JPH10128968A - 液体エジェクタおよび液体エジェクタを用いる印刷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液滴の粒子径をノズルプレートに改良を加え
ることなく制御する。 【解決手段】 超音波３３によって、開口部３１の液面
の基本振動周期より短い周期で開口部３１に輻射圧が間
欠的に加わるようにする。この時、開口部３１の液面に
は高次の定在波３４が発生し、複数の液滴３５が同時に
吐出する。高次の定在波３４の複数のマウンドから複数
の液滴３５が同時に吐出するため、この液滴３５の径
は、開口部３１の径ｄ１より小さくまた垂直上方に吐出
される。液滴３５の径は、発生する高次の定在波の次数
によって制御できる。定在波の次数は、開口部３１に輻
射圧を加える周期を短くして高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超音波を利用し
てインクの液面よりインク滴を吐出させる液体エジェク
タに関し、またそのような液体エジェクタによって記録
紙に文字や画像を印刷するインクジェットプリンタなど
の印刷装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】印刷装置の分野では、液体エジェクタと
して、従来から超音波を利用してノズルからインクを噴
出するインクジェットヘッドが知られている。例えば、
ケー・エー・クラウゼ（K.A.Kruase）は、文献（“Focu
sing Ink Jet Head”，ＩＢＭTechnical Disclosure Bu
lletin，Vol.１６，No.４，１９７３，Ｐ１１６８）に
おいて、超音波の収束点付近に設けられたノズルからイ
ンクを噴射するインクジェットヘッドを紹介している。
このインクジェットヘッドでは、インクと凹面部で接す
る部材の裏面に取り付けられた圧電振動子から発せられ
た超音波が凹面部で屈折してインク中を収束しながら伝
わるように構成されている。

【０００３】また、米国特許第４，３０８，５４７号明
細書には、液体エジェクタの超音波を収束させる手段と
して、水晶振動子を凹面状に湾曲して用いる液滴噴射器
が記載されている。この液滴噴射器には、液滴を１滴ず
つ吐出させるための駆動法が適用されている。この液滴
噴射器は、水晶振動子の共振周波数と一致した駆動信号
を水晶振動子に間欠的に印加するよう構成され、この液
滴噴射器においては、間欠的に加えられた信号の数が吐
出する液滴の数と一致する。

【０００４】図１５は、特開昭６３−１６６５４５号公
報に記載された液滴噴射器の構成を示す断面図であり、
上記米国特許で開示された液滴噴射技術を用いている。
図１５において、符号１はインク、２はインク１のイン
ク液面、３はインク１が満たされたインク溜まりに取り
付けられてインク１中に直接超音波を伝達するための基
板、４は基板３の底面に取り付けられた振動子、５は振
動子４に駆動信号を電送するリード線、６はリード線５
を通じて送る駆動信号を出力するＲＦコントローラ、７
はインク液面２の位置を保つようにインク１を供給する
管を示している。基板３には、基板３から放出される超
音波の焦点をインク液面２に合わせるような曲率を持つ
音響レンズ３ａが形成されている。図１６は、図１５の
液滴噴射器において超音波を音響レンズによって収束す
ることを説明するための模式図であり、図１６におい
て、図１５と同一符号のものは、図１５の同一符号部分
に相当する部分である。

【０００５】ＲＦコントローラ６からリード線５を通じ
て図１５に記載の振動子４にパルス信号でＡＭ変調され
た高周波の駆動信号（以下バースト信号という。）が印
加される。振動子４は、バースト信号において高周波が
現れる期間だけ、この高周波の周波数で厚み方向に振動
する。振動子４は、この振動により超音波８を発生する
とともに、基板３に超音波を伝える。基板３に伝わった
超音波８は基板３中を伝搬し、その一部は音響レンズ３
ａで屈折されてインク１中を伝搬する超音波ビーム９と
なる。超音波ビーム９がインク液面２で集束されて、超
音波ビーム９によって圧力を高められた集束点１０から
インク滴１１が吐出される。

