(57)【要約】【課題】  簡単な構造により、高画質化と高速化とを両立させ、さらにコスト低減を図れるライン型音響インクジェットヘッドを得る。【解決手段】  ライン集束超音波振動子Ｆと、超音波集束位置にミスト化したい液（たとえばインク）を配置する手段と、ライン集束超音波振動子Ｆとインクの中間に超音波を遮断／透過を切り替える画素選択層Ｄと、その切り替えタイミングを制御する手段と、ミスト量とそのミスト量を生成するために必要な超音波サイクル数ｓを保持し、安定したミスト発生に至るためのインク形状（メニスカス等）の生成に必要な超音波サイクル数ｂを保持し、ライン上に選択的に超音波を照射する際の超音波波数を所望のミスト量から得る手段と、選択、非選択にかかわらずサイクル数ｂを発生する手段と、選択された個所には引き続きｓサイクルの超音波を照射する手段を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン集束超音波を発生する手段と超音波集束位置にミスト化したい液を配置する手段と、
ライン集束超音波発生手段とインクの中間に超音波を遮断／透過を切り替える手段と、
その切り替えタイミングを制御する手段と、
ミスト量とそのミスト量を生成するために必要な超音波サイクル数ｓを保持し、安定したミスト発生に至るためのインク形状の生成に必要な超音波サイクル数ｂを保持し、ライン上に選択的に超音波を照射する際の超音波波数を所望のミスト量から得る手段と、
選択、非選択にかかわらずサイクル数ｂを発生する手段と、
選択された個所には引き続きｓサイクルの超音波を照射する手段を備えていることを特徴とするライン型音響インクジェットヘッド。
【請求項２】
ライン集束超音波を発生する手段と超音波集束位置にミスト化したい液を配置する手段と、
ライン集束超音波発生手段とインクの中間に超音波を遮断／透過を切り替える手段と、
その切り替えタイミングを制御する手段と、
ミスト量とそのミスト量を生成するために必要な超音波サイクル数ｓを保持し、ミスト発生に必要な音圧ｍｍを発生し、安定したミスト発生にいたるためのインク形状の生成に必要な超音波音圧ｍｂをインクへ照射するための透過率ｐを実現する超音波選択手段と、
ライン上に選択的に超音波を照射する際の超音波波数を所望のミスト量から得る手段と、
選択、非選択にかかわらず透過率ｐで超音波を発生する手段と、
選択された個所には必要波数だけ音圧ｍｍの超音波を照射する手段を備えていることを特徴とするライン型音響インクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク自由表面に超音波ビームを集束させて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ために用いられるライン型音響インクジェットヘッドに関し、特にそのミスト生成制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のライン型音響インクジェットヘッドとしては、種々の構造のものが知られている。
これらの従来装置では、たとえば単独振動子での１ｄｏｔごとのインク記録や、ラインであっても、ライン方向に分割し、記録自体は１ｄｏｔずつにスキャンする方法が一般的であった（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０１１５６号公報
【特許文献２】特開平０８−０９９４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来装置では、装置構造が複雑であるとともに、１ｄｏｔごとの記録であるので速度も遅く、またコストも高価であった。
【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、簡単な構造により、高画質化と高速化とを両立させ、さらにコスト低減を図れるライン型音響インクジェットヘッド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）に係るライン型音響インクジェットヘッドは、ライン集束超音波を発生する手段と超音波集束位置にミスト化したい液（たとえばインク）を配置する手段と、ライン集束超音波発生手段とインクの中間に超音波を遮断／透過を切り替える手段と、その切り替えタイミングを制御する手段と、ミスト量とそのミスト量を生成するために必要な超音波サイクル数ｓを保持し、安定したミスト発生に至るためのインク形状（メニスカス等）の生成に必要な超音波サイクル数ｂを保持し、超音波サイクル数ｓは全体にｂサイクル照射後引続き必要な波数であり、ライン上に選択的に超音波を照射する際の超音波波数を所望のミスト量から得る手段と、選択、非選択にかかわらずサイクル数ｂを発生する手段と、選択された個所には引き続きｓサイクルの超音波を照射する手段を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明（請求項２記載の発明）に係るライン型音響インクジェットヘッドは、ライン集束超音波を発生する手段と超音波集束位置にミスト化したい液（たとえばインク）を配置する手段と、ライン集束超音波発生手段とインクの中間に超音波を遮断／透過を切り替える手段と、その切り替えタイミングを制御する手段と、ミスト量とそのミスト量を生成するために必要な超音波サイクル数ｓを保持し、ミスト発生に必要な音圧ｍｍを発生し、安定したミスト発生にいたるためのインク形状（メニスカス等）の生成に必要な超音波音圧ｍｂをインクへ照射するための透過率ｐを実現する超音波選択手段と、ライン上に選択的に超音波を照射する際の超音波波数を所望のミスト量から得る手段と、選択、非選択にかかわらず透過率ｐで超音波を発生する手段と、選択された個所には必要波数だけ音圧ｍｍの超音波を照射する手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように本発明に係るライン型音響インクジェットヘッドによれば、印字しないｄｏｔであっても基本波数の超音波を照射するようにしたことにより、ｄｏｔごとに独立にすることなく、連続したラインインク層Ｃであっても、均一なドットの濃度制御を可能とする等という優れた効果がある。
【０００９】
また、本発明に係るライン型音響インクジェットヘッドによれば、印字しないｄｏｔであってもベース音圧の超音波を照射するようにしたことにより、ｄｏｔごとに独立にすることなく、連続したラインインク層であっても均一なドットの濃度制御を可能にするという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明に係るライン型音響インクジェットヘッドの一実施形態を示す。
図において、符号Ａはラインヘッド（ライン型音響インクジェットヘッド）であり、このラインヘッドＡは、インクタンクＢ、ラインインク層Ｃ、画素選択層Ｄ、超音波集束液層Ｅ、ライン集束超音波振動子Ｆを備えている。
【００１１】
このような構成において、ライン集束超音波振動子Ｆからラインインク層Ｃに集束されるように一様に出射された超音波は、超音波集束液層Ｅを透過し、画素選択層Ｄに到達する。
そして、この画素選択層Ｄでは、超音波のインピーダンスの違いによる透過・反射や減衰率の違いによる超音波の透過、非透過によるｏｎ／ｏｆｆを行う。
【００１２】
また、画素選択層Ｄで選択的に透過した超音波は、ラインインク層Ｃに到達しインクミストを生成する。
このようなラインヘッドＡは、以上のような概略動作をする。
【００１３】
ここで、照射される超音波サイクル数が多いと、発生するミスト量は多く、サイクル数が少ないと、発生するミスト量は少ないことが知られている。
画素選択層Ｄにおいては、超音波の透過性のｏｎ／ｏｆｆで出射されている超音波を透過させるサイクル数を制御し、ラインインク層Ｃで発生させるミストの量（濃度）（サイクル数とはインク層Ｃに照射される超音波サイクル数のこと）を制御する。
【００１４】
また、超音波がラインインク層Ｃに照射されると、最初の数サイクルでインクの移動が発生する。
【００１５】
図２のように、斜めの反射板に超音波を照射した場合には、反射板に沿ってインクが盛り上がるために、数サイクルの超音波が使用される。このように超音波を照射しインクをミスト化する場合には、適切なインクの形状を作る必要がある。
【００１６】
この図２の構成を簡単に説明すると、同図（ａ）において、エレクトロウエッティング（ＥＷＯＤ）により下部透過材１１は誘電体で構成されており、移動液剤１２（電解質）、電極Ａ１３とともにインク１４との音響インピーダンスが透過率９０％以上になるよう選択されており、上部材１５の音響インピーダンスは透過率９０〜７０％になるよう選択されている。
【００１７】
これにより、同図（ｂ）の状態（電極Ａに電圧が印加された）では、移動液剤１２は電極Ａ１３の位置まで移動しており、発射された集束超音波は電極Ａ１３、下部透過材１１、移動液剤１２、上部材１５と透過する。
【００１８】
発生するメニスカスは周囲インク１４を上部材１５上に乗り上げさせ、上部材１５上にインク１４の薄層を生成しており、透過してきた集束超音波により、上部にミストを発生する。
【００１９】
同図（ａ）の状態（電極Ａ１３に電圧が印加されていない）では、移動液剤１２は電極Ａ１３の位置まで移動せず、電極Ａ１３の位置の移動液剤層部には空気で満たされる。
