JPH11221916A

JPH11221916A - 記録ヘッド

Info

Publication number: JPH11221916A
Application number: JP2583398A
Authority: JP
Inventors: Susumu Hiragata; 進平潟
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】微小なインク滴を吐出可能にして、高解像度
の画像を記録できる記録ヘッドを提供することを目的と
する。【解決手段】記録ヘッド１０は、弾性部材１２が基端
部１４において振動発生手段１６に支持された片持ち梁
構造である。したがって、振動発生手段１６を所定の振
動数で振動させることにより、弾性部材１２が共振し、
先端部１８近傍の振動面３０からインク滴２４が吐出し
て記録用紙２６にドットを記録する。この際、信号発生
手段２０から振動発生手段１６に波形の異なる複数種類
の駆動信号を入力することにより、インク滴２４の飛翔
方向が異なり、所望の位置にインク滴２４を着弾させる
ことができる。このように記録ヘッド１０の移動もな
く、インク２２の液面も安定しているため、高解像度の
画像を記録することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を飛翔さ
せ、記録媒体の所定の位置に着弾させることによって画
像を記録する記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】被印字面に液滴、特にインク滴を吐出し
て印字を行うインクジェット記録方式の代表的なものと
して、ノズルを用いる方式があり、そのノズル式の記録
方式として、従来、オンデマンド型と連続流型とが知ら
れている。

【０００３】オンデマンド型は、記録情報に対応してノ
ズルから間欠的にインクを吐出させて印字を行う方式で
あり、代表的なものとしてピエゾ振動子型とサーマル型
とがある。ピエゾ振動子型は、インク室に付設した圧電
素子にパルス電圧を印加して圧電素子を変形させること
によりインク室内のインク液圧を変化させ、ノズルから
インク滴を吐出させて記録紙上にドットを記録するもの
である。サーマル型は、インク室内に設けた加熱素子に
よりインクを加熱し、これにより発生したバブルにより
ノズルからインク滴を吐出させて、記録紙上にドットを
記録するものである。

【０００４】一方、連続流型は、インクに圧力を加えて
ノズルから連続的にインクを吐出させると同時に、ピエ
ゾ振動子などにより振動を加えて突出インク柱を液滴化
し、さらに液滴に対して選択的に帯電、偏向を行うこと
によって記録を行うものである。

【０００５】これらの各方式はいずれも、インク滴の径
が主としてノズルの径によって決まる。そして、ノズル
径を小さくすると、ゴミやチリによるノズル詰まりや、
ノズル部のインク表面の乾燥によるノズル詰まり、ノズ
ル円周部へのインク残滓の付着によるインク吐出方向の
変化を生じるといった問題が発生する。

【０００６】これに対して、ノズルを用いないで、被印
字面にインク滴を吐出して印字を行う記録方式がいくつ
か提案されている。例えば、米国特許第４３０８５４７
号明細書に示されているように、凹状にカーブした球面
形状の圧電体シェルをインク中に配置し、この圧電体シ
ェルに電極を介して電圧を印加する記録方式がある。こ
の方式では、圧電体シェルからインク中に放射された縦
波がインク自由表面の一点に集められ、インク自由表面
からインク滴が吐出される。

【０００７】また、特公平６−４５２３３号公報に示さ
れているように、ガラスなどの基板上に球面状の凹部を
設けてこれを音響レンズとし、基板の裏面に圧電体、お
よびこれに電圧を印加するための電極からなる振動子を
形成して、この振動子をインク中に配置する記録方式も
ある。

【０００８】さらに、特開平３−２００１９９号公報に
は、より安価で、よりシャープに焦点を合わせられるレ
ンズとして、凹状レンズの代わりに薄膜平板状の位相フ
レネルレンズを基板上に設けた記録方式が示されてい
る。

【０００９】上述における、縦波をインク自由表面に集
束させてインク自由表面からインク滴を吐出させる方式
では、インク滴の径は縦波の集束径にほぼ等しく、その
集束径ｄは、振動子の駆動周波数をｆ、レンズのＦ値を
Ｆとすると、ｄ〜Ｆ／ｆとなる。なお、インク中を伝搬
する縦波の波長をλ、その伝搬速度をｖとすると、これ
らと振動子の駆動周波数ｆとの間には、ｖ＝ｆ・λの関
係がある。