【０００６】ここで、インク滴１１を１滴ずつコントロ
ールして吐出させるためには、インク滴吐出の要求タイ
ミング毎に高周波信号を振動子４に短時間印加すること
により行われる。図１７は高周波信号を印加する様子を
示すタイミングチャートである。この高周波信号は、振
動子４の共振周波数と一致する無線周波数信号（または
ＲＦ信号という。）であり、図１７（ａ）に記載されて
いる。この要求タイミング毎に高周波信号を所定時間だ
け印加するため、周期Ｔａ、パルス幅Ｔｂのパルス信号
であるゲート信号（図１７（ｂ）に記載）でＲＦ信号を
ＡＭ変調し、図１７（ｃ）に記載されたバースト信号を
得る。このバースト信号を振動子４に印加することによ
り、集束点１０に超音波輻射圧がパルス的に作用し、液
滴は１滴ずつ吐出する。

【０００７】図１８（ａ）〜（ｅ）は、液滴が形成され
る様子を説明するために異なる時刻のインク液面の断面
を示す図である。図１８（ａ）は初期状態を示してお
り、インク１のインク液面２に超音波輻射圧が作用して
いないため、インク液面２は平坦である。インク液面２
に超音波輻射圧が作用すると、図１８（ｂ）のように盛
り上がり、マウンドが現れる。さらに時間が経過する
と、図１８（ｃ）のように、マウンドの一部が上下に分
かれはじめ、図１８（ｄ）のように液滴が分離する。そ
の後、表面張力によってマウンドはなくなり、図１８
（ｅ）のように、平坦なインク液面２を呈する初期状態
に戻る。この一連の動作に必要な時間Ｔ０は、液体（イ
ンク１）の表面張力、密度及び超音波の集束径等により
決まるものである。そのため、このプリントヘッドで
は、液滴を１滴ずつ吐出するようにパルス信号の周期Ｔ
ａをＴ０より大きく設定している。なお、この原理の詳
細については、例えば、エス・エー・エロード等（S.A.
Elrod et.al.）が文献（“Nozzleless droplet formati
on with focused acoustic beams",J.Appl.Phys.65(9),
1 May 1989）に掲載している。

【０００８】また、特開昭６３−１６６５４５号公報に
は、ＲＦ信号を変調することにより液適サイズを変化さ
せる方法が記述されている。その方法は、主として、
（１）ＲＦ信号の持続時間（パルス幅Ｔｂ）を変化させ
る、（２）ＲＦ信号の振幅を変化させる、（３）ＲＦ信
号の周波数を変化させる、ものであり、これら（１）〜
（３）の方法を単一または組合せて使用することによ
り、プリンタの解像度が制御できることを示している。

【０００９】図１９にはこの公報に開示されたプリンタ
を示す。図１９において、２０は記録紙、２１は記録紙
２０の紙送りを行うローラーであり、その他の図１５と
同一符号のものは図１５の同一符号部分に相当する部分
である。このプリ板は図１６に示されたのと類似のプリ
ントヘッドを備え、プリントヘッドから１滴ずつ吐出さ
れる同一径の微細インク滴１１を複数個ずつ記録紙２０
上の同一位置に付着させる。そして、図２０に示すよう
に記録紙２０上に記録されるスポット径Ｓｄを変化さ
せ、グレースケールの表現が可能となることが記述され
ている。なお、図２０において、点線で囲まれた正方形
の領域が一つの画素である。

【００１０】また、特開平２−３０３８４９号公報に
は、インク液面部にノズルを有し、そのノズルの開口部
より液滴を噴射するインクジェットヘッドが記載されて
いる。このインクジェットヘッドを駆動する駆動信号と
しては、バースト信号が用いられる。このバースト信号
のＲＦ信号の持続時間を変化させることにより、インク
ジェットヘッドから吐出されるインクの吐出量を制御し
ている。この公報に記載されている例では、インク滴を
多く出すためには、ＲＦ信号の持続時間を大きく設定す
るため、超音波の輻射圧がノズル開口部にかかる時間が
長くなり、液滴はノズル開口部よりスプレー状に噴射さ
れることとなると考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図１５のような従来の
液体エジェクタは、ノズルを必要としないため、インク
による目詰まりがないという利点を有する。しかし、こ
の従来の液体エジェクタで、液滴径を決定する主要な要
因は、超音波ビーム９の集束径に依存するため、微細な
液滴を吐出するためには、ＲＦ信号の周波数を高く設定
する必要がある。エス・エー・エロード等の上記文献に
記載されているように、集束径は焦点距離と開口径がほ
ぼ等しい音響レンズではインク１中の超音波の波長と同
等となる。例えば、水をベースとした通常のインクで
は、音速は約１５００ｍ／ｓであるため、３μｍ程度の
径を有する液滴を形成するためには、波長が３μｍとな
るように、ＲＦ信号の周波数を５００ＭＨｚとする必要
がある。このような高周波の超音波を扱うためには駆動
回路の構成が複雑となるとともに、その構成要素にも高
い精度が要求され、液体エジェクタとしては非常に高価
なものとなるという問題がある。また、このような液体
エジェクタの音響レンズ３ｂの面の加工精度やインク液
面２のレベル精度に波長と同等以上のものが求められる
ため、液滴噴射器の製作が困難となるという問題があ
る。