これにより、発射された集束超音波は空気層で９９％以上反射され、ミストは発生しない。
【００２０】
以上の構成により、電極Ａ１３への電圧ｏｎ／ｏｆｆで該当位置においてミストの出射ｏｎ／ｏｆｆの制御が可能である。
【００２１】
ここで、図２（ａ）で説明したＥＷＯＤを利用した超音波透過／反射の部材は、インク液材中に、超音波のメニスカス１６に、インク水平面に角度をもって設置されており、メニスカス１６による上部材１５へのインク乗り上げ範囲が、電極Ａ１３の位置と同等になるように設置されている。
【００２２】
すなわち、この実施形態では、ライン集束超音波生成器と２枚の超音波透過材料で電解液剤を挟み込んだ形状のエレクトロウエッティング部材で、移動液剤１２、電極Ａ１３ともに超音波透過率が９０％以上になるような材料で構成され、上部大気側の上部材１５の音響インピーダンスは超音波透過率が９０％から７０％になるように選定されており、超音波の軸とエレクトロウエッティング電極の位置が重なるように構成されており、ミスト発生機構は液面に対し、ライン集束超音波照射によってミスト発生機構の上部のエレクトロウエッティング用電極の上部に触れる程度の位置に液がくるように斜めに配置されている。
【００２３】
そして、このような構成によれば、ライン上に集束する単一の超音波発生器１７を使用することが可能になると同時に、超音波発生器１７に印加する電圧を低減することができるのである。これに加え、インク薄層を生成する機能と超音波を照射しミスト化する機能を分離しているから、安定したミスト生成を容易に行えるのである。
【００２４】
ここで、図３のように連続したｄｏｔをミスト化する場合と、図４のように孤立した１ｄｏｔをミスト化する場合では、インクの粘性や表面張力により適切なインクの形状を形成する超音波サイクル数が変動する。
【００２５】
ライン全ＤＯＴをミスト化する適切なインクの形状（メニスカス等）を形成する必要波数をＡサイクルとする。
【００２６】
図７のタイムチャートの区間ＡがＡサイクル分に相当するとする。
ここで、ｄｏｔ１からｄｏｔ６の全６ｄｏｔの場合について説明する。
すなわち、ｄｏｔ１は濃度０（階調０）、ｄｏｔ２は濃度２０（階調１）、ｄｏｔ３は濃度４０（階調２）、ｄｏｔ４は濃度６０（階調３）、ｄｏｔ５は濃度８０（階調４）、ｄｏｔ６は濃度１００（階調５）の全６階調の制御をする場合を例として説明する。
【００２７】
１．Ａの区間で一定のサイクル数の超音波を選択し全ｄｏｔ分一斉にメニスカスを均等に生成する。
２．ｄｏｔ１は濃度０なので、その後の超音波を照射しない。
３．ミスト生成サイクル数を次第に増加させ（Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ）濃度を正誤Ｙする。
４．これにより、ｄｏｔ０の濃度０からｄｏ５６の濃度１００までを再現する。
５．ここで、ｄｏｔの濃度０を再現したい場合は追加したＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの波数を無くし、Ａの波数は超音波を照射する。
【００２８】
ドットのｏｎ／ｏｆｆに限らず、Ａサイクルは超音波が透過するように画素選択層Ｄで超音波を透過させる。
【００２９】
図６のタイムチャートで示すように、画素がｏｆｆの場合はＡサイクルのみ、ｏｎの場合は濃度に応じて必要なサイクル数を追加発生させる。ここで、ｏｆｆの位置であってミストを発生させない箇所であっても、ある数の超音波、またはある大きさの超音波を照射するように制御するとよい。
【００３０】
これにより、ラインインク層Ｃではベタ、孤立１ｄｏｔにかかわらず、同様のインク形状を形成することが可能になる。その追加のサイクルでベタ、孤立１ｄｏｔとも同条件のもとミストの生成を安定的に行える。
【００３１】
以上のような実施形態によれば、印字しないｄｏｔであっても、基本波数の超音波を照射するようにしたことにより、ｄｏｔごとに独立にすることなく、連続したラインインク層Ｃであっても、均一なドットの濃度制御を可能とする等という優れた効果がある。
【００３２】
なお、この実施形態では、ライン型集束超音波に関して記述したが、点集束型や平面波型の振動子を複数配置し、液面からミストや液滴を出射させる場合でも同様の制御が可能である。
【００３３】
また、液体はインクでなくてもよい。さらに、ミスト発生に必要な形状はメニスカスだけではなく、メッシュ構造や多孔板構造においても、ミスト発生にいたる前の必須波数が存在し液面の形状変化がミスト発生前にある。そのときの液面の形状変化はケースバイケースであり一様に記述することは困難であるが、ミスト発生事前の波数が必要である。
【００３４】