【００１０】したがって、例えば、インク滴の径（集束
径）ｄが１５μｍ程度の非常に小さなインク滴を吐出さ
せようとする場合には、レンズのＦ値を１とすると、従
来の低粘度・水性インク中の縦波の伝搬速度ｖは、ほぼ
１５００ｍ／秒であるので、振動子の駆動周波数ｆを約
１００ＭＨｚというような非常に高い周波数にしなけれ
ばならない。レンズのＦ値は、種々の問題から著しく小
さくすることは実際上困難であるため、インク滴の径ｄ
をより小さくしようとすると、一般にはより高い周波数
で振動子を駆動させなければならないことになる。

【００１１】このように、縦波をインク自由表面に集束
させてインク自由表面からインク滴を吐出させる方式で
は、１００ＭＨｚ前後の高い周波数で複数の振動子を駆
動しなければならないため、一般に駆動手段が高価にな
るというコスト上の問題を生じるとともに、吸収による
発熱によりインク粘度が変化してインク滴の径が変動し
たり、記録素子内でインク自体の乾燥や固化を生じてイ
ンクを吐出できなくなることがあるという重大な問題を
生じる。

【００１２】上記以外の従来技術として、特開平６−３
４００７０号公報において、新規なオンデマンド型の記
録方式が開示されている。これは、片持ち梁構造の梁を
曲げ振動で共振させて、梁の先端に十分な振幅を発生さ
せ、インクを飛翔させるものであり、比較的低い励振周
波数および低い電圧でインクを吐出できる可能性を有す
る記録方式である。しかしながらこの記録方式は、梁先
端に設けられたノズルを介してインク滴を形成する機構
を用いており、前述したノズル式の各種記録方式と同
様、インク滴の径はノズル径で決定され、ノズル径を小
さくすると、ノズル詰まりやノズル円周部へのインク残
滓の付着によるインク吐出方向の変化を生じるといった
課題を有している。この特開平６−３４００７０号公報
に開示された技術は、従来方式に比べノズル詰まりの問
題が生じる可能性を少なくすることを解決すべき技術的
課題の一つとしているが、インク滴の径がノズル径で決
まる以上、根本的な解決とはなり得ない。

【００１３】さらに別の従来技術として、インクジェッ
ト記録方式ではないものの、振動エネルギーを作用させ
て液体を微粒子化する方法が、特開平３−１５４６６５
号公報に記載されている。この方法は霧化装置に適用す
べくなされたものであって、圧電磁器を含む振動子と、
振動子に固着され片持ち梁の形で曲げ振動する振動部か
らなり、振動部の一部を液体に漬けて、超音波の放射に
より霧状の液滴を発生させるものである。しかしながら
この霧化装置に用いられている技術では、ノズルを用い
ずに微小径のインク滴を生成することができるものの、
時間的、空間的に制御されていない多数のインク滴が生
成されてしまうので、記録媒体の所定位置に正確にイン
ク滴を着弾させる必要があるインクジェット記録ヘッド
には応用し得ない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、近年益々
記録媒体に対する高解像度の画像記録が求められている
が、従来のいずれの記録方式、あるいは霧化装置等の他
の分野における技術を用いても、これらの要望に応える
ことが難しい。

【００１５】本発明は、上記の課題を解決するために、
ノズルを用いずに微小なインク滴を吐出可能とし、高解
像度の画像を記録できる記録ヘッドを提供することを課
題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
画像情報に基づいた波形の異なる複数種類の駆動信号に
対応して励振される振動発生手段と、前記振動発生手段
の励振に応じて振動する片持ち梁構造である弾性部材
と、を備え、前記振動発生手段の励振により弾性部材が
振動し、前記弾性部材に形成されたインク薄膜から前記
駆動信号の種類に応じてインク滴が異なる方向に飛翔す
ることを特徴とする。

【００１７】請求項１記載の発明の作用を説明する。こ
のように、波形の異なる複数種類の駆動信号に対応して
振動発生手段が励振されることにより、片持ち梁構造の
弾性部材に形成されたインク薄膜からインク滴が異なる
方向に飛翔する。したがって、飛翔方向に記録媒体を配
設しておくことにより、記録ヘッドを移動させることな
く、記録媒体の任意の場所に複数のドットを記録するこ
とができる。したがって、ノズルを使用することなく微
小なインク滴を記録媒体の所望の場所に飛翔させられる
ため、高解像度の画像を記録することができる。

【００１８】また、記録ヘッドを移動させずに記録媒体
の任意の場所にドットを記録できるため、記録ヘッドの
移動によるインク薄膜への影響（液面形状変化等）がな
く、インク滴を所定の場所に正確に着弾させられる。よ
って、一層、高解像度の画像記録を行うことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］本発明の第１の
実施の形態による記録ヘッドを図１〜図６を用いて説明
する。

