(57)【要約】【課題】超音波ミストジェットヘッドにおいて、液面変動に左右されずに、安定したミスト生成を可能とし、またコストやスペース面でも有利な構造を提供する。【解決手段】集束超音波を発生する振動子２と、超音波集束位置に液面１ａを維持する機構と、超音波集束位置に超音波を反射する反射材１０の面を、水面に角度θ（π／２＜θ＜π／４）で設置する。そして、反射材面の液面側端面がメニスカス３の内側にあり、かつ超音波照射軸よりもミスト４の出射方向に対し、反対側にあるように設置する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束超音波を発生する振動子と、超音波集束位置に液面を維持する機構と、超音波集束位置に超音波を反射する反射材面が、水面に角度θ（π／２＜θ＜π／４）で設置されており、
反射材面の液面側端面がメニスカスの内側にあり、かつ超音波照射軸よりもミスト出射方向に対し、反対側にあるように設置されていることを特徴とする超音波ミストジェットヘッド構造。
【請求項２】
請求項１記載の超音波ミストジェットヘッド構造において、
反射材を、超音波軸位置を中心に回転可能に構成したことを特徴とする超音波ミストジェットヘッド構造。
【請求項３】
集束超音波を発生する振動子と、超音波集束位置に液面を維持する機構と、超音波集束位置に超音波を透過する透過材とがミスト発生し易い位置に固定されているミストジェットヘッドの構造であって、
透過材の水面との角度αと透過材と集束超音波軸との位置関係が、超音波照射によって発生した液面Ａと透過部材面との間に定在波を発生させるように設定されていることを特徴とする超音波ミストジェットヘッド構造。
【請求項４】
請求項３記載の超音波ミストジェットヘッド構造において、
透過材を、集束超音波軸位置を中心に回転可能に構成したことを特徴とする超音波ミストジェットヘッド構造。
【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超音波ミストジェットヘッド構造に関する。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述したような音響インクジェット記録装置においては、超音波集束位置と液面の高さを正確に制御する必要があり、そのための機構のコストおよびスペースが問題であった。
【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、液面変動に左右されずに、安定したミスト生成を可能とし、またコストやスペース面でも有利な超音波ミストジェットヘッド構造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）に係る超音波ミストジェットヘッド構造は、集束超音波を発生する振動子と、超音波集束位置に液面を維持する機構と、超音波集束位置に超音波を反射する反射材面が、水面に角度θ（π／２＜θ＜π／４）で設置されており、反射材面の液面側端面がメニスカスの内側にあり、かつメニスカスセンター（超音波照射軸）よりもミスト出射方向に対し、反対側にあるように設置されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明（請求項２記載の発明）に係る超音波ミストジェットヘッド構造は、請求項１において、反射材を、超音波軸位置を中心に回転可能に構成したことを特徴とする。
【０００８】
本発明（請求項３記載の発明）に係る超音波ミストジェットヘッド構造は、集束超音波を発生する振動子と、超音波集束位置に液面を維持する機構と、超音波集束位置に超音波を透過する（１００％ではない）透過材とがミスト発生し易い位置に固定されているミストジェットヘッドの構造であって、透過材の水面との角度αと透過材と集束超音波軸との位置関係が超音波照射によって発生した液面Ａと透過部材面との間に定在波を発生するように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明（請求項４記載の発明）に係る超音波ミストジェットヘッド構造は、請求項３において、透過材を、超音波軸位置を中心に回転可能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超音波ミストジェットヘッド構造によれば、集束超音波により液面に発生するメニスカスに対し、超音波反射材を存在させることにより、超音波定在波を発生させ、ミスト発生の低エネルギー化および液面の上下変動によらずに、一定のミストを発生させる機能を実現することができる。
【００１１】
特に、本発明によれば、液面に角度を持った液層を作り、層厚を調整することにより液面の変動に左右されない安定したミスト生成を可能としている。
【００１２】