【００１２】さらに、図２０に示すように記録紙２０上
のスポット径Ｓｄを変化させるためには微細インク滴を
重ねて記録するため、最大径のスポットを記録するため
に必要な数の液滴を吐出させる時間を見込んでおかなけ
ればならず、記録に時間がかかるという問題があった。
なお、特開昭６３−１６６５４５号公報に記載された以
外の上記液体エジェクタを用いる場合には、液滴径を２
倍程度の範囲でしか安定して制御できないと推測され、
液滴径を変化させるだけでグレースケールの表現をする
のは困難と考えられる。

【００１３】また、特開平２−３０８４９号公報に示さ
れている液体エジェクタのように、ノズル開口部より液
滴を噴射する方法では、液滴径を微細化するために微細
開口部を持つノズルプレートが必要となるという問題が
ある。さらに、インク滴を多く出すときは、ＲＦ信号の
持続時間を大きく設定するため、液滴はノズル開口部よ
りスプレー状に噴射されることとなるので、液滴径もラ
ンダムとなり、精細な画像形成が困難となるという問題
がある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る液体エ
ジェクタは、吐出されるべき液体の液面に開口部を有す
るノズル部材と、前記開口部における前記液面の基本振
動周期よりも短かい所定の周期で強度が変動する超音波
を前記開口部の液面に与えて前記開口部の液面に高次の
定在波を生じさせる超音波印加手段とを備えて構成され
る。

【００１５】第２の発明に係る液体エジェクタは、第１
の発明において、前記所定の周期が変更可能に構成され
ていることを特徴とする。

【００１６】第３の発明に係る印刷装置は、前記超音波
印加手段は、所定の期間内において前記超音波の前記強
度が変動する回数を変更可能に構成されていることを特
徴とする。

【００１７】第４の発明に係る液体エジェクタは、第１
ないし第３の発明のいずれか一つに記載された液体エジ
ェクタと、前記液体エジェクタの前に記録紙を搬送する
紙送り手段とを備え、前記紙送り手段によって紙送りさ
れた前記記録紙に、前記の液体エジェクタから吐出した
液体を付着させることによって、前記記録紙の印刷を行
うことを特徴とする。

【００１８】第５の発明に係る印刷装置は、第４の発明
の印刷装置において、前記液体エジェクタは複数設けら
れ、前記複数の液体エジェクタにおける前記超音波の前
記強度が変更するタイミングは互いにずれていることを
特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による液
体エジェクタのヘッドの断面およびコントローラを示す
模式図である。図１において、符号１はインク溜まり内
のインク、３０はインク１の液面に開口部３１を有する
ノズルプレート、３はインク１と接触するようにインク
溜まりの一面に設けられてその内部からインク１中に放
出される超音波を集束するための基板、４は基板３の底
面に取り付けられて基板３に超音波を出力する振動子、
５は振動子４を振動させるための駆動信号を伝達するリ
ード線、６はリード線５が伝達する駆動信号を生成する
ＲＦコントローラを示す。液体エジェクタのヘッド２５
は、ノズルプレート３０と、基板３と、振動子４とを含
んで構成される。

【００２０】図２は、図１に示したヘッド中を超音波が
伝搬する様子を示すためのヘッド断面の模式図である。
振動子４の形状が基板３の底面に対して垂直方向に変化
して超音波を生成して基板３に伝えるので、基板３中を
伝搬してる超音波３２は、底面とほぼ平行な波面を有す
る。基板３中を伝搬した超音波が基板３とインク１の界
面で屈折するため、インク１中を伝わる超音波３３は、
凹面３ａとほぼ平行な波面を有する。一方、凹面３ａの
焦点近傍に開口部３１が配置されているので、インク１
中を伝わる超音波は開口部３１に集束される。

