(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
収束超音波をインクに向けて放射し、この収束超音波の収束点近傍のインクをインク滴として吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置において、
複数の圧電素子を所定ピッチで配列した圧電素子アレイと、この圧電素子アレイ中の所定数個の圧電素子からなる圧電素子グループを同時駆動する駆動手段を備え、
前記駆動手段は、前記圧電素子グループの中心位置を基準として対称の位置にある少なくとも一対の圧電素子を吐出量制御素子とし、この吐出量制御素子をインク滴径情報に応じて駆動／非駆動を選択する吐出量制御手段を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記吐出量制御手段は、非駆動時に前記吐出量制御素子に直流電圧を印加する手段であ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。
【請求項３】
前記吐出量制御手段は、非駆動時に前記吐出量制御素子に前記収束点における収束超音波を弱める位相の高周波電圧を印加する手段であ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。
【請求項４】
収束超音波をインクに向けて放射し、この収束超音波の収束点近傍のインクをインク滴として吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置において、
複数の圧電素子を所定ピッチで配列した圧電素子アレイと、この圧電素子アレイ中の所定数個の圧電素子からなる圧電素子グループを同時駆動する駆動手段を備え、
前記駆動手段は、インク滴径情報に応じ、同時駆動する前記圧電素子数を変化させる吐出量制御手段を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に係わり、特に超音波を用い、かつインク滴の粒径制御可能なインクジェット記録装置に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インク液を記録媒体上に吐出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、現像や定着等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。現在までに、数多くのインクジェットプリンタの方式が提案されているが、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吐出させる方式および圧電体の変位による圧力パルスでインク滴を吐出させる方式が代表的なものである。
【０００３】
しかしながら、これらのインクジェットプリンタは、インク滴を吐出させるノズル径によってインク滴の径が決定するため、解像度を高めるにはノズル径を小さくさせる必要があり、その結果ノズルの目詰まりが生じやすくなるという問題が生じる。
【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吐出させる超音波方式が提案されている。
【０００５】
超音波方式では、ノズルレスの構成を採ることが可能なため、ノズルの目詰まりが生じることがなく、非常に小さい径のインク滴を安定に吐出させることができる。
【０００６】
超音波方式のインクジェットプリンタの中でも、圧電素子アレイ方式のものが提案されている。これはアレイ状に配置された圧電素子の一部（圧電素子グループ）に位相制御した電圧で同時駆動し、同時駆動されたそれぞれの圧電素子から位相制御した超音波を励起して、インク液面近傍の一点に集中させる方式である。この方式によれば同時駆動する圧電素子グループを、アレイ上で順次ずらしていくことで、アレイ方向にリニア電子走査することが可能になる。
【０００７】
この方式では、同時に駆動する圧電素子グループの素子数を一定にすれば、圧電素子グループの組み合わせを切り替えるだけで走査が可能であるため、駆動回路は複雑な遅延時間を制御する必要がなく、１つの圧電素子グループの遅延時間パターンを制御するだけでよい。
【０００８】
さらに、このリニア電子走査方式における遅延時間の設定方法として、通常の電子フォーカス方式で用いられる二次関数的な遅延時間の設定ではなく、フレネル回折理論に基づいて圧電素アレイをさらに２つのグループに分け互いに位相が半波長異なるように遅延時間を設定するという、より簡便な方法も提案されている（特開平８−１３２６０７号）。
【０００９】
