JPH1191093A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】偶数／奇数駆動方式の超音波の放射圧でインク
滴を吐出させて画像を記録するインクジェット記録装置
において、記録画像の高品位化を図る。 【解決手段】偶数個同時駆動グループにおける超音波の
許容音圧範囲と、奇数個同時駆動グループにおける超音
波の許容音圧範囲とが重複する音圧範囲に対応する許容
焦点距離範囲内にインク液の深さが設定されるように副
走査方向の超音波集束手段（１５）の固有焦点距離を調
節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク液を液滴化
して被記録媒体上に飛翔させることにより画像を記録す
るインクジェット記録装置に係り、特には、圧電素子に
から放射される超音波ビームの圧力によりインク滴を吐
出させて被記録媒体上に飛翔させるタイプのインクジェ
ット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インク液を記録媒体上に飛翔
させて記録ドットを形成するインクジェットプリンタが
知られている。このインクジェットプリンタは、他の記
録方法と比べて騒音が少なく、現像や定着などの処理が
不要であるという利点を有し、普通紙記録技術として注
目されている。

【０００３】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、特に発熱体の熱により
発生する蒸気の圧力でインク滴を飛翔させる方式（例え
ば、特公昭５６−９４２９号公報、特公昭６１−５９９
１１号公報等）、あるいは圧電体の変位による圧力パル
スでインク滴を飛翔させる方式（例えば、特公昭５３−
１２１３８号方法等）が代表的なものである。しかし、
これらの方式では溶媒の蒸発や揮発によって局部的なイ
ンクの濃縮が生じやすく、それぞれの解像度に対応する
個別のノズルが細かく目詰まりしやすいという問題があ
る。特に、蒸気の圧力を使う方式ではインクとの熱的あ
るいは化学的な反応などによる不溶物の付着が、また圧
電体の変位による圧力を使う方式ではインク流路などで
の複雑な構造が、さらに目詰まりを誘起しやすくしてい
る。数十から百数十のノズルを使用しているシリアル走
査型のヘッドでは、その目詰まりの頻度を低く抑えるこ
とができるが、数千のノズルを必要とするライン走査型
の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課題となっている。さらに、こ
れらの方式は解像度を上げることには適していないとい
う欠点もある。

【０００４】これらの欠点を克服するために、薄膜の圧
電体から発生する超音波ビームの圧力を用いてインク液
面からインク滴を飛翔させる、超音波を用いる方式（Ｉ
ＢＭＴＤＢ，ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．４，ｐｐ．１１６８
（１９７３−１０）、ＵＳＰ−４３０８５４７（１９８
１）、特開昭６３−１６６５４８号公報、特開昭６３−
３１２１５７号公報、特開平２−１８４４４３号公報、
特開昭６３−１６２２５３号公報等）が提案されてい
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ノズルレスの方式であるために、ラ
インヘッド化する上での大きな障害であった目詰まりの
防止と復旧に対して有効な構造を持っている。また、こ
れらの方式は、非常に小さい径のインク滴を安定に飛翔
させることができるため、高解像度化にも適している。
しかし、これらの方式では、インク滴の径に比べて圧電
素子が非常に大きくなってしまい、狭いピッチでインク
滴を飛翔させることが難しいことから、同じラインヘッ
ドを、圧電素子ピッチの数分の１の間隔だけずらして複
数個を配置する方法を取らざるを得ない。このように、
従来の方式では、構造上、記録ドットの間隔を狭くする
ことが難しく、高解像度で高品位な印字が困難であっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、超音波
ビームの放射圧によりインク液面からインク滴を吐出さ
せて被記録媒体上に飛翔させて画像を記録するインクジ
ェット記録装置において、従来の方式では困難であった
高解像度化を図るために、複数の圧電素子を所定の間隔
で配置し構成して、その一部の圧電素子を同時駆動グル
ープとして選択し、この同時駆動グループに属する圧電
素子に所定の位相差を与えて駆動してインク液面近傍に
超音波ビームを集束させることによってインク滴を飛翔
させ、かつ前記同時駆動グループを圧電素子の配列方向
に沿って順次選択するリニア電子走査駆動手段を具備し
たインクジェット記録装置をこれまでに提案してきた。

【０００６】このような同時駆動グループに属する複数
の圧電素子を各々位相制御してインク液面上の１点に超
音波を集束させる方式（フェーズドアレイ方式）を用
い、その同時駆動する圧電素子を圧電素子の配列間隔に
対応して移動させることにより、インク滴の飛翔間隔を
非常に細かくすることが可能となる。しかし、その記録
ドットの間隔は、基本的に圧電素子の配列ピッチと同じ
になる。圧電素子の加工精度の問題や、各圧電素子から
のリード線の取り出し密度の問題等により、圧電素子の
配列ピッチを狭くすることには限界があり、単一の位相
差パターンを与えた一定数の圧電素子からなる同時駆動
グループを単純にリニア走査する方式では高解像度化に
限界がある。

