JPH10250110A

JPH10250110A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH10250110A
Application number: JP9061387A
Authority: JP
Inventors: Noriko Yamamoto; 紀子山本; Chiaki Tanuma; 千秋田沼; Shiro Saito; 史郎斉藤; Isao Amamiya; 功雨宮; Hitoshi Yagi; 均八木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-22
Also published as: US6123412A

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間不使用であっても、特別な装置を設ける
ことなく、インク液を循環させることによって印字状態
を良好に保つことのできるインクジェット記録装置を堤
供する。【解決手段】圧電素子（１４）に印加し、超音波を発生
させてインク液（１６）を吐出させることによって画像
記録を行う信号とは異なる信号であって、圧電素子（１
４）を駆動して超音波を発生させるものであるが、イン
ク液（１６）をインク液面から吐出させないでインク保
持室（１８）内でインク液（１６）を循環させるに十分
な第２の駆動信号を圧電素子（１４）に印加する駆動回
路（２１）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、液体インクを液
滴化して被記録媒体上に吐出させることにより画像を記
録するインクジェット記録装置に係り、特には、圧電素
子により放射される超音波ビームの圧力によりインク液
滴を吐出させて被記録媒体上に画像を記録するインクジ
ェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体インクを小さな粒状（液滴）にして
記録媒体上に吐出させて画点を形成して画像を記録する
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。現在までに、数多くのインクジェットプリンタの方
式が考案されているが、特に、特公昭５６−９４２９号
公報や特公昭６１−５９９１１号公報等に開示される発
熱体の熱により発生する蒸気の圧力でインク液滴を吐出
させる方式、および特公昭５３−１２１３８号公報等に
開示される圧電体により生じる機械的な圧力パルスによ
りインク液滴を吐出させる方式が代表的なものである。
しかし、これらの方式によるインクジェットプリンタは
ノズルの先端からインクを吐出させているため、インク
中の溶媒の蒸発や揮発によって局部的にインク液が濃縮
しやすく、これが解像度に対応した個別の細いノズルに
おける目詰まりの原因となる。

【０００３】これらの欠点を克服するため、圧電素子に
よって発生する超音波ビームの圧力（放射圧）を用いて
インク液面からインクを吐出させる、いわゆる超音波方
式が、ＩＢＭＴＤＢ，Vol ．１６，No．４，pp．１１
６８（１９７３−１０）、特開昭６３−１６６５４８号
公報、特開昭６３−３１２１５７号公報、特開平２−１
８４４４３号公報等で提案されている。この超音波方式
は、個別のドット毎のノズルとインク流路の隔壁を必要
としないノズルレスの方式であるために、ラインヘッド
化する上で大きな障害であった目詰まりに対して有効な
構造を持っている。また、非常に小さい径のインク粒を
安定に生成し吐出させることができるため高解像度化に
適している。

【０００４】ところが、液体インク（インク液）を用い
るインクジェット記録装置においては、これを長時間使
用しないと、インク液滴の吐出が不安定になり、記録画
像の劣化を招くという問題が生じる。従来、上述のよう
なインク液滴吐出の不安定対策として、所定時間ごと
に、記録媒体以外の領域にインク液滴を吐出させ、イン
ク液を初期状態に導く方法や、ポンプなどによってノズ
ル部分のインクを強制的にインク保持手段外部に吸引す
る方式が採用されている。しかし、装置が複雑になる欠
点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の問
題点を解決しようとするものであって、超音波による放
射圧でインク液滴を吐出させるインクジェット記録装置
において、記録装置が長時間使用されない後でも、イン
ク液を画像記録に適切な状態に容易に移行させることが
でき、もって記録開始時から高画質の画像を記録できる
ようにすることを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、インク液を保持するインク保持手段と、
前記インク液と音響的に接続される圧電素子からなる超
音波発生手段と、前記圧電素子から発生する超音波を集
束させる超音波集束手段と、前記集束された超音波がイ
ンク液面からインクを吐出させるように前記圧電素子に
第１の駆動信号を印加するインク吐出駆動手段と、前記
集束された超音波のインク液面における音圧が、インク
を吐出させるのに必要な音圧よりも小さくなるように前
記圧電素子に第２の駆動信号を送るインク液循環手段と
を有することを特徴とするインクジェット記録装置を提
供する。

