JPH11245403A - インク滴生成飛翔装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク滴を安定して飛翔させる。 【解決手段】 インクジェット記録装置は、インク３と
接触する振動部材１と、振動部材１を振動させる振動発
生手段２と、電界を発生させる電極９、１０と、キャピ
ラリ波がインク３に発生するように振動発生手段２を駆
動する駆動回路１３と、画像信号に対応して、キャピラ
リ波が発生したインクがインク滴化しかつインク滴４が
飛翔する方向に電界が作用するように電極９、１０に電
圧を印加する電界制御回路６０と、を備えている。この
ように、インク滴４が飛翔する方向Ｅに電界を作用させ
るので、インク滴４を安定に飛翔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、インク滴生成飛翔
装置に係り、より詳しくは、インク滴を生成すると共に
生成したインク滴を飛翔させるインク滴生成飛翔装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】被印字
面に液滴、特にインク滴を吐出して印字を行うインク滴
生成・飛翔方式の代表的なものとして、ノズルを用いる
方式があり、そのノズル式の記録方式には、従来、オン
デマンド型と連続流型とがある。

【０００３】オンデマンド型は、記録情報に対応してノ
ズルから間欠的にインクを吐出させて印字を行う方式
で、代表的なものとして、ピエゾ振動子型とサーマル型
とがある。ピエゾ振動子型は、インク室に付設した圧電
素子にパルス電圧を印加して圧電素子を変形させること
により、インク室内のインク液圧を変化させ、ノズルか
らインク滴を吐出させて、記録紙上にドットを記録する
ものである。サーマル型は、インク室内に設けた加熱素
子によりインクを加熱し、これにより発生したバブルに
よりノズルからインク滴を吐出させて、記録紙上にドッ
トを記録するものである。

【０００４】一方、連続流型は、インクに圧力を加えて
ノズルから連続的にインクを吐出させると同時に、ピエ
ゾ振動子などにより振動を加えて吐出インク柱を液滴化
し、さらに液滴に対して選択的に帯電、偏向を行うこと
によって、記録を行うものである。

【０００５】これらの各方式はいずれも、インクのドロ
ップ径は、主としてノズルの径によって決まる。そし
て、ノズル径を小さくすると、ゴミやチリによるノズル
詰まりや、ノズル部のインク表面の乾燥によるノズル詰
まり、ノズル円周部へのインク残滓の付着によるインク
吐出方向の変化を生じるといった問題が発生する。

【０００６】これに対して、ノズルを用いないで、被印
字面にインク滴を吐出して印字を行う記録方式が、いく
つか提案されている。

【０００７】米国特許第４３０８５４７号明細書に示さ
れているように、凹状にカーブした球面形状の圧電体シ
ェルをインク中に配置し、この圧電体シェルに電極を介
して電圧を印加するものがある。この方式では、圧電体
シェルからインク中に放射された縦波がインク自由表面
の一点に集められ、インク自由表面からドロップが吐出
される。

【０００８】また、特公平６−４５２３３号に示されて
いるように、ガラスなどの基板上に球面状の凹部を設け
て、これを音響レンズとし、基板の裏面に圧電体、およ
びこれに電圧を印加するための電極からなる振動子を形
成して、この振動子をインク中に配置するものがある。

【０００９】さらに、特開平３−２００１９９号には、
より安価で、よりシャープに焦点を合わせられるレンズ
として、凹状レンズの代わりに薄膜平板状の位相フレネ
ルレンズを基板上に設けることが示されている。

【００１０】縦波をインク自由表面に集束させて、イン
ク自由表面からドロップを吐出させる方式では、ドロッ
プ径は、縦波の集束径にほぼ等しく、その集束径ｄは、
振動子の駆動周波数をｆ、レンズのＦ値をＦとすると、
ｄ〜Ｆ／ｆとなる。なお、インク中を伝搬する縦波の波
長をλ、その伝搬速度をｖとすると、これらと振動子の
駆動周波数ｆとの間には、ｖ＝ｆ・λの関係がある。

【００１１】したがって、例えば、ドロップ径（集束
径）ｄが１５μｍ程度の非常に小さなインク滴を吐出さ
せようとする場合には、レンズのＦ値を１とすると、従
来の低粘度・水性インク中の縦波の伝搬速度ｖは、ほぼ
１５００ｍ／秒であるので、振動子の駆動周波数ｆを約
１００ＭＨｚというような非常に高い周波数にしなけれ
ばならない。レンズのＦ値は、種々の問題から著しく小
さくすることは実際上困難であるため、ドロップ径ｄを
より小さくしようとすると、一般にはより高い周波数で
振動子を駆動することになる。