【０００７】そこで、発明者らは、偶数個の圧電素子か
らなる第１の同時駆動グループをその偶数個の圧電素子
から放射される超音波ビームの中心位置が当該第１の同
時駆動グループの中心位置となるように同時に駆動する
第１の駆動モードと、奇数個の圧電素子からなる第２の
同時駆動グループをその奇数個の圧電素子から放射され
る超音波ビームの中心位置が当該第２の同時駆動グルー
プの中心位置となるように同時に駆動する第２の駆動モ
ードという２種類の駆動方式（以下、偶数／奇数駆動方
式ということがある。）により駆動するリニア電子走査
型インクジェット記録装置を提案してきた。このように
同時駆動グループに属する圧電素子の数が偶数である駆
動モードと奇数である駆動モードとの２種類を併用する
ことにより、インク滴の飛翔間隔（記録ドット間隔）を
圧電素子の配列ピッチの半分に高密度化すること、すな
わち画像記録の解像度を２倍化することが可能となる。

【０００８】しかし、実際に、この偶数／奇数駆動方式
を用いてインク滴を飛翔させた場合、同時駆動素子数が
偶数の場合のインクドット径と、同時駆動素子数が奇数
の場合のインクドット径とが、必ずしも同一にはなら
ず、高品質の記録を行うことが困難であることがわかっ
た。

【０００９】そこで、本発明は、偶数／奇数駆動方式の
インクジェット記録装置において、各駆動時におけるイ
ンクドット径を均一にして高品質の記録を行わせること
を課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者らは、各種の実験
を重ねた結果、偶数個の圧電素子からなる第１の同時駆
動グループを駆動した場合と、奇数個の圧電素子からな
る第２の同時駆動グループを駆動した場合とでは、液面
からインク滴が飛翔する際に液滴が分離されるメニスカ
スの高さが異なっていることを見い出した。特に、イン
クドット径の差が大きい状況においては、インクドット
径が大きくなる同時駆動グループを駆動した場含に、複
数個のインク滴が連続して飛翔していることが確認され
た。

【００１１】そこで、ハイドロフォンを用いてインク液
中での音圧分布を測定した結果、偶数個の圧電素子から
なる第１の同時駆動グループを駆動した場合と、奇数個
の圧電素子からなる第２の同時駆動グループを駆動した
場合とでは、インク液面における集束音波のエネルギー
量（超音波ビーム強度）が異なっていることが確認され
た。また、音圧が最大になる距離が設計時の焦点距離
（設計焦点距離）とは異なり、偶数個の圧電素子群を駆
動した場合と奇数個の圧電素子群を駆動した揚合とで
は、別々の距離で音圧が最大になっていることがわかっ
た。

【００１２】本来、同時駆動グループに属する圧電素子
にそれぞれ割り当てる駆動信号の位相差は、目標とする
１点の距離で音波が集束するように計算して設計される
が、圧電素子の幅が有限であることから必ずしも設計焦
点距離で音圧が最大になるとは限らず、少なからぬ誤差
を発生してしまう。その誤差が、偶数個の圧電素子を同
時駆動した場合と、奇数個の圧電素子を同時駆動した場
合とでは異なるために、インク液面上での各集束音波の
強度が異なってしまうものと考えられる。さらに、偶数
個の圧電素子を同時駆動した場合と奇数個の圧電素子を
同時駆動した場合とでは、同時駆動圧電素子数が異なる
ために、超音波の設計集束距離におけるそれぞれの超音
波ビームの強度に差が生じる問題もある。

【００１３】本発明者らは、鋭意検討した結果、上記の
問題は、主走査方向と直行する方向（副走査方向）にお
ける超音波の集束を行う音響レンズの固有焦点距離を調
節し、その音響レンズの超音波の固有集束距離と、主走
査方向における偶数個の圧電素子群を駆動した場合と奇
数個の圧電素子群を駆動した場合のそれぞれにおける超
音波の許容集束距離との間でバランスを取ることによ
り、インク液面上での音波集束強度を効率よく均一化す
ることができることを見出した。

