KR100541906B1 - 잉크젯 기록 장치 및 기록액의 회수 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동자로부터 발생하는 음파를 집속시켜 그 음압으로 기록액을 그 액면으로부터 액적으로서 토출시키는 음파 방식의 잉크젯 기록 장치이며, 기록액을 보유 지지하는 기록액 보유 지지실과, 주진동자와, 적어도 그 편측에 배치되는 부진동자를 갖는다. 신호의 인가에 의해 음파를 발생하는 압전 소자와, 상기 압전 소자로 발생시킨 음파를 상기 기록액의 표면 근방에 집속시키고, 이에 의해 상기 기록액을 액적으로서 비상시키는 음파 집속체와, 상기 기록액의 표면과 대향하여 상기 비상하는 액적을 통과시키는 개구를 갖고 상기 비상하는 액적 중, 상기 개구를 통과하지 않은 액적이 충돌하여 상기 기록액 보유 지지실로 직접적으로 또는 간접적으로 회수시키기 위한 상기 기록액의 표면과 대향하는 액적 회수면을 갖는 액적 회수체를 구비하고, 상기 음파 집속 수단과 상기 압전 소자를 상기 압전 소자의 상기 주진동자와 상기 부진동자에 가하는 구동 신호의 제어에 의해, 상기 액적이 상기 개구를 통과하는 직진 비상 상태와 상기 액적 회수체의 상기 액적 회수면에 충돌하는 편향 비상 상태로 절환 가능하게 구성함으로써, 초음파 방식에 있어서 액적의 토출 효율과 반복 토출 주파수의 향상을 도모하고, 또한 헤드의 고밀도 배치를 실현할 수 있는 연속 토출식 잉크젯 기록 장치와 기록액의 회수 방법이다.

주진동자, 부진동자, 음향 렌즈, 기록액 보유 지지실, 액면 제동판

Description

잉크젯 기록 장치 및 기록액의 회수 방법{INK JET RECORDING DEVICE AND METHOD FOR RECOVERING RECORDING SOLUTION}

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 연속 토출식 잉크젯 기록 장치의 헤드부의 단면도.

도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 다른 진동자를 가진 구조를 도시하는 단면도.

도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 음향 렌즈와 진동자의 배치를 도시하는 평면도.

도4는 도3의 A-A' 사이의 단면도.

도5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 다른 음향 렌즈를 가진 구조를 도시하는 단면도.

도6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 액면 제동판을 도시하는 평면도.

도7은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 다른 액적 회수판을 가진 구조를 도시하는 단면도.

도8은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 또 다른 액적 회수판을 가진 구조를 도시하는 단면도.

도9는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 또 다른 액적 회수판을 가진 구조를 도시하는 단면도.

도10은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 어레이 헤드의 사시도.

도11은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 어레이 헤드의 렌즈 배열을 설명하는 평면도.

도12는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 어레이 헤드의 일부 단면도.

도13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 연속 토출식 잉크젯 기록 장치의 헤드부의 단면도.

도14는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 음향 렌즈와 진동자의 배치를 도시하는 평면도.

도15는 도14의 B-B' 사이의 단면도.

도16은 본 발명의 제2 실시 형태의 변형예에 관한 연속 토출식 잉크젯 기록 장치의 헤드부의 단면도.

도17은 본 발명의 제2 실시 형태의 변형예에 관한 잉크젯 기록 장치의 음향 렌즈와 진동자의 배치를 도시하는 평면도.

도18은 도17의 C-C' 사이의 단면도.

도19는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 연속 토출식 잉크젯 기록 장치의 헤드부의 단면도.

도20은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 음향 렌즈와 진동자의 배치를 도시하는 평면도.

도21은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 연속 토출식 잉크젯 기록 장치의 헤드부의 단면도.

도22의 (a) 내지 도22의 (d)는 구동 신호의 파형예를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 액면 개구부

2 : 상면 개구부

11 : 주진동자

12 : 음향 렌즈

12a, 12b : 부진동자

14 : 기록액 보유 지지실

15 : 액적 회수부(액적 회수체)

15a : 액적 회수면

16 : 액면 제동판

17 : 구동 신호 발생원

18 : 셀렉터

19a, 19b : 액적

71, 124 : 격벽

101 : 진동자

102 : 렌즈 어레이 기판

121 : 공통 전극

122 : 주진동자용 전극

123a, 123b : 부진동자용 전극

125 : 격벽 개구부

126 : 압전체

201a, 201b, 201c, 201d : 부진동자 그룹

본건 출원은 2003년 3월 28일의 일본 출원(2003-090182)을 기초로 하여 그 우선권을 받는 것으로, 그 모든 내용을 포함하는 것이다.

본 발명은 액체 재료를 소적화하여 기록 매체 상에 비상시킴으로써 화상을 기록하는 잉크젯 기록 장치 및 기록액의 회수 방법에 관한 것으로, 특히 진동자에 의해 방사되는 집속 초음파의 압력에 의해 액적을 연속적으로 토출시키는 잉크젯 기록 장치 및 기록액의 회수 방법에 관한 것이다.

기록 액적을 기록 매체 상에 비상시켜 기록 돗트를 형성하는 잉크젯 기록 장치는 다른 기록 방법과 비교하여 소음이 적고 현상이나 정착 등의 처리가 불필요하다는 이점을 가져, 보통지 기록 기술로서 널리 보급되어 있다. 또, 비접촉 기록, 필요 최저한의 재료 소비, 저비용 장치 등의 특징을 살려, 그 응용 분야는 종이 매 체로의 화상 기록이라는 종래의 인쇄 분야의 범위를 넘어 액형 전자 재료의 도포나 다이렉트 패터닝 등의 공업 프로세스 분야로도 범위를 넓히고 있다. 이러한 공업 프로세스 분야 및 산업 인쇄 분야에 있어서는, 업무 처리를 고속으로 끝내는 것이 최대의 요구이며, 고속인 액적 토출 주파수의 실현과 노즐의 고밀도 배치, 또는 높은 토출 신뢰성이 요구되고 있다.

현재, 수많은 잉크젯 기록 장치의 방식이 고안되어 있지만, 특히 발열체의 열에 의해 발생하는 증기의 압력으로 액적을 비상(飛翔)시키는 방식이나, 압전체의 변위에 의한 압력 펄스로 액적을 비상시키는 방식 등이 대표적이다.

이들 방식은 모두 기록액의 압력실 내부의 압력 변동을 이용하여 선단부의 노즐로부터 액적을 토출하는 것이고, 화상 기록 정보에 따라서 액적을 토출하는 온디맨드 방식의 잉크젯 기록 장치로서 일반적으로 실용화되어 있다. 이러한 기록액 압력실 전체의 압력 변동을 이용하는 온디맨드 방식의 경우, 한번 액적을 토출하면 토출 액면의 메니스커스가 후퇴하여 기록액 탱크측으로부터의 기록액의 보급에 의해 메니스커스가 최초의 위치로 복귀하기까지 시간이 필요하므로, 높은 주파수로 액적을 토출하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다. 또, 기록액 압력실 내에 잔류하는 진동의 영향도 고속의 연속 토출을 곤란하게 해 버린다. 그 결과, 높은 주파수로 액적을 연속 토출하고자 한 경우, 불토출이나 여분의 세터라이트(부적)를 발생하는 등 불안정한 토출을 일으켜 버리는 문제가 있었다.

