(57)【要約】【課題】  インク飛翔時のインク面での不安定さを解消し、インク飛翔を安定化させるとともに、印字速度を向上させることができる画像形成装置を得る。【解決手段】  圧電体を使用し、圧電体の共振により発生した放射圧によりインクを飛翔させるノズルレス音響インクジェット方式による画像形成装置において、飛翔用振動子としての圧電体１５に加えて、印字期間中安定したメニスカスを継続的に形成させるためのメニスカス発生用手段として超音波振動子１６を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体を使用し、圧電体の共振により発生した放射圧によりインクを飛翔させるノズルレス音響インクジェット方式による画像形成装置において、
メニスカス発生用手段を備え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、
前記メニスカス発生手段は、超音波振動子であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記メニスカス発生手段として、複数の超音波振動子を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３記載の画像形成装置において、
複数のメニスカス発生用超音波振動子の出力を可変させるように構成した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、圧電体の共振により発生した放射圧によりインクを飛翔させるノズルレス音響インクジェット方式による画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の画像形成装置として、音波発生手段によって発生させた音波によりインク自由表面よりインクをインクの自由表面に集束させ、吐出させることにより、インク自由表面と対向する位置にある画像記録媒体に印字を行なわせるノズルレス方式のインク記録装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７６６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した従来のノズルレス音響インクジェット方式では、インク飛翔後にインク面が不安定になり、次のインク飛翔が不安定になるという問題を生じている。
さらに、インク層表面が安定するまで次の印字を行うことがないので、印字速度の低下という問題が生じていた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、インク飛翔時のインク面での不安定さを解消し、インク飛翔を安定化させるとともに、印字速度を向上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】
【０００６】
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、圧電体を使用し、圧電体の共振により発生した放射圧によりインクを飛翔させるノズルレス音響インクジェット方式による画像形成装置において、メニスカス発生用手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
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において、メニスカス発生手段は、超音波振動子であることを特徴とする。
【０００８】
本発明（請求項３記載の発明）に係る画像形成装置は、請求項１において、メニスカス発生手段として、複数の超音波振動子を用いることを特徴とする。
【０００９】
本発明（請求項４記載の発明）に係る画像形成装置は、請求項３において、複数のメニスカス発生用超音波振動子の出力を可変させるように構成したことを特徴とする。
【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、飛翔用振動子とメニスカス形成用振動子とを配置することにより、安定したメニスカスを形成し、インク層表面を安定化することが可能になり、その結果インク飛翔の安定化および印字速度の向上を行うことができる。
【００１１】
また、本発明によれば、連続してメニスカスを形成することができるから、インク層表面の安定化が可能になり、印字速度の向上を行うことができる。さらに、インク飛翔用振動子の間隔を狭くすることができるから、記録解像度の向上が可能になるという利点もある。
【００１２】
また、本発明によれば、メニスカス形成用振動子の出力を可変させることにより、インク飛翔方向の制御も可能になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１ないし図６は本発明に係る画像形成装置の第１実施形態を示し、これらの図において、本発明の画像形成装置は、ノズルレス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。
その模式的断面図を図１に示す。
【００１４】
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く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。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。
【００１６】
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をスタックする。