【００２１】開口部３１は、円形で、テーパーを持って
おり、基板３に近い方の円の径ｄ２が基板３から遠い方
の径ｄ１より大きくなるように形成されている。これ
は、開口部３１における超音波の集束径が多少変動して
も、超音波の輻射圧を効率よく開口部３１の液面に導く
ための構成である。ノズルプレート３０は、インク１の
液面に開口部３１を配置するとともに開口部３１の周辺
部の液面の振動を緩和するためのものであり、その形状
は図に示す開口部３１しか開口のない板状のノズルプレ
ート３０のような形状に限られるものではなく、また、
開口部３１の形状も円形のものに限られるものではな
い。

【００２２】開口部３１のインク液面において、周期的
に強くなる超音波３３の輻射圧によって、定在波が発生
する。ここでは、弱い場合として超音波がなくなる場
合、特に所定の周期に従って間欠的に開口部３１に到達
する超音波を例示している。ただし、振動が弱い期間に
完全に超音波がなくなるような場合だけに限られず、振
動の強弱の程度は高次の定在波が立つ程度であればよ
い。むしろ、弱い場合として少し超音波を与えておく方
が液体エジェクタの応答が速くなる場合がある。所定の
周期とは、開口部３１において、基本定在波が発生する
基本振動周期Ｔｄよりも短い周期であり、このような周
期で輻射圧が与えられることで発生する定在波は、高次
の定在波である。ここで、基本定在波とは、開口部３１
内にできる腹が一つの定在波である。例えば、所定の周
期がほぼ基本振動周期の二分の一程度の周期であれば、
２次の定在波が発生する。この場合には、定在波の２つ
の腹（マウンド）から同時に２つのインク滴が吐出され
る。所定の周期として、好ましくは、基本振動周期Ｔｄ
の１０分の１程度で、さらに好ましくは５０分の１程度
より小さければよい。例えば、５０分の１程度になって
くると、所定の周期から少し周期がずれても予定してい
たマウンド数とは異なるマウンド数の定在波が発生する
が、印刷等に用いる場合には高次の定在波が立っていれ
ば多少マウンド数が異なっていてもかまわず、マウンド
数に関係なく高次の定在波を立てたいという場合には周
期が短い方が有利である。このように高次の定在波の腹
からほぼ同時に吐出されていると考えられる複数の液滴
は、それぞれ開口部３１の径ｄ１より小さいものであ
る。また、定在波の腹の振動方向は液面に対して直角方
向であるため、腹から吐出する複数の粒子の方向も液面
に対して直角方向となり、噴射されるインクの指向性が
良くなる。

【００２３】ここでは、液体（インク１）と接触する面
３ａが凹状に加工された基板３を用いたが、液体に超音
波が伝達されるときに超音波を集束する働き、すなわち
超音波を開口部３１付近に集束することができればよ
く、図に示す構造に限定されるものではない。例えば、
音響レンズにより超音波を集束する手段の代わりに図３
に示すような凹面状に形成した振動子シェル７０を用い
て、ヘッド２５を構成してもよい。このように、超音波
印加手段は、開口部３１付近の液体に超音波を印加する
ものであるが、この超音波印加手段は、実施の形態１で
は、基板３と振動子４とＲＦコントローラ６を含んで構
成されている。

【００２４】図４は実施の形態１による液体エジェクタ
を駆動するための駆動信号の一例を示すタイミングチャ
ートである。図４（ａ）には、振動子４の厚み方向の共
振周波数と一致する周波数ｆｒを持つＲＦ信号が示さ
れ、図４（ｂ）には、ノズルプレート３０の開口部３１
における液面の基本振動周期Ｔｄよりも短い周期Ｔ１、
パルス幅Ｔ２を持つゲート信号が示されている。この図
４（ａ）のＲＦ信号を、図４（ｂ）のゲート信号のタイ
ミングでＡＭ変調することによって、図４（ｃ）に示さ
れた周期Ｔ１（＜Ｔｄ）、持続時間Ｔ２のバースト信号
を得ることができる。例えば自由液面の基本振動周期Ｔ
０が８００μｓで、従来、周期Ｔａが例えば１ｍｓに設
定されているのに対し、開口部３１の基本振動周期Ｔｄ
は一般にＴａより短く、この時例えば基本振動周期Ｔｄ
を６００μｓとすると、周期Ｔ１は例えば６０μｓに設
定される。このバースト信号によって振動子４を振動さ
せることにより、開口部３１の液面に高次の定在波３４
が発生する。この高次の定在波の複数のマウンドから同
時に複数の液滴３５が吐出される。なお、安定してイン
クを吐出させるためには、持続時間Ｔ２は、周期Ｔ１の
１０％以下が好ましい。しかし、例えば、９０％程度の
場合でも、液滴が複数個同時に吐出することは実験的に
確認されている。また、同様の理由から持続時間Ｔ２は
ＲＦ信号の１周期より長いことが好ましい。

