparatus for recording an image on a recording medium by ejecting particulate ink from the liquid surface of the ink by the pressure of the ultrasonic beam, a plurality of ultrasonic wave generating elements for emitting the ultrasonic beam are provided. An ultrasonic wave generating element array arranged in a line; and a plurality of parallel linear strip patterns extending in the same direction as the ultrasonic wave generating element array direction of the ultrasonic wave generating element array, An inkjet recording apparatus comprising: a Fresnel diffraction band plate that focuses an ultrasonic beam emitted from each ultrasonic generating element of the generating element array into the ink.
【請求項5】 入力される画像データを転送するシフト
レジスタと、このシフトレジスタから並列に出力される
画像データを一時記憶するラッチと、このラッチに一時
記憶された画像データに応じて、複数の共通信号線から
入力される位相の異なる複数のパルス列のいずれかを選
択し、該パルス列に応じて前記圧電素子アレイを駆動す
るデータセレクタ/ドライバとからなる駆動回路を有す
ることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1
項に記載のインクジェット記録装置。
5. A shift register for transferring input image data, a latch for temporarily storing image data output in parallel from the shift register, and a plurality of latches according to the image data temporarily stored in the latch. 7. A drive circuit comprising a data selector / driver that selects one of a plurality of pulse trains having different phases input from a common signal line and drives the piezoelectric element array according to the pulse train. 1 to any one of claim 4
Inkjet recording apparatus according to the item.
【請求項6】 超音波ビームの圧力によりインクの液面
から粒子化したインクを飛翔させて記録媒体上に画像を
記録するインクジェット記録装置において、 アレイ状に配置された超音波発生素子群と、 前記超音波発生素子群から放射される超音波ビームを受
けてインク液面から粒子化したインクを飛翔させるスリ
ット状のインク飛翔ノズル孔と、 前記アレイ状に配置された超音波発生素子群の一部をグ
ループ化し、前記グループごとに、スリット状のインク
飛翔ノズル孔に対向するインク液面の1点に超音波ビー
ムを集束させる超音波ビーム集束手段と、 前記グループ化させた超音波発生素子群のグループ組み
合わせを順次切り替えて、前記スリット状のインク飛翔
ノズル孔に対向するインク液面への超音波ビームの集束
点を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする
インクジェット記録装置。
6. An ink jet recording apparatus for recording an image on a recording medium by ejecting particle-shaped ink from the liquid surface of the ink by the pressure of an ultrasonic beam, and an ultrasonic wave generating element group arranged in an array, An ink jet nozzle hole in the shape of a slit that receives an ultrasonic beam emitted from the ultrasonic wave generation element group and flies the ink that has been atomized from the ink surface, and one of the ultrasonic wave generation element groups arranged in the array. Ultrasonic beam focusing means for focusing the ultrasonic beam on one point on the ink surface facing the slit-shaped ink jet nozzle hole, and the grouped ultrasonic wave generating element group. Control for sequentially switching the group combination of the above to control the focal point of the ultrasonic beam to the ink surface facing the slit-shaped ink jet nozzle hole. An ink jet recording apparatus characterized by comprising a stage, a.
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