【００２０】まず、本実施形態に係る記録ヘッドの概略
説明を行う。図１および図２は、記録ヘッド１０の正面
図および側面図である。

【００２１】記録ヘッド１０は、弾性部材１２が基端部
１４で振動発生手段１６に支持され、先端部１８が自由
端となる片持ち梁構造をしている。振動発生手段１６
は、信号発生手段２０からの入力信号に基づいて振動
し、これにより弾性部材１２が共振する。この際、弾性
部材１２には、図示しないインク供給源から供給された
インク２２が表面張力により先端部１８まで到達してい
る。したがって、弾性部材１２の先端部１８近傍に形成
されたインク２２の薄膜からインク滴２４が飛翔して記
録媒体である記録用紙２６にドットを記録する。

【００２２】次に、記録ヘッド１０を構成する各部材を
詳細に説明する。弾性部材１２は、正面から見ると基端
部１４を底辺とし、先端部１８を頂点とする二等辺三角
形状であり、側面から見ると板厚が均一である板体であ
る。弾性部材１２は、基端部１４が振動発生手段１６に
支持された片持ち梁構造となっているため、振動発生手
段１６の励振によって曲げ振動を行うと、自由端である
先端部１８が最も大きな振幅を有することになる。

【００２３】弾性部材１２は、振動発生手段１６の振動
を曲げ振動に変換可能であり、先端部１８近傍にインク
滴吐出に十分な振幅を発生可能な部材であればよく、材
質、形状等は特に限定されないが、加工性やコスト等の
面から、ＳＵＳ、Ｎｉ等の金属材料、ポリイミド樹脂、
ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、エポキシ樹
脂、シアノアクリレート樹脂等の高分子材料が好適であ
る。

【００２４】また、弾性部材１２を変質、腐食、異物付
着等から保護する目的で、金、白金、パラジウム、ロジ
ウム等の金属及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレ
ン）等の薄膜で表面を被覆することは効果的である。

【００２５】振動発生手段１６は、画像情報を受け取っ
た信号発生手段２０から入力される電気信号に応じて振
動を発生するものであればよく、圧電材料、磁歪材料、
機械式アクチュエータ、静電気力を応用したアクチュエ
ータ等を適用可能である。中でも圧電材料は、インクジ
ェットプリンタの機能材料としても広く使われており、
高度な製造技術が確立しているので最適である。

【００２６】圧電材料としては、水晶、ＰＺＴ（ジルコ
ン酸チタン酸鉛）、チタン酸バリウムBaTiO₃、ニオブ酸
鉛ＰbNb₂O₆、ビスマスゲルマネイトBi₁₂GeO₂₀、ニオブ
酸リチウムLiNbO₃、タンタル酸リチウムLiTaO₃等の多結
晶体や単結晶体、またはZnOやAlN 等の圧電薄膜、また
はポリ尿素、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）やＰＶ
ＤＦの共重合体等の圧電性高分子、またはＰＺＴ等の無
機圧電物質と圧電性高分子との複合体等を用いることが
できる。もちろん、記録ヘッドの設計する際に、駆動周
波数に応じて最適な圧電材料を選択しなければならな
い。例えば、印加する交流周波数が数十ｋＨｚ〜１ＭＨ
ｚの間であれば、ＰＺＴのようなセラミックが良く、よ
り高い周波数で駆動する場合にはZnO 等のように高周波
に対応する圧電薄膜が選択される。いずれにしろ、安定
し、かつ十分な振動を発揮する振動特性を持つものであ
る必要がある。なお、振動発生手段１６を構成する圧電
材料自体で弾性部材１２を形成するようにしてもよい。

【００２７】本実施形態の記録ヘッド１０の作用につい
て説明する。先ず、画像信号（図３（ａ）参照）が１画
素ずつ信号発生手段２０に入力される。これにより、信
号発生手段２０から振動発生手段１６に弾性部材２０が
共振する周波数の駆動信号が入力され、この駆動信号で
振動発生手段１６が励振される。

【００２８】振動発生手段１６の励振は、信号発生手段
２０から入力される駆動信号に応じて１インク滴の飛翔
を実現するように、１インク滴の飛翔に必要な励振数を
終了するごとに間欠的に励振を区切るものである。

【００２９】すなわち、振動発生手段１６の励振には、
励振周期を１周期とする波形が少なくとも１つ以上連な
った駆動信号（図３（ｂ）参照）を用い、これらを画像
信号に応じて断続的に印加するバースト波を用いる。た
だし、バースト波は、図示した矩形波に限らず、サイン
波や三角波等でもよい。