【００２５】また、ゲート信号の周期Ｔ１を変化させる
ことにより振動子４に印加するバースト信号の周期Ｔ１
を変化させることができる。バースト信号の周期Ｔ１を
変化させたときの開口部３１付近の様子を図５，図６を
用いて説明する。図５（ａ）には、バースト周波数、す
なわちバースト信号の周期Ｔ１の逆数が２０ＫＨｚ程度
の時の開口部３１の様子が模式的に示されている。同様
に、図５（ｂ）には、バースト周波数が５５ＫＨｚ程度
の時の、図５（ｃ）には、バースト周波数が１８０ＫＨ
ｚ程度の時の開口部３１の様子が模式的に示されてい
る。バースト信号の周期Ｔ１を短くしていくに従って、
開口部３１の状態は図５（ａ）の状態から図５（ｃ）の
状態へと変化する。開口部３１に間欠的に加わる超音波
輻射圧の変動周波数（バースト信号の周期Ｔ１の逆数）
が低い場合は、定在波の波長は大きく、その波の頂点
（腹）から飛び出す液滴の径は大きい。それに対して、
開口部３１に間欠的に加わる超音波輻射圧の変動周波数
が高くなると、定在波の波長は小さく、定在波の腹から
飛び出す液滴の径は小さくなる。図６は、バースト周波
数と吐出される液滴の平均粒子径との関係を示すグラフ
である。グラフ上の点Ｐａは図５（ａ）の状態となると
きの条件の時、点Ｐｂは図５（ｂ）の時の条件、点Ｐｃ
は図５（ｃ）の時の条件における値を示している。この
グラフから、バースト周波数と平均粒子径が反比例の関
係にあることが分かる。なお、このグラフのバースト信
号の持続時間Ｔ２は周期Ｔ１の４％としている。このよ
うに、開口部３１の径やＲＦ信号の周波数ｆｒを変化さ
せなくても、ＲＦコントローラ６の出力（バースト信
号）の周期Ｔ１を変化させるという簡単な操作で所望の
平均粒子径の液滴を得ることができ、液体エジェクタの
汎用性を高めることができる。

【００２６】また、液体エジェクタの好ましい使用形態
として、図１９に示したプリントヘッドがある。従来の
プリントヘッドに変えてこの発明の液体エジェクタを用
いることにより、高速な印字が可能となる。つまり、従
来のプリントヘッドは、１滴ずつ液滴を吐出し、その間
隔は基本振動周期Ｔ０よりも長くなくてはならない。さ
らに、何滴かで１画素を構成する場合には、１画素当た
りに必要な期間は基本振動周期Ｔ０の何倍にもなる。

【００２７】それに対し、実施の形態１による液体エジ
ェクタを用いると、ノズルプレート３０の開口部３１の
径よりも小さい径のインク滴を同時に複数個吐出させる
ため、特に高価な高周波の信号源や開口径の小さいノズ
ルを必要とせず、微細なインク滴を吐出させ高精細な印
刷を行うことができる。また、この定在波の腹の振動方
向はインク液面に対して直角方向であるため、指向性の
よい液滴のビームが得られ、高い解像度が実現できる。
また、記録紙に付着するインク滴が細かく複数であるた
めににじみも少ない。さらに、自由液面の基本振動周期
Ｔ０より短い開口部３１の基本振動周期Ｔｄよりさらに
短い間隔で液滴を吐出することができるため、印画の質
を落とすことなく、従来に比べて印画の高速化が図れ
る。

【００２８】ここでは、開口部３１付記のビームの径を
開口部３１の径ｄ１より大きくしておく場合について説
明したが、ビームの径は開口部３１の径ｄ１より小さく
てもよく、高次の定在波を形成できればよく、この場合
にも上記実施の形態と同様の効果を奏する。

【００２９】実施の形態２．図７は、この発明の実施の
形態２による印刷装置の構成の一部を示す模式図であ
る。図７において、４０ａ〜４０ｄはそれぞれ一度の持
続期間Ｔ２の間に吐出されるインク滴群であり、その他
の図１９と同一符号のものは図１９の同一符号部分に相
当する部分である。