また、本発明によれば、集束超音波により液面に発生するメニスカスに対し超音波透過材を存在させることにより、超音波定在波を発生させ、ミスト発生の低エネルギー化および液面の上下変動によらずに、一定のミストを発生させる機能を発揮させることができ、しかもヘッド構成の自由度を増すことができる等の種々優れた効果がある。
【００１３】
さらに、本発明によれば、超音波反射材または透過材を、超音波集束軸を中心に回転可能にすることにより、ミストの発生方向を任意に変えることをでき、単一ヘッドで容易にライン記録を可能にするとともに、通常ヘッドでは困難な内側３６０度記録を可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１ないし図４は本発明に係る超音波ミストジェットヘッド構造の一実施形態を示す。
まず、図１において、超音波ミストジェットヘッドの概略構成を簡単に説明すると、符号１は槽（インク槽）内の液（インク）、２はこの液１中に設けられ集束超音波を発生する振動子で、この振動子２からの集束超音波が図中矢印方向に進行し、液面上にメニスカス３が形成される。そして、このメニスカス３からミスト４が放出されることにより、画像等の印字を行うようになっている。
【００１５】
本発明によれば、金属やガラス等のようにインク（１）とは大きく音響インピーダンスの異なる反射材（面）１０をメニスカス３に斜めに入れるように設置している。そして、この反射材（面）１０の液面側端面が、メニスカス３の内側にあり、かつメニスカスセンター（超音波照射軸）よりもミスト４の出射方向に対し、反対側にあるように設置している。
【００１６】
ここで、反射材１０と超音波の位置関係は、図２に示すように、反射材水中エッジの位置ｐはａ＜ｐ＜ｂの位置にあることが望ましい。そのときの角度θはπ／４＜θ＜π／２であることが望ましい。
このような条件でメニスカス３に反射材１０を設置した場合、メニスカス３は反射材１０にそって盛り上がり、図３のような形状になる。
【００１７】
超音波の仕様は、周波数２ＭＨｚの点集束、バースト周波数を１００Ｈｚ、液仕様は蒸留水とする。
水中から発射されたバースト超音波は液面（水面）１ａにメニスカス３をつくり、音圧が高ければメニスカス３の頂点からミスト４が発生し、音圧を下げていくことにより、ミスト４は発生しなくなり、さらに下げていくとメニスカス３が小さくなり、消えてしまうことになる。
【００１８】
このようなメニスカス３に対し反射材１０を、図３に示すように設置する。
水中から発射された超音波（照射超音波１１）はメニスカス３の空気界面で反射し、反射材１０に向かい、反射材１０の表面で再度反射し、メニスカス３の表面へ向かう。このように反射材１０と空気界面との間で反射がおきメニスカス３には定在波または合成波が発生し、ミスト４の発生に必要な初期音圧が低減することになる。
【００１９】
ここで、反射材１０の位置については、図２、図４に示すようにして設定される。
すなわち、反射材１０と液面１ａとの角度がπ／２以上であった場合、超音波軸がメニスカス部から外れてしまい超音波エネルギーを損失し、ミスト化が困難になる。また、π／４より角度が小さい場合は超音波の進行方向が液面に向かうようになりミスト４が気中に放射されにくくなる。
【００２０】
また、ａより左にいけば薄層をもつメニスカス３が生成できず、ｂより右にいけば超音波軸がメニスカス３から外れてしまう。
【００２１】
さらに、ミスト４の発生のし易さとは、超音波振幅が大きいことが条件となる。
また、振幅を大きくするには、振動子２への印加電圧を上げる方法が通常用いられるが、振動子２の発熱や印加電圧限界、駆動電源の高圧化等の問題があり振幅の大きさには制限がある。
【００２２】
ここで、効率よく定在波を発生させるには、半波長の数倍程度の間隔が望ましいことが、実験により確認されている。
すなわち、２ＭＨｚの超音波の場合、蒸留水（液１）中の波長は７５０μｍ程度であり、半波長の数倍の間隔域実現のためには数ｍｍ程度の薄層を実現することが必要となる。
そして、反射材１０をメニスカス３に挿入することにより液面１ａは反射材１０をずりあがり、頂点近辺では薄層を実現することになる。
【００２３】
その頂点近辺において定在波による振幅の増幅が行われ、ミスト発生にいたる。
実験においては、印加電圧の３０〜４０％低減を実現できた。
【００２４】
また、メニスカス３の大きさ、位置は超音波の音圧等で決まり、水面の高さの影響を受けにくく、安定したミスト４の生成が行えることが確認されている。
【００２５】
このような構成において、ミスト４の発生のし易さとは、超音波振幅が大きいことが条件となる。
ここで、振幅を大きくするには、振動子２への印加電圧を上げる方法が通常用いられるが、振動子２の発熱や印加電圧限界、駆動電源の高圧化等の問題があり振幅の大きさには制限がある。