【００３０】インク滴２４を吐出させるためのエネルギ
ーは、振動発生手段１６の励振周期を１周期とする波形
の数（以下、バースト数という）と印加電圧で決まる。
バースト数を増やせば比較的低電圧でインク滴の吐出が
可能であり、バースト数を減らせば電圧は若干高くなる
ものの、より吐出速度の早いインク滴の吐出が可能とな
る。このように振動発生手段１６が励振されることに
より弾性部材１２が共振し、基端部１４で支持されて矢
印Ａ方向（図２参照、以下Ａ方向という）に曲げ振動を
行う。この結果、インク２２が弾性部材１２の先端部１
８近傍に所定厚さの薄膜を形成する。この薄膜部分にキ
ャピラリ波２８が発生する。

【００３１】キャピラリ波２８が発生する状態を図４〜
図６を参照して説明する。図４は弾性部材１２の先端部
１８近傍の拡大図であり、図５および図６は、図５のＸ
−Ｘ線断面図である。

【００３２】キャピラリ波２８は、弾性部材１２の曲げ
振動方向に対して垂直な方向（矢印Ｂ方向、以下、Ｂ方
向という）に発生している。ある時間ｔにおいて、図５
に示すように、弾性部材１２のＢ方向の幅Ｗに対して波
長λがＷ＝２λとなるようなキャピラリ波２８が２山発
生している。微小時間Δｔ経過後の時間ｔ＋Δｔにおい
て、図６に示すように、２山のキャピラリ波２８の間か
ら１山のインク隆起部が形成され、これが分離して１イ
ンク滴が飛翔する。

【００３３】振動発生手段１６が繰り返し励振すること
で、弾性部材１２から連続して一滴ずつインク滴が飛翔
する。

【００３４】このように、一滴ずつインク滴を安定的に
飛翔させるためには、弾性部材１２の先端部１８近傍に
おいて、弾性部材１２の曲げ振動方向に対して垂直な面
（振動面３０）における幅をＷとし、次式で算出される
値をλとしたときに、先端部１８近傍の少なくとも一部
の幅Ｗがほぼ２λとなるようにすることが望ましい。

【００３５】 λ=[8πσ/(ρf_e ²)]^1/3×10⁴(μm) ・・・式（１）ここで、σは、インク表面張力(mN/m) ρは、インク密度(g/cm³) f_eは、励振周波数(Hz) 上記式（１）は、一般の参考書、例えば、千葉近著『超
音波噴霧』（山海堂）第７章第２節に、キャピラリ波の
波長を与える式として記載されているものである。

【００３６】幅Ｗは２λの値に出きるかぎり近い方が良
く、１．２λ〜２．４λの範囲にするのが好ましい。こ
のようにして生成された微小なインク滴２４は、振動発
生手段１６に入力された適切な波形の駆動信号により弾
性部材１２の先端部１８近傍のインク飛翔点Ｐから振動
面３０に垂直な方向に安定して飛翔し、記録用紙２６に
ドットを記録する。

【００３７】なお、先端部１８近傍における振動面３０
の幅Ｗが１λ程度以下であると、インク２２の薄膜にキ
ャピラリ波２８が発生しにくくなり、振動発生手段１６
の励振電圧を大きくするか、バースト数を増やすかしな
いとインク滴が飛翔しない。また、飛翔させた場合も、
安定したインク滴の飛翔とはならない。

【００３８】また、振動面３０の幅Ｗが３λ程度以上の
場合も、キャピラリ波２８は発生しにくい。上述と同様
に、振動発生手段１６の励振電圧を大きくするか、ある
いはバースト数を増やすことによってキャピラリ波を発
生させることができるが、その場合は、キャピラリ波が
３山以上生成されて複数のインク滴が飛翔するようにな
り、安定した１インク滴の飛翔が困難となる。

【００３９】このように、信号発生手段２０から入力さ
れる駆動信号により振動発生手段１６を励振させて弾性
部材１２を曲げ振動させる記録ヘッド１０は、先端部１
８近傍の幅Ｗ＝２λ付近の振動面３０からインク滴２４
を記録用紙２６に一滴ずつ安定的に飛翔させる。

【００４０】インク滴２４の飛翔方向の偏向は、以下の
ように行う。信号発生手段２０から振動発生手段１６に
入力される駆動信号において、バースト数と印加電圧を
変化させることにより行う。すなわち、バースト数と印
加電圧を適切に選んだ複数種の波形の駆動信号を振動発
生手段１６に順次入力することにより、図２に示したよ
うに、インク滴２４を複数の任意の方向に飛翔させるこ
とができる。

