JPH1034909A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳＡＷストリーミング現象を利用した液体噴
射装置において、実現が容易な構成によって、安定して
インクを供給でき、印字品質を向上させることができる
液体噴射装置を提供する。 【解決手段】 伝搬体１の伝搬面１ａ上に、櫛形交差指
電極２が設けられている。櫛形交差指電極２には、交流
発生装置３が接続されている。また、伝搬体１の端部に
は、表面弾性波４の伝搬方向と平行なスリット７が形成
されている。このスリット７には、図示しないインク供
給部からインク５が供給される。供給されたインク５
は、その毛管力によって液面が安定する。また、スリッ
ト７の幅で位置が規制される。これにより、安定して連
続噴射を行なうことができ、印字品質を向上させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面弾性波を利用
して液体を飛翔させるようにした液体噴射装置に関する
ものであり、特に、インクを飛翔させて記録を行なうイ
ンクジェット記録装置のインクジェットプリンタヘッド
に用いることができる液体噴射装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出させて入力情報に応じた
文字図形を記録媒体上に書き込むようにした、いわゆる
インクジェットプリンタは、静かでしかも普通紙に直接
印字することができる点で優れている。インクジェット
プリンタは、複数のノズルとそのノズルに対応したイン
ク加圧室を有し、印字情報信号に応じてインク加圧室の
インク液圧を変化させてノズルからインク液滴を噴出さ
せ、対向する記録用紙などの記録媒体に記録するもので
ある。インクを加圧する方法としては、インク加圧室に
付設した圧電素子を利用する方法や、ヒータによってイ
ンク液中にバブルを発生させるバブルジェット方式など
が知られている。ところがこれらの方式では、プリンタ
ヘッドに多数のノズルを高密度に配置しなければなら
ず、きわめて精密な成形技術が要求されるので、低価格
化を進める上での問題を有している。また、インクの乾
きあるいは塵などの付着によってノズルのつまりが生じ
やすいため、記録品質が低下してしまうという問題があ
った。

【０００３】このような問題に対して、例えば、塩川ほ
か，「ＳＡＷストリーミング現象の解明とその応用」，
電子通信学会誌，（ＵＳ８９−５１）に記載されている
ように、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ
Ｗａｖｅ）ストリーミング現象を利用した方法がある。
ＳＡＷストリーミング現象とは、表面弾性波が伝搬する
伝搬面上に液体を付加し、表面弾性波を液体中に放射さ
せ、その励振出力を大きくすることによって、液体の微
小粒子が飛翔する現象である。この方法を用いることに
よって、ノズルのないインクジェット記録装置が構成可
能である。

【０００４】ＳＡＷストリーミング現象を利用したイン
クジェットについては種々の検討がなされており、上述
の文献のほか、例えば特開平４−１４４５５号公報、特
開平４−１１９８５４号公報、特開平４−１８９１４５
号公報、特開平４−２３９６５０号公報、特開平４−２
５９５５８号公報、特開平４−２６３９５１号公報、特
開平４−２９４１４６号公報、特開平４−２９４１４７
号公報、特開平６−６４１７３号公報などにも記載され
ている。

【０００５】図５は、従来のインクジェットプリンタヘ
ッドの第１の例を示す概念図である。図中、１は伝搬
体、１ａは伝搬面、２は櫛形交差指電極、３は交流発生
装置、４は弾性表面波、５はインク、６はインク滴であ
る。伝搬体１は、例えば平板状の圧電基板で構成され、
表面弾性波を伝搬させる伝搬面１ａ上に、櫛形交差指電
極２が設けられている。櫛形交差指電極２には、交流発
生装置３が接続されている。また、表面弾性波４の伝搬
方向に直交する伝搬体１の端部にインク５を保持してい
る。このような構成は例えば特開平４−１８９１４５号
公報等に記載されている。

