(57)【要約】【課題】  音響レンズの焦点位置を可変可能に構成し、これによりインク飛翔時の液滴サイズを変更できるようにする。【解決手段】  超音波発生部（１５，１６，１７等）と液滴飛翔部（１０，１１，１２等）とを分離した構造を持つ音響インクジェット方式の画像形成装置において、超音波発生部と液滴飛翔部との間に超音波伝播材（１３Ａ，１３Ｂ等）を配置し、超音波集束のための音響レンズ１３としての機能を超音波伝播部材中に配置する。この音響レンズとしては、可変焦点レンズであるダイナモルフレンズ等を使用する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発生部と液滴飛翔部とを分離した構造を持つ音響インクジェット方式の画像形成装置において、
超音波発生部と液滴飛翔部との間に超音波伝播材を配置し、
超音波集束のための音響レンズ機能を超音波伝播部材中に配置することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記超音波集束のための音響レンズが、ダイナモルフレンズであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響インクジェット記録方式であって、音響レンズを用いることによりインクを記録紙へ選択的に飛翔させて、記録パターンを記録紙上に作成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からインクジェットプリンタとして、種々の構造をもつものが知られている。
例えばピエゾ方式やサーマル方式のインクジェット方式が従来から提案されている。しかし、これらの方式では、ノズルの目詰まりが発生しやすく印字不良の発生頻度が高いという問題があった。
【０００３】
また、ピエゾ方式では、複雑なオリフィス構造を形成する必要があり、コストが高くなっていた。さらに、サーマル方式では、ヘッド部でのヒーターによる加熱が必要なので、インクの熱対策が必要となりインク選択の範囲が狭くなる不具合が生じていた。
【０００４】
これらの不具合を解決し得るものとして、例えば音響波発生手段を用い、該手段からの音波を集束させてインク液滴を飛翔させて記録紙等に記録印字を行う音響インクジェットプリンタも従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４５６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した音響インクジェットプリンタにおいて、たとえば製造ミス等が生じた際に、インク液滴の飛翔方向にばらつきが生じることがある。このような飛翔方向のばらつきを生じると、印字品質を確保するうえで問題であり、何らかの対策を講じることが望まれている。
また、上述した従来装置では、インク液滴サイズを可変することも不可能であり、この点でも何らかの対策が必要となっている。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、かつ簡単な操作により、音響レンズとして焦点位置を可変可能に構成し、液滴サイズの変更も可能となり、記録ヘッドとしての印字品質や機能を発揮させることができる画像形成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係る画像形成装置は、超音波発生部と液滴飛翔部とを分離した構造を持つ音響インクジェット方式の画像形成装置において、超音波発生部と液滴飛翔部との間に超音波伝播材を配置し、超音波集束のための音響レンズ機能を超音波伝播部材中に配置することを特徴とする。
【０００９】
本発明（請求項２記載の発明）に係る画像形成装置は、請求項１記載の画像形成装置において、前記超音波集束のための音響レンズが、ダイナモルフレンズであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本発明に係る画像形成装置によれば、超音波集束のための音響レンズ機能を超音波伝播部材中に配置するようにしているから、簡単な構成であるにもかかわらず、焦点位置を可変可能な音響レンズをきわめて簡単に構成することが可能になり、また液滴サイズ可変可能になる等の種々優れた効果を奏する。
【００１１】