이러한 화상 기록 정보에 따라서 액적을 토출하여 기록하는 온디맨드 방식에 대해, 항상 연속하여 액적을 토출하고 화상 기록 정보에 따라서 액적의 궤도를 편 향하는 콘티니어스 방식(연속 토출식)이 있어 고속 인자가 가능하다고 하는 특징을 갖는다. 그 대표예인 하전 제어형은 노즐의 전방에 액적을 화상 기록 정보에 따라서 선택적으로 대전시키는 대전 전극과, 전계에 의해 통과하는 기록 액적의 비상 궤도를 편향하는 편향 전극을 구비한 구조를 취한다. 이러한 콘티니어스 방식은 고속으로 액적을 연속 토출할 수 있는 반면, 구조가 복잡하고 고전압이 필요하므로 노즐의 고밀도 배치가 곤란하며, 기록 액물성에 대한 제약도 있는 등의 문제가 있었다.

한편, 진동자로부터 발생하는 초음파를 집속시켜 그 음압으로 기록 액면으로부터 액적을 토출시키는 초음파 방식의 잉크젯 기록 장치가 제안되어 있다. 이 방식은 개별 돗트마다의 노즐이나 기록액 유로의 격벽을 필요로 하지 않는 무노즐 방식이므로, 라인 헤드화하는 데에 있어서의 큰 장해였던 막힘의 방지와 복구에 대해 유효한 구조를 갖고 있다. 또한, 매우 작은 액적을 안정적으로 비상시킬 수 있어 고해상도화에도 적합하다. 또한, 액적의 사이즈는 음파의 파장에 의해 정해져 기록액 재료에 대한 제약도 적다는 등의 특징을 갖는다.

그러나, 초음파 방식에서는 액면에 형성된 메니스커스를 액적 토출 후에 고속으로 되돌아가는 힘을 적극적으로 발생시킬 수 없어, 고속으로 반복하여 액적을 토출하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다.

초음파 방식의 예로서는 초음파의 집속 빔을 이용한 액적 토출을 행하는 콘티니어스 방식이 제안되어 있다[예를 들어, 일본 특허 공개 공보 : 일본 특허 공개 평09-248913호 공보(제2 내지 제5 페이지, 도1) 참조]. 그러나, 이 방식에서는 전술한 하전 제어형 콘티니어스 방식과 마찬가지로, 액적의 비상 궤도의 제어에 전계를 사용하므로 대형이 된다. 또한, 인접하는 액적 토출부 사이의 전계의 간섭을 방지하기 위해, 고밀도로 액적 토출부를 배치할 수 없었다.

또한, 초음파 방식의 다른 예로서 초음파를 발생하는 진동자를 복수 조합함으로써, 복수의 방향으로 기록액을 토출하는 온디맨드 방식이 제안되어 있다(예를 들어, 미국 특허 제4308547호 명세서 참조). 그러나, 액적을 비상시키는 방향에 따라 액면에 집속하는 초음파 빔의 음압에 변동을 발생하여 액적의 사이즈에 변동이 발생하기 쉬워져, 안정된 토출이 어렵다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 초음파 방식에 있어서 액적의 토출 효율과 반복 토출 주파수의 향상을 도모하고, 또한 헤드의 고밀도 배치를 실현할 수 있는 연속 토출식 잉크젯 기록 장치 및 기록액의 회수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그래서 본 발명은 진동자로부터 발생하는 음파를 집속시켜 그 음압으로 기록액을 그 액면으로부터 액적으로서 토출시키는 음파 방식의 잉크젯 기록 장치이며,

기록액을 보유 지지하는 기록액 보유 지지실과,

주진동자와, 적어도 그 편측에 배치되는 부진동자를 갖고 신호의 인가에 의해 음파를 발생하는 압전 소자와,

상기 압전 소자로 발생시킨 음파를 상기 기록액의 표면 근방에 집속시켜, 이 에 의해 상기 기록액을 액적으로서 비상시키는 음파 집속체와,

상기 기록액의 표면과 대향하여 상기 비상하는 액적을 통과시키는 개구를 갖고 상기 비상하는 액적 중, 상기 개구를 통과하지 않은 액적이 충돌하여 상기 기록액 보유 지지실로 직접적으로 또는 간접적으로 회수시키기 위한 상기 기록액의 표면과 대향하는 액적 회수면을 갖는 액적 회수체를 구비하고,

상기 음파 집속 수단과 상기 압전 소자를 상기 압전 소자의 상기 주진동자와 상기 부진동자에 가하는 구동 신호의 제어에 의해, 상기 액적이 상기 개구를 통과하는 직진 비상 상태와, 상기 액적 회수체의 상기 액적 회수면에 충돌하는 편향 비상 상태로 절환 가능한 구성으로 하고 있는 것을 제공한다.

또한 본 발명은 진동자로부터 발생하는 음파를 집속시켜 그 음압으로 기록액 보유 지지실 내의 기록액을 그 액면으로부터 액적으로서 토출시켜 회수하는 기록액의 토출 회수 방법이며, 압전 소자의 주진동자에 구동 신호를 인가한 상태에 있어서 화상 기록 데이터에 따라서 상기 주진동자에 인접하여 배치한 부진동자로 상기 구동 신호의 인가를 오프 혹은 온함으로써 상기 액적을 직진 비상시켜 액적 회수체의 개구를 통과시키고, 온 혹은 오프함으로써 상기 액적을 편향 비상시켜 상기 액적 회수체의 액적 회수면에 충돌시키고 액적을 회수하도록 구성되어 있다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 각 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치에 대해 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

(제1 실시 형태)

우선, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 잉크젯 기록 장치는 발생하는 초음파의 위상을 정렬하고, 또한 기록에 이용하는 액적의 크기와 기록에 이용하지 않는 액적의 크기를 대략 정렬함으로써 헤드를 고밀도로 배치할 수 있어, 액적의 토출 효율이나 반복 토출 주파수의 향상을 가능하게 한 것이다.

도1은 본 실시 형태의 연속 토출식 초음파 잉크젯 기록 장치의 헤드부의 단면도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 초음파 발생 수단인 주진동자(11)와 그 양측에 배치된 2개의 부진동자(12a, 12b)가 음파 집속 수단인 평오목 형상으로 구면 수차를 보정한 음향 렌즈(13)의 평면부측에 접속되어 있다. 음향 렌즈(12)의 오목면측은 기록액 보유 지지실(14)의 바닥면에 접하고 있다. 또, 도1에서는 기록액 보유 지지실(14)은 일부만 도시하고 있다. 또, 기록액 보유 지지실(14)의 액면 상에 설치된 판형 부재로, 액면 개구부(1)로부터 상면 개구부(2)에 이르는 관통 구멍을 갖고, 기록액 보유 지지실(14)로부터 토출되어 기록에는 사용하지 않는 액적을 포획하여 회수하는 액적 회수판(액적 회수체; 15)이 기록액 보유 지지실(14)의 상방에 배치되어 있다. 액면 개구부(1)로부터 상면 개구부(2)에 이르는 관통 구멍은, 상면 개구부(2) 근방에서 액적 회수판(15)의 상면과 관통 구멍 내부의 내벽면이 이루는 각이 예각으로 되어 있다. 이 액적 회수판(15)의 내면은 곡면형의 액적 회수면(15a, 15a)으로 되어 있다. 기록액 보유 지지실(14)의 액면에서 액적이 토출되는 영역의 주위에는, 중심에 개구부를 가진 원형(도우넛형)이며 액면의 위치를 일정하게 유지하여 외란의 영향을 방지하는 액면 제동판(16)이 배치되어 있다.