【０００７】超音波による放射圧でインク液滴を吐出さ
せるインクジェット記録装置においては、超音波発生手
段を構成する圧電素子に所定の間欠的な高周波電圧（バ
ースト波）を印加することによって、圧電素子あるいは
圧電素子上に形成された超音波集束手段たる音響レンズ
と、インク液面との間に定在波がつくられる。この定在
波は、超音波集束手段によってインク液面近傍集束され
ている。超音波の集束位置では、インク液面が円錐状に
盛り上がりメニスカスが形成され、定在波が減衰する前
に超音波の波長に応じた径のインク液滴がメニスカスの
頂点から分離吐出し、定在波が消滅する。

【０００８】このようにインク液面が画像記録（インク
液滴の吐出）に適切・良好な状態に保たれている場合、
インク液滴は安定に吐出するが、長期間の停止後の印字
動作においては、インク液中の溶媒の揮発による粘度、
表面張力の局所的な変化や、また顔料インクの場合に
は、顔料の分散均一性が損なわれ、音波伝播特性が不均
一となり、超音波が集束しなくなる等の問題が生じる。
特に、インク液中の顔料が記録装置の長期間の不使用中
に、音響レンズ上に堆積した場合には、超音波が全く集
束しなくなる。本発明者等は、このようなインク物性値
の変化によるインク液滴吐出の不安定に起因する画像劣
化を解決するため、インク液中の微粒子の移動が目視で
きるように水に顔料粒子を分散させ、これをインク液と
みなして、インク液滴生成の様子を注意深く観察した結
果、圧電素子から超音波を放射しこれをインク液面近傍
で集束させると、インク液滴が吐出するだけでなく、超
音波が集束して圧力が大きくなる部分に向かって顔料微
粒子が移動し、インク液がインク保持手段内で循環する
ことが明らかになった。この現象は、インク液滴の吐出
に必要なエネルギーの閾値以下のパワーであってインク
液面が微動する程度の超音波ビームのパワーが得られる
に十分な駆動条件でも観察された。そこで、本発明で
は、インク保持手段内でインクを循環させ、乾燥などに
よるインクの物性値の局部的な変化を解消するように、
画像記録（インク液滴吐出）のための信号（第１の駆動
信号）とは異なる信号（第２の駆動信号）を圧電素子に
印加し、その発生した超音波によりインク保持室内でイ
ンク液を循環させるようにした。

【０００９】第２の駆動信号は、第１の駆動信号と異な
る信号であって、圧電素子から発生した超音波のインク
液面における音圧がインクを吐出されるのに必要な音圧
よりも小さくなるような駆動信号、すなわち、インク液
滴が吐出せずにインク保持室内でインク液の循環が行わ
れる圧電素子駆動信号であれば特に制限されない。通
常、第２の駆動信号は、非画像記録時に印加され、また
インク液面が画像形成時のそれよりも低い状態にある場
合に印加することが特に望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。全図に渡り、同一部分は、同一符
号で示されている。図１は本発明の第１の実施の形態に
係るインクジェット記録装置を示す断面図である。図１
に示すインクジェット記録装置１０は、いわゆるシング
ルヘッドタイプのものである。この記録装置１０は、対
向する上下両面に電極１２および１３を形成した平板状
圧電体１１からなる圧電素子１４を備える。圧電素子１
４の上には、超音波集束手段１５が設けられている。こ
れら圧電素子１４と超音波集束手段１５は側壁１７，１
７により囲まれ、超音波集束手段１５の上部は側壁１
７，１７との間でインク液１６を保持するインク保持室
１８を構成している。このインク保持室１８は、上蓋１
９により閉塞され、上蓋１９には、インク液１６が吐出
する円形状の開口部２０が形成されている。

【００１１】さて、圧電体１１は、電極１２、１３を介
して印加された所定の駆動信号により超音波を発生し得
る材料で形成される。そのような圧電材料の例を挙げる
と、ＺｎＯ、Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ₃ 、ＬｉＮｂＯ₃ 、水
晶等のセラミック圧電材料、フッ化ビニリデンと三フッ
化エチレンとの共重合体等の圧電性高分子等である。