【００４１】本実施形態では、例えば、図３（ａ）に示
すように、信号発生手段２０に入力された３画素分の画
像信号に基づいて、図３（ｂ）に示すような駆動信号
α、β、γが信号発生手段２０から振動発生手段１６に
順次入力される。駆動信号βは駆動信号αと比較して励
振電圧が低くなっており、駆動信号γは駆動信号βに比
べてバースト数が減少している。このような駆動信号
α、β、γに基づいて振動発生手段１６が励振されるこ
とにより、弾性部材１２の先端部１８近傍の振動面３０
からインク滴２４α、２４β、２４γがそれぞれ飛翔し
て記録用紙２６に付着した。図２に示すように、各イン
ク滴２４α、２４β、２４γは、記録用紙２６の同一ラ
イン上に所定間隔をあけて付着した。このように、本実
施形態の記録ヘッド１０では、記録ヘッド自体を移動さ
せることなく、記録用紙２６の異なる位置にインク滴２
４を付着させることができる。

【００４２】このようにインク滴２４の飛翔方向を偏向
させるには、振動発生手段１６に入力される信号波形の
パラメータである励振電圧、励振周波数などを変化させ
て、適切なパラメータを選べばよい。このようなパラメ
ータの変化によりインク滴２４の飛翔方向が偏向する理
由は現在のところ明らかでないが、以下のような仮説を
たてることができる。

【００４３】励振電圧を変化させた場合は、励振電圧が
低くなるほど飛翔のためにインク滴２４に加えられるエ
ネルギーが小さくなるので、インク滴２４の吐出速度が
遅くなり、記録用紙２６に到着するまでの時間が長くな
る。したがって、インク滴２４が重力の影響を大きく受
けて記録用紙２６に直進せず、飛翔方向が偏向するので
はないかと推測される。

【００４４】また、バースト数を変化させた場合には、
図３（ｂ）に示すように、振動発生手段１６の励振が始
まってから弾性部材１２からインク滴２４を吐出するま
での吐出時間ｆ（一定）の間にインク滴２４に蓄えられ
るエネルギーが異なるために、インク滴２４の吐出速度
が異なる。この結果、吐出速度の遅いインク滴２４ほど
重力の影響をより多く受け、記録用紙２６上の異なる位
置に着弾するのではないかと推測される。

【００４５】このように、本実施形態の記録ヘッド１０
は、弾性部材１２の先端部１８近傍の振動面３０におい
て幅Ｗが約２λである領域を備えているため、ノズルな
しで微小なインク滴２４が生成され、先端部１８の振動
方向（Ａ方向）へ微小なインク滴２４を一滴ずつ飛翔さ
せることができる。この結果、インク目詰まりがなく高
解像度の画像記録を行うことができるようになる。

【００４６】また、画像信号に応じて、入力するエネル
ギー（例えば、駆動信号の印加電圧、バースト数）を適
切に切り替えることにより、記録ヘッド１０を移動させ
ることなく、記録用紙２６の相異なる所望の位置にドッ
ト（画像）を記録することができる。したがって、記録
ヘッド１０の移動によって弾性部材１２に形成されたイ
ンク２２の薄膜の液面状態（膜厚、キャピラリ波の状態
等）が変化することなく、インク滴２４の飛翔方向が安
定する。この結果、高解像度の画像記録が安定的に行わ
れる。［第１実施例］本発明の第１実施例について説明する。
なお、記録ヘッドの構成は第１実施形態と同様である。

【００４７】弾性部材１２の寸法は、図１、図２および
図４に示すように、基端部１４の幅Ｌが６００μｍ、先
端部１８近傍の幅Ｗが５０μｍであり、厚さＤが７μｍ
である。本実施例では、弾性部材１２の材料としてＳＵ
Ｓを用いている。

【００４８】なお、インク２２には以下の物性（密度ρ
および表面張力σ）を備えている。 ρ＝１．０５ｇ／ｃｍ³ σ＝３０ｍＮ／ｍこの構成において、振動発生手段１６の励振周波数ｆｅ
をｆｅ＝１９３ｋＨｚとして励振すると、弾性部材１２
の先端部１８が曲げ振動し、先端部１８の中心付近（イ
ンク飛翔点Ｐ）からインク２２がインク滴２４として安
定して一滴ずつ飛翔する。