【００１２】このように、１００ＭＨｚ前後の高い周波
数で複数の振動子を駆動しなければならないため、一般
に駆動手段が高価になるというコスト上の問題を生じる
とともに、吸収による発熱によりインク粘度が変化して
ドロップ径が変動したり、記録素子内でインク自体の乾
燥や固化を生じてインクを吐出できなくなることがある
という重大な問題を生じる。

【００１３】上記以外の従来技術として、特開平６−３
４００７０号において、新規なオンデマンド型の記録方
式が開示されている。これは、本発明と同様に、片持ち
梁構造の梁を曲げ振動で共振させて、ビームの先端に十
分な振幅を発生させ、インクを飛翔させるものであり、
比較的低い励振周波数および低い電圧でインクを吐出で
きるというような本発明と共通の特長を有するが、イン
ク滴は、ビーム先端に設けられたノズルを介して形成さ
れるという原理を用いており、前述したノズル式の各種
記録方式と同様、ドロップ径はノズル径で決定され、ノ
ズル径を小さくすると、ノズル詰まりやノズル円周部へ
のインク残滓の付着によるインク吐出方向の変化を生じ
るといった課題を有する。特開平６−３４００７０号で
は、従来方式に比べノズル詰まりの問題が生じる可能性
を少なくする方式として提案されているが、ドロップ径
がノズル径で決まる以上、根本的な解決とはなり得な
い。

【００１４】さらに別の従来技術として、インクジェッ
ト記録方式ではないものの、振動エネルギーを作用させ
て液体を微粒子化するという点で技術的に類似する、特
開平３−１５４６６５号について説明する。これは霧化
装置として提案されているもので、圧電磁器を含む振動
子と、振動子に固着され片持ち梁の形で曲げ振動する振
動部からなり、振動部の一部を液体に漬けて、超音波の
放射により霧状の液滴を発生させるものである。この装
置によれば、ノズルを用いずに微小径のドロップを生成
可能であるが、多数のドロップが、時間的、空間的に制
御されていない状態で生成されるものであり、この構成
ではインクジェット記録装置にはなり得ない。

【００１５】なお、上記従来技術では、インク滴を安定
に飛翔させることについては考慮されていない。

【００１６】本発明は、上記事実に鑑み成されたもの
で、インク滴を安定に飛翔させることの可能なインク滴
生成飛翔装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため本発
明は、インクと接触する振動部材と、前記振動部材を振
動させる振動手段と、電界を発生させる電界発生手段
と、前記インクにキャピラリー波が発生するように前記
振動手段を制御すると共に、所定信号に対応して、該キ
ャピラリー波が発生したインクからインク滴を生成しか
つ滴化したインク滴が飛翔するための電界が発生するよ
うに前記電界発生手段を制御する制御手段と、を備えて
いる。

【００１８】即ち、振動部材はインクと接触する。振動
手段は振動部材を振動させ、電界発生手段は電界を発生
させる。

【００１９】制御手段は、インクにキャピラリー波が発
生するように振動手段を制御すると共に、所定信号に対
応して、該キャピラリー波が発生したインクからインク
滴を生成しかつ滴化したインク滴が飛翔するための電界
が発生するように電界発生手段を制御する。即ち、所定
信号に対応する電界の作用により、インク滴化すると共
に滴化したインク滴が飛翔する。

【００２０】このように、インクにキャピラリー波が発
生するように振動部材を振動させると共に、所定信号に
対応してインク滴化して飛翔するように電界を発生させ
るので、インク滴を安定して飛翔させることができる。

【００２１】ところで、電界発生手段は、インク滴が通
過するための通過部( 開口部でもよく、切り欠け部でも
よい) が設けられかつ該通過部がインク滴の飛翔経路に
位置するように配置された第１の作用電極と該第１の作
用電極からインク滴の飛翔方向に離間した位置に位置す
る第２の作用電極とを含んで構成され、制御手段は、電
界発生手段を制御する際、第１の作用電極と第２の作用
電極とに電圧を印加するようにしてもよい。

【００２２】このように、電界発生手段を、インク滴が
通過するための通過部が設けられかつ該通過部がインク
滴の飛翔経路に位置するように配置された第１の作用電
極と該第１の作用電極からインク滴の飛翔方向に離間し
た位置に位置する第２の作用電極とを含んで構成するの
で、上記電界を発生させるための第１及び第２の作用電
極の位置精度を確保し易い。