しかしながら、超音波方式のインクジェットプリンタにおけるインク滴径は、従来超音波の周波数、すなわち圧電素子の厚みによって制御しているため、同じ圧電素子アレイを用いて階調制御するためには、一画素を形成するためのインク滴の数で制御する必要がある。そのために印字速度が低下するという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の超音波方式のインクジェットプリンタにおいては、一画素のサイズを変更して画像階調を制御するためには、一画素に対して複数のインク滴を吐出させなければならず、そのために印字速度が低下するという問題が生じた。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、画像階調の情報に応じてインク滴の径を変化させることを可能にし、印字速度を低下させずに画像階調制御することが可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェット記録装置は、収束超音波をインクに向けて放射し、この収束超音波の収束点近傍のインクをインク滴として吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置において、複数の圧電素子を所定ピッチで配列した圧電素子アレイと、この圧電素子アレイ中の所定数個の圧電素子からなる圧電素子グループを同時駆動する駆動手段を備え、前記駆動手段は、前記圧電素子グループの中心位置を基準として対称の位置にある少なくとも一対の圧電素子を吐出量制御素子とし、この吐出量制御素子をインク滴径情報に応じて駆動／非駆動を選択する吐出量制御手段を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明者らは、吐出するインク滴の粒径が、超音波の波長だけでなく、収束した超音波のエネルギー量によって変化することを確認し、本発明に至った。すなわち、本発明によればインク滴の粒径情報に応じ、同時駆動する圧電素子数を変えることで階調制御を行うことを可能にしている。
【００１４】
また、前記吐出量制御手段は、非駆動時に前記吐出量制御素子に直流電圧を印加する手段とすることができる。
【００１５】
圧電素子は、通常狭ピッチで配列されるために、隣接する圧電素子に印加される電圧による影響で、不所望の振動が発生する恐れがある。同時駆動しない圧電素子に直流電圧を印加することで、その振動を抑制することができる。
【００１６】
また、前記吐出量制御手段は、非駆動時に前記吐出量制御素子に前記収束点における収束音波を弱める位相の高周波電圧を印加する手段とすることができる。
【００１７】
非駆動時に吐出量制御素子に収束超音波を弱める超音波を発生させることで、インク吐出位置における収束超音波のエネルギー量を低下させることが可能なため、インク滴の粒径差を大きくすることができる。
【００１８】
本発明の別のインクジェット記録装置は、収束超音波をインクに向けて放射し、この収束超音波の収束点近傍のインクをインク滴として吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置において、複数の圧電素子を所定ピッチで配列した圧電素子アレイと、この圧電素子アレイ中の所定数個の圧電素子からなる圧電素子グループを同時駆動する駆動手段を備え、前記駆動手段は、インク滴径情報に応じ、同時同駆動する前記圧電素子数を変化させる吐出量制御手段を有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るインクジェット記録装置の記録ヘッド部の構成を示す斜視図である。
【００２１】
支持部材１００としてのガラス基板の上面には個別電極（ガラス板側）１１２が形成され、さらにその上面には個別電極（ガラス板側）１１２の位置に対応した個別電極（圧電体層側）１０３が形成された圧電体層１０２とその上面に設けられた共通電極１０４とからなる圧電素子アレイ１０１が形成されている。すなわち、個別電極１１２，１０３および共通電極１０４と、両電極に挟持された圧電体層１０２とからなる圧電素子が配列した圧電素子アレイが形成されている。
【００２２】
また、支持部材１００上の圧電素子アレイ１０１が形成された側には、圧電素子アレイ１０１を囲うようにインク液保持室１０７が取り付けられ、その上面には、スリット板１０８が設けられている。インク液保持室１０７の内部には、インク液１０６が充填されている。
【００２３】
そして、圧電素子から発せられる超音波は、それぞれ音響レンズ１０５で収束され、スリット板１０８で形成されるスリット部に収束される。
【００２４】
本実施形態では、圧電素子アレイ１０１のうち圧電体層１０２はアレイ状に分割されておらず、個別電極１０３のみがアレイ状に分割されることにより、複数の圧電素子に分離されている。またこの例では、指示部材１００の圧電素子アレイ１０１と接触する面には、圧電体層１０２側に設けられた個別電極１０３と同じ間隔でガラス板側に設けられた個別電極１１２がアレイ状に形成されており、この支持部材１００上のアレイ状個別電極と接着剤を介して圧着され配線されている。この支持部材１００上のアレイ状個別電極は、同じ支持部材１００上に配置された駆動手段１１０にボンディングワイヤ１１１によって配線されている。また、共通電極１０４も同様に図示しないボンディングワイヤにより駆動手段１１０に配線されている。
【００２５】
圧電素子アレイ１０１は、駆動手段１１０と接続されており、インク液面近傍の所定の位置に超音波が収束するように、圧電素子アレイ１０１の一部の圧電素子を実質的に同時駆動することでインク液面からインク滴を吐出させる。
【００２６】
以下、この同時駆動する複数の圧電素子を圧電素子グループと呼ぶ。