【００４９】一方、本実施例におけるインク２２の密度
ρおよび表面張力σと励振周波数ｆｅの値を上記（式
１）に代入して得られる値は、λ＝２７μｍとなる。従
って、安定的にインク滴２４が飛翔した弾性部材１２の
先端部１８近傍の幅ｗ（＝５０μｍ）は、ｗ＝１．９λ
となり、ほぼ２λに等しい。

【００５０】このような設定で、信号発生手段２０から
振動発生手段１６に１６種類の駆動信号を断続的に入力
した。駆動信号は、５Ｖから４５Ｖの印加電圧と、２個
から５個のバースト数の組合せで、入力エネルギーが相
異なるように設定された１６種類の入力波形である。こ
れらの駆動信号を振動発生手段１６に入力して飛翔実験
を行い、インク滴２４の飛翔方向を観察した。この結果
を図７（ａ）、（ｂ）に示す。なお、励振周波数ｆｅを
ｆｅ＝１９３ｋＨｚで励振し、インク滴２４の吐出間隔
である画素化周波数は３２ｋＨｚである。

【００５１】図７（ａ）は弾性部材１２の先端部１８近
傍から飛翔するインク滴２４と記録用紙２６の関係を示
す拡大図である。この図に示すように、インク滴２４に
入力されるエネルギーの変化により、インク滴２４が１
６方向に飛翔していることが分かる。

【００５２】この記録ヘッド１０を用いて、弾性部材１
２から記録用紙２６までの距離を２ｍｍとして、１６種
類の入力波形の駆動信号により次々に画像記録させたと
ころ、図７（ｂ）に示すようになった。

【００５３】すなわち、記録用紙２６に１６個のドット
３２が１列に形成され、個々のドット３２の間隔ｄは４
２μｍとなった。この間隔ｄは、６００ｄｐｉ（ドット
／インチ）の解像度に相当する。

【００５４】このように、弾性部材１２の先端部１８近
傍の振動面３０に約２λの幅を有する領域を備えた本実
施例の記録ヘッド１０を用いると、ノズルなしで微小な
インク滴２４を生成でき、また、複数種のエネルギーを
与える複数種の波形の駆動信号を用意することにより、
それぞれの駆動信号の波形に対応して相異なる所望の方
向にインク滴２４を飛翔させることができる。したがっ
て、インク２２の目詰まりなく、また、記録ヘッド１０
を移動させることなく複数箇所に画像記録でき、常に高
解像度の画像記録を行うことができる。［第２実施形態］次に、本発明の第２実施形態の記録ヘ
ッド４０について説明する。第１の実施形態と同様の構
成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省
略する。

【００５５】図８は本実施形態の記録ヘッド４０の概略
図である。図９は本実施形態の記録ヘッド４０を記録用
紙２６側から見た一部省略断面図である。

【００５６】本実施形態の記録ヘッド４０は、記録用紙
２６に対向して配置される直方体形状のハウジング４２
の記録面４４に、記録室４６が長手方向のほぼ全長にわ
たって２列に配列されている。２例に並べられた記録室
４６は、隣の列の記録室４６と長手方向半個分だけずら
して設けられている。すなわち、記録室４６は、長手方
向のほぼ全長にわたって２列千鳥足状に設されている。

【００５７】各記録室４６には、第１実施形態で説明し
た記録ヘッド（本実施形態では、以下、記録素子とい
う）１０が、弾性部材１２の立設方向（基端部１４から
先端部１８に向かう方向）が前記長手方向になるように
収納されている。このように配置した結果、各記録素子
１０の弾性部材１２の振動面３０の飛翔点Ｐは、隣接す
る列の記録素子１０の弾性部材１２の振動面３０の飛翔
点Ｐと距離ｓだけおいて配設されていることになる。

【００５８】各記録素子１０の振動発生手段１６の片側
の電極はすべての記録素子に共通の電極となっている。

【００５９】このように構成される記録ヘッド４０は、
図８に示すように、記録面４４を記録用紙２６に対向さ
せて配設される。この際、ハウジング４２の長手方向が
記録用紙２６の幅方向（矢印Ｘ方向、以下、Ｘ方向とい
う）となる。なお、用紙２６は、Ｘ方向に直交する方向
（矢印Ｙ方向、以下、Ｙ方向という）に搬送される。