【０００６】交流発生装置３により櫛形交差指電極２に
交流電圧を印加することによって電極間に交番電場が発
生し、表面弾性波４を発生させる。発生した表面弾性波
４は、櫛形交差指電極２の櫛状の部分に直交する方向に
伝搬する。表面弾性波４の幅は櫛形交差指電極２の櫛状
部分の幅であり、表面弾性波４はこの波幅をほぼ維持し
ながら伝搬面１ａ上を伝搬する。表面弾性波４は表面で
波の進行方向とは逆の回転をしながら伝播し、伝搬体１
の端部に到達すると、表面弾性波４は波の回転力によっ
て伝搬体１の端部に接するインクを伝搬体１の表面高さ
まで引き上げてから、インクを噴射させる。ただし、イ
ンクの引き上げにはインクの水位を適当な位置に安定化
させる必要がある。例えば、インク５の液面は伝搬体１
の伝搬面１ａに連続するように保持されることが望まし
い。

【０００７】しかし、この構成では、インク滴６の飛翔
後の液面の振動などによって、インク５の水位を一定に
保つことが困難である。そのために安定した連続噴射が
できないという問題がある。

【０００８】図６は、従来のインクジェットプリンタヘ
ッドの第２の例を示す概念図である。図中、図５と同様
の部分には同じ符号を付して説明を省略する。２１はス
リットである。この例では、伝搬面１ａ上における表面
弾性波４の伝搬方向前方に、伝搬方向と垂直にスリット
２１が形成されたものである。スリット２１は、基板を
対向させてつき合わせるか、あるいは基板の中央に溝を
掘るなどして形成される。スリット２１には、その下部
または横方向から新たなインクが供給される。スリット
２１中のインクは、毛管力によってその水位が一定に安
定して保たれるため、図５に示す構成に比べて安定した
噴射が可能である。しかし、この方式では左右の噴射位
置を合わせにくく、また対向する面からの反射波の影響
を受けやすいという欠点を有する。

【０００９】図７は、従来のインクジェットプリンタヘ
ッドの第３の例を示す概念図である。図中、図５と同様
の部分には同じ符号を付して説明を省略する。２２は穴
である。この例では、図６に示したスリット２１の代わ
りに、伝搬面１ａ上に、穴２２を穿設したものである。
この穴２２の下部からインクを供給し、毛管現象によっ
てインクの液面を保持する。この例では、インク滴６の
噴射位置は固定されるが、圧電基板上に穴２２を形成す
ること自体が極めて困難である。また、表面弾性波４の
ほとんどが穴２２の両脇を通過してしまい、エネルギー
効率が悪いという欠点もあげられる。

【００１０】図８は、従来のインクジェットプリンタヘ
ッドの第４の例を示す概念図である。図中、図５と同様
の部分には同じ符号を付して説明を省略する。２３は切
り込み部である。この例では、伝搬体１の端部に切り込
み部２３を設けたものである。この切り込み部２３を伝
搬する表面弾性波の中央部付近に配置することによっ
て、インク滴６の噴射位置を固定することができる。し
かし、このような小さな切り込み部２３では水位を安定
させるだけの毛管力を得ることは難しい。そのため、図
５に示した例と同様、インク５の水位を一定に保つこと
が困難であり、安定した連続噴射ができないという問題
がある。

【００１１】このように、従来のインクの供給方法で
は、安定したインクの連続噴射が困難であり印字品質の
向上は望むことができないか、あるいはその実現が困難
であり所望のインクジェットプリンタヘッドを容易に得
ることはできなかった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、ＳＡＷストリーミング現象
を利用した液体噴射装置において、実現が容易な構成に
よって、安定してインクを供給でき、印字品質を向上さ
せることができる液体噴射装置を提供することを目的と
するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、液体噴射装置において、表面弾性波を発生させる表
面弾性波発生手段と、該表面弾性波発生手段により発生
した表面弾性波を伝搬させる伝搬面を有する表面弾性波
伝搬手段と、前記表面弾性波発生手段により発生した表
面弾性波の伝搬方向前方に液体を供給する液体供給手段
を有し、前記表面弾性波伝搬手段には前記表面弾性波の
伝搬方向と略平行なスリットが形成されてなり、前記液
体供給手段は、前記スリットに液体を保持させることを
特徴とするものである。