【００２７】
本実施形態では、音響レンズ１０５としてフレネル輪帯理論に基づく凹凸が主走査方向（アレイの配列方向）に平行に形成された一次元フレネルレンズを用いている。この音響レンズ１０５の凹凸部分の厚みはそれぞれ音響レンズ中の波長の（２Ｎ＋１）／４倍（Ｎは０以上の整数）に近くなるように設定されており、また音響レンズ材料には圧電体層１０３の音響インピーダンスとインク液１０６のそれとの積の平方根に近い値のもの、例えばアルミナ粉末を分散させたエポキシ樹脂を用いることにより、音響レンズ１０５は音響マッチング層としての機能も兼ね備えている。
【００２８】
次に、圧電素子アレイ１０１の駆動方法について説明する。
【００２９】
圧電素子アレイ１０１の駆動方法としては、同時駆動する圧電素子グループのそれぞれの圧電素子に位相差を与えて駆動する方法として、凹面レンズ的な集率を模して二次関数的に違涜変化する複雑な位相差を割り当てる方法と、フレネルレンズ的な集束を模して互いに半波長すれた２相（以下、０相とπ相と呼ぶ）を割り当てる方法とが考えられる。後者は、駆動回路を非常に簡略化できる優れた方法であり、本実施形態ではこの０相とπ相の２相のみを用いる駆動方法を使用した。
【００３０】
図２は、図１に示すインクジェット記録ヘッドにおける超音波集束方法の原理を説明する図であり、（ａ）は副走査方向（アレイの配列方向と直行する方向）、（ｂ）は主走査方向の超音波集東状態をそれぞれ示している。図２（ａ）に示すように、圧電体層１０２から放射された超音波は、音響レンズ（フレネルレンズ）によりスリット開口部１０９付近に焦点を結ぶように、インク中で副走査方向に集束する。さらに、図２（ｂ）に示すように圧電体層１０２から放射される超音波は音響レンズ層１０５を経て、フレネル輪体理論に基づいた駆動により、インク中で主走査方向に集束する。このようにしてスリット開口部１０９付近に集束した超音波により大きな圧力が発生するため、インク滴が吐出することになる。
【００３１】
（インクジェット記録装置の駆動方法）
図３（ａ）〜（ｄ）は、圧電素子アレイ２のうちの隣接する４個の圧電素子を１つの圧電素子グループとして同時駆動し、超音波ビームを一点に集中させる場合の動作を模式的に示したものである。１ライン分の画点を少なくとも１／４ラインずつ、あるいはそれ以上に分割して形成する場合の動作であり、個別電極層１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆ、１０３ｇ、１０３ｈに対してリニアスキャン動作で主走査方向にシフトしつつ駆動電圧を印加するようにしている。
【００３２】
図３（ａ）では、グループ化された個別電極層１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅのうち、内側２個の個別電極層１０３ｃ、１０３ｄに所定のバースト電圧を印加し、外側２個の個別電極層１０３ａ、１０３ｅには内側２個の個別電極層１０３ｃ、１０３ｄに印加するバースト電圧の位相よりも位相の進んだバースト電圧を印加することで、圧電素子グループの中心部すなわち個別電極１０３ｃ、１０４ｄ間の直上からインク滴を吐出させている。
【００３３】
図３（ｂ）では、次にグループ化された個別電極層１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆのうち、内側２個の個別電極層１０３ｄ、１０３ｅに所定のバースト電圧を印加し、外側２個の個別電極層１０３ｃ、１０３ｆには内側２個の個別電極層１０３ｄ、１０３ｅに印加するバースト電圧の位相よりも位相の進んだバースト電圧を印加し、１０３ｄ、１０３ｅ間の直上からインク滴を吐出させている。
【００３４】
図３（ｃ）では、次にグループ化された個別電極層１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆ、１０３ｇのうち、内側２個の個別電極層１０３ｅ、１０３ｆに所定のバースト電圧を印加し、外側２個の個別電極層１０３ｄ、１０３ｇには内側２個の個別電極層１０３ｅ、１０３ｆに印加するバースト電圧の位相よりも位相の進んだバースト電圧を印加している。
【００３５】
また、図３（ｄ）では、個別電極層１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆ、１０３ｇ、１０３ｈを個別電極層１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄのグループと、個別電極層１０３ｅ、１０３ｆ、１０３ｇ、１０３ｈのグループに分け、これら２つのグループを同時に駆動して、所定のピッチで２つのインク液滴を吐出させる場合の動作を示している。
【００３６】
この動作例では、１画点を記録するために４個の圧電素子で１つの圧電素子グルーブとしたが、１つの圧電素子グループを構成する圧電素子の素子数を増加させれば、求心的に集束する超音波ビームの波面が滑らかになり、エネルギー密度も高くなるので、インク液滴のばらつき低減と圧電素子アレイ１０１に印加する駆動電圧の低減を図ることができる。
【００３７】
（駆動手段の構成例）