【００１４】すなわち、本発明は、インク液を保持する
インク液保持室と、複数の圧電素子を所定の間隔で配列
して構成された圧電素子アレイを含み、前記インク液と
音響的に接続される超音波発生手段と、前記超音波発生
手段から発生された超音波を前記圧電素子のアレイ方向
と直交する方向に集束させる超音波集束手段と、前記圧
電素子アレイを構成する圧電素子のうち、隣接する偶数
個の圧電素子を第１の同時駆動グループとして順次選択
して該第１の同時駆動グループから発生される超音波を
前記圧電素子のアレイ方向に集束させるように同時駆動
する第１の駆動モードと、前記圧電素子アレイを構成す
る圧電素子のうち、隣接する奇数個の圧電素子を第２の
同時駆動グループとして順次選択して該第２の同時駆動
グループから発生される超音波を前記圧電素子のアレイ
方向に集束させるように同時駆動する第２の駆動モード
とを適宜切替えて前記圧電素子アレイを駆動する駆動手
段とを備え、第１の同時駆動グループにおける超音波の
許容音圧範囲と、第２の同時駆動グループにおける超音
波の許容音圧範囲とが重複する音圧範囲に対応する許容
焦点距離範囲内に前記インク液の深さが設定されるよう
に前記超音波集束手段の固有焦点距離が調節されている
ことを特徴とするインクジェット記録装置を提供する。

【００１５】本発明において、前記第１の同時駆動グル
ープにおける超音波の固有焦点距離と、第２の同時駆動
グループにおける超音波の固有焦点距離とは、同じ場合
もあるが、通常、異なる。

【００１６】本発明において、前記超音波集束手段の固
有焦点距離と、前記第１の同時駆動グループにおける超
音波の固有焦点距離と、第２の同時駆動グループにおけ
る超音波の固有焦点距離とが互いに異なり得る。

【００１７】好ましくは、前記超音波集束手段は、前記
第１の同時駆動グループにおける超音波の固有焦点距離
と、第２の同時駆動グループにおける超音波の固有焦点
距離とのうち、最大音圧が低い方の駆動モードの固有焦
点距離により近い値の固有焦点距離を有する。

【００１８】また、好ましくは、前記超音波集束手段
は、前記第１の同時駆動グループにおける超音波の固有
焦点距離と、第２の同時駆動グループにおける超音波の
固有焦点距離との間の値の固有焦点距離を有する。

【００１９】本発明において、前記超音波集束手段は、
前記第１の同時駆動グループにおける超音波の固有焦点
距離と実質的に等しい値の固有焦点距離を有することが
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に
係るインクジェット記録装置のヘッド部の斜視図であ
る。

【００２１】図１に示すヘッド部１０は、ガラス板等の
支持基板１１の上面に圧電素子アレイを有する。圧電素
子アレイは、長尺の一様な厚さの板状の圧電体１２と、
その両面にそれぞれ形成された、複数のストライプ状個
別電極１３および共通電極１４とにより構成される。

【００２２】圧電体１２は、超音波を発生し得るもので
あれば、特に限定されず、通常、ジルコン・チタン酸鉛
（ＰＺＴ）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高分子圧電材料、
ニオブ酸リチウムなどの単結晶圧電材料、酸化亜鉛等の
圧電性半導体等により形成される。

【００２３】ストライプ状個別電極１３は、それぞれ、
圧電体１２の幅とほぼ等しい長さを有し、一定のピッチ
で圧電体１２の長手方向に配置されている。他方、共通
電極１４は、圧電体１２の上面にその全面に渡って形成
されている。

【００２４】個別電極１３および共通電極１４は、チタ
ン、ニッケル、アルミニウム、銅、金等を蒸着やスパッ
タにより薄膜として形成することができるし、めっき法
によっても形成することができる。あるいは、これら電
極１３、１４は、ガラスフリットを混合した銀ぺースト
をスクリーン印刷により塗布して焼結する焼き付け法に
より形成することもできる。

【００２５】共通電極１４と対向する各個別電極１３と
により、圧電体１２は機能的に複数の圧電素子に区分さ
れ、一次元的に配列された圧電素子アレイを構成する。
各圧電素子は、両電極１３、１４を介して圧電体１２に
電圧を印加して圧電体１２をその厚さ方向に共振させる
ことによって超音波を発生する。

【００２６】圧電体１２の上面には、共通電極１４を介
して音響レンズ１５が形成されている。ここでは、音響
レンズ１５は、レンズ部材層１５１にフレネル輪帯理論
に基づいて複数の溝（図１においては、６つの溝１５ａ
〜１５ｆ）を圧電素子の配列方向（主走査方向）に平行
に形成してなる一次元フレネルレンズである。フレネル
溝１５ａ〜１５ｆの深さは、フレネルレンズ中での超音
波の波長の（２ｒ＋１）／４（ｒは、０以上の整数）に
近い値に設定されている。