본 실시 형태에서는 음파 집속 수단으로서 평오목 형상으로 구면 수차를 보정한 음향 렌즈(13)를 이용하고 있다. 이러한 음향 렌즈(13)를 이용함으로써, 한 쪽면이 평면이므로 진동자의 형성 및 접착이 용이해지고, 구면 수차를 보정하고 있으므로 평면측의 각 진동자로부터 방사된 초음파의 위상을 기록액의 액면 근방의 소정의 초점 위치에 정확하게 정렬할 수 있다. 여기서, 구면 수차라 함은 오목면측이 단순한 구면 형상인 경우에, 중앙부와 비교하여 주변부가 될수록 음파의 굴절이 커져 초점 위치에서의 위상 어긋남을 발생시켜 버리는 문제를 말한다. 그리고, 구면 수차를 보정한다라 함은 이를 해결하는 것이며, 이 굴절의 영향을 고려하여 음향 렌즈의 오목면부의 형상을 고차 함수로 나타내는 비구면 형상으로 한 것을 말한다. 또한, 프레널 렌즈는 평면 형상이므로, 상기 평오목 렌즈와 같은 주변부에서의 굴절의 문제는 발생하지 않는다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 주진동자(11) 및 부진동자(12a, 12b)에는 동일한 구동 신호 발생원(구동 신호 발생 수단; 17)이 배선 접속되어 있다. 부진동자(12a, 12b)와 구동 신호 발생원(17) 사이에는, 화상 기록 정보에 따라서 진동자를 구동하는지 여부를 제어하는 구동 신호 제어 수단인 셀렉터(18)가 배치되어 있다. 따라서, 주진동자(11)는 항상 구동 신호 발생원(17)에 의해 구동되고, 부진동자(12a, 12b)는 셀렉터(18)에 의해 구동 신호가 인가된다. 주진동자(11)와 부진동자(12a, 12b)를 조합하여 구동함으로써 방사된 음파는, 음향 렌즈(13)를 거쳐서 기록액 보유 지지실(14)의 기록액 중에 방사되어 액면 제동판(16)에 둘러싸인 액면에 집속되고, 그 집속된 음파 빔의 압력에 의해 액면에 메니스커스가 형성되고 그 선단부로부터 액적이 분리되어 비상한다. 이 때, 주진동자(11)와 부진동자(12a, 12b)는 동일한 구동 신호 발생원(17)에 접속되어 있으므로, 조합하는 동시에 구동한 경우에는 동일 사이즈의 1개의 진동자를 구동한 바와 같이 위상을 정렬할 수 있어, 효율적인 음파 집속이 실현 가능해진다.

그리고, 본 실시 형태에서는 기록액 보유 지지실(14) 상면인 액면에 대해 수직 방향으로 액적을 토출하는 제1 토출 모드와, 이 수직 방향에 대해 경사를 갖고 액적을 토출하는 제2 토출 모드를 구비하고 있다. 도1에서는, 주진동자(11)와 부진동자(12a)를 맞춘 영역의 중심 위치가 음향 렌즈(12)의 중심과 일치하도록 배치되어 있다. 그리고, 음향 렌즈의 집속점을 기록액 보유 지지실(14)의 액면에 있는 액면 제동판(16)의 중앙의 개구부로 하고 있다. 즉, 제1 토출 모드에서는 이 주진동자(11)와 부진동자(12a)를 동시에 구동함으로써, 액적 토출부에 대해 음파를 좌우 대칭으로 집속시키고, 액면에 대해 수직 방향으로 액적(19a)을 토출하여 액적 회수판(15)의 상면 개구부(2)를 직진하여 통과하고 기록 매체로 비상시킨다. 한편, 부진동자(12b)는 부진동자(12a)와 대략 동일한 음파 방사 면적을 갖고 있고, 주진동자(11)를 사이에 두고 반대측에 대칭인 위치가 되도록 배치되어 있다. 여기서, 음파 방사 면적이라 함은 압전체의 대향면에 형성된 한 쌍의 전극에 의해 협지된 영역의 면적을 말한다. 제2 토출 모드에서는, 부진동자(12a)는 구동하지 않고 주진동자(11)와 부진동자(12b)를 동시에 구동함으로써, 도1 중 음파 빔을 우측으로 치우친 분포로 하여 액면에 집속시키고, 기록액 보유 지지실(14)의 액면의 수직 방 향에 대해 좌측으로 기운 방향으로 액적(19a)을 편향하여 비상시킨다. 각도를 갖고 토출된 액적(19b)은 액적 회수판(15)의 내벽에 닿고, 내벽의 원호형의 곡면의 액적 회수면(15a)에 따라 중력에 따라서 미끄러져 떨어져, 기록액 보유 지지실(14)의 액면으로 복귀된다.

본 실시 형태에서는 부진동자(12a와 12b)라 함은 음파 방사 면적을 대략 동일하게 하고 있으므로, 2개의 토출 모드에 있어서의 액면에서의 음압 레벨을 일정하게 유지한 상태에서 음압 분포(집속 음파 빔의 방향)를 변화시키는 것이 가능해져, 액적(19a)의 크기와 액적(19b)의 크기를 대략 동일하게 할 수 있다. 즉, 어떠한 토출 모드라도 액면에 형성되는 메니스커스의 상태에 큰 변동을 부여하지 않고 액적의 토출 방향을 바꾸는 것이 가능해지는 것이다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 잉크젯 기록 장치를 이용함으로써, 주진동자(11)와 부진동자(12a, 12b)가 동일한 구동 신호 발생원(17)에 접속되어 있으므로, 이들 진동자가 진동할 때에 위상을 정렬할 수 있다. 또한, 진동자로부터의 진동은 구면 수차가 보정된 오목면의 렌즈, 혹은 프레널 렌즈를 음향 렌즈(13)로서 이용하고 있으므로, 마찬가지로 위상이 정렬된다. 따라서, 화상 기록 정보에 따라서 액적의 토출 방향이 바뀌어도 액면에 형성되는 메니스커스의 상태에 큰 변동을 부여하지 않으므로, 초음파 방식의 연속 토출형 잉크젯 기록 장치로서 안정된 액적의 공급을 할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 부진동자(12a와 12b)의 음파 방사 면적을 대략 동등하게 하고 있으므로 음압 레벨도 대략 일정하게 유지할 수 있어, 위상을 정렬한 경우와 동일한 이유로부터 더욱 안정된 액적의 공급을 할 수 있다.

다음에, 헤드의 각부에 대해 상세하게 설명한다.

주진동자(11) 및 부진동자(12a, 12b)는 압전체와 그를 끼워 넣은 전극에 의해 구성되는 압전 소자이다. 압전체로서는 티탄산지르콘산납(PZT), 티탄산납, 티탄산바륨 등의 압전 세라믹스나, 니오브산리튬, 탄탈산리튬 등의 압전 단결정이나, 폴리불화비닐리덴(PVDF) 등의 고분자 압전체나, 산화아연 등의 압전 반도체 등을 사용할 수 있다. 또한, 도1의 각 진동자는 물리적으로 분할되고, 도시하지 않았지만 각각의 압전체가 전극에 협지된 배치로 되어 있다. 그러나, 도2에 도시한 바와 같이 1매의 연속된 압전체(21)를 이용하여 개별 전극(22a, 22b, 22c)만을 원하는 형상으로 분리 형성하고, 공통 전극(23)과 조합하여 각각 구동하는 구조라도 좋다. 이 경우, 개별 전극(22a)이 형성된 부분이 부진동자(12a)가 되고, 개별 전극(22c) 부분이 주진동자(11), 개별 전극(22b) 부분이 부진동자(12b)가 된다. 이러한 전극만을 분리 형성하는 구조는 기계 가공이 불필요하고 제작이 용이하기 때문에 고해상도 기록용의 미소한 진동자 형성에 유리하고, 또한 전계의 돌려 넣기 효과에 의해 전극이 없는 부분의 압전체도 진동시킬 수 있으므로 효율적이다.