【００１７】
記録ヘッド５の構成を図２、３、４に示す。
本発明では、音響インクジェット方式を採用する。
記録ヘッド５は、インク飛翔用の振動子Ａ１５とメニスカス発生用の振動子Ｂ１６、ガラス基板９、インク搬送路１３で構成されている。
【００１８】
これらの振動子Ａ１５、振動子Ｂ１６の構造を図３（Ａ），（Ｂ）に示す。
すなわち、インク飛翔用振動子Ａ１５は、図３（Ａ）に示すように、インクに接する面を防水膜１４で覆われており、インクが振動子Ａ１５内の電極に直接触れないような構造になっている。
また、この振動子Ａは、圧電体１１を共通電極１２とセグメント電極１０とで挟み込む形で配置されている。
【００１９】
振動子Ｂ１６は、図３（Ｂ）に示すように、振動子Ａ１５とはガラス基板９を挟んだ両側に配置され、振動子同士の中心は同一になるようになっている。
そして、この振動子Ｂ１６も、圧電体１９を電極１７，１８で挟み込む形になっている。
【００２０】
図４にインク搬送路１３側から見た振動子Ａ１５と振動子Ｂ１６の位置を示す。ここでは、説明のために防水膜１４は、省略している。
振動子Ａ１５と振動子Ｂ１６は、ガラス基板９を挟んで配置され、振動子Ａ１５は、振動子Ｂ１６毎に配置されている。
ここで、本発明によれば、振動子Ｂ１６は、コイン型の形状をしており、その位置は、点線で示している。
【００２１】
図５に振動子Ｂ１６の機能を示す。
不図示の制御装置から連続交流電圧が振動子Ｂ１６に印加されると、振動子Ｂ１６は超音波を発生し、超音波がガラス基板９を伝播しインク搬送路１３のインク表面にメニスカス２０を形成する。メニスカス２０の高さは、振動子Ｂ１６で発生する超音波の音圧によって決まる。振動子Ｂ１６の機能は、上述したようにインク層表面にメニスカス２０を形成するだけである。
【００２２】
振動子Ａ１５には、印字データに応じて高周波のバースト波が印加される。
図６に示すように振動子Ｂ１６の動作によりメニスカス２０が形成されているインク層に振動子Ａ１５から高周波の超音波が印加されるとメニスカス２０先端からインク２１が飛翔する。飛翔したインク２１が不図示の用紙Ｐに到達することにより印字が完了する。
【００２３】
メニスカス２０が振動子Ｂ１６によって形成されていない場合でも、振動子Ａ１５によって、インクを飛翔させることは可能であるが、振動子Ａ１５のみでインクを飛翔させると振動子Ａ１５に印加される高周波のバースト波毎にメニスカスが形成、インク飛翔を繰り返す。この場合、メニスカスが生成、消滅するのを繰り返すとインク層表面の状態が不安定になり、インク飛翔方向が不安定になると言う不具合が生ずる。メニスカスが消滅しインク表面が安定してから次の高周波バースト波を印加すれば、インク飛翔は安定するが、インク表面が安定するまでに時間が掛かり、記録速度が低下する不具合も生ずる。
【００２４】
さらに、振動子Ａ１５に印加するエネルギーが高くなり、振動子Ａ１５自体が発熱し、圧電体１１の温度が高くなると圧電体１１の熱破壊の危険が発生する。
本発明では、振動子Ｂ１６によって印字時間中は連続してメニスカス２０が形成されるため、インク層表面は振動せずに安定している。そのため、振動子Ａ１５に印加される高周波バースト波毎にメニスカスが発生、消滅を繰り返しインク層表面が振動することがなくなる。そして、インク層表面が振動せずに安定しているので、印字間隔を短くすることが可能になり、高速印字が実現できる。
【００２５】
すなわち、本発明によれば、振動子Ａ１５と振動子Ｂ１６とで機能を分離したので、それぞれの振動子に印加するエネルギーを低くすることが可能になる。そのため、振動子の熱破壊の危険性が低減される。
【００２６】
本発明では、振動子Ａ１５の圧電体１１には、ＺｎＯを用いている。振動子Ｂ１６の圧電体１９には、ＰＺＴを用いている。
圧電体１９には、２．４ＭＨｚの連続交流電圧が印加され、インク層にメニスカス２０を形成する。圧電体１１には、２６０ＭＭｚのバースト波が印加される。
本発明では、１ｄｏｔのインク飛翔を行うのにバースト長は、５μｓｅｃであった。メニスカス２０が振動子Ｂ１６により安定して形成されているので、インク層表面が安定している。これにより、バースト波の繰り返し周波数は、１０Ｋｈｚまではインク飛翔が可能であった。
【００２７】
従来例では、インク飛翔時には事前にメニスカス２０が形成されていない。インク飛翔に必要なバースト長は、２０μｓｅｃとなり、本発明よりも長くする必要がある。
さらに、インク飛翔後、インク層表面はインク飛翔毎に振動する。次のインク飛翔を行うにはインク層表面が安定している必要があるので、安定するまで次のインク飛翔を行うことができない。バースト波の繰り返し周波数の上限は１Ｋｈｚまでとなり、本発明の実施例よりも印字速度の向上は行えなかった。
【００２８】
以上の構成によれば、飛翔用振動子１５とメニスカス形成用振動子１６とを配置することにより、安定したメニスカス２０を形成し、インク層表面を安定化することが可能になり、その結果としてインク飛翔の安定化および印字速度の向上を行うことが可能になるものである。
【００２９】
ここで、上述した実施形態の構成において、図７に示すように、振動子Ｂ１６への入力電圧を変化させることにより、メニスカス２０のサイズが変化させることが可能である。これにより、メニスカス２０のサイズにより飛翔インク２１のサイズを変化させることができるので、濃度階調が可能になる。
【００３０】
図８ないし図１０は本発明の第２実施形態を示す。