【００２７】レンズ部材層１５１は、これを圧電体１２
の音響インピーダンスと、インク液２０の音響インピー
ダンスとの積の平方根に近い音響インピーダンス値を有
する材料で、例えば、ガラス、エポキシ樹脂等の樹脂、
あるいはアルミナ粉末等を分散させた樹脂（例えば、エ
ポキシ樹脂）で形成することにより、音響マッチング層
としても機能し得る。

【００２８】音響レンズ１５は、主走査方向と直交する
方向（副走査方向）において超音波を集束させる機能を
有する。支持基板１１上には、圧電素子アレイおよびフ
レネルレンズ１５を囲んで、対向する２つの側面が上に
向って合一するように傾斜している周囲壁１６が立設さ
れており、主走査方向に平行に形成されたスリット１８
を有するスリット板１７がその上部に設置されている。

【００２９】フレネルレンズ１５の上面、周囲壁１６お
よびスリット板１７で規定されるインク液保持室１９内
には、インク液２０が収容されている。インク液２０
は、スリット１８の幅の中央部から滴として吐出する。
このスリット１８はインク液を保持するものであり、そ
の位置一定に保たれることが必要であるから、スリット
板１７は、例えばステンレス、アルミニウム、シリコ
ン、銅、ガラス等、比較的剛直な材料で形成することが
好ましい。なお、インク液保持室１９の内側の形状は、
超音波ビームを阻害しない形状であれば、図１に示す形
状に限らない。また、周囲壁１６の両側面が直接スリッ
ト１８を構成するようにしてもよい。この場合、スリッ
ト板１７は不要である。

【００３０】さらに、支持基板１１の一端部側には、圧
電体層１２の下面に形成された個別電極１３と同じ間隔
で複数の個別アレイ電極２１が形成されており、この支
持基板１１上の各アレイ電極２１と圧電体１２下面上の
各個別電極１３とは、電気的に接続されている。支持基
板１１上のアレイ電極２１は、支持基板１１の端部上に
配置された、ＩＣ化された駆動回路２２にボンディング
ワイヤ２３によって接続され、圧電体層１２の上面に形
成された共通電極１４も、図示しない配線により、駆動
回路２２に接続されている。

【００３１】さて、超音波の集束は、主走査方向と直交
する副走査方向においては、音響レンズ１５で行い、ア
レイ方向である主走査方向には、同時駆動させるものと
して選択した複数の連続した圧電素子（同時駆動グルー
プ）から発生される超音波の位相がインク液面で同位相
となるようなタイミングで圧電素子を駆動して超音波を
集束し、インク滴をインク液面から飛翔させる。この主
走査方向の集束は、駆動回路２２によって、記録すべき
画像データに応じて同時駆動グループを選択して駆動す
ることによって行う。

【００３２】より具体的には、選択した同時駆動グルー
プの圧電素子に対してフレネル輪帯理論に基づいて所定
の遅延時間差（位相差）を持たせた高周波の駆動信号を
供給して同時に駆動（フレネル駆動）することによっ
て、同時駆動グループの圧電素子から放射される超音波
ビームを主走査方向に集束させる。例えば、同時駆動グ
ループの圧電素子のうち、フレネルレンズ１５の凸部に
対応する位置の圧電素子には０位相を、フレネルレンズ
１５の凹部に対応する位置の圧電素子には、π位相を印
加する。一例として、１２個の圧電素子を同時駆動グル
ープとした場合には、下記表１に示す通りの位相を各圧
電素子に与え、１３個の圧電素子を同時駆動グループと
した場合には、下記表２に示す通りの位相を各圧電素子
に与え、１４個の圧電素子を同時駆動グループとした場
合には、下記表３に示す通りの位相を各圧電素子に与え
ることができる。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】そして、このように同時に駆動される圧電
素子の位置を圧電素子１個分ずつずらせて同時駆動を繰
り返し行うことにより、集束させる超音波ビームの放射
方向を主走査方向にリニアに移動させる。この場合、同
時駆動グループを複数個設定することにより、インク滴
を同時に複数箇所に超音波ビームを集束させて各箇所で
インク滴を飛翔させることもできる。こうして圧電素子
アレイから放射され、主走査方向に集束された超音波ビ
ームは、さらに、音響レンズ１５により主走査方向と直
交する方向（副走査方向）にも集束され、最終的にイン
ク液２０の液面の所定の位置に集束する。このようにし
て、インク液面に集束された超音波ビームにより発生し
た圧力（放射圧）によって、インク液面に円錐状のメニ
スカスが成長し、やがてメニスカスの先端からインク滴
が吐出する。吐出したインク滴は、図示しない被記録媒
体上に飛翔して付着し、乾燥して定着されることによ
り、画像記録が行われる。本発明においては、上記同時
駆動グループとして偶数個の圧電素子を順次選択して駆
動する第１の駆動モードと、上記同時駆動グループとし
て奇数個の圧電素子を順次選択して駆動する第２の駆動
モードとを適宜切替えてインク滴の吐出を順次行わせ
る。