【００１２】前記圧電体１１に形成する電極１２、１３
は、チタン、ニッケル、アルミニウム、銅、金等を蒸着
やスパッタ法により薄膜に成膜することにより、あるい
はガラスフリットを銀ペーストに混合した混合物をスク
リーン印刷法により印刷し、これを焼き付けることによ
り形成することができる。

【００１３】圧電材料の種類や圧電体の形状によって発
生する超音波の周波数が変わり、超音波の周波数の大き
さによって吐出するインク液滴の径が変化する。インク
液滴の径が小さいほど高解像度の画像が得られる。高解
像度の画像を得るためには、例えば、インク液滴の粒径
を３〜ｌ５０μｍとすることが好ましく、そのために
は、超音波の周波数が１０〜５００ＭＨｚ程度となるよ
うに圧電体の材料や形状を選択することが望ましい。

【００１４】圧電素子１４の上に設けられている超音波
集束手段１５は、圧電素子１４から発生された超音波を
圧電素子１４に音響的に接続されるインク液１６の液面
（に集束させるものであれば特に制限されない。図１に
示す例では、超音波集束手段１５は、凹面音響レンズに
より構成されている。

【００１５】圧電体１１の両面に形成された電極１２、
１３は、それぞれ、以後詳述する第１および第２の駆動
信号を印加する駆動手段２１に接続されている。インク
液１６は、インク液面に集束した超音波によって吐出し
て、記録媒体上に画像を記録するものであれば特に制限
されずに用いられる。例えば、溶媒として水を用いた染
料インク、顔料インクが使用できるが、耐水性、退色性
に優れた顔料インクをインク液１６として用いることが
望ましい。

【００１６】インク保持室１８の上蓋１９に設けられて
いる開口部２０は、超音波集束手段１５の焦点位置に対
応する位置に設けられており、この開口部２０からイン
ク液滴が吐出する。この開口部２０が狭ければ、インク
液１６の量が変化しても表面張力によってインク液面を
開口部２０の位置に保持することが可能となる。開口部
２０を狭くするほどインク液面の保持力も大きくなる
が、開口部２０の大きさを、吐出させるインク液滴の大
きさの２倍相当の幅よりも大きくすることが望ましい。
この理由は、インク液面に集束した超音波がインク液面
を盛り上げメニスカスを形成し、このメニスカスの頂点
からインク液滴が吐出したときに、再び形成されるメニ
スカスの成長を円滑に行わせるためである。開口部は、
ｌ．５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下の直径を有
することが望ましい。

【００１７】図２には、超音波集束手段が一次元のフレ
ネルレンズ２５により構成されている以外は、図１に示
すインクジェット記録装置と同様の構造を示す（但し、
側壁１７，１７、インク液１６、上蓋１９は省略されて
いる）。フレネルレンズ２５は、フレネルの輪帯理論に
基づいて所定のピッチで複数の平行な溝（図２における
溝３１ないし３４）を形成することにより、溝の上面と
底面から照射される超音波の位相をπシフトさせるもの
である。このようなフレネルレンズ２５は、圧電素子１
４の音響インピーダンスとインク液１６の音響インピー
ダンスとの間の音響インピーダンス値を有する材料で形
成すると、フレネルレンズ２５が圧電素子１４とインク
液１６とを音響的にマッチングさせる音響マッチング層
としても作用し、伝播する超音波の減衰を低減できる。
そのような音響マッチング材料としては、エポキシ樹脂
やポリイミド等の高分子材料、またはこれにアルミナや
タングステンの粉末を混合したものを使用することがで
きる。

【００１８】図３は、超音波集束手段を圧電素子１４に
よって構成した例を示すものである（但し、図３におい
ても、側壁１７，１７、インク液１６、上蓋１９は省略
されている）。すなわち、この記録装置では、圧電素子
１４は、上面が超音波が所定の焦点で集束し得るような
凹面を構成するバッキング部材４１上に形成され、圧電
素子は、バッキング部材４１の凹面に沿って湾曲してい
る。圧電体１１の上面に形成された電極１２の表面に
は、図２に関しフレネルレンズ２５について説明した音
響マッチング材料で形成された音響マッチング層４２が
形成されている。音響マッチング層４２は、二酸化ケイ
素をスパッタ法やＣＶＤ法により形成したものであって
もよい。