【００２３】また、電界発生手段は、振動部材の位置に
位置する第１の作用電極と振動部材に離間した位置に位
置する第２の作用電極とを含んで構成され、制御手段
は、電界発生手段を制御する際、第１の作用電極と第２
の作用電極とに電圧を印加するするようにしてもよい。

【００２４】このように、電界発生手段を、振動部材の
位置に位置する第１の作用電極と振動部材に離間した位
置に位置する第２の作用電極とを含んで構成するので、
上記電界を発生させるための第１及び第２の作用電極の
位置精度をより確保し易い。

【００２５】なお、振動手段は、電圧の印加状態に応じ
て伸縮する伸縮部材と該伸縮部材を挟みかつ該伸縮部材
に電圧を印加するための第１の振動電極及び第２の振動
電極とを含んで構成されると共に、該第１の振動電極及
び該第２の電極の何れか一方が振動部材に固着され、制
御手段は、振動手段を制御する際、第１の振動電極及び
第２の電極に電圧を印加するようにしてもよい。

【００２６】また、電界発生手段は、振動部材の位置に
位置する第１の作用電極と振動部材に離間した位置に位
置する第２の作用電極とを含んで構成され、振動手段
は、第１の作用電極に固着されかつ電圧の印加状態に応
じて伸縮する伸縮部材と、該伸縮部材に電圧を印加する
ための振動電極と、を含んで構成され、制御手段は、電
界発生手段及び振動手段を制御する際、第１の電極、第
２の電極、及び振動電極に電圧を印加すると共に第１の
電極を一定電位に維持するようにしてもよい。

【００２７】このように、電界発生手段を、振動部材の
位置に位置する第１の作用電極と振動部材に離間した位
置に位置する第２の作用電極とを含んで構成し、振動手
段を、第１の作用電極に固着されかつ電圧の印加状態に
応じて伸縮する伸縮部材と、該伸縮部材に電圧を印加す
るための振動電極と、を含んで構成しているので、第１
の作用電極は、電界を発生させるための電極及び振動部
材を振動させるための電極の役割を有する。よって、電
界を発生させるためと振動部材を振動させるために、各
々について電極を備える必要がないので、構成を簡略化
することができる。なお、第１の電極を一定電位に維持
するので、電圧の干渉が発生せず、インク滴を適正に生
成することができる。

【００２８】更に、振動部材は導体であり、電界発生手
段は、振動部材に離間した位置に位置する作用電極を含
んで構成され、制御手段は、電界発生手段を制御する
際、振動部材及び作用電極に電圧を印加するようにして
もよい。

【００２９】このように、振動部材を導体とし、電界発
生手段を、振動部材に離間した位置に位置する作用電極
を含んで構成するので、振動部材に電界を発生させる役
割をもたせることができ、特別に電極を追加しなくて
も、電界を発生させることができ、構成を簡略化するこ
とができる。

【００３０】また、振動部材は導体であり、振動手段
は、振動部材に固着されかつ電圧の印加状態に応じて伸
縮する伸縮部材と、該伸縮部材に電圧を印加するための
振動電極と、を含んで構成され、制御手段は、振動手段
を制御する際、振動部材及び振動電極に電圧を印加する
ようにしてもよい。

【００３１】このように、振動部材が導体であり、か
つ、振動手段を制御する際、振動部材及び振動電極に電
圧を印加するので、特別に電極を追加しなくても、振動
部材及び振動電極の間に電圧を発生させて伸縮部材の伸
縮により振動部材を振動させることがでる。よって、構
成を簡略化することができる。

【００３２】ところで、振動部材を導体とし、電界発生
手段は、振動部材に離間した位置に位置する作用電極を
含んで構成され、振動手段は、振動部材に固着されかつ
電圧の印加状態に応じて伸縮する伸縮部材と、該伸縮部
材に電圧を印加するための振動電極と、を含んで構成さ
れ、制御手段は、電界発生手段及び振動手段を制御する
際、振動部材と作用電極及び振動電極とに電圧を印加す
ると、振動部材と作用電極とに印加する電圧と、振動部
材と振動電極とに印加する電圧と、が相互に干渉して、
電界発生手段及び振動手段を適正に制御することができ
ない。そこで、本発明では、振動部材を一定電位に維持
するようにしている。