【００３７】なお、同時駆動グループの圧電素子に位相
差を割り当てる方法としては、凹面レンズ的な集束を模
して二次関数的に連続変化する複雑な位相差を割り当て
る方法があるが、上記フレネル輪帯理論に基づく方法の
方がより一層簡便、かつ効率的で、駆動回路の構成も簡
略化できるので好ましい。

【００３８】以上の構成のインクジェット記録装置にお
いて、各同時駆動グループの各圧電素子から放射された
音波が相互の干渉によって音圧が最大となる距離に相当
する焦点距離（固有焦点距離）と、音響レンズ１５の集
束効果により音圧が最大となる距離に相当する焦点距離
（固有焦点距離）とが一致するように計算によりヘッド
全体の焦点距離が設計される。しかしながら、各同時駆
動グループにおける実際の音圧最大距離に相当する固有
焦点距離は、相互に異なることが見い出された。そし
て、各同時駆動グループにおける超音波の音圧には、許
容範囲があることもわかった。

【００３９】そこで、本発明では、第１の同時駆動グル
ープにおける超音波の許容音圧範囲と、第２の同時駆動
グループにおける超音波の許容音圧範囲とが重複する音
圧範囲に対応する許容焦点距離範囲内に前記インク液の
深さが設定されるように音響レンズ１５の固有焦点距離
が調節されている。なお、音響レンズ１５の固有焦点距
離は、ほぼ設計通りの値を示す。

【００４０】ここで、第１の同時駆動グループにおける
超音波の許容音圧範囲Ｐ１は、下記式 ０．８×Ｐ１max ≦Ｐ１≦Ｐ１max （１） より好ましくは、式 ０．９×Ｐ１max ≦Ｐ１≦Ｐ１max （２） で示され、他方、第２の同時駆動グループにおける超音
波の許容音圧範囲Ｐ２は、下記式 ０．８×Ｐ２max ≦Ｐ２≦Ｐ２max （３） より好ましくは、式 ０．９×Ｐ２max ≦Ｐ２≦Ｐ２max （４） で示される。式（１）〜（４）において、Ｐ１max およ
びＰ２max は、それぞれ、第１および第２の同時駆動グ
ループにおける超音波の音圧最大値である。

【００４１】なお、最大音圧が低い方の駆動モードの当
該最大音圧値は、最大音圧が高い方の駆動モードの当該
最大音圧値の７０％以上、好ましくは８０％、さらに好
ましくは９０％の値であることが、均一なドットを形成
する上で望ましい。

【００４２】本発明において、通常、各同時駆動グルー
プの焦点距離は、それぞれのグループにおける音圧最大
距離に相当する固有焦点距離に基づいて調整される。よ
り具体的には、まず、音響レンズ１５の超音波の固有焦
点距離と、主走査方向における第１の駆動モードでの超
音波の固有焦点距離と、第２の駆動モードでの超音波の
固有焦点距離とを互いに異なるものとすることができ
る。

【００４３】例えば、インク液面の深さ（設定焦点距
離）が２．２ｍｍであり、３００個の圧電素子を８６μ
ｍの配列ピッチ（個別電極１３の中心間の距離）を有す
る記録ヘッドを駆動周波数５０ＭＨｚで駆動する場合、
偶数個の１４圧電素子を第１の駆動モードで同時駆動し
た場合と、奇数個の１３圧電素子を第２の駆動モードで
同時駆動した場合とにおいて、超音波の集束（焦点）距
離を等しくすることは、十分な集束が得られるＦナンバ
ー（焦点距離／有効口径）が５以下の条件においては、
ほとんど不可能である。Ｆナンバーが大きくなる遠焦点
の条件では、両駆動モードでの超音波集束距離と音響レ
ンズ１５の超音波集束距離をほぼ同一にすることはでき
るが、十分な超音波の集束が生じず、非効率的に非常に
大きな駆動エネルギーを供給しないとインク滴が飛翔し
ないので、実用的ではない。また、この場合、圧電素子
の配列ピッチを上記の１／４の２１μｍとして１２００
個の圧電素子を形成すれば、両駆動モードでの音波集束
距離と音響レンズの音波集束距離をほぼ同一距離にする
ことは可能ではある。しかしながら、駆動周波数を５０
ＭＨｚとした場合の記録ドット径は平均６０μｍであ
り、６００ｄｐｉ前後の解像度に適したサイズである
が、圧電素子配列間隔が２１μｍのヘッドで偶数／奇数
駆動方式を用いて駆動した場合に可能となる記録ドット
間隔は１０．５μｍ（解像度１２００ｄｐｉに相当）と
なり、ドット径が６０μｍでは高品位な画像記録が困難
である。一方、１２００ｄｐｉの解像度に適したドット
径３０μｍを実現するためには、駆動周波数を１００Ｍ
Ｈｚ前後まで高周波化する必要があり、圧電素子配列間
隔が２１μｍである場合は、先述の圧電素子配列ピッチ
８６μｍでの５０ＭＨｚ駆動時と同じ問題が発生して、
偶数個駆動時と奇数個駆動時とで音波集束距離が一致し
なくなる。