【００１９】図４は、アレイ状に配置された複数の圧電
素子を有するインクジェット記録装置の斜視図であり、
図５は、図４の記録装置のＸ軸とＺ軸とで形成される面
と平行で音響レンズの集束位置を含む面における拡大断
面図である。これら図に示されているインクジェット記
録装置では、超音波発生手段を構成する平板状圧電体５
２が、支持部材（バッキング部材）５１上に設けられて
いる。圧電体５２は、図１に関して圧電体１１について
説明した圧電材料で形成することができる。

【００２０】圧電体５２の下面には、互いに分離した複
数の個別電極５３ａ〜５３ｊ（以下、これら個別電極を
一括して符号５３で示すことがある）が、それぞれ圧電
体５２の幅と同等の長さに形成されている。圧電体５２
は、これら個別電極５３ａ〜５３ｊにより、機能的に複
数のアレイに区分される。他方、圧電体５２の上面に
は、全体に渡って、一体の共通電極５４が形成されてい
る。これら電極５３および５４は、図１に関し電極１
２、１３について説明した材料で形成することができ
る。

【００２１】支持部材５１の一端部側には、圧電体５２
の下面に形成された個別電極５３と同じ間隔で複数のア
レイ電極５５が形成されており、この支持部材５１上の
各アレイ電極５５と圧電体５２下面上の各個別電極５３
とは、導電性接着剤を介して整合して圧着され、電気的
に接続されている。支持部材５１上のアレイ電極５５
は、支持部材５１の端部上に配置された駆動回路５６に
ボンディングワイヤ５７によって接続されて、圧電体５
２の上面に形成された共通電極５４も、図示しない配線
により、駆動回路５６に接続されている。

【００２２】共通電極５４を介して圧電体５２の上に
は、音響マッチング層を兼ねた音響レンズとしての一次
元フレネルレンズ５８が設けられている。フレネルレン
ズ５８は、図２に関してフレネルレンズ２５について説
明したように、フレネルの輪帯理論に基づいて所定のピ
ッチで溝を形成することにより形成される。溝は、個別
電極５３により区分された圧電素子の配列方向（主走査
方向；Ｘ軸方向）に平行に形成される。

【００２３】図４を参照すると、支持部材５１上には、
フレネルレンズ５８に接してインク液１６を収容するイ
ンク保持室５９設けられている。このインク保持室５９
は、インク液１６を囲む側壁が、フレネルレンズ５８の
両端から上方に向かって合一されるように傾斜してお
り、その上部は、スリット５９ａを形成して開口してい
る。図１に関し上蓋１９の開口部２０について説明した
理由と同様の理由から、スリット５９ａの幅は、ｌ．５
ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下であることが望ま
しい。

【００２４】図４および図５に示すインクジェット記録
装置の場合、Ｙ−Ｚ平面においてはフレネルレンズ５８
で超音波を集束させるとともに、Ｘ−Ｚ平面においては
図５に示すように複数の個別電極同時駆動群（図５では
例えば５３ａ〜５３ｅの５個の個別電極）をそれらに対
応する各圧電素子から発生される超音波の位相がインク
液面１６ａの一点で同位相となるようなタイミングで駆
動させることによりインク液滴（図示せず）をインク液
面１６ａから吐出させることができる。この場合、個別
電極同時駆動群を複数個設定することによりインク液滴
を同時に複数箇所から吐出させることもできる。

【００２５】また、図４および図５に示す構造のアレイ
状圧電素子群を有するにインクジェット記録装置は、図
１〜図３に示すシングルヘッドタイプの記録装置に比べ
次のような利点がある。

【００２６】すなわち、シングルヘッドタイプの記録装
置を用いて二次元の画像を形成する場合、通常被記録媒
体の移動方向に対して垂直方向にヘッド自体を機械的に
移動さる。この方法では、機械的な振動が生じたり、あ
るいは画素密度を高める場合にはヘッドの移動に微細な
調整や、複雑な制御が必要となり装置の複雑化、大型化
を招くなど様々な間題が生じる。これに対し、複数の圧
電素子をアレイ状に配置した場合には、電子制御によっ
てインク吐出位置を制御できるため、上述の問題を回避
できる。

【００２７】図５を参照して、例えば所定の一点からイ
ンク液滴を吐出させるために前記個別電極同時駆動群
（５３ａ〜５３ｅ）を電極５３ｃ上のインク液面で超音
波の位相が同位相となるようなタイミングで駆動させて
図５中破線で示すように位置ｆ１に焦点を結ばせる。次
に、電極５３ｂ〜５３ｆからなる電極群を電極５３ｄ上
の液面で超音波の位相が同位相となるようなタイミング
で駆動させれば個別電極一つ分インク液滴の吐出位置を
シフトさせることができる。すなわち、超音波は位置ｆ
２で焦点を結ぶ。以下、順に同時駆動個別電極群を電極
１つずつずらすことによって順次インク液滴の吐出位置
をシフトさせることができる。

【００２８】本発明のインクジェット記録装置におい
て、駆動回路（図１〜３では、駆動回路２１、図４にお
いては、駆動回路５６）から画像記録信号（第１の駆動
信号）を圧電素子に供給すると、それぞれの音響レンズ
（超音波集束手段）によって超音波はインク液面で集束
し、液滴となって吐出する。本発明において、超音波の
インク液面での集束とは、インク液面での集束がインク
液滴が吐出するために必要な程度の集束であれば、超音
波集束手段の焦点がインク液面と異なっていても構わな
い。具体的には、インク液面と超音波集束手段上面との
間の距離と、超音波集束手段の焦点距離との差Δｄがイ
ンク液中の超音波の波長λに対してλ≦Δｄ≦２０λの
範囲にあれば実質的にインク液面に超音波が集束し、イ
ンク液滴が吐出する。

【００２９】本発明において、駆動回路から電極１２，
１３を介して圧電体１１に印加され、圧電素子１４から
超音波を発生させる上記第１の駆動信号は、画像記録信
号に対応してインク液滴が吐出するに十分な電圧を印加
する駆動信号であれば特に制限されずに用いられる。例
えば、インク液滴を一滴吐出させる場合について説明す
ると、図６に示すように、圧電素子に所定時間、例え
ば、インク液中の音波の波長が３〜１５０μｍとなる周
波数で、印加時問０．５〜２００μｓｅｃ程度の間欠的
な高周波電圧（バースト波）を印加することによって、
圧電素子あるいは圧電素子上に形成された音響レンズ
と、インク液面との間に定在波をつくる。この定在波
は、超音波集束手段によってインク液面で集束されてい
る。超音波の集束位置ではインク液面が円錐状に盛り上
がりメニスカスが形成され、定在波が減衰する前に超音
波の波長に応じた径のインク液滴がメニスカスの頂点か
ら分離吐出し、定在波が消滅する。

【００３０】このようにインク液面が良好な状態に保た
れている場合、インク液滴は安定して吐出するが、長期
間の停止後の印字動作においては、インク液中の溶媒の
揮発による極所的な粘度、表面張力の変化や、顔料イン
クの場合には、顔料の分散均一性が損なわれ、超音波伝
播特性の不均一により超音波が集束しない等の問題が発
生し、顔料が音響レンズ上に堆積した場合には、全く音
波が集束しなくなる。

【００３１】そこで、本発明では、上記第１の駆動信号
とは別に、インク液滴が吐出せずにインク保持室内でイ
ンク液の循環が行われる駆動信号（第２の駆動信号）を
圧電素子に印加する。この第２の駆動信号は、インク液
滴が吐出せずにインク保持室内でインク液の循環が行わ
れるに十分なものでであれば、特に制限されない。例え
ば、この第２の駆動信号は、図７（ａ）に示すように、
バースト波の波高値（電圧値）をインク液滴吐出の駆動
条件より低下させた駆動信号であり、インク液滴が吐出
せずにインク循環が効率よく行われる電圧値をあらかじ
め調べ、印字前にこれを適当な時間印加することができ
る。この方式は、バースト波の印加周期をドット印字の
周期と同じにできるため、個別のクロック回路を必要と
しない特徴がある。