【００３３】このように、振動部材を一定電位に維持す
れば、振動部材と作用電極とに印加する電圧と、振動部
材と振動電極とに印加する電圧と、の上記干渉を防止す
ることができ、インク滴を適正に生成することができ
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００３５】図１に示すように、本発明の一実施の形態
に係るインク滴生成飛翔装置を含むインクジェット記録
装置は、図示しないインク室内のインク３に接触する振
動部材１、及び、振動部材１が片持ち梁構造となるよう
に振動部材１を基端５側で支持すると共に振動部材１を
振動させる、本発明の振動手段としての振動発生手段２
を備えている。

【００３６】振動発生手段２は、圧電部材１１、及び、
圧電部材１１を挟みかつ圧電部材１１に電圧を印加する
ための一対の電極２Ｅ１、２Ｅ２により構成されてい
る。なお、電極２Ｅ１側が振動部材１を基端５側で支持
する。

【００３７】一対の電極２Ｅ１、２Ｅ２には、基準クロ
ックに対応して振動部材１を所定の周波数で励振させる
ための電圧信号を出力して制御する駆動回路５０が接続
されている。

【００３８】振動部材１から離間した位置には、記録媒
体７を担持しかつ搬送する金属ロールである第１電極
（請求項２の第２の作用電極）９が配置されている。振
動部材１と第１電極９との間には、通過部としてのイン
ク滴通過孔３０を備えた第２電極（請求項２の第１の作
用電極）１０が配置されている。なお、第２電極１０
は、インク滴通過孔３０中央が振動部材１の先端に対応
する位置に位置するように、配置される。また、インク
滴通過孔３０に限定されず、インク滴を通過させるため
の切り欠け部構成としてもよい。

【００３９】第１電極９及び第２電極１０には、電圧を
印加する電界制御回路６０が接続されている。

【００４０】なお、駆動回路５０と電界制御回路６０と
により本発明の制御手段が構成される。

【００４１】図２に示すように、振動部材１は、先端部
４が先細り形状（例えば、二等辺三角形）となってい
る。

【００４２】次に、本実施の形態の作用を説明する。図
示しないコンピュータが、図３（Ｂ）に示すように、画
像信号を電界制御回路９に入力する。なお、基準クロッ
クは、図３（Ａ）に示すように、駆動回路１３に入力さ
れる。

【００４３】画像信号が入力された電界制御回路９は、
図３（Ｃ）に示すように、１００〜１０００［Ｖ］の範
囲の電圧信号（出力信号）を第１電極９及び第２電極１
０に出力する。電圧信号の大きさは、インク滴の生成・
飛翔に必要な電界が発生するための大きさである。な
お、電圧信号は、１インク滴の生成・飛翔毎に間欠的に
区切られる。なお、本実施の形態では、インク滴６が記
録媒体７に着弾するまでの所定時間継続して、電界が作
用するように電圧を印加する。なお、瞬間的に高電界が
作用するように高電圧を印加して、インク滴を生成・飛
翔してもよい。これにより、インク滴の飛行時間が短縮
が図られ、ひいては、全体の処理時間の短縮を図ること
ができる。

【００４４】基準クロックが入力された駆動回路５０
は、図３（Ｄ）に示すように、振動部材１の後述する飛
翔点５２（図４（Ａ）参照）に接触するインク３にキャ
ピラリ波（表面張力波）が発生するための駆動信号を電
極２Ｅ１、２Ｅ２に出力する。なお、駆動信号は、１イ
ンク滴の生成・飛翔毎に間欠的に区切られる。また、駆
動信号は振動部材１の共振周波数の逆数で求まる周期を
１周期とする波形が少なくとも１つ以上連なった波形信
号を持ち、これらを断続的に印加するバースト波であ
る。なお、バースト波は、図示した三角波に限らず、矩
形波やサイン波等でもよい。また、駆動信号の周波数は
振動部材１が曲げ振動で共振する周波数である。このよ
うに、電極２Ｅ１、２Ｅ２に駆動信号を印加して圧電部
材１１の振動により振動部材１が該周波数で励振される
と先端部４は大きな振幅で振動する。これによって、振
動部材１と接触するインク３は振動の作用を受け、図５
に示すように、振動部材１の表面にキャピラリ波２２が
生ずると共に振動部材１の先端部４を覆っているインク
の表面と振動部材１表面との距離（図示のインク厚み）
Ｌを数μｍ〜数百μｍにすることができる。なお、振動
条件を適正に調整することにより、より安定したキャピ
ラリ波が形成される。