次に、図１中の駆動手段１１０の構成例について説明する。図４は、駆動手段１１０の要部構成を示すブロック図である。図４において、制御部４０はシステムのタイミングを制御する部分であり、ＣＰＵを有することもある。ラインメモリ４２は、制御部４０からのタイミング信号によって制御され、画像データの書き込み及び読み出しが行われる。
【００３８】
駆動データ生成部４３は、ラインメモリ４２から送られてくる画像データに基づき、図１中の圧電素子アレイ１０１の圧電素子４８を駆動するための駆動データを生成する。ここでは、説明を簡単にするために、圧電素子４８を個別に４８ａ、４８ｂ、４８ｃ・・・と示しているが、図１〜図３における個別電極１０３に相当すると考えることができる。この駆動データ生成部４３の詳細は、図５を用いて後に詳しく説明する。
【００３９】
図示しないスキャナの出力や伝送路から送られてくる画像データはラインメモリ４２に入力され、制御部４０によってタイミングが制御されてラインメモリ４２に書き込まれる。画像データは、この例では１画素あたり１ビットのデータで構成される。ラインメモリ４２は、例えば４９６０ビットの容量を有し、６００ｄｐｉの解像度でＡ４用紙サイズの１ライン分の画像データを記憶できる。
【００４０】
もちろん、画像データが１画素あたり８ビットなどの多値データの場合もあり、その時のラインメモリ４２はビット数に対応した容量を有している。
【００４１】
ラインメモリ４２に一時的に記憶された画像データは、順次読み出されて駆動データ生成部４３に送られる。駆動データ生成部４３では、圧電素子４８を駆動するための選択信号を生成する。
【００４２】
（駆動手段１１０の動作）
次に、図６に示した駆動データの転送と圧電素子の駆動タイミングチャートを参照して、駆動手段１１０の動作を説明する。
駆動手段１１０は、水平同期信号ＨＳＹＮＣの立ち上がりで動作を開始する。駆動データ生成部４３で生成された駆動データは、シフトレジスタ４４の初段のシフトレジスタ素子４４ａの入力に与えられ、制御部４０からのクロックＳＩＦＴ  ＣＬＯＣＫに同期して順次、次段のシフトレジスタ素子４４ｂ，４４ｃ・・・に転送される。４９６０個全ての駆動データがシフトレジスタ４４に転送されると、制御部４０からのラッチ信号ＬＡＴＣＨ  ＣＬＯＣＫによりシフトレジスタ４４内の駆動データがラッチ４５に取り込まれる。
【００４３】
さらに、セレクタ４６において、ラッチ４５から出力される駆動データに応じて、高周波信号発生部４１からの位相の異なる２種類の高周波信号ＳＩＧＮＡＬ  ＺＥＲＯ、ＳＩＧＮＡＬ  ＰＡＩ及び接地信号ＧＮＤのいずれかが選択的に出力される。駆動データ生成部４３で生成される駆動データは、これらの２種類の高周波信号ＳＨＩＧＮＡＬ  ＺＥＲＯ、ＳＨＩＧＮＡＬ  ＰＡＩのそれぞれによる圧電素子４８の駆動のオン・オフを制御するデータであり、１つの高周波信号に対して１ビットのデータである。駆動データは、２種類の高周波信号のオン・オフにより２ビットのデータとして出力される。従って、１つの圧電素子４８に対応するシフトレジスタ４４及びラッチ４５はそれぞれ２ビットで一組となるように構成されている。セレクタ４６における高周波信号の選択は、表１のような真理値表に基づいて行われる。
【表１】
0003583045.tif 000002
セレクタ４６から出力された高周波信号は、ドライバ４７により電圧増幅された後、対応する圧電素子４８に印加される。１つの圧電素子４８には、実質的に１０〜３０Ｖ程度の振幅の電圧が印加される。また、６００ｄｐｉ程度の画素密度に適したインク滴を吐出させるためには、高周波信号の周波数が５０ＭＨｚ程度に選ばれる。
【００４４】
このようにして圧電素子４８に対するハースト状の高周波信号の印加が行われている間に、２番目の高周波信号印加のための駆動データがシフトレジスタ４４に転送され、最初の高周波信号の印加期間ＤＲＩＶＥ１、つまり最初のインク液滴吐出動作が終了すると、２番目の高周波信号印加期間ＤＲＩＶＥ２が始まる。以下同様に、高周波信号の印加を繰り返し行い、必要回数だけ行った時点で１ラインの記録動作が終了する。図６では、簡単のために１ラインを４回の吐出動作で記録する例を示している。
【００４５】
（駆動データ生成部４３について）
図５に、図４中の駆動データ生成部４３の概略構成を示す。図５において、駆動データ列生成ブロック５３，６３は、駆動データ列設定部５４および６４により１つのインク液滴を吐出するために必要な複数の圧電素子を駆動するためのデータ列を設定して、駆動データ列バッファ５５，６５を介して出力するものであり、例えば４つの圧電素子を同時駆動することにより１つのインク液滴を吐出する場合には、４つの駆動データを１組のデータ列として設定する。駆動データ列は、前述した位相の異なる２種類の高周波信号ＳＩＧＮＡＬ  ＺＥＲＯ、ＳＩＧＮＡＬ  ＰＡＩさらにＧＮＤを選択するために２種類用意される。
【００４６】
すなわち、駆動データ列生成ブロック５３，６３は、３種類の高周波信号ＳＩＧＮＡＬ  ＺＥＲＯ、ＳＩＧＮＡＬ  ＰＡＩさらにＧＮＤ対応する２種類の駆動データ列ＺＥＲＯ−ＤＡＴＥを生成する。これら２つの駆動データ列生成ブロック５３，６３は同一の構成で実現できる。駆動データ列設定部５４，６４は、単純なスイッチ構成にすることもできるし、ＲＡＭやＲＯＭを用いて構成することも可能である。