特に、本発明によれば、互いに混ざり合わない液体同士の界面を利用するダイナモルフ レンズを、焦点位置を可変可能な音響レンズとして用いることにより、該ダイナモルフレンズをカップリング剤としての機能も持たせることができるから、この音響レンズのみで、超音波伝播を可能とすることができ、装置（記録ヘッド）の小型が可能になる等の優れた効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示し、装置全体の模式的断面図である。
【図２】本発明の特徴とする記録ヘッドを示す概略断面図である。
【図３】本発明の特徴とする記録ヘッドの要部断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明を特徴とする音響レンズとしてのダイナモルフレンズによる変形の様子を説明するための図である。
【図５】記録ヘッドにおいて、音響レンズの配置等を示す概略図である。
【図６】記録ヘッドでの印字時の超音波の伝播状態を説明するための概略断面図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は音響レンズの焦点位置を可変したときの飛翔インク液滴サイズの変化を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１ないし図５は本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示すものであり、これらの図において、本発明の画像形成装置は、音響インクジェット記録方式によるものであって、インクを記録紙へ選択的に飛翔させて、記録パターンを記録紙上に作成するようになっている。
【００１４】
その模式的断面図を図１に示す。
これを簡単に説明すると、この画像形成装置は、大きく分けて給紙部Ａ、記録部Ｂ、排紙部Ｃで構成されている。
給紙部Ａは、給紙カセット１、給紙ローラ２で構成され、不図示の中央演算装置から送られて来る給紙データに応じて記録部Ｂへ用紙Ｐを供給する。
【００１５】
記録部Ｂは、搬送ローラＡ３、搬送ローラＢ７、プラテンローラ４、記録ヘッド５で構成されている。記録ヘッド５はライン型を採用する。記録ヘッド５には、インクタンク６が接続されている。
【００１６】
印字データに応じて記録ヘッド５からインクＩが用紙Ｐへ向けて飛翔し、記録が行われる。必要に応じてインクタンク６からインクが記録ヘッド５へ供給される。記録部Ｂで記録が完了した用紙Ｐは、搬送ローラＢ７の回転により排紙部Ｃへ向かう。排紙部Ｃでは、記録が完了した用紙Ｐを排紙カセット８にスタックする。
【００１７】
記録ヘッド５の構成を図２、図３、図４、図５、図６に示す。
記録ヘッド５は、図２に示すように、ガラス基板９に形成された振動子１４と、該振動子１４に対応してガラス基板９を介してインク層１０側に配置された音響レンズ１３と、上部プレート１２で構成され、上部プレート１２には開口部１１が形成されている。
【００１８】
本画像形成装置は、音響インクジェット方式であり、振動子１４で発生した超音波がガラス基板９を伝播し、音響レンズ１３で集束され、インク層１０中のインクを上部プレート１２の開口部１１から選択的に飛翔させる。ここで、開口部１１は、飛翔インク滴サイズよりも十分に広く、インク滴サイズを制御する機能は持っていない。
【００１９】
また、従来のサーマル方式やピエゾ型インクジェットでは、ノズル径がΦ２０μｍ前途と非常に小さく目詰まりしやすかったが、本発明では、開口部１１は、Φ５０μｍ程度と従来よりもかなり大きくなっており、インク目詰まりの問題も発生しない。
【００２０】
図３、図４、図５により、振動子１４と音響レンズ１３の構成を以下に説明する。
図３に示すように、振動子１４は、共通電極１７、圧電体１６、セグメント電極１５とで構成される。圧電体１６は、Ｚｎｏ，Ｐｚｔ等で構成される。印字データに応じて共通電極１７、セグメント電極１５に印加される電界によって、圧電体１６は振動し超音波を発生する。
【００２１】
例えば、圧電体１６に６μｍ厚のＰｚｔ膜を使用した場合、２５０Ｍｈｚ、Ｖp-p ２０ＶのＡＣ電界で駆動する。そして、発生した超音波は、ガラス基板９を介して音響レンズ１３で集束される。
【００２２】
音響レンズ１３は、ダイナモルフレンズ(Dynamorph Lens)を採用する。
ダイナモルフレンズ(Dynamorph Lens)は、互いに混ざらない液体同士の界面を音の屈折面として用い、その屈折面形状を液体の圧力で制御することを原理とする。
さらに、音響レンズ１３は、振動子１４で発生した超音波をガラス基板９を介して、インクタンク１０に伝達させるカップリング剤としての機能も有する。
【００２３】
図３に音響レンズの断面図を示す。