【００６０】この記録ヘッド４０により、以下のように
して用紙２６に画像を記録する。各記録素子１０に対し
て信号発生手段２０から振動発生手段１６に駆動信号が
入力される。駆動信号は、一列ｍ個分のドットに相当す
るｍ種類の波形のものである。したがって、一列にｎ個
の記録素子１０が配設されているとすると、先ず、ｍ個
ずつの連続したドット列が一定間隔をおいてｎ個形成さ
れる。すなわち、ｍ×ｎ個分のドットが断続的に一列に
記録される。さらに、記録用紙２６のＹ方向搬送時間分
遅れて、隣接して配列させたｎ個の各記録素子１０から
ｍ個のドット列がｎ個、前記各間隔を埋めるように記録
される。この結果、記録用紙２６の全幅にわたってｍ×
２ｎ個のドットが間断なく記録される。

【００６１】この際、記録ヘッド４０が幅方向に移動す
ることがないため、各記録素子１０におけるインク２２
の液面状態が一定であり、インク滴２４の飛翔状態が安
定する。したがって、微小なインク滴２４によって高解
像度の画像が安定的に記録される。［第２実施例］第２実施例について説明する。記録ヘッ
ドの構成は、第２実施形態と同様である。

【００６２】記録素子１０（飛翔点Ｐ）同士の距離ｓが
６８０μｍであり、各列に配置される記録素子１０の数
ｎ＝１５５個、すなわち、記録ヘッド４０の記録面４４
には３１０個の記録素子１０が配設されている。

【００６３】記録用紙２６のサイズはＡ４であり、用紙
の長手方向が搬送（Ｙ）方向であり、短手方向が幅
（Ｘ）方向となる。

【００６４】各振動発生手段１６には画像信号に応じ
て、信号発生手段２０より１６段階の電圧値の入力信号
が入力される。各振動発生手段１６は、励振周波数ｆｅ
＝１９３ｋＨｚで励振され、画素化周波数が３２ｋＨｚ
である。

【００６５】本実施例では、各記録素子１０が記録用紙
２６の短手方向に６００ｄｐｉ間隔で、１６ドット分の
画像記録を担当するため、この記録素子１０を３１０個
集めた記録ヘッド４０がＡ４短手方向（Ｘ方向）幅を移
動することなくカバーすることができる。したがって、
記録用紙２６がＡ４サイズならば、図８に示したように
記録用紙２６のみを一方向（Ｙ方向）に移動させるだけ
でよい。

【００６６】なお、インク２２には以下の物性（密度ρ
および表面張力σ）を備えたインクを用いている。

【００６７】 ρ＝１．０５ｇ／ｃｍ³ σ＝３０ｍＮ／ｍこの記録ヘッド４０を用いて、記録用紙２６に画像を記
録したところ、ドット大きさのばらつきや位置ずれがな
く、高画質な印字をすることができた。

【００６８】比較例として、記録素子１０を６０個（１
列３０個、２列千鳥足形状）配設された記録ヘッドを用
意し、この記録ヘッドを記録用紙２６上を往復運動する
ことができるキャリッジに搭載して、画像情報によりこ
のキャリッジと記録ヘッドを連動させて、記録用紙２６
に画像を記録したところ、キャリッジの運動によるイン
ク２２の液面形状の変動により、記録された画像はドッ
ト径のばらつきが大きく、更に着弾（記録）位置のばら
つきも大きい劣化した画像となった。

【００６９】この実施例と比較例のインク滴２４の飛翔
軌跡を高速度カメラを用いて観察した。本実施例ではイ
ンク滴２４の吐出速度を変更させても、記録用紙２６上
での着弾位置のばらつきが小さいのに対して、比較例で
はインク滴２４の吐出速度によって、記録用紙２６上の
着弾位置が大きくばらついていることが確認された。こ
のため、本実施例に比べて比較例の記録ヘッドで高解像
度の画像記録を行うことは困難である。

【００７０】このように、比較例の記録ヘッドが画質で
大きく劣った理由として以下のようなことが考えられ
る。

【００７１】記録ヘッドをキャリッジに搭載して画像記
録を行う場合、例えば、図１０、図１１に示すように、
各記録素子１０にかかる加速度のために、インク２２の
液面形状が変化する。この結果、先端部１８に供給され
るインク２２の状態（キャピラリ波の状態、インク薄膜
の厚さ等）が変化し、インク滴２４の大きさや飛翔方向
に影響を与え、画質劣化を招いていると考えられる。

【００７２】また、記録素子が少ない記録ヘッドで記録
速度を高めるためには、このキャリッジの往復運動を早
くする必要がある。このようなキャリッジの高速化は、
より大きな加減速をもたらし、上記欠点をさらに増大さ
せると考えられる。