【００３０】図８は、印刷装置のＲＦコントローラ６か
ら出力される駆動信号とその駆動信号を生成するための
バースト信号との関係を示すタイミングチャートであ
る。図８（ａ）はＲＦコントローラ６内部で生成される
バースト信号Ｂ、図８（ｂ）は図８（ａ）のバースト信
号Ｂを時間軸を縮めて示したものであり、太い棒線の厚
みが持続時間Ｔ２に相当する。図８（ｃ）はＲＦコント
ローラ６に与えられる１画素の印画開始のタイミングを
示す印画タイミング信号ＰＴ、図８（ｄ）はＲＦコント
ローラ６から振動子４に対して出力される駆動信号ＳＤ
である。印画タイミング信号ＰＴは、所定のパルス周期
Ｔ３を持っており、この印刷装置において印画タイミン
グ信号ＰＴの周期Ｔ３で１画素が形成されるように記録
紙２０の搬送が制御される。周期Ｔ３内で駆動信号ＳＤ
に含まれるバースト信号Ｂの持続時間Ｔ２の合計が長い
程記録紙２０に付着するインキの量が多くなる。よっ
て、この周期Ｔ３内におけるバースト数Ｎｉ（ＲＦ信号
が現れる回数）を変化させることにより、１画素におけ
るインク滴群４０の数が制御できる。つまり、同じ箇所
に付着するインクの吐出量を制御でき、記録紙２０上に
形成される１画素毎の記録濃度が制御できる。

【００３１】図９は、駆動信号ＳＤを生成するためのＲ
Ｆコントローラ６の構成の一例を示すブロック図であ
る。ＲＦコントローラ６に入力された映像信号ＶＤは、
変換回路５０で変換され、映像信号ＶＤが示す濃度に応
じたバースト数Ｎｉをゲート回路５１に伝達する。ゲー
ト回路５１には、バースト信号発生回路５２からバース
ト信号Ｂが与えられている。ゲート回路５１は、ＲＦコ
ントローラ６の外部から与えられる印画タイミング信号
ＰＴを起点に、変換回路５０より指示されたバースト数
だけバースト信号Ｂを通過させる。ゲート回路５１はこ
のようにして駆動信号ＳＤを生成して、振動子４にこの
駆動信号ＳＤを与える。

【００３２】図１０は、図８に示した（４×Ｔ３）期間
の駆動信号により形成した４つの画素の模式図である。
１画素のサイズよりも小さい径のインク滴の群により微
細なドットが集合して画素が形成されていることが図１
０から分かる。一周期Ｔ３当たりの数が最も多いバース
ト数Ｎ１に対応する画素４１でドットの密度が最も高
く、バースト数Ｎ３，Ｎ２，Ｎ４に対応する画素４３，
４２，４４の順でバースト数の低下に合わせてドットの
密度が低下して行く。

【００３３】以上のような印刷装置は、印加するバース
ト信号Ｂのバースト数Ｎｉを変調することにより吐出す
るインクの量を制御するため、簡単な回路構成で記録紙
上の１画素毎の記録濃度を連続的に制御し、高精細な印
刷を行うことができる。

【００３４】実施の形態３．次に、この発明の実施の形
態３による印刷装置について図１１を用いて説明する。
図１１に示す点線で区切られた画素６０〜６２は、持続
時間Ｔ２を同じにしてバースト信号の周期Ｔ１を変化さ
せて印画したものである。

【００３５】画素６０、画素６１、画素６２の順でバー
スト信号の周期Ｔ１が小さく設定されているため、付着
するドットのサイズは画素６０、画素６１、画素６２の
順で小さくなる。

【００３６】図４を参照すると、周期Ｔ１が小さいほ
ど、インク滴の径は小さくなるものの、その個数は増大
する。しかし、理由の詳細は明らかでないが周期Ｔ１が
小さい程、一度に吐出されるインク滴の個数と各々のイ
ンク滴の径との積（すなわち一度に吐出されるインクの
出量の総和）は、減少する。このため、例えば画素６０
においてはインク付着密度は高く、それに比べて画素６
２ではインク付着密度は低くなっている。インク付着密
度が低いほど、１画素のインク濃度は低くなる。

【００３７】このように、バースト周期Ｔ１を変化させ
ることによって、１画素を周期Ｔ１の何倍かの期間、例
えば図８に示すような周期Ｔ３で印字する場合には、図
１に示したＲＦコントローラ６から出力されるバースト
信号の周期Ｔ１を変化させることにより高精細に階調を
つけることができる。