【００４７】
駆動データ列バッファ５５，６５は、駆動データ列設定部５４，６４からの駆動データ列を取り込み、駆動データ列を構成するデータを１個ずつ時系列的に順次読み出すバッファである。本実施形態では、駆動データ列バッファ５５，６５はパラレル入力／シリアル出力のシフトレジスタからなり、制御部４０からのロード信号ＬＯＡＤ  ＣＬＯＣＫによって駆動データ列設定部５４，６４から駆動データ列を読み込み、制御部４０からの読み出し信号ＲＥＡＤ  ＣＬＯＣＫによって駆動データ列のうちの１つのデータを読み出す構成となっている。
【００４８】
セレクタ５６，６６は、それぞれ駆動データ列バッファ５５，６５から送出される駆動データを制御部４０からのタイミング選択信号ＴＩＭＩＮＧ  ＳＥＬＥＣＴに従って選択してＡＮＤ回路５７，６７に送出する。ＡＮＤ回路５７，６７は、セレクタ５６，６６からの駆動データと図４中のラインメモリ４２からの画像データとの論理積を図４中のシフトレジスタ４４に駆動データＤＲＩＶＥ  ＥＤＡＴＡとして送出する。ここで、画像データ１画素分に対して駆動データは複数個を対応させる必要があるので、この例では４つの読み出し信号ＲＥＡＤ  ＣＬＯＣＫに対応させた４個の駆動データと１つの画像データとの論理値をそれぞれ送出した後、次の画素に対する画像データの処理に移る。このために、ラインメモリ４２から読み出した１つの画像データを４回読み出す期間だけ保持しておくためのラッチ５２が設けてある。
【００４９】
また、図５では図４中のラインメモリ４２からの画像データが量子化部５１を介してラッチ５２に入力されるように構成されているが、画像データとして２値データを扱う場合は、量子化部５１は何も機能する必要はない。しかし、本実施形態のように、例えばラインメモリ４２に入力される画像データが１画素当たり８ビットなどの多値データの場合には、この量子化部５１において適当な値で例えば４値化処理が行われる。この多値化処理に基づき、駆動データ列設定部５４，６４に駆動データ列が設定される。
【００５０】
このようにしてＡＮＤ回路５７，６７から送出されるデータは、所定の圧電素子を駆動するための駆動データであり、高周波信号ＳＩＧＮＡＬ  ＺＥＲＯ、ＳＩＧＮＡＬ  ＰＡＩを選択するための２値のデータである。高周波信号ＳＩＧＮＡＬ  ＺＥＲＯを選択するための駆動データＺＥＲＯ−ＤＡＴＥの生成と同様に、高周波信号ＳＩＧＮＡＬ  ＰＡＩを選択するための駆動データＰＡＩ−ＤＡＴＥも出力される。すなわち、図４中のシフトレジスタ４４には２ビットのデータが入力される。
【００５１】
（駆動データ生成部４３の動作）
次に、図４に示す駆動データの生成と転送に関するタイミングチャートを参照して、駆動データ生成部４３の動作をさらに詳しく説明する。
図７（ａ）に示すように、まず制御部４０からのロード信号ＬＯＡＤ  ＣＬＯＣＫにより駆動データ列設定部５４，６４から駆動データ列が駆動データ列バッファ５５，６５に取り込まれる。このとき、１画素目の画像データＩＭＡＧＥ  ＤＡＴＥがラインメモリ４２から読み出されてラッチ５２に一時記憶される。この１画素目の画像データに対して、４つの駆動データＤＲＩＶＥ  ＤＡＴＥが読み出し信号ＲＥＡＤ  ＣＬＯＣＫに同気同期して生成される。次に、１画素目の画像データから４つ先の５画素目の画像データがラインメモリ４２から読み出され、この５画素目の画像データに対しても４つの駆動データが生成されて送出される。以下、同様にラインメモリ４２からは４番地づつずれた画像データが読み出される。すなわち、圧電素子の位置で４つおきにインク液滴が吐出するように駆動データが設定される。
【００５２】
このようにして駆動データが４９６０個転送されると、先に図６のタイミングチャートで説明したように、ラッチ信号ＬＡＣＨ  ＣＬＯＣＫによりラッチ４５に駆動デー夕を取り込み、圧電素子の４素子おきの位置からインク液滴を吐出させるという一連の記録動作が行われる。
【００５３】
インク液滴の吐出は４素子おきの位置なので、次回のインク液滴吐出に際しては吐出位置を１素子分ずらして吐出させる。すなわち、図７（ｂ）に示すようにシフトレジスタ４４に対する転送クロックＳＨＩＦＴ  ＣＬＯＣＫの送出が開始されるが、１個目の転送クロックに対しては、制御部４０からのタイミング選択信号ＴＩＭＩＮＧ  ＳＥＬＥＣＴはオフであり、図５のセレクタ５６，６６の出力は駆動データ列を選択せずに非駆動データ（ここでは接地信号ＧＮＤ）を送出する。これは、前回のインク液滴吐出時に用いられた圧電素子の位相を１つずらす役目をしており、一番端に対応する圧電素子を強制的に非駆動状態にするものである。この後、タイミング選択信号ＴＩＭＩＮＧ  ＳＥＬＥＣＴがオンになり、ロード信号ＬＯＡＤ  ＣＬＯＣＫ以下の信号が図７（ａ）と同様に送出される。このとき、ラインメモリ４２から読み出される画像データは２画素目、６画素目、１０画素目、１４画素目・・・のように４つおきに読み出される。
【００５４】
同様に、３回目のインク液滴吐出時には図７（ｃ）に示すように、端から２素子分だけ非駆動となるように、タイミング選択信号ＴＩＭＩＮＧ  ＳＥＬＥＣＴと転送クロックＳＩＦＴ  ＣＬＯＣＫの関係が設定される。図示しないが、４回目のインク液滴吐出時も同様の動作が行われ、１ライン分の全てのインク液滴の吐出が完了し、１ライン目と同様な動作で次ラインの吐出が行われる。