【００３２】また、図７（ｂ）は、バースト波の波数
（時間）をインク液滴吐出の駆動条件より減少させたイ
ンク液循環信号（第２の駆動信号）の例を示し、インク
液滴が吐出せずにインク循環が効率よく行われる波数を
あらかじめ調べ、印字前にこれを適当な時間印加するこ
とができる。この方式は、バースト波の印加周期をドッ
ト印字の周期と同じにできるため、個別のクロック回路
を必要としない特徴がある。さらに、バースト波の波高
値をインク液滴吐出条件と同じにすることもできるた
め、高周波信号源を共用できる。

【００３３】図７（ｃ）は、バースト波の周期を変えた
インク循環信号（第２の駆動信号）の例であり、インク
液滴の吐出条件よりも低いバースト波の波高値及び／ま
たは少ないバースト波の波数の波形である。

【００３４】図７（ｄ）は、連続波によるインク循環信
号（第２の駆動信号）の例であり、この場合もインク液
滴が吐出しない閾値以下の電圧を印加する。以上のよう
に、本発明において、インク液の循環のために印加する
第２の駆動信号は、画像形成信号（第１の駆動信号）よ
りも電圧が低く、またはバースト波数が少なく、あるい
はそれらの条件を複合したものでもよい。また、電圧が
高くてもバースト波数を少なくすればよい。さらに、低
電圧の連続波で駆動してもよい。インク液を循環させる
ためには、このような信号を数秒程度印加することが必
要であり、パルス波ではない。一方、高いインク液循環
効率のためには、駆動周波数は、圧電素子に固有の共振
周波数領域もしくはその高調波であることが望ましく、
また、バースト波で駆動させる場合には、その周期は短
い方がよい。

【００３５】いずれの場合にも、第２の駆動信号は、第
１の駆動信号を印加する駆動回路（図１〜３における駆
動回路２１、図４における駆動回路５６）から圧電素子
に供給することができる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。実施例１本実施例では、図２に示す構造のインクジェット記録装
置を以下のように作製した。

【００３７】まず、平板状圧電体１１として、チタン酸
鉛系セラミックからなるものを使用し、その厚さを振動
の共振周波数が５０ＭＨｚとなるように調整した。この
圧電体１１の両面にスパッタ法によりＴｉ／Ａｕの積層
電極をそれぞれ０．０５μｍ、０．３μｍの厚さに形成
し、分極処理を行なって圧電素子１４を作製した。圧電
素子１４の有効口径は１．４ｍｍであった。

【００３８】フレネルレンズ２５は、ガラス板にＲＩＥ
によって焦点距離が３．３ｍｍになるようにフレネル輪
帯理論に基づく所定のピッチの溝を形成することにより
作製した。

【００３９】ついで、電極１２、１３に駆動回路２１を
接続し、インク保持室１８にインク液（染料インク）を
充填して記録装置を完成させた。こうして得られた記録
装置の圧電素子１４に、駆動回路２１から、図６に示す
ような間欠的な連続正弦波（バースト波）を印加しイン
クドットを形成し画像を得た。なお、バースト波の間隔
は、画像データによって適宜変化させた。本実施例で
は、印加電圧２０Ｖｐｐ、バースト波数１５００でイン
ク液滴が吐出した。

【００４０】このようなインクジェット記録装置を用い
て、インク液循環動作の有無による長時間無動作状態か
らの印字動作初期の安定性について調べた。すなわち、
上記の通り作製したインクジェット記録装置を２つ用意
して、それぞれに染料インクを充填し、上蓋開口部にカ
バーをせず、インク液面を大気に晒した状態で２時間放
置した。その後、それぞれの記録装置のインク保持室に
インク液を補充して、インク液面を画像記録時における
高さに相当する高さに調整し、画像記録待機状態とし
た。