【００３８】なお、実施の形態３によるバースト数Ｎｉ
の変化と実施の形態４によるバースト信号の周期Ｔ１の
変化との組合せによりさらに広い範囲で記録濃度を制御
することができる。図１２は、記録濃度を示すＯＤ値と
１画素当たりのバースト数Ｎとの関係の一例を示すグラ
フである。Ｎｍａｘは周期Ｔ３においてバースト数Ｎが
とりうる最大値であり、周期Ｔ３が一定であれば周期Ｔ
１が小さい程増大する。ただし、ここでは、持続時間Ｔ
２をそれぞれの周期Ｔ３に対し例えば同じ４パーセント
に設定しているため、持続時間Ｔ２の合計は同じであ
る。なお、各特性曲線Ｃｈ１〜Ｃｈ３は、この順でバー
スト信号の周期Ｔ１が小さくなっている。

【００３９】特性曲線Ｃｈ３を与えるバースト信号の周
期Ｔ１を用いた場合、一度に得られるインキの吐出量が
小さいので、記録濃度を示すＯＤ値は、Ｄｃまでしか上
昇させることができない。

【００４０】そこで、さらに記録濃度を上昇させたいと
きは、バースト信号の周期Ｔ１を大きくして、他の特性
曲線Ｃｈ２やＣｈ１に乗せることによってさらに記録濃
度を上昇させることができる。ＯＤ値Ｄａとして、２程
度を設定すると、最高濃度まで比較的容易に濃度を変え
ることができる。例えば、グラフ上の点Ｐ１〜点Ｐ３の
条件を用いて印画されたものがそれぞれ画素６０〜６２
であり、グラフ上の点６３の条件で印画されたものが画
素６３である。

【００４１】実施の形態４．次に、この発明の実施の形
態４による印刷装置について図１３および図１４を用い
て説明する。図１３に記載した印刷装置は、４つのヘッ
ド２５ａ〜２５ｄを有している。図１３では、記録紙２
０を搬送する搬送ローラ２１と液体エジェクタのヘッド
２５ａ〜２５ｄ以外の構成については図示を省略してい
る。これらのヘッド２５ａ〜２５ｄは、全て図１に示し
た液体エジェクタのヘッド２５と同じ構成である。

【００４２】図１４には、これらのヘッド２５ａ〜２５
ｄにそれぞれ印加する駆動信号ＳＤ１〜ＳＤ４を示す。
駆動信号ＳＤ１〜ＳＤ４は、同じ周期Ｔ１を有している
が、バーストが発生するタイミングが相互にずれてい
る。そのため、各ヘッド２５ａ〜２５ｄは同時に駆動さ
れず、機械的に相互に結合しても、互いに干渉すること
による印画品質の低下を招く可能性を低くすることがで
きる。また、複数のヘッド２５ａ〜２５ｄを設ける場合
に、瞬時の消費電力を低く抑えることができる。それに
よって印刷装置の電源を出力の小さいものとすることが
でき、印刷装置を安価に構成できる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明の液
体エジェクタによれば、基本振動周期より短い周期で超
音波による輻射圧が印加されてノズル部材の開口部に高
次の定在波が生じ、この定在波の複数のマウンドから同
時に複数の液滴を吐出させることができるので、特に高
価な高周波の信号源や開口径の小さいノズルを必要とせ
ず、従来よりも短い間隔で、小さい径の液滴を吐出させ
ることができるという効果がある。また、開口部におけ
る液面の振動方向は液面に対して直角方向であるため、
吐出する複数の粒子の方向も液面に対して直角方向とな
り、複数の液滴からなる指向性のよいビームが得られる
という効果がある。

【００４４】請求項２記載の発明の液体エジェクタによ
れば、定在波の腹の数を変更することができるので、ノ
ズル部材を変更することなく、簡単な回路で開口部から
吐出する液滴径を広範囲にわたって変化させることがで
きるという効果がある。

【００４５】請求項３記載の発明の液体エジェクタによ
れば、超音波の強度が変動する回数を変更することによ
り、所定の期間内のインク吐出量を変化させることがで
きるという効果がある。