【００５５】
（駆動データ列の具体例）
上述のように４つの圧電素子を同時駆動する場合に必要な４つの駆動データを下記表１のようにあらわした時の駆動データ列の具体例を表２に示す。なお、表２（ａ）は、素子の並び順に選択される高周波信号の位相を示し、表２（ｂ）は、その時の駆動データ列を示している。この例では、圧電素子４８の並び順にＰＡＩ、ＺＥＲＯ、ＺＥＲＯ、ＰＡＩとなるデータ列である。ここで、ＺＥＲＯ、ＰＡＩは互いに位相が１８０°異なる高周波信号をそれぞれ選択するためのデータを意味する。このような駆動データを与えた場合のインク液滴の吐出原理は、先の図２および図３で説明した通りである。
【表２】
0003583045.tif 000003
さらに、表３乃至５に同時駆動する圧電素子の素子数（同時駆動素子数）の異なる場合の駆動データ列の例も示す。表３は同時駆動素子数が８素子、表４は同時駆動素子数が９素子、表５は、同時駆動素子数が１０素子の場合の例である。
【表３】
0003583045.tif 000004
【表４】
0003583045.tif 000005
【表５】
0003583045.tif 000006
次に、インク滴の粒径情報を含む画像情報が入力された場合の駆動方法を図８を用いて説明する。
【００５６】
まず、第１の粒径のインク滴を吐出させる時の吐出量制御素子の制御法（インク吐出量制御駆動１）を説明する。圧電素子アレイを形成する複数の圧電素子の内、ｍ番目〜ｍ＋ｎ番目のｎ＋１個の素子を圧電素子グループとし、その中のｍ番目およびｍ＋ｎ番目の素子を吐出量制御用素子としている。この圧電素子グループ内の個々の圧電素子へ、フレネル輪帯理論に基づく０相あるいはπ相の位相を表６（ａ），（ｂ）にしたがって割り当てて駆動する。すなわち、吐出量制御用素子も含め、圧電素子グループの全ての素子を同時駆動している。
【００５７】
それぞれの圧電素子から発生した超音波は、主走査方向の超音波はインク液面近傍に集束し、副走査方向の超音波の集束は図１中の音響レンズ兼音響マッチング層１０５によって行われ、液面近傍のインク１０６が第１の粒径のインク滴となって吐出する。
【表６】
0003583045.tif 000007
次に、第２の粒径のインク滴を吐出させる時の吐出量制御素子の制御法（インク吐出量制御駆動２）を説明する。
【００５８】
（インク吐出量制御駆動１）と同じ圧電素子グループのうち、吐出量制御素子に直流電圧を印加し、ｍ＋１番目〜ｍ＋ｎ−１番目のｎ−１個の圧電素子をフレネル輪帯理論に基づく０相あるいはπ相の位相で表７（ｃ）、（ｄ）にしたがって割り当てて同時駆動する。
【００５９】
すなわち圧電素子グループの素子配列の中心位置を基準に、左右対称な位置にある少なくとも１対の素子（この例ではｍ＋ｎ番目の素子と、さらにこのｍ＋ｎ番目の圧電素子に対して、圧電素子グループの素子配列の中心位置を基準に、左右対称な位置にあるｍ番目の素子）を同時駆動させずに非駆動状態（ここでは接地状態）とする駆動手段である。これにより、発生する超音波エネルギー量が減少し、インク滴の吐出量は、「インク滴吐出量制御駆動１」と比較して減少し、小粒のインク滴（第２の粒径のインク滴）が吐出する。
【表７】
0003583045.tif 000008
次に、第３の粒径のインク滴を吐出させる時の吐出量制御素子の制御法（インク吐出量制御駆動３）を説明する。
【００６０】
（インク吐出量制御駆動１）と同じ圧電素子グループのうち、ｍ＋１番目〜ｍ＋ｎ−１番目のｎ−１個の圧電素子をフレネル輪帯理論に基づく０相あるいはπ相の位相で駆動し、吐出量制御用素子にはフレネル輪帯に基づく位相と反対の位相で高周波電圧を印加し、表８（ｅ）、（ｆ）にしたがって割り当てて同時駆動する。
【００６１】
すなわち圧電素子グループの素子配列の中心位置を基準に、左右対称な位置にある少なくとも一対の素子（この例ではｍ＋ｎ番目の素子と、さらにこのｍ＋ｎ番目の圧電素子に対して、圧電素子グループの素子配列の中心位置を基準に、左右対称な位置にあるｍ番目の素子）を本来の位相とは逆位相の駆動信号を印加する調整用駆動素子とし、集束点での音波のエネルギー量を減少させる駆動とする制御方法である。これにより、インク滴の吐出量は、「インク滴吐出量制御駆動１」と比較して減少する。特に、本来の位相とは逆位相の駆動信号を印加して、集束点での音波のエネルギー量の一部を相殺し、吐出のためのエネルギーを減少させる駆動の場合は、「インク滴吐出量制御法２」のように、単純に発生エネルギーを減少させる場合よりも、さらに小粒のインク滴（第３の粒径のインク滴）が吐出することが可能である。
【表８】
0003583045.tif 000009
次に、第４の粒径のインク滴を吐出させる時の吐出量制御素子の制御法（インク吐出量制御駆動４）を説明する。圧電素子アレイを形成する複数の圧電素子の内、ｍ−１番目〜ｍ＋ｎ＋１番目のｎ＋３個の素子を圧電素子グループとし、その中のｍ−１番目およびｍ＋ｎ＋１番目の素子を吐出量制御用素子としている。この圧電素子グループ内の個々の圧電素子へ、フレネル輪帯理論に基づく０相あるいはπ相の位相を表９（ａ），（ｂ）にしたがって割り当てて駆動する。すなわち、吐出量制御用素子も含め、圧電素子グループの全ての素子を同時駆動している。