【００４４】従って、高効率に高解像度で高品位な画像
記録を実現するためには、本発明に従って、音響レンズ
１５の超音波の固有集束距離と、主走査方向における第
１の偶数個同時駆動モードでの超音波の固有集束距離
と、第２の奇数個同時駆動モードでの超音波の固有集束
距離とを、互いに異ならせ、同一には設定しないことが
１つの解決手法である。

【００４５】より望ましくは、音響レンズ１５の超音波
の固有集束距離を、偶数個駆動モードと奇数個駆動モー
ドのうちの最大音圧が低い駆動モードの超音波集束距離
により近く設定する。これにより、両駆動モードでのイ
ンク液面上での音波ビーム強度がより一層均等化され、
その結果、記録紙上のドット径も均一になり、高品位な
画像記録が可能となる。

【００４６】また、望ましくは、音響レンズ１５の超音
波の固有集束距離を、主走査方向における両駆動モード
のそれぞれの超音波の固有集束距離の間の値に設定す
る。これにより、インクドット径のさらなる均一化が図
られ、より高品位な画像記録が実現される。

【００４７】

【実施例】以下の実施例、比較例では、図１に示す構成
を有するインクジェット記録装置を作製した。すなわ
ち、圧電体１２として、厚さが約０．５ｍｍ、幅が５ｍ
ｍ、長さが２６．４ｍｍで、比誘電率が２００のチタン
酸鉛系圧電セラミック板を用いた。この圧電体１２の両
面にＡｕ／Ｔｉ電極をスパッタ法により、それぞれの厚
さが０．３μｍ／０．０５μｍになるようにそれぞれ形
成し、３ｋＶ／ｍｍの電界を印加して分極処理を行っ
た。その後、一方のＡｕ／Ｔｉ電極を、各個別電極の幅
が６０μｍ、個別電極間隔が２６μｍ（個別電極の配列
ピッチ（個別電極の中心間の距離）：８６μｍ）となる
ようにエッチングして３００個のストライプ状個別電極
１３を形成した。

【００４８】一方、ガラス製支持基板１１に、個別電極
１３と同様のＡｕ／Ｔｉからなるアレイ電極２１を同様
に８６μｍの配列ピッチで形成した。ついで、圧電体１
２上の個別電極１３とガラス基板１１上のアレイ電極２
１とを位置合わせした状態でエポキシ樹脂で接着し、両
電極が導通するように加圧した。

【００４９】次に、圧電体１２を厚さ４５μｍになるよ
うに研磨した後、Ａｕ／Ｔｉ（厚さ：１μｍ／０．０５
μｍ）からなる共通電極１４をスパッタ法に形成した。
このとき、副走査方向の共通電極１４の長さ、すなわち
副走査方向の有効レンズ口径は、２．０ｍｍとした。

【００５０】しかる後、音響マッチング層を兼ねるフレ
ネルレンズ１５は、これを設ける場合には、エポキシ樹
脂とアルミナ粉末の混合物を用いて形成した。まず、音
速が３×１０³ ｍ／ｓ近傍になるように両者の混合比を
調整し、密度２．２０×１０³ ｋｇ／ｍ³ 、音速２．９
５×１０³ ｍ／ｓを得た。これを共通電極１４の上面に
塗布して硬化させ、厚さが約４５μｍになるように研磨
した。その後、焦点距離が目的値になるように、深さが
超音波の１／２波長（約３０μｍ）に相当するフレネル
溝を主走査方向に平行に形成して一次元フレネルレンズ
１５を形成した。

【００５１】最後に、超音波放射面とインク液面との距
離が音響レンズの焦点距離とほぼ一致するようにインク
液保持室１９を構成し、駆動回路２２を接続して、イン
クジェット記録装置を完成した。