【００１４】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の液体噴射装置において、前記スリットは、前記表面弾
性波の伝搬方向の長さが前記表面弾性波の伝搬方向に直
交する方向の幅よりも長いことを特徴とするものであ
る。

【００１５】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の液体噴射装置において、前記スリットの前記表面弾性
波の伝搬方向に略平行な側壁は移動可能に構成されてお
り、前記スリットの幅を可変可能であることを特徴とす
るものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の液体噴射装置の
第１の実施の形態を示す概念図である。図中、図５と同
様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。７はス
リット、８は噴射位置である。伝搬体１の端部には、表
面弾性波４の伝搬方向と平行なスリット７が形成されて
いる。このスリット７には、図示しないインク供給部か
らインク５が供給される。スリット７の幅をある程度以
下にしておけば、インク５の毛管力によってスリット７
中のインク５の液面が安定する。それとともに、インク
滴の噴射位置８が固定される。そのため、安定して連続
噴射を行なうことができ、印字品質を向上させることが
できる。

【００１７】スリット７の表面弾性波４の伝搬方向の長
さは、望ましくは、表面弾性波４の伝搬方向に直交する
方向の幅よりも長いとよい。スリット７の長さが短い
と、例えばスリット７が図５に示すような広いインクプ
ール等に連通している場合、インクプールにおける液面
の変動の影響を受けやすくなる。そのため、ある程度の
長さが必要である。もちろん、このスリット７の幅や長
さは、インクを保持して水位が安定させることができれ
ば特に限定されることはない。

【００１８】また、スリット７の櫛状交差指電極２と反
対側の端部は、インクの供給に支障がなければ閉じてい
ても開いていてもかまわないが、この端部が開放状態で
ある方が加工上有利である。また、端部が開放状態の場
合、図５に示すような広いインクプールなどに連通さ
せ、インクプールをバッファとして用いてそこからイン
クを供給するように構成することが可能である。さら
に、開放状態であれば反射波などの影響を受けることは
なく、さらに安定した吐出が可能である。

【００１９】このような構成において、交流発生装置３
により櫛形交差指電極２に交流電圧を印加して表面弾性
波４を発生させると、表面弾性波４は、スリット７へ向
かって伝搬面１ａ上を伝搬する。そしてスリット７の櫛
形交差指電極２側の端部である噴射位置８に到達したと
ころでインク５に接触する。そのため、この噴射位置８
においてインク滴６が飛翔することになる。この噴射位
置８は、スリット７の幅に規制されているため固定化さ
れており、インク滴６が飛翔する方向性は良好である。
また、インク５の液面の高さは毛管力によって安定して
おり、連続噴射時においても安定したインク滴６の飛翔
を行なわせることができる。そのため、従来に比べて印
字品質を向上させることができる。

【００２０】図２は、本発明の液体噴射装置の第２の実
施の形態を示す概念図である。図中、図１と同様の部分
には同じ符号を付して説明を省略する。９ａ，９ｂは分
離基板である。この実施の形態では、分離基板９ａと９
ｂを伝搬体１に突き当て、分離基板９ａ，９ｂの間にス
リット７を形成した例を示している。このように、伝搬
体１にスリット７を設けなくても、別部材によってスリ
ット７を形成することもできる。ここで使われる分離基
板９ａと９ｂは、伝搬体１と同種の材料が好ましいが、
インクよりも音波の伝搬速度が速い材料であればどのよ
うな材料を用いてもよい。