【００４５】なお、先端部を先細り形状にしているの
で、振動部材１の曲げこわさ（慣性モーメント）を先端
部程小さくして先端部の曲げ振動の振幅を大きくするこ
とができる。また、キャピラリ波が発生する領域を制限
することができ、複数のインク滴が飛翔することを防止
する効果が大きい。

【００４６】ところで、本実施の形態では、振動部材１
の材質、形状等の物性を調整することで、飛翔点５２を
所定位置にしている。所定位置は、振動部材１の曲げ振
動方向に対して垂直な面においてインク３に波頭２つの
キャピラリ波が形成される位置である。即ち、所定位置
は、図４（Ａ）に示すように、該面における振動方向と
直交する方向の幅Ｗが以下の式１で与えられるλに対し
てほぼ２λとなる位置である。なお、幅Ｗは、１．２λ
〜２．４λの範囲（波頭２つのキャピラリ波が形成され
る長さ）となるようにするのが好ましい。

【００４７】 λ＝｛８πσ／（ρｆｅ² ）｝^1/3 ×１０⁴ （μｍ）・・・式１ ここで、σは、インク表面張力（ｍＮ／ｍ） ρは、インク密度（ｇ／ｃｍ³ ） ｆｅは、励振周波数（Ｈｚ） 上式１は、一般の参考者、例えば、千葉近著「超音波噴
霧」（山海堂）第７章第２節に、キャピラリ波の波長を
与える式として記載されているものである。

【００４８】また、インク滴の飛翔方向は振動部材１の
先端部の振動する方向とほぼ等しい。図１に示すよう
に、インクの表面張力が振動部材１の振動方向に左右対
称な記録ヘッドでは、左右にインク滴が飛翔する。これ
が不都合な場合には、次のようにして一方向のみに飛翔
さることができる。即ち、例えば、飛翔させない側のイ
ンク室の壁のぬれ性を大きくして表面張力を大きくする
ことにより、インク厚みを厚くしてキャピラリ波の発生
を抑制したり、飛翔させない側の振動部材１の先端部に
インクをはじく性質の材質を付着させる等によりインク
が接触しないようにする。

【００４９】前述したように振動部材１が励振される
と、上記飛翔点５０におけるインクは、図４（Ｂ）に示
すように、ある時間ｔにおいて、２つの波頭２４Ａ、２
４Ｂのキャピラリ波が生成され、次の時間ｔ＋Δｔにい
て、図６（Ｃ）に示すように、インク滴４のもととなる
微小な１つの波頭２４Ｃ（波頭２４Ａと波頭２４Ｂとが
合成されたもの）のキャピラリ波が生成され、これを繰
り返されることになる。

【００５０】ところで、図５に示すように、電圧が印加
された第１電極９及び第２電極１０との間の電界によ
り、インク３に発生したキャピラリ波２２の波頭２４に
は電荷の片寄りが生じ、かつ、この状態で波頭２４がち
ぎれてインク滴６が生成され、第１電極９に向かって飛
翔し、記録媒体５上に到達（印字）する。

【００５１】なお、図４（Ａ）の飛翔点５２は上記説明
のために示したものであり、振動部材１表面に特に設け
られる必要はない。インク滴吐出点は振動部材１の材
質、形状サイズ、振動発生手段２の励振条件等により、
振動部材１の先端部の所定の一点に定まるよう設計され
るものである。ただし、諸条件が多少変動してもインク
滴吐出点が変動するのを防ぐ目的で、インク滴吐出点に
濡れ性を調整する表面処理等を施すことは有効である。

【００５２】以上説明したように本実施の形態では、振
動部材１の先端表面においてキャピラリ波が形成されて
いるインク３を、電界の作用により、インク滴化しかつ
滴化したインク滴を飛翔させるので、高速かつ安定なイ
ンク滴飛翔が実現する。

【００５３】なお、インク滴の安定飛翔の効果を高める
ためには、第２電極１０を可能な限り振動部際１に接近
させることが好ましい。具体的には記録媒体５の存在を
考慮して１００μｍから５ｍｍの範囲で設定する。

【００５４】また、前述した実施の形態によれば、ノズ
ルなしで、微小滴が生成され、かつ、インク目詰まりが
なく、高画質記録可能な記録ヘッドの実現が可能とな
る。

【００５５】より具体的に説明すると、キャピラリ波を
利用するので低周波による駆動ができ、かつ、キャピラ
リ波を生成する振動を片持ち梁の曲げ振動の共振モード
で実現しているので、小さな入力エネルギでも振動部材
の先端は十分に大きな振幅を有し低電力で駆動すること
ができる。さらに、エネルギ効率の高い圧電材料を採用
できるので低電力で駆動することができる。従って、エ
ネルギー効率がよく、使用可能なインクの物性範囲も広
がる。