すなわち、この実施形態では、メニスカス形成用振動子１個に対して、複数個の飛翔用振動子を対応させる。この場合のレイアウトを図８に示す。この図８は、ガラス基板９をインク搬送路１３側から見たものである。防水膜１４は説明の為に省略してある。
振動子Ｂ１６は、ガラス基板９の反対側に配置されるが、説明の為に点線で位置を示した。振動子Ｂ１６Ａ，Ｂは、長方形２枚で振動子Ａ１５を挟み込む形でレイアウトされている。
【００３１】
図８の矢印Ａの方向から見た模式的断面図を図９，１０に示す。
図９に示すようにインク飛翔用振動子Ａ１５を挟む形で、メニスカス発生用振動子Ｂ１６Ａ，Ｂはガラス基板９上に配置されている。振動子Ｂ１６Ａ，Ｂにメニスカス形成用の波形が入力されると図１０に示すようにメニスカス２２が形成される。
【００３２】
なお、上記の第１実施形態のように、コイン型振動子Ｂ１６を使った場合、メニスカス２０は円錐状に形成される。一方、この第２実施形態の場合、長方形の振動子Ｂ１６Ａ，Ｂを２枚使用すると超音波が干渉し、振動子Ｂ１６ＡＢの長手方向に伸びている振動子Ａ１５を頂点としたメニスカス２２が形成される。
【００３３】
図８の矢印Ｃの方向から見たメニスカス２２の様子を図１１に示す。
また、図８の矢印Ｂの方向から見た断面図を図１２に示す。
すなわち、この図１２に示すように印字データに応じた高周波交流電圧が振動子Ａ１５に印加されるとメニスカス２２の先端からインクが飛翔する。メニスカス２２は、振動子Ｂ１６Ａ，Ｂによって形成されているので、第１実施形態と同様にメニスカス２２の状態は、振動子Ａ１５の状態に関係なく保持されている。したがって、高速印字にも対応可能である。
【００３４】
さらに、上述した第１実施形態では、円錐状のメニスカス２０が形成されるので、メニスカス２０同士が干渉しないように振動子Ａ１５の間隔を調整する必要があったが、実施例２では、メニスカス２２は長手方向に連続的に形成されるので、振動子Ａ１５の間隔を狭めることが可能になり高密度印字が可能になる。
【００３５】
また、メニスカス発生用振動子Ｂ１６Ａ，Ｂに入力される連続交流電圧の電圧を通常印字の場合同一としているが、振動子Ｂ１６Ａに入力する電圧と振動子Ｂ１６Ｂに入力する電圧とに差をつけると、前述した図７で例示したようにメニスカス２２の状態が変化する。
【００３６】
ここで、振動子Ｂ１６Ａに入力される電圧をＡとする。振動子Ｂ１６Ｂに入力される電圧をＢとする。
入力する電圧がＡ＝Ｂの場合、図１３（Ａ）に示すように、振動子Ａ１５上にメニスカス２２の先端が保持され、この状態で振動子Ａ１５に記録信号が入力されるとインクは垂直に飛翔する。また、Ａ＜Ｂの場合、図１３（Ｂ）に示すように、メニスカス２２は、振動子Ｂ１６Ａの方向に傾く。この状態で、振動子Ａ１５に記録信号が入力されるとインクは、メニスカス２２の傾いた方向に飛翔する。
【００３７】
さらに、Ａ＞Ｂの場合も同様にメニスカス２２を傾けることができるので、図１３（Ｃ）に示すように、メニスカス２２の傾いた方向にインクを飛翔させることが可能になる。
すなわち、振動子Ｂ１６Ａ，Ｂに入力する電圧を制御することにより、インクの飛翔方向を制御することが可能となる。
【００３８】
上述した第２実施形態での構成によれば、連続してメニスカスを形成することが可能になるので、インク層表面の安定化が可能になり、印字速度の向上を行うことができる。
【００３９】
また、インク飛翔用振動子の間隔を狭くすることができるので、記録解像度の向上が可能になる。
さらに、メニスカス形成用振動子Ｂ１６Ａ，Ｂの出力を可変させることによりインク飛翔方向の制御も可能になる。
【００４０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る画像形成装置の第１実施形態を示し、その模式的断面図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置における記録ヘッドの詳細図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）はインク飛翔用振動子Ａ、メニスカス発生用振動子Ｂの詳細図である。
【図４】インク搬送路側から見た振動子Ａと振動子Ｂの位置を示す図である。
【図５】振動子Ｂの機能を示す図である。
【図６】図５の振動子Ｂの動作を説明するための説明図である。
【図７】振動子Ｂへの入力電圧を変化させた場合の説明図である。
【図８】本発明に係る画像形成装置の第２実施形態を示す概略平面図である。
【図９】図８の矢印Ａ方向から見た模式的断面図である。
【図１０】図８の矢印Ａ方向から見た模式的断面図であって、メニスカスを形成した場合の説明図である。
【図１１】図８の矢印Ｃ方向から見た図である。
【図１２】図８の矢印Ｂ方向から見た図である。
【図１３】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、振動子Ｂ１６Ａ、１６Ｂに入力する電圧の大小関係を変化させた場合の説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
５…記録ヘッド、６…インクタンク、９…ガラス基板、１０…セグメント電極、１１…圧電体Ａ、１２…共通電極、１３…インク搬送路、１４…防水膜、１５…インク飛翔用振動子Ａ、１６；１６Ａ，１６Ｂ…メニスカス形成用振動子Ｂ、１７，１８…電極、１９…圧電体、２０…メニスカス、２１…インク、２２…メニスカス。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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