【００２１】この実施の形態では、スリット７を分離基
板９ａ，９ｂによって形成しているので、分離基板９
ａ，９ｂを左右に移動させることによってスリット７の
幅を変えることが可能である。インクジェット記録装置
では、使用するインクの種類によって画質に大きな影響
を及ぼす。通常はノズルに応じて一定のインクしか使う
ことができない。ところが、このようにスリット７の幅
を変更可能に構成することによって、例えばインクの粘
度に応じてインクを供給しやすくかつ飛翔しやすい条件
を選択するなど、インクに応じたスリット７の幅を設定
し、インクによらず良好な画質を得ることができるよう
になる。

【００２２】図３は、本発明の液体噴射装置の第３の実
施の形態を示す概念図である。図中、図１と同様の部分
には同じ符号を付して説明を省略する。１０はレンズ部
である。この実施の形態では、伝搬体１の伝搬面１ａに
レンズ部１０を設けている。このレンズ部１０の焦点位
置を、スリット７の櫛形交差指電極２側の端部またはそ
の近傍となるように設定しておく。これにより、櫛形交
差指電極２で発生した表面弾性波４をレンズ部１０によ
ってスリット７の櫛形交差指電極２側の端部またはその
近傍に収束させ、噴射位置８からインク滴６を噴射させ
ることができる。

【００２３】レンズ部１０は、例えば、伝搬面１ａより
も音速の遅い膜を伝搬面１ａ上に設けたり、導電性の膜
を伝搬面１ａ上に設けることにより形成することができ
る。あるいは、伝搬面１ａの一部の表面近傍を化学的お
よびまたは機械的に改変したり、伝搬面１ａの一部の表
面近傍の物質定数を変化させるようなものを伝搬面１ａ
に打ち込んだりして形成することもできる。伝搬体１が
圧電セラミックスの場合は、分極部の音速が未分極部の
音速よりも大きくなることを利用し、強誘電体の未分極
部分をレンズ状に形成して、レンズ部４における伝搬面
を未分極部分として形成することもできる。

【００２４】このようなレンズ部１０によって、表面弾
性波４はレンズ部１０を通過するときに、音速の違いが
生じ、入射角に応じた表面弾性波４の屈折が生じるた
め、表面弾性波４を収束させることができる。これによ
り、櫛形交差指電極２で生成された表面弾性波４のエネ
ルギーは噴射位置８に集中するので、効率よくインク滴
８を噴射させることができ、エネルギー効率を向上させ
ることができる。また、レンズ部１０によって絞られた
表面弾性波４は、焦点付近での励振パワーの強度分布が
急峻な変化を示すため、粒径の小さなドロップの発射が
可能となる。したがって、微小なインク滴形成が可能と
なり印字品質が向上する。

【００２５】図４は、本発明の液体噴射装置の第４の実
施の形態を示す概念図である。図中、図１、図３と同様
の部分には同じ符号を付して説明を省略する。１１は導
波ガイドである。この実施の形態では、上述の第３の実
施の形態で示した構成に加え、さらに伝搬面１ａに導波
ガイド１１を設けたものである。導波ガイド１１は、レ
ンズ部１０の焦点あるいは焦点の近傍からスリット７の
端部まで設けられている。

【００２６】導波ガイド１１としては、例えば、伝搬面
１ａよりも音速の遅い帯状の膜を伝搬面１ａ上に設けた
り、導電性の帯状の膜を伝搬面１ａ上に設けることによ
り形成することができる。また、伝搬面１ａの一部の表
面近傍を化学的およびまたは機械的に改変したり、伝搬
面１ａの一部の表面近傍の物質定数を変化させるような
ものを伝搬面１ａに打ち込んだりして形成することもで
きる。さらに、伝搬体１を切り出して伝搬面１ａの表面
を凸状にしたり、平行な溝を掘るなどして立体的な起伏
によって表面弾性波５の伝搬方向を規制することもでき
る。なお、伝搬面１ａが圧電セラミックスの場合は、帯
状に未分極部分を設けることによっても導波ガイド１１
となる。