これを詳述すると、容器１３Ｆは上部タンクと下部タンクとの２層構造を持つ。下部タンクには、変形部１３Ｄおよびアクチュエータ１３Ｅが配置される。アクチュエータ１３Ｅには不図示の駆動装置が接続されていて、制御信号によりアクチュエータ１３Ｅの伸縮を行うことが可能になっている。
【００２４】
音響インピーダンスが異なり交じり合わない液体Ａ１３Ａと液体Ｂ１３Ｂとが容器１３Ｆの上部タンク及び下部タンクに充填されている。液体Ａ１３Ａと液体Ｂ１３Ｂは容器１３Ｆ中央の円形の開口部１３Ｃで接して界面を形成する。
【００２５】
容器１３Ｆには、変形部１３Ｄとアクチュエータ１３Ｅが配置されている。液体Ｂ１３Ｂは、ガラス基板９に接し、容器１３Ｆの上部が開放され、インクタンク１０に液体Ａ１３Ａが接触するように構成される。これにより、超音波の伝播をガラス基板９からインクタンク１０に行うことが可能になる。アクチュエータ１３Ｅの伸縮により、変形部１３Ｄが押されると液体Ｂ１３Ｂが押されるので開口部１３Ｃの界面の形状が変形する。
【００２６】
変形の様子を、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。
すなわち、変形部１３Ｄが、アクチュエータ１３Ｅに押されていない場合、図４（ｃ）の状態になる。アクチュエータ１３Ｅにより変形部１３Ｄが押されると、容器１３Ｆの容量が変化するので、開口部１３Ｃの界面の状態が変化し、図４（ａ），（ｂ）に示すような形状になる。
【００２７】
この動作により、界面の曲率をアクチュエータの変位によりコントロールすることが可能になる。したがって、界面で形成される音響レンズ１３の焦点位置を制御可能になる。
ここで、液体Ａと液体Ｂは、例えば、シリコンオイルと純水で構成される。また、アクチュエータ１３Ｅとしては、ピエゾ素子を用いることができる。勿論、これらの材料に限定されないことはいうまでもない。
【００２８】
通常の印字パターン時には、図６に示すように、開口部１１のインク表面に超音波が集束するように調整されている。集束した超音波によりメニスカスが形成され、インク飛翔を行い、印字を完成させることができる。
【００２９】
また、音響レンズ１３の焦点位置をインク層表面よりずらした位置にすると、図７（Ｂ）のように焦点がインク層表面に合わせたとき、図７（Ａ）よりもメニスカスが大きくなり、飛翔インク滴サイズも大きくなる。
【００３０】
このようにして、音響レンズ１３の焦点位置を変化させることにより飛翔インク滴サイズを可変することが可能になる。これにより、従来のピエゾ方式やサーマル方式のインクジェット方式ではできなかったインク滴サイズ可変が可能なる。
【００３１】
また、使用するインクの粘度、表面張力が変わった場合には、適切な飛翔インク液滴サイズが得られるように焦点位置を可変して調整することも可能になるので、使用するできるインクの範囲が広くなり、各種メディアに対応可能になる等の利点もある。
【００３２】
すなわち、本発明によれば、上述したようにダイナモルフレンズを用いることにより、焦点位置を可変可能な音響レンズ１３を構成することが可能になり、液滴サイズ可変可能になる。さらに、ダイナモルフレンズによる音響レンズ１３は、カップリング剤としての機能も有するので、音響レンズのみで、超音波伝播を可能とすることが出来るので装置の小型が可能になる。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、画像形成装置を構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。
【００３４】
また、上述した実施形態では、可変焦点の音響レンズ１３として、ダイナモルフレンズを用いた場合を例示したが、これに限らず、例えば特開平１１−１７８８２１号公報に開示されているような可変焦点レンズ等を、音響レンズ１３として用いてもよいことは容易に理解されよう。
【符号の説明】
【００３５】
９  ガラス基板
１０  インクタンク
１１  開口部
１２  上部プレート
１３  音響レンズ
１４  振動子
１５  セグメント電極
１６  圧電体
１７  共通電極
１３Ａ  液体Ａ
１３Ｂ  液体Ｂ
１３Ｃ  開口部
１３Ｄ  変形部
１３Ｅ  アクチュエータ
１３Ｆ  容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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