【００２６】
このような構成によれば、簡易な位置調整により定在波を発生することを可能にしたことにより、印加電圧を増加することなく振幅の増大つまり、ミスト発生電圧の低減を実現することができる。
また、液面１ａの方向とは異なる向きに薄層を作り定在波を発生させているために通常なら影響をうける微小な液面の変動にかかわらず安定したミスト生成が可能である。
【００２７】
図５は本発明に係る超音波ミストジェットヘッド構造の第２の実施形態を示す。
すなわち、上述した第１の実施形態では反射材１０を使用し、超音波でできるメニスカス３を隆起させ、縦方向に薄層面を生成し、水面の影響を受けにくいミスト生成を実現しているが、この第２の実施形態では透過材２０を使用し、同様の効果を得ているのである。
【００２８】
この実施形態では、透過材２０の水面との角度と透過材２０と集束超音波軸との位置関係を、超音波照射によって発生した液面と透過部材面との間に定在波を発生させるように設定している。
【００２９】
これを詳述すると、図５に示すように、液剤との音響インピーダンスの差による超音波反射率が１０〜３０％の材料で作られた平面材をメニスカス生成角βとした場合に水平液面との角αをα＝２βでメニスカス３に設置する。このメニスカス３は透過材２０に添って隆起し、液面に対し水平でない薄層を形成する。超音波は透過材２０を透過し、気界面で反射し透過材２０に垂直に入射する。
【００３０】
したがって、気中界面と透過材２０との間で同様に定在波を発生させ増大した振幅を得ることができる。この場合も発生しているメニスカス３は液面の微小な変動の影響を受ける。出射超音波と透過材２０の位置関係で縦方向の薄層が決定しているため、安定したミスト生成を可能にしている。
【００３１】
ここで、図６に示すように、下部から照射された集束超音波は透過材２０を透過し（７０％から９０％）、超音波照射で得られるメニスカス３の液面Ａに到達、反射し、透過材２０へ入射する。この透過材２０では１０〜３０％が反射する。
【００３２】
角度αを維持した状態で、超音波照射位置または透過材２０の位置を調整し、空気界面と透過材の間で定在波が発生するように互いの位置関係を決定する。そして、定在波の発生は、ミストの発生で確認する。
【００３３】
このような構成によれば、上述した第１の実施形態での反射材１０と液面の鋭角の中にミスト発生角が存在しているが、この第２の実施形態では、鈍角側に発生するために、ヘッド構成の自由度が増すという利点がある。
【００３４】
図７は本発明に係る超音波ミストジェットヘッド構造の第３の実施形態を示すものである。すなわち、上述した第１、第２の実施形態での反射材１０、透過材２０と超音波軸との関係は一定であったが、この第３の実施形態では、反射材１０、透過材２０を、超音波集束軸位置を軸として回転するように構成している。
【００３５】
このようにすれば、ミスト４の発生方向を３６０度自在に制御できる。すなわち、反射材１０（または透過材２０）を回転させることにより、単一ヘッドで容易にライン記録を可能にするとともに、通常のヘッドでは困難な内側３６０度記録を可能にすることができる。
【００３６】
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、超音波ミストジェットヘッド構造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】
【００３７】
【図１】本発明に係る超音波ミストジェットヘッド構造を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明に係る超音波ミストジェットヘッド構造の第１の実施形態を示し、ミストを右側に射出する場合の概略説明図である。
【図３】図２の超音波ミストジェットヘッド構造の詳細を示す拡大図である。
【図４】図２、図３のヘッド構造において、反射材の位置とその位置選定を（ア）〜（エ）により説明するための説明図である。
【図５】本発明に係る超音波ミストジェットヘッド構造の第２の実施形態を示す概略説明図である。
【図６】図５の超音波ミストジェットヘッド構造の詳細図である。
【図７】本発明に係る超音波ミストジェットヘッド構造の第３の実施形態を説明するための図であって、液面を挟んで超音波振動子の反対側から見た図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…液、１ａ…液面、２…振動子、３…メニスカス、４…ミスト、１０…反射材、２０…透過材。
【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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