도3은 각 진동자의 형상과 음향 렌즈(13)에 대한 배치에 대해 도시한 평면도이다. 주진동자(11)에 대해 부진동자(12a)와 부진동자(12b)는 음파 방사 면적이 작아 초생달형의 형상을 채용하고 있고, 주진동자(11)의 양측에 대칭이 되도록 각각 배치되어 있다. 또한, 주진동자와 한 쪽 부진동자를 조합함으로써 대략 원이 되는 형상을 각각 채용하고 있고, 주진동자(11)와 부진동자(12a)를 조합하였을 때 의 음파 방사 면적과, 주진동자(11)와 부진동자(12b)를 조합하였을 때의 음파 방사 면적은 대략 동등하다. 또한, 기록액 보유 지지실(14)의 액면에 대해 수직 방향으로 액적을 토출하는 제1 토출 모드로 사용하는 주진동자(11)와 부진동자(12a)를 조합한 둥근 음파 발생 영역의 중심은, 음향 렌즈(13)의 중심과 일치하여 배치되어 있다. 따라서, 방사된 음파는 렌즈의 중심축에 대해 대칭인 분포를 갖고 집속되어 액면에 대해 수직 방향으로 액적이 토출된다. 한편, 주진동자(11)와 부진동자(12b)를 조합한 둥근 음파 발생 영역의 중심은 음향 렌즈(13)의 중심으로부터 가로로 어긋나도록 부진동자(12b)가 배치되어 있고, 집속되는 초음파 빔의 중심축은 액면에 대해 경사를 갖고 있어 액적도 경사진 방향으로 토출된다. 그러나, 각각의 진동자의 형상은 도3에 도시한 형상에 한정되는 것은 아니며, 2개의 부진동자(12a, 12b)가 각각 주진동자(11)를 협지하여 배치되어 있으면 좋고, 형상도 초생달형에 한정되는 것은 아니다. 다양한 형상 중에서도 주진동자(11)와 부진동자(12a), 혹은 주진동자(11)와 부진동자(12b)를 조합하여 형성되는 형상은 안정된 메니스커스의 효율적 형성이나 세터라이트(부적)의 발생 방지를 위해, 초음파 빔의 형상(음압 분포)이 그 중심축에 대해 대칭형인 것이 바람직하므로 원형이나 타원형인 것이 바람직하다. 또한, 부진동자(12a, 12b)의 형상은 마찬가지로 초음파 빔의 형상이 대칭형인 것이 바람직하므로, 초생달형이나 또한 그와 유사한 원형의 일부를 잘라낸 형상인 것이 바람직하다.

도4는 도3의 A-A' 단면도이다. 상술한 바와 같이, 음향 렌즈(13)의 중심으로부터 부진동자(12a)의 단부까지의 거리도, 음향 렌즈(13)의 중심으로부터 부진동 자(12b)측의 주진동자(11)의 단부까지의 거리도 동등하게 D가 되도록 배치되어 있다. 또한 주진동자의 폭(A)에 대해, 부진동자(12a)의 폭(B) 및 부진동자(12b)의 폭(C)은 작다. 또한, 주진동자와 부진동자(12a)를 합친 폭(A ＋ B)은 주진동자와 부진동자(12b)를 합친 폭(A ＋ C)과 대략 동일하다. 바람직하게는, 제2 토출 모드에서의 액적이 수직 방향으로부터 각도(θ)만큼 경사져 토출시키는 경우, (A ＋ C)의 폭은 (A ＋ B)·cos θ ≤ (A ＋ C) ≤ (A ＋ B)이면, 제1 및 제2 토출 모드에서의 초음파 빔의 집속 음압과 빔 폭이 대략 동등해져, 액면에 형성되는 메니스커스의 상태에 큰 변동을 부여하지 않고 액적의 토출 방향만을 바꾸는 것이 가능해진다.

음향 렌즈(13)의 재료로서는 예를 들어 유리 등 무기계 재료나 에폭시 수지 등의 기록액 등의 약품에 대해 내구성이 높은 재료, 혹은 금속막이나 금속계 산화막, 질화막, 폴리올레핀계 수지막 등의 기록액에 대해 내구성을 갖게 하는 표면 처리가 실시된 유리나 수지를 사용한다. 도1에서는 음향 렌즈(13)의 오목부는 단순한 곡률을 가진 곡면으로서 도시되어 있지만, 실제로는 굴절에 의한 구면 수차를 보정한 비구면 렌즈를 사용한다. 또한, 음향 렌즈(13)의 음향 임피던스는 압전체의 음향 임피던스(ZP)와 기록액의 음향 임피던스(ZL)의 중간치이며, 그 기하 평균(

ZP·ZL)에 가까운 것이 음파가 효율적인 전파를 위해 바람직하다. 또한, 도1에서는 평오목 렌즈의 사용예를 도시하고 있지만, 상술한 바와 같이 도5에 도시한 프레널 윤대 이론을 기초로 한 평면 렌즈(프레널 렌즈; 51)를 이용해도 좋다. 본 실시 형태의 음향 렌즈에서는 F 넘버(＝ 초점거리/구경)는 약 1로 되어 있다. 액적의 토출 방향을 절환하면서 고속으로 액적을 토출시키기 위해서는, 제1 및 제2 토출 모드의 초음파 빔이 겹치는 영역, 즉 항상 음파가 전파되는 영역의 비율이 큰 것이 바람직하다. 환언하면, 보다 작은 면적인 부진동자(12a, 12b)의 절환에 의해 보다 큰 토출 방향 변화를 발생시키는 것이 바람직하다. 따라서, 부진동자(12a, 12b)의 폭이 주진동자(11)에 비해 작고, 또한 각도가 10도 이상인 토출 방향 변화를 실현하기 위해서는 음향 렌즈(13)의 F 넘버는 2 이하인 근초점 렌즈인 것이 바람직하다. 또한, 음향 렌즈(13)의 초점 위치는 정지시의 액면보다 약간 위의, 액적 토출시에 형성되는 메니스커스의 정점 위치 부근에 맞추어 설정하는 것이 바람직하고, 보다 적은 에너지로 고속의 액적 토출을 가능하게 한다.

도6은 액면 제동판(16)을 도1의 상방향으로부터 본 평면도이다. 메니스커스를 형성하여 그 선단부로부터 액적을 토출하는 액면 영역(61)의 주위에 원형의 개구를 가진 액면 제동판(16)이 배치되어 있고, 액적 회수판(15)에 사방으로부터 걸쳐져 지지되어 있다. 이 액면 제동판(16)의 주위에는 기록에 사용되지 않은 기록액의 토출 액적이 액적 회수판(15)을 경유하여 기록액 보유 지지실로 회수되는 회수 영역(62)이 존재한다. 액면 제동판(16)은 이 회수된 액적이 기록액 보유 지지실로 복귀될 때에 야기시키는 액면의 진동을 액면 영역(61)에 전달하지 않는 효과가 있고, 또한 표면 장력을 이용하여 메니스커스의 동작을 안정화시키는 효과가 있다. 액면 제동판(16)의 표면은 발수(또는 발유) 처리가 실시되는 것이 바람직하고, 이에 의해 불필요한 기록액의 부착을 방지하여 항상 안정된 표면 장력의 발생을 실현할 수 있다. 액면 제동판(16)의 재료로서는 강성이 있는 금속판이나 수지 판을 사용할 수 있다.

