(57)【要約】【課題】インク放出の際に必要な音圧を低減させることが可能であり、エネルギー効率を大幅に向上させることができる音響インクジェット記録装置を得る。【解決手段】液体インクの自由表面に超音波を集束することによって前記インク自由表面から霧状のインク微粒子１５を噴射させるにあたって、その印字ヘッドが液体インク自由表面の位置を保つ液面保持手段１３と、インク自由液面に集束する超音波を放射する手段９を備える。インク自由表面の超音波集束点ｘ近傍の液体インク中に置かれ液体インク自由表面との間に定在波を形成する手段１６を設ける。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体インクの自由表面に超音波を集束することによって前記インク自由表面から霧状のインク微粒子を噴射させる音響インクジェット記録装置であって、
その印字ヘッドが液体インク自由表面の位置を保つ液面保持手段と、インク自由液面に集束する超音波を放射する手段を備え、
インク自由表面の超音波集束点近傍の液体インク中に置かれ液体インク自由表面との間に定在波を形成する手段を有することを特徴とする音響インクジェット記録装置。
【請求項２】
請求項１記載の音響インクジェット記録装置において、
定在波形成手段の位置を上下させ、液体インク自由表面との距離を可変する手段を備えたことを特徴とする音響インクジェット記録装置。
【請求項３】
請求項１記載の音響インクジェット記録装置において、
液体インク自由液面の位置を上下させ、該インク自由表面との距離を可変する手段を備えたことを特徴とする音響インクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク自由表面に集束する超音波ビームの圧力によりインク液面から霧状化したインクを飛翔させて記録媒体上に付着させることにより画像を形成する音響インクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インク自由表面に集束する超音波ビームの圧力により、インクの液面から霧状化したインクを飛翔させ、記録媒体上に付着させることにより画像形成する音響インクジェット記録装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１０８３３６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、上述した従来装置では、インクに集束超音波を放射し、その集束点近傍のインクを放出させる際に、非常に微細なインク粒子を得られる一方で、インク放出のために過大な音圧が必要とされ、エネルギー効率が悪いという問題があった。
【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、インク放出の際に必要な音圧を低減させることが可能であり、エネルギー効率を大幅に向上させることができる音響インクジェット記録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）に係る音響インクジェット記録装置は、液体インクの自由表面に超音波を集束することによって前記インク自由表面から霧状のインク微粒子を噴射させる音響インクジェット記録装置であって、その印字ヘッドが液体インク自由表面の位置を保つ液面保持手段と、インク自由液面に集束する超音波を放射する手段を備え、インク自由表面の超音波集束点近傍の液体インク中に置かれ液体インク自由表面との間に定在波を形成する手段を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明（請求項２記載の発明）に係る音響インクジェット記録装置は、請求項１記載の音響インクジェット記録装置において、定在波形成手段の位置を上下させ、液体インク自由表面との距離を可変する手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明（請求項３記載の発明）に係る音響インクジェット記録装置は、請求項１記載の音響インクジェット記録装置において、液体インク自由液面の位置を上下させ、該インク自由表面との距離を可変する手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明に係る音響インクジェット記録装置によれば、インク自由表面の超音波集束点近傍のインク液中に、薄い樹脂フィルムを設置しインク液面と樹脂フィルムの間の薄層間に定在波を形成することにより、メニスカス頂部からの霧状インク微粒子噴射に要する印加電圧を低減でき、低エネルギーでの霧状インク微粒子群の噴射を可能とするという利点がある。
【００１０】
また、本発明によれば、大径インク液滴の飛散も抑制されるため、安定したインク微粒子発生と優れた階調表現ができるという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１ないし図３は本発明に係る音響インクジェット記録装置の一実施形態を示す。
ここで、この音響インクジェット記録装置では、印刷用紙が搬送ベルトによって印字部へと送られ、印字部において画像データ応じて、各色の印字ヘッドから霧状のインク微粒子が噴射され、印刷用紙に付着することによって目的の画像が得られるように構成されるが、その概略は、従来から一般に知られている通りであり、詳細な説明は省略する。