【００５６】さらに、記録ヘッドと記録媒体７の間の電
界でインク滴の飛翔を制御するので、振動エネルギの利
用は安定なキャピラリ波が形成されればそれでよく、過
剰に印加する必要はないので、振動エネルギ利用方式の
従来の問題点であった発熱の問題も発生することはない
以上説明した実施の形態では、インク滴通過孔３０を備
えた第２電極１０を、振動部材１に接近させるようにし
ているが、本発明はこれに限定されず、インク滴通過孔
３０を省略した第２電極１０を振動部材１の記録媒体７
側面に配置するようにしてもよい。このように、第２電
極１０を振動部材１の記録媒体７側面に配置すれば、位
置精度をより確保しやすいという利点がある。なお、振
動部材１を導体とし、電界制御回路６０は、振動部材１
及び第１電極９に電圧を印加するようにしてもよい。即
ち、振動部材１に第２電極の役割を持たすようにしても
よい。これにより、構成部品を減らすことができ、構成
を簡略化することができる。

【００５７】また、前述した実施の形態では、振動発生
手段２を、圧電部材１１と、該圧電部材を挟む一対の電
極２Ｅ１、２Ｅ２とにより構成しているが、本発明はこ
れに限定されず、振動部材１を導体とし、振動発生手段
２を、該振動部材１に固着する圧電部材１１と、圧電部
材１１を振動部材１とにより挟む電極２Ｅ２と、により
構成し、駆動回路５０は、振動部材１及び電極２Ｅ２に
電圧を印加するようにしてもよい。即ち、振動部材１に
電極２Ｅ１の役割を持たすようにしてもよい。これによ
り、構成部品を減らすことができ、構成を簡略化するこ
とができる。

【００５８】ところで、振動部材１を導体とし、振動発
生手段２を、該振動部材１に固着する圧電部材１１と、
圧電部材１１を振動部材１とにより挟む電極２Ｅ２と、
により構成し、電界制御回路６０は、振動部材１及び第
１電極９に電圧を印加し、駆動回路５０は、振動部材１
及び電極２Ｅ２に電圧を印加するようにしてもよい。こ
の場合、振動部材１と第１電極９に印加する電圧と、振
動部材１と電極２Ｅ２に印加する電圧と、が相互に干渉
して、電界発生制御及び振動制御を適正に行うことがで
きない。そこで、振動部材１を一定電位に維持するよう
にしてもい。これにより、構成を簡略化することができ
ると共に電界発生制御及び振動制御を適正に行うことが
できる。

【００５９】ところで、振動部材１は振動発生手段２の
振動を曲げ振動に変換可能であり、先端部近傍にキャピ
ラリ波生成に十分な振幅を発生可能な部材であればよ
く、材質等は特に限定されない。例えば、ＳＵＳ、Ｎ
ｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、ＴｉＷ等、
あるいはそれらの各種合金、又は、ＳｉＯ₂ 、ＳｉＯ
Ｎ、ＳｉＮ、ＡｌＮや、Ａｌ₂ Ｏ₃ などの各種無機材
料、またシアノアクリレート系樹脂、エポキシ系樹脂、
フッ素系樹脂などの各種樹脂も用いることができる。中
でも加工性や価格等の面から、ＳＵＳ、Ｎｉ等の金属材
料、ポリイミド樹脂、ＰＥＴ、エポキシ樹脂、シアノア
クリレート樹脂等の高分子材料が好適である。

【００６０】なお、振動発生手段２は圧電部材以外にも
駆動回路から入力される電圧信号に応じて振動を発生す
るものであればよく、磁歪材料、機械式アクチュエー
タ、静電力を応用したアクチュエータ等を適用可能であ
るが、圧電材料は、インクジェットプリンタの機能材料
としても広く使われており、高度な製造技術が確立して
いるので最適である。圧電材料としては、水晶、ＰＺ
Ｔ、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ₃ 、ニオブ酸鉛ＰｂＮ
ｂ₂ Ｏ₆ 、ビスマスゲルマネイトＢｉ₁₂ＧｅＯ₂₀、ニオ
ブ酸リチウムＬｉＮｂＯ₃ 、タンタル酸リチウムＬｉＴ
ａＯ₃ などの多結晶体や単結晶体、またはＺｎＯやＡｌ
Ｎなどの圧電薄膜、またはポリ尿素、ＰＶＤＦ（ポリフ
ッ化ビニリデン）やＰＶＤＦの共重合体などの圧電性高
分子、またはＰＺＴなどの無機圧電物質と圧電性高分子
との複合体などを用いることができる。なお、振動発生
手段２を構成する圧電材料自体で振動部材を形成しても
よい。