【００４１】しかる後、一方のインクジェット記録装置
には、インク液循環信号（第２の駆動信号）として周波
数５０ＭＨｚ、電圧５Ｖｐｐの連続正弦波を駆動回路２
１から１０秒間印加した。他方のインクジェット記録装
置には、インク液循環信号は印加しなかった。これら２
つのインクジェット記録装置に駆動回路２１から同じ画
像データ（第１の駆動信号）を送り、印字を行った。１
０００滴の記録画点を評価した結果、印字動作直前にイ
ンク液循環動作を行った記録装置では、画像記録信号に
対して全画点が記録されていた。これに対し、インク液
循環動作を行わなかった記録装置では、印字初期に３．
３％が吐出せず、また、印字初期の２１％の領域でドッ
ト抜けが発生した。

【００４２】実施例２この実施例では、実施例１と同様に作製したインクジェ
ット記録装置を用いたが、インク液として着色剤として
顔料を含有するいわゆる顔料インクを使用した。顔料イ
ンクを使用した場合、インク液滴を安定に形成し、吐出
させるための駆動電圧は２２Ｖｐｐで、バースト波数は
１５００である。

【００４３】３つの同じインクジェット記録装置を用意
し、顔料インクを充填した。上蓋開口部にカバーをかけ
ない状態でそれぞれ３日間放置した。その後、１つの記
録装置はインク循環信号を印加せず、他方２つのうちの
一方のインクジェット記録装置は、インク液の量を画像
形成待機時と等しくしてからインク液循環信号を印加し
た。最後の１つの記録装置は上蓋開口端部にインク液面
が接触しない程度にインクの量を調整し、インク液循環
信号を印加した。インク液循環信号は、実施例１と同じ
く、周波数５０ＭＨｚ、電圧５Ｖｐｐの連続正弦波で、
印加時間はいずれも２０秒間であった。また、このイン
ク液循環信号を印加しても、インク液滴は吐出しなかっ
た。

【００４４】以上の比較処理を行い、インク量を画像形
成待機状態に調整し、３つのインクジェット記録装置に
同じ画像データ（第１の駆動信号）を送って印字を行っ
た。１０００滴の記録画点を評価した結果、インク液面
を印字動作時より下げた状態で、印字動作直前にインク
液循環動作を行った記録装置では、記録信号に対して全
画点が記録されていた。これに対し、インク液面を下げ
ずにインク液循環動作を行った記録装置では、印字初期
に１％が吐出せず、また、印字初期の４．７％の領域で
ドット抜けが発生した。さらに、インク液循環動作を行
わなかった記録装置では、印字初期に２．７％が吐出せ
ず、また、印字初期の１３．８％の領域でドット抜けが
発生した。

【００４５】実施例３本実施例では、図４および図５に示す構造と同様の構造
を有するインクジェット記録装置を以下のように作製し
た。

【００４６】まず、平板状圧電体５２として、比誘電率
２００のチタン酸鉛系圧電セラミックからなるものを用
い、周波数は５０ＭＨｚ（厚さ５０ｍｍ）とした。この
圧電体５２の両面に、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ３層積層電極を
スパッタ法により、各層の厚さが０．０５μｍ／０．０
５μｍ／０．２μｍとなるように、それぞれ、形成し、
２ｋＶ／ｍｍの電界を印加して圧電体の分極処理を行っ
た。その後、エッチングによりアレイ状の個別電極５３
を形成し、１素子の幅６０μｍ、電極間隔２５μｍ（電
極の配列ピッチ８５μｍ）になるようにした。圧電素子
の有効口径は１．４ｍｍとした。この圧電素子に電子ビ
ーム蒸着法によりＴｉ／Ａｕ共通電極５４を各層の厚さ
が０．０５μｍ／０．３μｍとなるように形成した。

【００４７】一方、アレイ電極５５を設けた厚さ１．１
ｍｍのガラス基板５１上に上記圧電素子をその個別電極
がガラス基板上のアレイ電極と整合するようにエポキシ
系接着剤で貼合わせた。