【００１２】
このような音響インクジェット記録装置における印字ヘッドの概略を、図１（ａ），（ｂ）に示す。
すなわち、印字ヘッド１はインク噴射素子８が必要数配列された構成となっている。
【００１３】
このようなインク噴射素子８の概略構成を、図２に示す。
これを簡単に説明すると、インクは図示しないインクタンクからインク供給口１０を通ってインク槽１２に満たされ、その自由表面は液面保持板１３の高さに保持されている。
インク槽１２の底面には集束型超音波発振子９が設けられており、ここから駆動周波数ｆ0、駆動波数ｎ、駆動周期Ｔb、音圧Ｐの超音波が放射され、インク自由表面上の点Ｘに集束している。
【００１４】
この集束点Ｘでは、超音波によりメニスカス１１が励起され、周期Ｔbで上下に振動を繰り返している。
ここで、駆動周期Ｔbは短すぎると、メニスカス１１の振動が追従できなくなり、不規則な振動を引き起こし、大径インク滴が飛散するなどして、画像劣化を招く可能性があるため、駆動周期Ｔbはインクの物性によって決まるメニスカス振動の固有値に予めマッチングさせておく。
【００１５】
また、集束点Ｘに励起されるメニスカス１１は放射音圧Ｐを変化させると、それに応じて大きさも変わり、同時にインク微粒子の発生状況も変化する。
なお、１４は制御電極、１５はインク微粒子群である。
【００１６】
例として、駆動周波数ｆ0＝２ＭＨｚ、駆動波数ｎ＝５０と設定したときの集束型超音波発振子９への印加電圧Ｖと、放射された超音波によって励起させるメニスカス状態の関係を図４に示す。
なお、図４中、Ｖmはインク微粒子放出のために最低限必要な印加電圧、Ｖnはインク微粒子とともに大径インク液滴が同時に飛散し始める印加電圧である。
【００１７】
これを簡単に説明すると、印加電圧Ｖが大きくなるにつれてメニスカスが徐々に大きくなり（図４ａ〜ｃ）、それがあるエネルギー強度（Ｖm≦Ｖ）に達すると、非常に粒径が細かく高精細な画像形成が可能な霧状のインク微粒子群１５がメニスカス１１の頂部付近から噴射され、また印加電圧の増加とともに霧状インク粒子の発生量も増えていく（図４ｄ〜ｆ）。
【００１８】
しかし、印加電圧Ｖをさらに大きく（Ｖn≦Ｖ）していくと、霧状のインク微粒子の噴射と同時に大径のインク滴も同時に飛散してしまい（図４ｇ）、この状態では画像品質が大幅に低下してしまう。すなわち、Ｖm≦Ｖ＜Ｖnの時に大径液滴を飛散させずに、インク微粒子のみを噴射させることができ、粒状感のない高精細な画像を得ることができるのである。
【００１９】
しかし、現実にはＶm≦Ｐを満たす音圧Ｐは非常に高音圧であり、エネルギー効率が悪く、また、超音波発振子の寿命が大幅に短くなるなどの問題がある。
【００２０】
図５は駆動周波数ｆ0＝２ＭＨｚ、駆動波数ｎ＝５０Ｃｙｃのときの印加電圧Ｖと霧状インク微粒子の発生の様子を示したものであるが、ここでは、インク微粒子の噴射には少なくともＶm以上の印加電圧が必要となる。
【００２１】
そして、このような集束超音波によって噴射されるインク微粒子の粒径は２〜３μｍと非常に小さいので、非常に高精細な画像を得ることが可能であるが、通常Ｖmは非常に高い値でありエネルギー効率の改善が行なわれない限りと実用的とは言えない。
【００２２】
そこで、本発明によれば、図３のように、超音波が集束するインク自由表面近傍のインク液中に樹脂フィルム１６を挿入するように構成している。
【００２３】
ここで、この樹脂フィルム１６は、たとえば２００〜５００μｍ程度の厚さで、超音波の反射率が１０〜３０％である薄い樹脂板状のものを採用する。この状態で集束型超音波発振子９から超音波が放射されると、インク自由表面と樹脂フィルム１６の薄層間に、新たに定在波が形成される。この新たに発生した定在波が、メニスカス１１の頂部での振幅を増大させるため、樹脂フィルム１６を挿入せず、超音波発振子９から直接インク自由表面に超音波を放射した場合よりも、霧状インク微粒子の噴射がされ易くなり、しかも超音波発振子９を駆動するエネルギーを低減することができるのである。
【００２４】
図６はインクの自由表面から深さ５５０μｍのところに厚さ３５０μｍのＰＥＴ樹脂フィルム１６を、定在波発生手段として設置した状態で、駆動周波数ｆ0＝２ＭＨｚ、駆動波数ｎ＝５０Ｃｙｃのときの印加電圧Ｖと霧状インク微粒子の発生の様子を示したものである。
【００２５】
この図６と前述した図５との比較から、インク自由表面近傍に樹脂フィルム１６を挿入することによって、インク微粒子発生に必要なエネルギーを低減できていることが分かる。また、大径インク液滴の飛散がしにくくなる効果もあり、安定したインク微粒子発生が可能となるとともに、印加電圧を変えることによって制御可能なインク微粒子発生量の変化幅が増大するため、優れた階調再現も可能となり、より高画質な画像記録を行なうことができるのである。
【００２６】
このような実施形態によれば、インク自由表面の超音波集束点Ｘ近傍のインク液中に、薄い樹脂フィルム１６を定在波発生手段として設置し、インク液面と樹脂フィルム１６の間の薄層間に定在波を形成することにより、メニスカス１１の頂部からの霧状インク微粒子噴射に要する印加電圧を低減できる利点がある。