액적 회수판(15)은 도1에 도시한 바와 같이 액적 토출부 근방에 있는 액면 개구부(1)로부터 상면 개구부(2)에 이르는 관통 구멍을 갖고, 이 관통 구멍은 주발을 거꾸로 한 것 같은 원호형의 내벽면을 갖는다. 기록에 사용되지 않은 토출 액적은 액면에 비스듬히 비상하므로, 액적 회수판(15)의 내측에서 포착되어 내벽면을 걸쳐서 바로 아래의 기록액 보유 지지실(14)로 복귀된다. 이러한 형상에 의해, 회수된 기록액이 즉시 기록액 보유 지지실(14)의 액면에 복귀되므로, 고속으로 연속 토출을 행하여 기록액을 소비해도 기록액의 보급은 필요 최저한의 양이면 되어, 액적 토출부의 액면 위치 변동을 억제할 수 있다. 액적 회수판(15)의 재료로서는 금속, 수지, 세라믹스 등을 사용할 수 있고, 절삭이나 프레스 성형, 사출 성형 등의 기계적인 가공이나 에칭 등의 화학적인 가공 등에 의해 원호형의 내벽면을 갖는 관통 구멍을 형성할 수 있다. 또한, 액적 회수판(15)의 내벽면은 기록에 사용되지 않은 토출 액적이 기록액 보유 지지실(14)로 원활하게 복귀되도록 표면이 친수(또는 친유)화되어 있다. 또한, 도7에 도시한 바와 같이 내벽면을 타고 회수되는 기록액이 실수로 비산이나 적하를 해도 다른 비상 액적이나 액적 토출부에 간섭하지 않도록, 내벽의 더욱 내측에 속이 빈 구조로 성형한 금속이나 수지 등에 의한 격벽(71)을 설치해도 좋다. 도8은 헤드를 횡방향으로 하여 사용하는 경우의 액적 회수판의 다른 예를 도시한 것이다. 횡방향으로 사용하는 경우에는 원호형의 내벽부는 하방측뿐이면 되고, 하방측에서는 액적 회수판(15)의 기록액에 접하지 않은 측의 면과 내벽면이 이루는 각은 예각이 되어 있다. 도1, 도7, 도8에 있어서, 내 벽면은 원호형으로 하고 있지만 액적이 중력의 작용에 의해 기록액 보유 지지실(14)로 복귀되는 형상이면 이에 한정되지 않고, 내벽면이 원뿔형이라도 좋고 다각형 형상이라도 좋다. 또, 도9는 헤드를 하향으로 하여 사용하는 경우의 액적 회수판(15)의 또 다른 예를 도시한 것으로, 기록에 사용하지 않은 기록액은 도면 중 횡방향으로 이동시킨 후 기록액 보유 지지실로 복귀시킨다. 하향인 경우는, 기록에 사용되지 않은 토출 액적을 중력만으로 기록액 보유 지지실로 복귀시키는 것은 어렵지만, 별도로 펌프 등을 이용하여 기록액 보유 지지실로 복귀시키면 좋다.

본 실시 형태에서의 진동자의 구동 수단을 설명한다. 주진동자(11) 및 부진동자(12a, 12b)에는 동일한 구동 신호 발생원(17)이 배선 접속되어 있고, 부진동자(12a, 12b)와 구동 신호 발생원(17) 사이에는 화상 기록 데이터에 따라서 진동자를 구동하는지 여부를 제어하는 구동 신호 제어 수단인 셀렉터(18)가 배치되어 있다. 액면으로부터 연속적으로 액적을 토출시키기 위한 구동 신호로서는, 예를 들어 도22의 (a) 내지 도22의 (d)에 도시하는 것을 생각할 수 있다. 이들은 수십 ㎒의, 예를 들어 사인파에 의한 버스트파이다. 도22의 (a)는 진동자의 공진 주파수에 의존한 일정 주기의 일정 전압의 연속파이며, 도22의 (b)는 도22의 (a)를 톤버스트파로 한 것, 즉 일정 전압으로 인가하는 방법과 일정 주기로 일정 전압의 버스트파를 일정한 주기로 간헐적으로 형성한 것, 도22의 (c)는 일정 주기의 연속파를 규칙적으로 전압 변조한 것, 도22의 (d)는 도22의 (c)를 톤버스트파로 한 것이다. 보다 고속이고 안정된 토출을 행하기 위해서는 전압 변조한 연속파를 인가하는 방법, 혹은 버스트파를 간헐 인가하는 방법이 바람직하다.

도10은 본 실시 형태에 관한 어레이 헤드의 사시도이다. 압전체와 전극을 갖는 진동자(101)는 렌즈 어레이 기판(102)에 접속되고, 그 위에 기록액 보유 지지실(103; 상세하게 도시하지 않음), 액면 제동판(16), 액적 회수판(15)을 배치한 구조를 갖는다. 렌즈 어레이 기판(102)에는 도11에 도시한 배치로 평오목 렌즈(13)가 배열되어 있다. 즉, 평오목 렌즈(13)는 우선 피치(X)로 등간격으로 1열 배치되어 있고, 그 열이 약간 피치(Y)만큼 순서대로 가로로 어긋나면서, 열의 피치(Z)가 되도록 배열되어 있다. 도11에서는 6열이 순서대로 가로로 어긋나면서 배열되어 있고, 그 어긋남 피치(Y)는 렌즈의 인접간 피치(X)의 6분의 1로 동등하게 설계되어 있다. 이러한 배열 구조에 의해, 고해상도의 기록이 1회의 패스로 가능해진다.

도12에 본 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치의 어레이의 일부 단면도를 도시한다. 어레이 헤드에 있어서의 각 진동자는 공통의 압전체(126)를 사용하여 형성되어 있다. 평오목 렌즈에 대응한 위치에 주진동자와 이를 협지하는 2개의 부진동자를, 패터닝한 주진동자용 전극(122), 부진동자용 전극(123a, 123b)에 의해 형성하고 있고, 대향 전극에는 공통 전극(121)을 사용한다. 압전체(126)는 인접하는 헤드마다, 즉 주진동자와 이를 협지하는 2개의 부진동자마다 기계적으로 홈을 넣어 분리되어 있다. 이는 인접간의 크로스토크 저감에 유효하다. 또, 음향 렌즈로서 이용하는 평오목 렌즈(13)의 바로 위에는 각각 대응하는 액면 제동판(16)과 액적 회수판(15)의 개구부가 위치하고 있다. 또한, 기록액 보유 지지실(14)의 헤드 사이, 즉 주진동자와 이를 협지하는 2개의 부진동자끼리의 사이에는 격벽(124)이 설치되어 있어, 인접간의 음파나 대류의 간섭을 방지하는 효과가 있다. 또한, 격벽(124)의 일부에는 격벽 개구부(125)가 설치되어 있어, 헤드 사이의 기록액의 연락을 유지하고 있다.

다음에, 헤드의 구체적인 제작 방법에 대해 도10 및 도12를 이용하여 설명한다.

각 진동자의 압전체(126)로서는 미리 분극 처리한 두께가 약 0.3 ㎜인 티탄산납계 압전 세라믹스를 이용하였다. 이 티탄산납계 압전 세라믹스의 편면 전체면에 공통 전극(121)으로서 Ti/Au 전극을 스패터로 형성하고, 유리제 평오목 렌즈(13)로 이루어지는 어레이 기판의 평면부측에 접착제로 접착하였다.