【００６２】
これにより、インク滴（第４の粒径のインク滴）は、［インク滴吐出量制御駆動１］と比較して大粒となる。
【表９】
0003583045.tif 000010
インク粒径の情報にしたがって、前記インク滴吐出量制御手段１〜４を選択し、画点サイズを変化させることで、画像の階調制御を行うことができるようになる。
【００６３】
なお、超音波ビームのエネルギー量によってインク粒径が変化するメカニズムは明らかでないが、以下のような理由であると推察される。
【００６４】
図９は、インク吐出時の様子を示す模式図である。
【００６５】
図９（ａ）に示すように超音波の収束部近傍においてインク液面にメニスカス１が形成され、さらにメニスカスの先端部から波長λの位置にくびれが生じ、この先端部が、図９（ｂ）に示すようにインク滴２となって突出するが、超音波ビームのエネルギー量が増加すると、先端部の幅（図中ｄで示す）が大きくなるためであると思われる。
【００６６】
以下、上述した表６〜９に示した「インク滴吐出量制御駆動１〜４」による具体的な実施例と結果についてのべる。
【００６７】
【実施例】
まず、以下の要領で、図１に示すようなインクジェット記録装置を作成した。
【００６８】
圧電体層１０２には、比誘電率２００のチタン酸塩系圧電セラミック板を用いた。この圧電セラミック板の両一面にＴｉ／Ａｕ積層電極をスパッタで、それぞれの厚さが０．０５μｍ、０．３μｍになるように形成した後、３ｋＶ／ｍｍの電界を印加して分極処理を行った。その後、エッチングにより個別電極１０３を形成し、１素子当たりの電極幅６０μｍ、電極間隔２６μｍ、配列ピッチ８６μｍとなるようにした。また、圧電体層１０２の副走査方向の幅は５ｍｍとした。一方、ガラス製の支持部材１００にもＴｉ／Ａｕのアレイ状個別電極を８６μｍ間隔で形成した。圧亀体層１０２上のアレイ状の個別電極１０３と支持部材１００上のアレイ状電極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。
【００６９】
次に、圧電体層１０２を約５０ＭＨｚで共振を得られるように厚さ４５μｍになるように研磨した後、Ｔｉ／Ａｕ積層電極からなる共通電極１０４をスパッタ法でそれぞれ０．０５μｍ、１μｍの厚さに形成した。このとき副走査方向の電極の長さ、すなわち副走査方向の口径は２．０ｍｍとした。
【００７０】
次のステップで形成する音響レンズ兼音響マッチング層１０５には、エポキシ樹脂とアルミナ粉末の混合物を用いた。まず音速が３×１０３ｍ／ｓ近傍になるように混合比を調整し、密度２．２０×１０３ｋｇ／ｓ、音速２．９５×１０３ｍ／ｓを得た。この混合物を共通電極１０４の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、焦点距離が目的の値になるように深さ１／２波長（約３０μｍ）の溝を主走査方向に平行に入れて、一次元フレネルレンズを形成した。そして、超音波放射面とインク液１０６の液面との距離が音響レンズ１０５の焦点距離とほぼ一致するようにインク液保持室７を取り付け、駆動手段１１０の配線を行って、図１に示す構成のインクジェット記録ヘッドを完成した。
（第１の実施例）
まず、焦点距離２．５ｍｍ、同時駆動する圧電素子グループの素子数１６である図１のインクジェット記録ヘッドを、図８（ａ）に示した［インク滴吐出量制御駆動１］に従い、駆動周波数５０ＭＨｚ、電圧１５Ｖ、信号印加持問５０μｓｅｃとしたバースト信号で駆動した。
【００７１】
この時の印字記録実験の結果は、画点サイズ直径６０μｍとなった。
【００７２】
次に、同じインクジェット記録ヘッドを、図８（ｂ）に示した［インク滴吐出量制御駆動２］に従い、１４個の圧電素子を駆動周波数５０ＭＨｚ、電圧１５Ｖ、信号印加時間５０μｓｅｃにしたバースト信号で同時駆動した。
【００７３】
この時の印字記録実験の結果は、画点サイズが直径５０μｍになった。
【００７４】
次に、図８（ｃ）に示した［インク滴吐出量制御駆動３］に従い、１４個の圧電素子を同時駆動するとともに、この同時駆動素子に隣接する両端の素子を本来印加すべき位相とは逆位相の駆動信号を印加した。駆動条件は駆動周波数５０ＭＨｚ、電圧１５Ｖ、信号印加時間５０μｓｅｃにしたバースト信号とした。
【００７５】
この時の印字記録実験の結果は、画点サイズが直径４０μｍとなった。
【００７６】
さらに、同様なインクジェット記録ヘッドにおいて、図８（ｄ）に示した［インク滴吐出量制御駆動４］に従い、圧電素子１８個の圧電素子グループに、５０ＭＨｚ、電圧１５Ｖ信号印加時間５０μｓｅｃとしたバースト信号を印加した。
【００７７】
この時の印字記録実験の結果は、画点サイズが直径７０μｍとなった。
【００７８】
上述した４つの［インク滴吐出量制御駆動１〜４］インク粒径情報にしたがって選択しながら、カラー写真画像を印字したところ、インク滴制御法を使用しない場合に比べて階調性が向上し、高品位な印字記録ができた。
（第２の実施例）