また、大径インク液滴の飛散も抑制されるため、安定したインク微粒子発生と優れた階調表現ができるという利点もある。
【００２７】
上述した実施形態では、インク自由表面の超音波集束点Ｘ近傍のインク液中に樹脂フィルム１６を定在波発生手段として挿入したが、この樹脂フィルム１６の挿入位置、すなわちインク液面と樹脂フィルム１６の間の距離を変えることによって、インク微粒子の発生量を変化させることができる。
【００２８】
図７（ａ），（ｂ）は本発明の別の実施形態を示すものである。
この図７においては、インク噴射素子８の壁面に電圧が印加されると外側に湾曲する圧電素子１８を設けている。
【００２９】
すなわち、この圧電素子１８は、液面の位置を上下させるための手段であり、この圧電素子１８に電圧が印加されると、同図（ｂ）に示すように、インクの自由表面の高さｈが下がり、樹脂フィルム１６との距離を変化させることができるのである。そして、このような手段を設けることで、濃度変調を可能とするのである。
【００３０】
図８（ａ），（ｂ）は集束型超音波発振子９から２ＭＨｚの超音波を放射した場合と５ＭＨｚの超音波を放射した場合の、インク液面の座標ｈとインク微粒子発生量とを示したものである。
たとえば２ＭＨｚ（超音波ビームの液体インク中での波長λ＝７５０μｍ）の超音波放射では、インク液面の位置座標ｈが２７５μｍ変化するごとにインク微粒子の発生は強弱を繰り返していることが分かる。
【００３１】
このインク微粒子発生の強弱の出現間隔Ｌ＝２７５μｍは、インク液中での超音波の半波長（λ／２＝３７５μｍに、樹脂フィルム１６の材質と厚さで決まる係数αを掛けた値に等しい（この実施形態では樹脂フィルム１６として厚さ３５０μｍのＰＥＴ樹脂を使用しており、定在波発生手段（樹脂板）の材質と厚さで決まる係数α＝０．７３である。
すなわち、Ｌ＝（λ／２）・α＝（３７５μｍ／２）×０．７３＝２７５μｍ）。
【００３２】
また、同様に、５ＭＨｚ（インク液中の波長はλ＝３００μｍ）の超音波放射ではインク液面の位置座標ｈが１１０μｍ（Ｌ＝（λ／２）・α＝（３００μｍ／２）×０．７３＝１１０μｍ）変化するごとにインク微粒子の発生量の強弱を繰り返していることが分かる。
【００３３】
したがって、圧電素子１８に電圧を印加し、湾曲させて液面位置ｈの位置を変えることにより、インク微粒子発生量、すなわち濃度制御を行なうことができる。
また、液面位置ｈは上下可動範囲を（λ／２）×α以上に設定することによって、濃度変調の幅を確保することができる。
【００３４】
図９は本発明のさらに別の実施形態を示すものである。
この実施形態では、上述した実施形態のように、インク自由表面の位置を変えるのではなく、樹脂フィルム１６の位置を上下させる手段を備えることにより、樹脂フィルム１６とインク液面との距離を変更を行い、インク微粒子の発生量を制御しても同様なインク粒子発生量の制御が可能である。
【００３５】
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、音響インクジェット記録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】
【００３６】
【図１】（ａ），（ｂ）は音響インクジェット記録装置における印字ヘッドの概略を示す斜視図および平面図である。
【図２】音響インクジェット記録装置におけるインク噴射素子を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る音響インクジェット記録装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は音響インクジェット記録装置において集束型超音波発振子への印加電圧と放射された超音波によって励起させるメニスカス状態との関係を示す図である。
【図５】従来構造での印加電圧と霧状インク微粒子の発生の様子を示すグラフである。
【図６】本発明構造による印加電圧と霧状インク微粒子の発生の様子を示すグラフである。
【図７】（ａ），（ｂ）は本発明に係る音響インクジェット記録装置の別の実施形態を示す概略構成図である。
【図８】（ａ），（ｂ）はインク液面の座標とインク微粒子発生量を示すグラフである。
【図９】（ａ），（ｂ）は本発明に係る音響インクジェット記録装置のさらに別の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…印字ヘッド、８…インク噴射素子、９…集束型超音波発振子、１０…インク供給口、１１…超音波励起メニスカス、１２…インク槽、１３…液面保持板、１４…制御電極、１５…インク微粒子群、１６…樹脂板（定在波発生手段）、１７…軟質フィルム、１８…圧電素子、１９…樹脂フィルム位置変更手段。
【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】
2009255363.tif 000009
【図８】
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【図９】
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