그 후, 압전체(126)를 공진 주파수가 50 ㎒가 되는 두께인 50 ㎛까지 기계 연마하고, 연마면 전체면에 Ti/Au 전극을 스패터한 후 포토리소 그래피 기술에 의해, 주진동자용 전극(122)과 이를 협지하는 2개의 부진동자용 전극(123a, 123b)의 형상에 대응한 패턴으로 에칭하였다. 또한, 평오목 렌즈(13)의 1개의 오목면마다(주진동자와 이를 협지하는 2개의 부진동자의 세트마다) 다이싱 블레이드로 압전체(126)에 깊이 45 ㎛의 홈을 넣어 분리하였다.

평오목 렌즈 어레이 기판(13)의 오목면부는 구면 수차를 보정한 비구면 형상을 한 것으로, 재질은 코닝 #7059, 전체 두께 1.5 ㎜인 것을 사용하였다. 1개의 렌즈의 유효 구경은 0.45 ㎜이고, 초점 거리는 0.5 ㎜이며, F 넘버는 약 1이었다. 렌즈 어레이 기판(13)의 오목면부는 0.51 ㎜의 피치로 1열에 50개 배열되고, 이 렌즈의 열이 각각 0.085 ㎜씩 위치를 시프트시켜 열 간격 0.51 ㎜로 6열 배열되어 있어, 합계 300개의 렌즈 어레이를 구성하고 있다. 이 어레이 구성에서는 1회의 패 스로 300 dpi의 해상도로 기록이 가능하다. 다음에, 렌즈(13) 표면으로부터 기록액 액면까지의 거리가 0.5 ㎜가 되도록 설계되고, 격벽(124)을 설치한 사출 성형 수지의 기록액 보유 지지실(14)과 에칭에 의해 원형 가공된 스테인레스제의 액면 제동판(16)을, 액면 제동판(16)이 잉크 보유 지지실(14)의 상면이 되도록 접착제로 부착하였다. 또한, 그 위에 사출 성형 수지에 의해 형성한 액적 회수판(15)을 접착제로 부착하여 헤드를 완성하였다. 렌즈 어레이 기판(13)과 잉크 보유 지지실(14)과 액면 제동판(16)의 위치 결정은 각 렌즈 사이에 잉크 보유 지지실(14)의 격벽(124)을 배치하고, 각 렌즈의 중심축에 액면 제동판(16)의 액적 토출 영역의 중심이 일치하도록 액면 제동판을 상측에 배치한다. 마찬가지로 액적 회수판(15)의 상면 개구부의 중심도 렌즈의 중심축에 일치하는 것이 바람직하다. 도1에 도시하는 액면 제동판(16)의 상면 개구부(1)의 개구 직경은 약 0.1 ㎜이고, 액적 회수판(16)의 중심의 개구 직경은 약 0.2 ㎜이다. 또한, 도3에 있어서의 주진동자의 폭, 즉 A는 약 0.34 ㎜이고, 2개의 부진동자의 각각의 폭, 즉 B와 C는 동등하게 0.11 ㎜로 하였다. 이 진동자에 고주파 드라이버 IC(17)와 셀렉터(18)를 배선하여 50 ㎒의 진폭 변조 연속파를 인가한 결과, 약 25 ㎛ 직경의 액적을 30 ㎑의 주파수로 고속으로 연속 토출할 수 있었다. 또한, 부진동자의 절환에 의해 액적의 토출 방향을 약 15도 변화시킬 수 있어 액적 회수판(15)으로 회수할 수 있었다.

(제2 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치에 대해 설명한 다. 본 실시 형태에 대해서는 제1 실시 형태와 다른 점만 설명하고, 동일한 부분은 생략한다. 본 실시 형태의 잉크젯 기록 장치는, 발생하는 초음파의 위상을 정렬하는 점에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다. 즉, 주진동자(11)와 부진동자(12)가 동일한 구동 신호 발생원(17)에 접속되어, 구면 수차가 보정된 오목면의 렌즈 혹은 프레널 렌즈를 음향 렌즈(13)로서 이용하고 있으므로 마찬가지로 위상이 정렬된다. 그리고, 화상 기록 정보에 따라서 액적의 토출 방향이 바뀌어도 액면에 형성되는 메니스커스의 상태에 큰 변동을 부여하지 않으므로, 초음파 방식의 연속 토출형 잉크젯 기록 장치로서 안정된 액적의 공급을 할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서 제1 실시 형태와 다른 것은 화상 기록 정보에 따라서 동작하여 액적의 토출 방향을 편향시키는 부진동자를 1개만 설치한 점이다.

도13에 본 실시 형태에 관한 연속 토출식 잉크젯 기록 장치의 헤드부의 단면도를, 도14에 각 진동자의 형상이나 음향 렌즈에 대한 배치에 대해 도시한 평면도를, 도15에 도14의 B-B' 사이의 단면도를 도시한다.

주진동자(11)는 도14에 도시한 바와 같이 둥근 형상을 하고 음향 렌즈(13)의 중심에 배치되어 있다. 한편, 부진동자(12)는 초생달형의 형상으로 하여, 원형의 주진동자(11)의 사이드에 둘러싸이도록 배치되어 있다. 제1 토출 모드에서는 주진동자만을 구동함으로써, 방사된 음파는 음향 렌즈(13)의 중심축에 대해 대칭인 분포를 갖고 집속되고, 기록액 보유 지지실(14)의 액면에 대해 수직 방향으로 액적(19a)이 토출된다. 한편, 제2 토출 모드에서는 주진동자(11)와 부진동자(12)를 동시에 구동함으로써, 도13 중에서는 음향 렌즈(13)의 중심축에 대해 우측으로 치우쳐 음파를 방사하여 액면에 집속시키고, 액적의 토출 방향을 액면의 수직 방향에 대해 좌측으로 기울인 방향으로 하여 액적(19b)을 비상시킨다.

본 실시 형태의 경우, 제2 토출 모드는 제1 토출 모드와 비교하여 액면에서의 초음파 빔 음압이 상승하여 액적의 초속도나 액적 직경이 증가할 가능성이 있지만, 기록에 사용하지 않은 액적에서는 큰 문제는 되지 않는다. 또한, 2개의 토출 모드에서의 액적 비상 상태를 대략 동일하게 하기 위해서는 양 모드 사이의 초음파 빔 강도의 차를 약 20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 부진동자(12)의 음파 방사 면적이 주진동자(11)의 음파 방사 면적의 5분의 1 이하인 것이 바람직하다.

다음에, 도16에 본 실시 형태의 변형예에 관한 연속 토출식 잉크젯 기록 장치의 헤드부의 단면도를, 도17에 각 진동자의 형상이나 음향 렌즈에 대한 배치에 대해 도시한 평면도를, 도18에 도17의 C-C' 사이의 단면도를 도시한다.

본 변형예의 헤드 구조에 있어서는 제2 실시 형태와 마찬가지로 화상 기록 정보에 따라서 동작하여 액적의 토출 방향을 편향시키는 부진동자는 1개이다. 그러나, 그 배치와 형상이 다르고 주진동자(11)와 부진동자(12)를 조합한 영역이 둥근 형상을 하고 음향 렌즈(13)의 중심에 배치되어 있다. 즉, 주진동자(11)의 형상은 원으로부터 원의 일부인 초생달 형상이 빠진 형상이다. 그리고, 제1 토출 모드에서는 주진동자(11)와 부진동자(12)를 동시에 구동함으로써, 방사된 음파는 음향 렌즈(13)의 중심축에 대해 대칭인 분포를 갖고 집속되고, 기록액의 보유 지지실(14)의 액면에 대해 수직 방향으로 액적(19a)이 토출된다. 한편, 제2 토출 모드에서는 부진동자(12)는 구동하지 않고 주진동자(11)만을 구동함으로써, 도16 중 음향 렌즈(13)의 중심축에 대해 우측으로 치우쳐 음파를 방사하여 액면에 집속시키고, 기록액 보유 지지실(14)의 액면의 수직 방향에 대해 좌측으로 기울인 방향으로 액적(19b)를 비상시킨다.