本実施例２では、３２素子の圧電素子グループを基本素子数としてインク吐出を確認した。すなわち、圧電素子グループを下記表１０〜表１２にしたがってそれぞれ同時駆動させた。
【００７９】
また、この実施例ではインクジェット記録ヘッドの音響レンズを焦点距離が４．０ｍｍのものに変更し、液面が圧電素子アレイから４．０ｍｍの位置に来るインク液保持室を用いて行った。
【００８０】
表１０にしたがって、１番目〜３２番目の３２素子を５０ＭＨｚ、電圧２５Ｖ、信号印加時間５０μｓｅｃの条件で同時駆動させてインク滴を吐出させたところ、画点サイズ８０μｍになった。
【表１０】
0003583045.tif 000011
表１１にしたがって、２番目〜３１番目の３０素子を同様の条件で同時駆動させてインク滴を吐出させたところ、画点サイズが７０μｍになった。
【表１１】
0003583045.tif 000012
表１２にしたがって、３番目から３０番目の２８素子を同様の条件で同時駆動させてインク滴を吐出させたところ、画点サイズが６０μｍにとなった。
【表１２】
0003583045.tif 000013
表１３にしたがって、４番目〜２９番目の２６素子を同様の条件で同時駆動させてインク滴を吐出させたところ、画点サイズが５０μｍになった。
【表１３】
0003583045.tif 000014
上述した４つの駆動条件を画像情報に応じて選択しながらカラー写真画像を印字したところ、インク滴制御法を使用しない場合に比べて階調性が向上し、高品位な印字記録ができた。
【００８１】
このように本実施形態によると、複数の音波発生素子を所定ピッチで配列した音波発生素子アレイと該音波発生素子アレイ中の隣接す局所定数個の音波発生素子からなるグループを同時に駆動する駆動手段をそれぞれ有する記録ヘッドを備え、前記駆動手段は、前記音波発生素子アレイを構成する複数の音波発生素子の少なくとも一部を、インク滴の吐出量制御用素子として、議制御用素子に対する駆動条件を調整することにより該インク滴の吐出量制御手段を有することにより、記録紙上の画点サイズを変化させて、階調性の向上を図ることができ、高品位な記録を実現することが可能となる。
【００８２】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、超音波を利用したインクジェット記録装置において、吐出するインク滴の粒径を簡便に制御することが可能になり、ひいては画像の階調制御を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置のヘツドの斜視図。
【図２】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおける超音波収束方法の原理を説明する図。
【図３】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおいて超音波ビームを１点に集中させる場合の１例を模式的に示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動手段の要素構成を示すブロック図。
【図５】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動手段の駆動データ生成部の概略構成因。
【図６】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動手段の動作説明図。
【図７】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの、駆動手段の駆動データ生成部の動作説明図。
【図８】本発明の一実施形態に係るインク滴吐出量制御方法の一例を説明するための図。
【図９】本発明のインクジェット記録装置によるインク滴吐出時の様子を示す模式図。
【符号の説明】
１・・・メニスカス
２・・・インク滴
４０・・・制御部
４１・・・高周波信号発生部
４２・・・ラインメモリ
４３・・・駆動データ生成部
４４・・・シフトレジスタ
４５・・・ラッチ
４６・・・セレクタ
４７・・・ドライバ
４８、４８ａ〜ｃ・・・圧電素子
５１・・・量子化部
５２・・・ラッチ
５３，６３・・・駆動データ列生成ブロック
５４，６４・・・駆動データ列設定部
５５，６５・・・駆動データ列バッファ
５６，６６・・・セレクタ
５７，６７・・・ＡＮＤ回路
１００・・・ガラス板
１０１・・・圧電素子アレイ
１０２・・・圧電体層
１０３，１０３ａ〜ｈ・・・個別電極（圧電体側）
１０４・・・共通電極
１０５・・・音響レンズ
１０６・・・インク液
１０７・・・インク液保持室
１０８・・・スリット板
１０９・・・スリット開口部（インク滴吐出口）
１１０・・・駆動手段
１１１・・・ボンディングワイヤ
１１２  ・・・個別電極（ガラス板側）
【図１】
0003583045.tif 000015
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003583045.tif 000019
【図６】
0003583045.tif 000020
【図７】
0003583045.tif 000021
【図８】
0003583045.tif 000022
【図９】
0003583045.tif 000023