【００６１】なお、振動部材１を変質、腐食、異物付着
等から保護する目的で、金、白金、パラジウム、ロジウ
ム等の金属及びＰＴＦＥ等の薄膜で表面を被覆すること
は効果的である。

【００６２】振動部材１は均一な厚みの板状に限らず、
棒状、錘形状等さまざまな形状での設計が可能である
が、振動の安定性、ドロップ飛翔方向の安定性、インク
保持の安定性において、少なくとも先端部近傍４を薄板
状に設計することが好ましい。

【００６３】さらに、振動部材１は、必ずしも単一材
料、単一部材から構成される必要はなく、複数の材料、
部材からなる複合構造であってもよい。また、物性（密
度、ヤング率等）が部材の位置によって徐々に変化して
いる傾斜材料を用いることも、複数の異なる性能を両立
させる方法として有効である。

【００６４】なお、振動部材１の先端部は、二等辺三角
形状であるが、本発明はこれに限定されず、図６（Ａ）
に示すように、上記幅Ｗの四角形状、図６（Ｂ）に示す
ように、上記幅Ｗの部分を有し、先端になる程急激に細
くなる形状、図６（Ｃ）に示すように、上記幅Ｗの部分
を有し、先端になる程緩やかに細くなる形状を採用して
もよい。

【００６５】また、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示すよう
に、先細った先端に、上記幅Ｗの部分を有する所定形状
（円や矩形）の部分を有する振動部材を採用してもよ
い。 〔実施例１〕図８は本発明の第１実施例を示す構成図で
ある。振動部材１は薄板形状をしており、正面から見た
形状は図２に示した様に先端を二等辺三角形の形状にし
た。振動部材１はエレクトロフォーミングで形成された
およそ７μｍ厚のニッケル薄片からなる。

【００６６】振動発生手段２は、ジルコン酸チタン酸鉛
（ＰＺＴ）からなる、請求項４の伸縮部材としての薄膜
圧電部材１１と、これに電圧を印加するための、請求項
４の第１及び第２の振動電極としての電極からなり、圧
電部材１１を電極で挟持するよう構成される。振動発生
手段２は振動部材１と一体化され記録ヘッドの支持部材
に支持される。ＰＺＴからなる薄膜圧電部材１１は分極
処理が施されており、電極間に電圧が印加されたときに
歪みを生じ交番電圧の印加により振動する。インク室１
３はインク室壁１４Ａ、１４Ｂ、インク滴通過孔を有す
る側壁１５、支持基板１６で形成される。インク室壁１
４Ａ、１４Ｂ、インク滴通過孔を有する側壁１５、支持
基板１６は全て同一の材料で作製することが望ましく、
一体形成による方法、または、個別に形成してから接着
する方法のいずれかで作製することができる。材質はセ
ラミックまたはプラスチックが好ましい。

【００６７】側壁１５の記録媒体７と対向する表面には
第２電極１０が薄膜形成技術により作製され、電界制御
回路６０に接続される。電界制御回路６０は画像信号に
対応して第１電極９と第２電極１０の間に１００〜１０
００ボルトの範囲の電圧パルスを印加することにより、
インク滴６が飛翔する記録ヘッドと記録媒体７間の空間
に電界を生成させる。

【００６８】インク３は、市販の油性インクを用いた。
表面張力σ＝４０ｍＮ／ｍ、密度＝１．０７ｇ／ｃ
ｍ³ 、粘度＝１．３ｍＰａ・ｓである。

【００６９】図８では図示を省略した駆動回路５０によ
り振動発生手段２に印加された駆動信号は、周波数＝１
９２ｋＨｚ、バースト数＝８、励振電圧＝２０Ｖｐ−ｐ
（最高最低振幅）、波形＝サイン波、である。