【００７３】さらに、図１２に示すように、このような
キャリッジの加減速によりインク２２の状態（インク薄
膜の厚さ、キャピラリ波の状態）が変化して大きさの異
なるインク滴２４が吐出した場合、振動発生手段１６か
らインク滴２４に与えられたエネルギーは一定なので、
インク滴２４の大きさによって吐出速度が異なることに
なる。この結果、吐出速度が遅いインク滴２４は速いイ
ンク滴２４よりも記録用紙２６へ到達するまでに時間が
かかるので、その間にインク滴２４は吐出時にキャリッ
ジの動きにより与えられた速度分ずれる。この結果、記
録用紙２６上の着弾位置がずれることになる。この欠点
も、キャリッジが速ければ速いほど、増大し前述の欠点
と相まって、更に画質を悪化させると考えられる。

【００７４】なお、本実施例では、６００ｄｐｉの解像
度で設計されているが、駆動信号の選択、記録用紙２６
と弾性部材１２の距離などを調整することで、他の解像
度でも実施できるものである。

【００７５】本実施例と同様に、キャリッジを用いない
という方法として、次のようなものも考えられる。

【００７６】すなわち、記録素子の数を記録用紙の幅ｘ
解像度分、例えば、記録用紙の幅をＡ４の短手方向、解
像度を６００ｄｐｉとすると約５０００個、紙幅に並べ
たいわゆるフル幅サイズの記録ヘッドを用いることであ
る。このように構成すれば、記録ヘッドはキャリッジを
必要とせずに、記録用紙のみを一方向に移動させればよ
いことになる。また、この記録用紙の移動速度は、前述
のキャリッジの移動速度に比較して大変遅いので、前述
のような吐出速度のばらつきによる欠点がめだたない。

【００７７】しかし、このように一色あたり約５０００
個の記録素子からなる記録ヘッドを用意するには、現状
の記録素子の構成および製造技術では大変に歩留りが悪
く、コストが掛かるという欠点があり、本実施例（本実
施形態）の優位性は明らかである。

【００７８】なお、本発明の実施形態並びに実施例で
は、弾性部材１２は均一な厚みの三角形形状の板体のみ
を用いているが、これに限定されるものではない。

【００７９】また、本発明の実施形態並びに実施例で
は、波形の異なる複数種類の駆動信号として、印加電圧
とバースト数を変化させたものを用いたが、これ以外に
も波形の形などを変化させたものを用いることも可能で
ある。

【００８０】

【発明の効果】以上の通り、本発明の記録ヘッドによれ
ば、記録ヘッド自体を移動することなく、微小なインク
滴を複数の位置に飛翔させることができ、高解像度の画
像を記録できる。また、ノズルを用いずに微小なインク
滴が形成できるので、高解像度でありながら、目づまり
なく画像を記録できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る記録ヘッドの正面
図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る記録ヘッドの側面
図である。

【図３】（ａ）は信号発生手段に入力される画像信号を
示す図であり、（ｂ）は信号発生手段から振動発生手段
に入力される駆動信号を示す図である。

【図４】本発明の第１実施形態に係る弾性部材の先端部
近傍の拡大図である。

【図５】キャピラリ波の状態を示す、図４におけるＸ−
Ｘ線断面図である。

【図６】キャピラリ波の状態を示す、図４におけるＸ−
Ｘ線断面図である。

【図７】（ａ）は本発明の第１実施例に係る記録ヘッド
のインク滴の飛翔方向偏向状態を示す説明図であり、
（ｂ）はこの記録ヘッドによってドットが記録された記
録用紙の説明図である。

【図８】本発明の第２の実施形態に係る記録ヘッドの概
略図である。

【図９】本発明の第２の実施形態に係る記録ヘッドの一
部省略断面図である。

【図１０】比較例に係る記録ヘッドの状態説明図であ
る。

【図１１】比較例に係る記録ヘッドの状態説明図であ
る。

【図１２】比較例に係る記録ヘッドのインク滴の飛翔状
態説明図である。

【符号の説明】

１０、４０記録ヘッド１２弾性部材１６振動発生手段２０信号発生手段２２インク２４インク滴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像情報に基づいた波形の異なる複数種
類の駆動信号に対応して励振される振動発生手段と、前記振動発生手段の励振に応じて振動する片持ち梁構造
である弾性部材と、を備え、前記振動発生手段の励振に
より弾性部材が振動し、前記弾性部材に形成されたイン
ク薄膜から前記駆動信号の種類に応じてインク滴が異な
る方向に飛翔することを特徴とする記録ヘッド。