【００５２】＜実験例＞フレネルレンズ１５を設けるこ
となく作製したヘッドについて、設計上の超音波集束点
距離（設計焦点距離）を２．２ｍｍとした場合、この
２．２ｍｍを焦点距離とするフレネル回折輪帯パターン
に対して、８６μｍの配列ピッチで配列された各圧電素
子に、それぞれ上記表１〜表３に示すように位相差を与
えて、１２個の圧電素子を同時駆動グループとして、１
３個の圧電素子を同時駆動グループとして、１４個の圧
電素子を同時駆動グループとして、それぞれ同時駆動し
た。

【００５３】このように駆動した場合の超音波集束点を
測定した。その結果、図２に示すように、設計時におい
ては全て２．２ｍｍの距離で音波が集束するように各圧
電素子に対する位相差配列を決定したにも拘わらず、１
２個の圧電素子を同時駆動グループとして選択して駆動
した場合には、２．４ｍｍの距離において音圧が最大と
なり、１３個の圧電素子を同時駆動グループとして選択
して駆動させた場合には、２．０ｍｍの距離において音
圧が最大となり、１４個の圧電素子を同時駆動グループ
として選択して駆動させた場合には、２．１５ｍｍの距
離において音圧が最大になることが観測された。

【００５４】そこで、副走査方向の超音波集束をつかさ
どるフレネルレンズ１５の焦点距離（超音波集束距離）
をそれぞれ１．９０ｍｍ、２．１０ｍｍ、２．１５ｍ
ｍ、２．２５ｍｍ、２．３０ｍｍとして上記ヘッドに設
けたものを用いて、記録紙へのインク滴飛翔実験を以下
のように行った。なお、フレネルレンズ１５は、数ミク
ロンオーダーの加工精度で作製可能であるため、設計焦
点距離と実測における音圧最大距離（固有焦点距離）が
ほぼ一致することを実験的に確認している。

【００５５】＜実施例１＞フレネルレンズの固有焦点距
離を２．２５ｍｍとしたヘッドについて、それぞれ１２
個の圧電素子、１３個の圧電素子、１４個の圧電素子を
上記と同様に同時駆動したときの記録紙上のインクドッ
ト径を比較した。駆動条件は、駆動周波数５０ＭＨｚ、
電圧１５Ｖ、バースト印加時間５０μｓｅｃであった。

【００５６】その結果、いずれの圧電素子数の場合も、
インクドット径はほぼ均一であった。 ＜実施例２＞音響レンズの焦点距離を２．１０ｍｍとし
たヘッドについて、１３個の圧電素子を同時駆動した場
合と、１４個の圧電素子を同時駆動した場合とにおける
インクドット径を比較した。その時の駆動条件は、駆動
周波数５０ＭＨｚ、電圧１５Ｖ、バースト印加時間４５
μｓｅｃであった。

【００５７】その結果、両者のドット径の差はほとんど
無視できるものであった。 ＜実施例３＞フレネルレンズの固有焦点距離を２．１５
ｍｍとしたヘッドでも、実施例２と同様のインク滴飛翔
実験を行ったところ、実施例２と同様の結果が得られ
た。

【００５８】＜実施例４＞音響レンズの固有焦点距離を
２．３０ｍｍとしたヘッドついて、１２個の圧電素子を
同時駆動した場合と、１３個の圧電素子を同時駆動した
場合とにおけるインクドット径を比較した。駆動条件
は、駆動周波数５０ＭＨｚ、電圧２０Ｖ、バースト印加
時間７０μｓｅｃであった。

【００５９】その結果、１３圧電素子同時駆動時に、ド
ット抜けが多少生じるものの、両方の場合におけるドッ
ト径の差はほぼ同じであつた。 ＜比較例１＞フレネルレンズの固有焦点距離を１．９０
ｍｍとしたヘッドについて、１３個の圧電素子を同時駆
動した場合と、１４個の圧電素子を同時駆動した場合と
におけるインクドット径を比較した。駆動条件は、駆動
周波数５０ＭＨｚ、電圧１５Ｖ、バースト印加時間６０
μｓｅｃであった。

【００６０】その結果、１３個の圧電素子を同時駆動し
た場合のインクドット径は、１４個の圧電素子を同時駆
動した場合のインクドット径の約１．５倍となり、面積
比で２．３倍もの差があった。これは、１．９０ｍｍと
いうフレネルレンズの固有焦点距離が、１３個の圧電素
子を同時駆動した場合の超音波集束距離と一致している
こと、また、１．９０ｍｍという距離における１３圧電
素子同時駆動時の音圧と、１４圧電素子同時駆動時の音
圧が、非常にアンバランスであったことによると考えら
れる。従って、効率的に低い１４圧電素子同時駆動時に
おいてもインク滴を飛翔させるだけの駆動パワーを供給
した場合には、１３圧電素子同時駆動時では音圧が過剰
な状態になり、インク液面から複数個のインク滴が連続
飛翔してしまい、その結果、ドット径の差が生じたと予
想される。