【００４６】請求項４記載の発明の印刷装置によれば、
特に高価な高周波の信号源や開口径の小さいノズルを必
要とせず、装置を安価なものとすることができるととも
に、小さい径の液滴を吐出させることができ、記録紙に
付着するインクのにじみが少なくなるという効果があ
る。また、吐出する複数の液滴の指向性がよいので、高
い解像度が得られるという効果がある。

【００４７】さらに、超音波の強度が変動する周期を変
更できるときは、吐出する液滴径を制御でき、簡単な回
路で記録紙上の１画素毎の記録濃度を連続的に制御し高
精細な印刷を行うことができるという効果がある。

【００４８】さらに、簡単な回路構成で同一範囲の記録
濃度を段階的に制御し、高精細な印刷を行うことができ
るという効果がある。

【００４９】請求項５記載の発明の印刷装置によれば、
複数の液体エジェクタが同時に駆動されないように制御
され、瞬時の消費電力の最高値を低く抑えることができ
るという効果がある。また、新たな部材を付加すること
なく各液体エジェクタ間でのクロストークを低減できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１による液体エジェクタのヘッド
の断面およびコントローラを示す模式図である。

【図２】 図１に示したヘッドを超音波が伝搬する様子
を示した模式図である。

【図３】 凹面状に形成した振動子シェルの構成を示す
模式図である。

【図４】 図１の液体エジェクタを駆動するための駆動
信号の一例を示すタイミングチャートである。

【図５】 高次の定在波が発生している時の開口部の様
子を模式的に示す図である。

【図６】 バースト周波数と吐出される液滴の平均粒子
径との関係を示すグラフである。

【図７】 実施の形態２による印刷装置の構成の一部を
示す模式図である。

【図８】 駆動信号とバースト信号の関係を示すタイミ
ングチャートである。

【図９】 駆動信号を生成するためのＲＦコントローラ
の構成の一例を示すブロック図である。

【図１０】 バースト数が異なる４つの画素の模式図で
ある。

【図１１】 バースト信号の周期が異なる画素の模式図
である。

【図１２】 記録濃度と１画素当たりのバースト数との
関係の一例を示す図である。

【図１３】 実施の形態４による４つのヘッドを有する
印刷装置の模式図である。

【図１４】 図１２の４つのヘッドを駆動する駆動信号
相互の関係を示すタイミングチャートである。

【図１５】 従来の液滴噴射器の構成の一例を示す断面
図である。

【図１６】 図１５の液滴噴射器の音響レンズにおける
超音波の収束を説明するための模式図である。

【図１７】 ＲＦ信号とゲート信号とバースト信号との
関係を示すタイミングチャートである。

【図１８】 液滴が形成される様子を説明するためにイ
ンク液面の断面を経時的に示した図である。

【図１９】 １滴ずつ液滴を吐出する従来のプリントヘ
ッドの構成を示す模式図である。

【図２０】 従来のプリントヘッドを用いて記録紙上に
記録されたスポットを示す平面図である。

【符号の説明】

１ インク、３ 基板、４ 振動子、２５，２５ａ〜２
５ｄ ヘッド、３０ノズルプレート、３１ 開口部、４
０ 液滴群、７０ 振動子シェル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成宮 宏 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 中川 邦彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吐出されるべき液体の液面に開口部を有
   するノズル部材と、 前記開口部における前記液面の基本振動周期よりも短か
   い所定の周期で強度が変動する超音波を前記開口部の液
   面に与えて前記開口部の液面に高次の定在波を生じさせ
   る超音波印加手段とを備える、液体エジェクタ。
2. 【請求項２】 前記所定の周期が変更可能に構成されて
   いることを特徴とする、請求項１記載の液体エジェク
   タ。
3. 【請求項３】 前記超音波印加手段は、所定の期間内に
   おいて前記超音波の前記強度が変動する回数を変更可能
   に構成されていることを特徴とする、請求項１または請
   求項２記載の液体エジェクタ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか一つ
   に記載された液体エジェクタと、 前記液体エジェクタの前に記録紙を搬送する紙送り手段
   とを備え、 前記紙送り手段によって紙送りされた前記記録紙に、前
   記液体エジェクタから吐出した液体を付着させることに
   よって、前記記録紙の印刷を行うことを特徴とする、液
   体エジェクタを用いる印刷装置。
5. 【請求項５】 前記液体エジェクタは複数設けられ、 前記複数の液体エジェクタにおける前記超音波の前記強
   度が変更するタイミングは互いにずれていることを特徴
   とする、請求項４記載の液体エジェクタを用いる印刷装
   置。