【００２７】交流発生装置３によって櫛形交差指電極２
に励振された表面弾性波４は、レンズ部１０によって、
導波ガイド１１の入射端あるいはその近傍に絞り込まれ
る。絞り込まれた表面弾性波４は、拡散することなく導
波ガイド１１に導かれ、導波ガイド１１の出射端からス
リット７の端部へと出射される。そして、絞り込まれた
大きなエネルギーによってスリット７の端部の噴射位置
８からインク滴６が飛翔する。

【００２８】この実施の形態では、導波ガイド１１を用
いているので、レンズ部１０の焦点位置とスリット７の
端部の位置を合わせる必要がなく、設計の自由度が増
す。また、レンズ部１０で絞り込んだ表面弾性波４のエ
ネルギーをそのまま吐出のために用いることができるの
で、上述の第３の実施の形態と同様に、効率よくインク
滴６を噴射することができる。

【００２９】なお、例えば導波ガイド１１を曲げて配置
するなどして、導波ガイド１１が入射した表面弾性波４
の進行方向を変化させることができる場合、櫛形交差指
電極２で表面弾性波４を発生した際の波の方向とほぼ平
行にスリット７を設ける必要はなくなる。上述の第１お
よび第２の実施の形態においても導波ガイド１１を曲げ
て配置することによって、櫛形交差指電極２とスリット
７の位置的な制約を緩和することが可能である。これら
の場合においても、導波ガイド１１から出射される表面
弾性波４の進行方向と略平行にスリット７を設ければよ
い。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、表面弾性波の伝搬方向と略平行なスリットを
設けたので、インクの毛管力によりスリットの隙間に常
にに一定のインク水位を保つことができ、また、噴射位
置も固定することが可能となる。これによって、インク
の供給を安定化させるとともにインクの噴射特性も安定
させることができ、印字品質を向上させることができ
る。

【００３１】また、スリットを形成する部材を基板と別
部材とし、スリットの隙間を可変とすることによって、
利用するインクの粘性等に応じてインクの供給と噴射特
性を制御することも可能であり、画質に応じたインクの
種類を選ぶことが可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の液体噴射装置の第１の実施の形態を
示す概念図である。

【図２】 本発明の液体噴射装置の第２の実施の形態を
示す概念図である。

【図３】 本発明の液体噴射装置の第３の実施の形態を
示す概念図である。

【図４】 本発明の液体噴射装置の第４の実施の形態を
示す概念図である。

【図５】 従来のインクジェットプリンタヘッドの第１
の例を示す概念図である。

【図６】 従来のインクジェットプリンタヘッドの第２
の例を示す概念図である。

【図７】 従来のインクジェットプリンタヘッドの第３
の例を示す概念図である。

【図８】 従来のインクジェットプリンタヘッドの第４
の例を示す概念図である。

【符号の説明】

１…伝搬体、１ａ…伝搬面、２…櫛形交差指電極、３…
交流発生装置、４…弾性表面波、５…インク、６…イン
ク滴、７…スリット、８…噴射位置、９ａ，９ｂ…分離
基板、１０…レンズ部、１１…導波ガイド、２１…スリ
ット、２２…穴、２３…切り込み部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面弾性波を発生させる表面弾性波発生
   手段と、該表面弾性波発生手段により発生した表面弾性
   波を伝搬させる伝搬面を有する表面弾性波伝搬手段と、
   前記表面弾性波発生手段により発生した表面弾性波の伝
   搬方向前方に液体を供給する液体供給手段を有し、前記
   表面弾性波伝搬手段には前記表面弾性波の伝搬方向と略
   平行なスリットが形成されてなり、前記液体供給手段
   は、前記スリットに液体を保持させることを特徴とする
   液体噴射装置。
2. 【請求項２】 前記スリットは、前記表面弾性波の伝搬
   方向の長さが前記表面弾性波の伝搬方向に直交する方向
   の幅よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の液体
   噴射装置。
3. 【請求項３】 前記スリットの前記表面弾性波の伝搬方
   向に略平行な側壁は移動可能に構成されており、前記ス
   リットの幅を可変可能であることを特徴とする請求項１
   に記載の液体噴射装置。