본 변형예의 경우, 제2 토출 모드는 제1 토출 모드와 비교하여 액면에서의 초음파 빔 음압이 저하하여 액적의 초속도나 액적 직경이 감소할 가능성이 있지만, 오히려 액적의 회수를 용이하게 하는 효과가 있다. 또한, 2개의 토출 모드에서의액적 비상 상태를 대략 동일하게 하기 위해서는 양 모드 사이의 초음파 빔 강도의 차를 약 25 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 부진동자(12)의 음파 방사 면적이 주진동자(11)의 음파 방사 면적의 4분의 1 이하인 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태 및 그 변형예에 나타낸 바와 같이 화상 기록 정보에 따라서 동작하여 액적의 토출 방향을 편향시키는 부진동자가 1개라도, 주진동자와 부진동자의 진동의 위상을 정렬함으로써 2개의 토출 모드에서의 액면의 메니스커스의 변동을 억제할 수 있어 고속이고 안정된 액적 토출을 실현할 수 있다.

(제3 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 대해서는 제1 실시 형태와 다른 점만 설명하고, 동일한 부분은 생략한다. 본 실시 형태의 잉크젯 기록 장치는 발생하는 초음파의 위상을 정렬하는 점에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다. 즉, 주진동자(11)와 부진동자(12)가 동일한 구동 신호 발생원(17)에 접속되어, 구면 수차의 보정된 오목면의 렌즈 혹은 프레널 렌즈를 음향 렌즈(13)로서 이용하고 있으므로 마찬가지로 위상이 정렬된다. 그리고, 화상 기록 정보에 따라서 액적의 토출 방향이 바뀌어도 액면에 형성되는 메니스커스의 상태에 큰 변동을 부여하지 않으므로, 초음파 방식의 연속 토출형 잉크젯 기록 장치로서 안정된 액적의 공급을 할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서 제1 실시 형태와 다른 점은, 화상 기록 정보에 따라서 동작하여 액적의 토출 방향을 편향시키는 부진동자를 3개 이상 설치한 점이다.

도19에 본 실시 형태에 관한 연속 토출식 잉크젯 기록 장치의 헤드부의 단면도를, 도20에 각 진동자의 형상이나 음향 렌즈에 대한 배치에 대해 도시한 평면도를 도시한다.

음향 렌즈(13)의 중심 위치에는 둥근 주진동자(11)가 배치되고, 주진동자(11)의 주위에는 이를 둘러싸는 고리를 동등하게 4 분할한 형상의 제1 부진동자 그룹(201a, 201b, 201c, 201d)이 배치되고, 또한 그를 둘러싸도록 고리를 동등하게 4 분할한 형상의 제2 부진동자 그룹(202a, 202b, 202c, 202d)이 배치되어 있다.

기록액 보유 지지실(14)의 액면에 대해 수직 방향으로 액적을 토출하는 제1 토출 모드에서는 주진동자(11)와 제1 부진동자의 그룹(201a, 201b, 201c, 201d)을 동시에 구동한다. 한편, 액면에 대해 경사를 갖고 액적을 토출하는 제2 토출 모드에서는 그 토출 방향을 절환하는 것이 가능하다. 예를 들어, 주진동자(11)와 제1 부진동자의 그룹 중 201a, 201b, 201c의 3개와 제2 부진동자의 그룹 중 202d를 동시에 구동함으로써, 액적을 제1 부진동자(201b)의 방위로 기울여 토출시킬 수 있 다. 마찬가지로, 제1 토출 모드의 구동 조합은 마찬가지로 하고 제2 토출 모드에서는 부진동자로서 201b, 201c, 201d, 202a를 구동하면 액적을 부진동자 201c 방위로, 부진동자로서 201a, 201c, 201d, 202b를 구동하면 액적을 부진동자 201d 방위로, 부진동자로서 201a, 201b, 201d, 202c를 구동하면 액적을 부진동자 201a 방위로 기울여 토출시킬 수 있다. 이 4 방향 이외에도, 다른 조합에 의해 또한 토출 방향을 절환할 수 있다.

예를 들어, 제1 토출 모드의 구동 조합은 마찬가지로 하고, 제2 토출 모드에서는 부진동자로서 201c, 201d, 202a, 202b를 구동하면 액적을 부진동자 201c와 201d의 중간 방위로 기울여 토출시킬 수 있다. 이와 같이, 도20에서 도시한 부진동자의 구조에서는 8 방향 이상으로 토출 방향을 절환할 수 있다.

본 실시 형태에서는 제1 부진동자 그룹과 제2 부진동자 그룹의 각 진동자의 음파 방사 면적을 동일하게 하면, 제1 및 제2 토출 모드에 있어서의 액면에서의 초음파 빔 음압을 대략 동일하게 할 수 있어, 더욱 안정되고 고속인 액적 토출을 실현할 수 있다.

(제4 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 대해서는 제1 실시 형태와 다른 점만 설명하고, 동일한 부분은 생략한다. 본 실시 형태의 잉크젯 기록 장치는 발생하는 초음파의 위상을 정렬하는 점에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다. 즉, 주진동자(11)와 부진동자(12)가 동일한 구동 신호 발생원(17)에 접속되어, 구면 수차가 보정된 오목면의 렌즈 혹은 프레널 렌즈를 음향 렌즈(13)로서 이용하고 있으므로, 마찬가지로 위상이 정렬된다. 그리고, 화상 기록 정보에 따라서 액적의 토출 방향이 바뀌어도 액면에 형성되는 메니스커스의 상태에 큰 변동을 부여하지 않으므로, 초음파 방식의 연속 토출형 잉크젯 기록 장치로서 안정된 액적의 공급을 할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서 제1 실시 형태와 다른 점은, 진동자를 접착한 음향 렌즈가 액면에 경사져 형성된 점이다.

도21에 본 실시 형태에 관한 연속 토출식 잉크젯 기록 장치의 헤드부의 단면도를 도시한다.

도21에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 음향 렌즈(13) 및 이에 접착한 주진동자(11)와 부진동자(12a, 12b)는 기록액 보유 지지실(14)의 액면에 대해 경사져 설치되어 있다. 음향 렌즈(13)에 대한 각 진동자의 배치는 도4에 도시한 제1 실시 형태의 배치를 좌우 역회전한 것으로 되어 있다. 즉, 액면에 대해 수직 방향으로 액적을 토출하는 제1 토출 모드에서는 주진동자(11)와 부진동자(12a)를 조합하여 구동하고, 액면에 대해 기울기를 갖고 액적을 토출하는 제2 토출 모드에서는 주진동자(11)와 부진동자(12b)를 조합하여 구동한다. 제1 실시 형태와 다른 점은 주진동자(11)와 부진동자(12a)를 조합한 음파 방사 영역의 중심은 음향 렌즈의 중심으로부터 어긋나 있고, 진동자(11)와 부진동자(12b)를 조합한 음파 방사 영역의 중심이 음향 렌즈의 중심과 일치하고 있다는 점이다. 따라서, 음향 렌즈의 중심축으로부터 보아 경사진 초음파 빔이 제1 토출 모드에 사용되고, 음향 렌즈의 중심축으로부터 보아 좌우 대칭인 초음파 빔이 제2 토출 모드에 사용된다. 이러한 구조는 기록 밀도가 낮아, 환언하면 액적 기록 빈도가 낮은 화상을 인쇄하는 경우에 적합하여 액적 회수를 행하는 제2 토출 모드의 토출 안정성의 우위를 도모할 수 있다.