【００６１】また、バースト印加時間を３０μｓｅｃに
短縮して行った飛翔実験では、１４圧電素子同時駆動時
にはインク滴の飛翔が観測されなかったが、１３圧電素
子同時駆動時の記録紙上のインクドット径は先のバース
ト印加時間を６０μｓｅｃとした場合における１４圧電
素子同時駆動時のドット径とほぼ一致しており、先のド
ット径のバラツキが音圧過剰によるものであることが確
認された。

【００６２】以上の実施例および比較例からわかるよう
に、本発明によれば、偶数／奇数駆動方式のインクジェ
ット記録装置において、各駆動モードにおけるインクド
ット径を均一化することができ、高品質の記録を行うこ
とができる。特に、音響レンズ１５の固有焦点距離を、
最大音圧が低い方の駆動モードの音圧最大距離（固有焦
点距離）により近い値に設定することにより、各駆動モ
ードにおけるインクドット径をより一層均一化すること
ができ、より高品質の記録が実現される。

【００６３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、偶数個
からなる圧電素子群を同時に駆動する第１の駆動モード
と、奇数個からなる圧電素子群を同時に駆動する第２の
駆動モードを有する駆動手段を具備したリニア走査型イ
ンクジェット記録装置において、簡便な方法で高解像度
かつ高品位な画像を記録することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェット記
録装置のヘッド部の概略斜視図。

【図２】本発明によるインクジェット記録装置の主走査
方向でのフェーズドアレイ方式による超音波の音圧と、
圧電素子からの距離との関係を示すグラフ図。

【符号の説明】

１１…支持基板 １２…圧電体 １３…個別電極 １４…共通電極 １５…音響レンズ １６…インク液保持室の周囲壁 １７…スリット板 １８…スリット １９…インク液保持室 ２０…インク液 ２２…駆動回路

フロントページの続き (72)発明者 森 健一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 八木 均 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山本 紀子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク液を保持するインク液保持室と、 複数の圧電素子を所定の間隔で配列して構成された圧電
   素子アレイを含み、前記インク液と音響的に接続される
   超音波発生手段と、 前記超音波発生手段から発生された超音波を前記圧電素
   子のアレイ方向と直交する方向に集束させる超音波集束
   手段と、 前記圧電素子アレイを構成する圧電素子のうち、隣接す
   る偶数個の圧電素子を第１の同時駆動グループとして順
   次選択して該第１の同時駆動グループから発生される超
   音波を前記圧電素子のアレイ方向に集束させるように同
   時駆動する第１の駆動モードと、前記圧電素子アレイを
   構成する圧電素子のうち、隣接する奇数個の圧電素子を
   第２の同時駆動グループとして順次選択して該第２の同
   時駆動グループから発生される超音波を前記圧電素子の
   アレイ方向に集束させるように同時駆動する第２の駆動
   モードとを適宜切替えて前記圧電素子アレイを駆動する
   駆動手段とを備え、 第１の同時駆動グループにおける超音波の許容音圧範囲
   と、第２の同時駆動グループにおける超音波の許容音圧
   範囲とが重複する音圧範囲に対応する許容焦点距離範囲
   内に前記インク液の深さが設定されるように前記超音波
   集束手段の固有焦点距離が調節されていることを特徴と
   するインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 前記第１の同時駆動グループにおける超
   音波の固有焦点距離と、第２の同時駆動グループにおけ
   る超音波の固有焦点距離とが異な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。
3. 【請求項３】 前記超音波集束手段の固有焦点距離と、
   前記第１の同時駆動グループにおける超音波の固有焦点
   距離と、第２の同時駆動グループにおける超音波の固有
   焦点距離とが互いに異なっていることを特徴とする請求
   項２記載のインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 前記超音波集束手段が、前記第１の同時
   駆動グループにおける超音波の固有焦点距離と、第２の
   同時駆動グループにおける超音波の固有焦点距離とのう
   ち、最大音圧が低い方の駆動モードの固有焦点距離によ
   り近い値の固有焦点距離を有することを特徴とする請求
   項３記載のインクジェット記録装置。
5. 【請求項５】 前記超音波集束手段が、前記第１の同時
   駆動グループにおける超音波の固有焦点距離と、第２の
   同時駆動グループにおける超音波の固有焦点距離との間
   の値の固有焦点距離を有することを特徴とする請求項３
   記載のインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】 前記超音波集束手段が、前記第１の同時
   駆動グループにおける超音波の固有焦点距離と実質的に
   等しい値の固有焦点距離を有することを特徴とする請求
   項２記載のインクジェット記録装置。