上述した実施形態では、初期のメニスカス生成（インク等の液のミスト発生にいたる直前形状の生成）を照射する超音波の波数で制御しているが、これに限定されない。
ここでは、初期に照射する超音波の波数は、濃度によって変化させず、超音波の音圧を制御するように構成することによる。
なお、超音波の音圧がある値より小さい場合にはメニスカスは生成するがミストは発生しない。
【００３５】
全ｄｏｔメニスカスは発生するが、ミスト発生に至らない音圧ｊになる選択部の透過率をｐとし、ミスト発生する音圧をｍとする。音圧ｍは超音波波数と深く関係し、インクにより実験的に求められる。
【００３６】
例として、ｎ階調の濃度を実現する場合には、ミスト発生する最少波数をｓ１ミストの発生する最大波数ｓ２を求め、（ｓ２−ｓ１）／（（ｎ−１）−１）≧１になるように音圧ｍを決定する。
【００３７】
図８は５階調の場合のサイクル数の変位を示したものである。
ｄｏｔ１は階調１で濃度０の場合、選択透過部の透過率はｐでインク層の音圧はｊｄｏｔ２は階調２の場合、音圧はｍで波数はｓ１＋（ｓ２−ｓ１）／３を満たすように、選択透過部で超音波を透過するよう制御する。
【００３８】
図９は孤立１ｄｏｔの制御法である。
周囲のミストを発生しないｄｏｔは透過率ｐに制御されミスト発生はしないがメニスカス生成はする音圧に制御されており、ミスト発生させるｄｏｔのみ音圧ｍが発生されている。これにより、孤立１ｄｏｔもベタミスト発生時と同条件でミストを発生可能である。
【００３９】
図１０は画素選択層Ｄでの超音波の透過性の制御方法の一例である。
エレクトロウエッティング効果（Electrowetting on Dielectric；ＥＷＯＤ）等の液体移動制御手法による液体と気体の入れ替えによる超音波のｏｎ／ｏｆｆによる透過性の制御手法において、１ｄｏｔあたり２個の超音波ｏｎ／ｏｆｆ機構で構成し、両方ｏｎにする、片方ｏｎにする、両方ｏｆｆにするという方法で透過性の制御を行う。
【００４０】
２個のｏｎ／ｏｆｆ切り替え機構の超音波透過面のそれぞれ大きさの比は透過率ｐを満たすように決定されている。
【００４１】
なお、上述した図１０に示したように、超音波ｏｎと少しｏｎとｏｆｆの３つの状態にしてもよいが、超音波ｏｎ（ミスト発生）と超音波ｏｎスタンバイ（ミスト発生準備）の２つにして、より構造が簡単となる。
そして、超音波全透過と遮断に関しては適当な面積分遮断するという構造で実現できる。
【００４２】
このような実施形態によれば、印字しないｄｏｔであってもベース音圧の超音波を照射するようにしたことにより、ｄｏｔごとに独立にすることなく、連続したラインインク層であっても均一なドットの濃度制御を可能にするという優れた効果がある。
【００４３】
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、ライン型音響インクジェットヘッド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】
【００４４】
【図１】本発明に係るライン型音響インクジェットヘッドの一実施形態を示し、（ａ），（ｂ）はラインヘッドを示す概略斜視図と分解斜視図である。
【図２】本発明に係るライン型音響インクジェットヘッドにおいて、（ａ），（ｂ）はその要部の概略説明図である。
【図３】ライン型音響インクジェットヘッドにおいて連続したｄｏｔをミスト化する場合を説明する概略図である。
【図４】ライン型音響インクジェットヘッドにおいて孤立した１ｄｏｔをミスト化する場合を説明する概略図である。
【図５】ライン型音響インクジェットヘッドの制御波形１を示すタイムチャートである。
【図６】ライン型音響インクジェットヘッドの制御波形２を示すタイムチャートである。
【図７】制御波形を説明するためのものであって、（ａ）は区間Ａを説明するタイムチャート、（ｂ）はｄｏｔ１〜６を説明するタイムチャートである。
【図８】５階調の場合のサイクル数の変位を示すタイムチャートである。
【図９】孤立１ｄｏｔの制御法を示すタイムチャートである。
【図１０】画素選択層Ｄでの超音波の透過性の制御方法の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１…下部透過材、１２…移動液剤、１３…電極Ａ、１４…インク、１５…上部材、１６…メニスカス、Ａ…ラインヘッド、Ｂ…インクタンク、Ｃ…ラインインク層、Ｄ…画素選択層、Ｅ…超音波集束液層、Ｆ…ライン集束超音波振動子。
【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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