【００４８】ついで、音響マッチング層を兼ねるフレネ
ルレンズ５８を作製するために、エポキシ樹脂とアルミ
ナ粉末の混合物を用い、密度２．２０×１０³ ｋｇ／
ｍ、音速２．９５×１０³ ｍ／ｓで、厚さ４５μｍにな
るように前記共通電極５４上に塗布、硬化させ、これに
焦点距離が３．３ｍｍになるように所定ピッチで溝を切
削加工により形成した。ガラス基板５１に駆動回路５６
を設け、これに各電極５３、５４を接続し、インク液を
充填して記録装置を完成させた。この記録装置の圧電素
子に、図６に示すような間欠的な連続正弦波（バースト
波）を印加しインクドットを形成し画像を得た。尚、バ
ースト波の間隔は、画像データによって適宜変化させ
た。本実施例では、印加電圧２３Ｖｐｐ、バースト波数
１４００でインク液滴が吐出した。

【００４９】インク循環動作の有無による印字画像の比
較のため、上記と同じインクジェット記録装置を３つ用
意し、顔料インクを充填した。これら記録装置をスリッ
ト５９ａにカバーをかけない状態で３日間放置した。そ
の後、ｌつの記録装置はインク循環信号（第２の駆動信
号）を印加せず、他の２つのうちの１つのインクジェッ
ト記録装置は、インクの量を画像形成待機時と等しくし
てからインク液循環信号を印加した。最後の１つの記録
装置はスリット５９ａ端部にインク液面が接触しない程
度にインクの量を調整してから、インク液循環信号を印
加した。それぞれのインク液循環信号は、実施例１と同
じく、周波数５０ＭＨｚ、電圧６Ｖｐｐの連続正弦波
で、印加時間はいずれも２０秒間であった。なお、この
インク循環信号を印加しても、インク液滴は吐出しなか
った。

【００５０】以上の比較処理を行い、インク量を画像形
成待機状態に調整してから、上記３つのインクジェット
記録装置にそれぞれ同じ画像データ（第１の駆動信号）
を送って印字を行った。１０００滴の記録画点を評価し
た結果、インク液面を印字動作時より下げた状態で、印
字動作直前にインク液循環動作を行った記録装置では、
記録信号に対して全画点が記録されていた。これに対
し、インク液面を下げずにインク液循環動作を行った記
録装置では、印字初期に２．５％が吐出せず、また、印
字初期の７．６％の領域でドット抜けが発生した。ま
た、インク液循環動作をさせなかった記録装置では、印
字初期に４．３％が吐出せず、また、印字初期の１４．
８％の領域でドット抜けが発生した。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、記
録装置が長期間使用されなかった後でも、特別の装置を
必要としないで、容易に高画質の画像記録を行うことが
できるインクジェット記録装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図ｌ】本発明の第１の実施の形態に係るインクジェッ
ト記録装置の概略断面図。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係るインクジェッ
ト記録装置の一部を示す概略断面図。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係るインクジェッ
ト記録装置の一部を示す概略断面図。

【図４】本発明の第４の実施の形態に係るインクジェッ
ト記録装置の概略斜視図。

【図５】図４の記録装置のＸ軸とＺ軸とで形成される面
と平行で音響レンズの集束位置を含む面における拡大断
面図。

【図６】本発明に使用される第１の駆動信号の一例を示
す波形図。

【図７】本発明に使用される第２の駆動信号のいくつか
の例を示す波形図。

【符号の説明】

１１，５２…圧電体１２，１３…電極１４…圧電素子１５，２５，５８…音響レンズ１６…インク液１８，５９…インク保持室２１，５６…駆動回路５３…個別電極５４…共通電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者雨宮功神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者八木均神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク液を保持するインク保持手段と、
前記インク液と音響的に接続される圧電素子からなる超
音波発生手段と、前記圧電素子から発生する超音波を集
束させる超音波集束手段と、前記集束された超音波がイ
ンク液面からインクを吐出させるように前記圧電素子に
第１の駆動信号を印加するインク吐出駆動手段と、前記
集束された超音波のインク液面における音圧が、インク
を吐出させるのに必要な音圧よりも小さくなるように前
記圧電素子に第２の駆動信号を送るインク液循環手段と
を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】前記インク液循環手段が、前記第２の駆
動信号を非画像記録時に印加することを特徴とする請求
項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】前記インク液が、着色剤として顔料を含
有する請求項１または２記載のインクジェット記録装
置。
【請求項４】前記インク液循環手段が、インク液面が
画像形成時よりも低い状態にある場合に前記第２の駆動
信号を印加することを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれか１項記載のインクジェット記録装置。