이상에 설명한 각 실시 형태는 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 조합하여 이용할 수도 있다.

이상 상세하게 서술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 초음파 방식에 있어서 액적의 토출 효율과 반복 토출 주파수의 향상을 도모하고, 또한 헤드의 고밀도 배치를 실현할 수 있는 연속 토출식 잉크젯 기록 장치를 제공할 수 있다.

Claims (20)

1. 진동자로부터 발생하는 음파를 집속시켜 그 음압으로 기록액을 그 액면으로부터 액적으로서 토출시키는 음파 방식의 잉크젯 기록 장치이며,

   기록액을 보유 지지하는 기록액 보유 지지실과,

   주진동자와, 적어도 그 편측에 배치되는 부진동자를 갖고 신호의 인가에 의해 음파를 발생하는 압전 소자와,

   상기 압전 소자로 발생시킨 음파를 상기 기록액의 표면 근방에 집속시켜, 이에 의해 상기 기록액을 액적으로서 비상시키는 음파 집속체와,

   상기 기록액의 표면과 대향하여 상기 비상하는 액적을 통과시키는 개구를 갖고 상기 비상하는 액적 중, 상기 개구를 통과하지 않은 액적이 충돌하여 상기 기록액 보유 지지실에 직접적으로 또는 간접적으로 회수시키기 위한 상기 기록액의 표면과 대향하는 액적 회수면을 갖는 액적 회수체를 구비하고,

   상기 압전 소자의 상기 주진동자에 구동 신호를 인가한 상태에 있어서, 화상 기록 데이터에 따라서 상기 부진동자에 상기 구동 신호의 인가를 오프 또는 온으로 제어함으로써, 상기 액적이 상기 액적 회수체의 상기 개구를 통과하는 직진 비상 상태에 있는 제1 토출 모드와, 상기 액적 회수체의 상기 액적 회수면에 충돌하는 편향 비상 상태에 있는 제2 토출 모드로 절환 가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 부진동자는 상기 주진동자의 양측에 설치되어 있는 잉크젯 기록 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 음파 집속체는 프레널 렌즈와 오목 렌즈 중 어느 하나인 잉크젯 기록 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 액적 회수체는 상기 개구 중 적어도 편측에 상기 액적 회수면을 갖는 잉크젯 기록 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 액적 회수체는 상기 개구의 양측에 상기 액적 회수면을 갖는 잉크젯 기록 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 액적 회수면은 그곳에 충돌한 상기 액적이 중력에 의해 상기 액적 회수면에 따라 흘러 모이는 것을 안내하는 면으로서 형성되어 있는 잉크젯 기록 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 주진동자 및 상기 부진동자와 상기 음파 집속체를 상기 제1 및 제2 토출 모드를 만족하도록 구성되어 있는 잉크젯 기록 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 압전 소자에 인가하는 상기 구동 신호를 생성하는 구 동 신호 발생 회로를 추가로 구비하는 잉크젯 기록 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 구동 신호 발생 회로는 상기 구동 신호를 상기 주진동자에 가한 상태에 있어서, 적어도 외부로부터의 상기 화상 기록 데이터 신호에 따라서 상기 구동 신호를 상기 부진동자에 인가하는 것을 온 또는 오프 가능하게 구성되어 있는 잉크젯 기록 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 주진동자와 상기 음파 집속체는 각각의 중심을 서로 옮겨 배치되어 있는 잉크젯 기록 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 액적 회수면의 더욱 내부측에 상기 액적 회수면으로부터 상기 기록액 보유 지지실로 회수되는 과정의 상기 액적과, 상기 개구로부터 외부로 비상하는 상기 액적이 서로 충돌하지 않게 하는 격벽을 설치한 잉크젯 기록 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 음파 집속체는 상기 액적을 수평 방향으로 비상시키는 방향으로 설치되어 있고, 상기 액적 회수면은 적어도 상기 개구의 하방에 형성되어 있는 잉크젯 기록 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 음파 집속체는 상기 액적을 수직 방향에 따라 하방으 로 비상시키는 방향으로 설치되어 있고, 상기 액적 회수면은 상기 개구의 좌우 중 적어도 한 쪽에 상향으로 형성되어 있는 잉크젯 기록 장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 주진동자와 상기 음파 집합체는 서로의 중심이 일치한 위치 관계로 설치되어 있고, 상기 주진동자의 편측에 상기 부진동자가 설치되어 있는 잉크젯 기록 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 주진동자 중 적어도 편측에 복수의 상기 부진동자가 설치되어 있는 잉크젯 기록 장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 음파 집속체는 상기 액적의 비상 방향에 대해 비스듬히 음파를 진행시키는 위치 관계로 설치되어 있는 잉크젯 기록 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 압전 소자는 초음파를 발생시키는 것인 잉크젯 기록 장치.
18. 진동자로부터 발생하는 음파를 집속시켜 그 음압으로 기록액을 그 액면으로부터 액적으로서 토출시키는 음파 방식의 잉크젯 기록 장치이며,

    매트릭스형으로 배열된 복수의 기록액 토출 유닛을 갖고, 인접하는 행끼리에 있어서는 상기 유닛은 위치 어긋남된 상태로 배치되어 있고, 상기 각 유닛은

    기록액을 보유 지지하는 기록액 보유 지지실과,

    주진동자와, 적어도 그 편측에 배치되는 부진동자를 갖고 신호의 인가에 의해 음파를 발생하는 압전 소자와,

    상기 압전 소자로 발생시킨 음파를 상기 기록액의 표면 근방에 집속시켜, 이에 의해 상기 기록액을 액적으로서 비상시키는 음파 집속체와,

    상기 기록액의 표면과 대향하여 상기 비상하는 액적을 통과시키는 개구를 갖고 상기 비상하는 액적 중, 상기 개구를 통과하지 않은 액적이 충돌하여 상기 기록액 보유 지지실로 직접적으로 또는 간접적으로 회수시키기 위한 상기 기록액의 표면과 대향하는 액적 회수면을 갖는 액적 회수체를 구비하고,

    상기 압전 소자의 상기 주진동자에 구동 신호를 인가한 상태에 있어서, 화상 기록 데이터에 따라서 상기 부진동자에 상기 구동 신호의 인가를 오프 또는 온으로 제어함으로써, 상기 액적이 상기 액적 회수체의 상기 개구를 통과하는 직진 비상 상태에 있는 제1 토출 모드와, 상기 액적 회수체의 상기 액적 회수면에 충돌하는 편향 비상 상태에 있는 제2 토출 모드로 절환 가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 압전 소자는 초음파를 발생하는 잉크젯 기록 장치.
20. 진동자로부터 발생하는 음파를 집속시켜 그 음압으로 기록액 보유 지지실 중의 기록액을 그 액면으로부터 액적으로서 토출시킨 액적을 회수하는 기록액의 회수 방법이며,

    압전 소자의 주진동자에 구동 신호를 인가한 상태에 있어서, 화상 기록 데이터에 따라서 상기 주진동자에 인접하여 배치한 부진동자로 상기 구동 신호의 인가를 오프 혹은 온함으로써, 상기 액적을 직진 비상시켜 액적 회수체의 개구를 통과시키고, 온 혹은 오프함으로써 상기 액적을 편향 비상시켜 상기 액적 회수체의 액적 회수면에 충돌시키고 액적을 회수하는 것을 특징으로 하는 기록액의 회수 방법.

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