【００７０】電界制御回路６０が第１電極９、第２電極
１０の間に印可した信号は、電圧＝２５０Ｖ、パルス幅
＝８０μｓの矩形電圧パルスである。

【００７１】飛翔したインク滴６の直径は２２μｍで、
記録媒体７上の平均ドット径は３８μｍであった。ま
た、１インク滴を吐出してから次のインク滴を吐出でき
る間隔は、およそ１２ｋＨｚであった。 〔実施例２〕図９は本発明の第２実施例を示す構成図で
ある。振動部材１は１２μｍ厚のポリイミドフィルムと
記録媒体７と対向する表面に蒸着形成された、請求項
３、５の第１の作用電極としての金薄膜からなる。金薄
膜は電界制御回路６０に接続されて第２電極１０として
機能する。また同時に振動発生手段２の請求項５の伸縮
部材としての圧電部材１１とも接続しており、振動発生
手段２を励振するための電極２Ｅ１としても機能するも
のである。第２電極１０は安定な電界を形成しかつ圧電
部材１１に安定な励振信号を印加するためにアース電位
に保たれる。なお、電極２Ｅ２は、請求項３、５の第２
の作用電極に対応する。

【００７２】実施例１の構成では振動部材１と第２電極
１０の位置合わせを必要とするが、本実施例は第２電極
１０を振動部材１と一体化して作製することができるの
で、位置精度を確保しやすいという利点がある。

【００７３】インク３は、実施例１と同じインクを用い
た。振動発生手段２に印加した信号は、周波数＝２５４
ｋＨｚ、バースト数＝１５、励振電圧＝１０Ｖｐ−ｐ
（最高最低振幅）、波形＝サイン波、である。

【００７４】電界制御回路６０が第１電極９、第２電極
１０の間に印可した信号は、電圧＝２００Ｖ、パルス幅
＝１００μｓの矩形状電圧パルスである。

【００７５】飛翔したインク滴６の直径は１５μｍで、
記録媒体７上の平均ドット径は３２μｍであった。ま
た、１インク滴を吐出してから次のインク滴を吐出でき
る間隔は、およそ１０ｋＨｚであった。 〔実施例３〕図１０は本発明の第３実施例を示す構成図
である。振動部材１は５μｍ厚のステンレスフィルムを
エキシマレーザで高精度に加工したものである。本実施
例は、振動部材１が第２電極１０と振動発生手段２の電
極２Ｅ１の一方を兼ねる構成となっている。振動部材１
のインク室側の表面にＰＺＴからなる、請求項７、８の
伸縮部材としての圧電部材１１を形成し、さらに圧電部
材を励振するための電極（請求項７、８の振動電極）を
形成した。振動部材１（第２電極１０）は安定な電界を
形成しかつ圧電部材１１に安定な励振信号を印加するた
めにアース電位に保たれる。なお、電極９は、請求項
６、８の作用電極に対応する。

【００７６】本実施例では、振動部材１を水平に配置し
インク３を振動部材１の下方に蓄える構成としたので、
インク滴６を安定に記録媒体７側のみに吐出させる構成
を取ることができた。

【００７７】インク３は、市販の水性インクを用いた。
表面張力σ＝３８ｍＮ／ｍ、密度＝１．１２ｇ／ｃ
ｍ³ 、粘度＝２．３ｍＰａ・ｓである。

【００７８】振動発生手段２に印加した信号は、周波数
＝３４３ｋＨｚ、バースト数＝２０、励振電圧＝９Ｖｐ
−ｐ（最高最低振幅）、波形＝サイン波、である。

【００７９】電界制御回路６０が第１電極９、第２電極
１０の間に印可した信号は、電圧＝３００Ｖ、パルス幅
＝５０μｓの矩形電圧パルスである。

【００８０】飛翔したインク滴６の直径は２０μｍで、
記録媒体７として用いたコピー用紙上の平均ドット径は
３５μｍであった。また、１インク滴を吐出してから次
のインク滴を吐出できる間隔は、およそ１８ｋＨｚであ
った。

【００８１】なお、薄板状の金属片を高精度で形成する
方法としては、エッチング、放電加工、レーザ切断、エ
レクトロフォーミング等従来公知の各種加工技術を適用
可能である。

【００８２】

【発明の効果】本発明は、インクにキャピラリー波が発
生するように振動部材を振動させると共に、所定信号に
対応してインク滴化して飛翔するように電界を発生させ
るので、インク滴を安定して飛翔させることができる、
という効果を有する。

【００８３】本発明は、電界発生手段を、インク滴が通
過するための通過部が設けられかつ該通過部がインク滴
の飛翔経路に位置するように配置された第１の作用電極
と該第１の作用電極からインク滴の飛翔方向に離間した
位置に位置する第２の作用電極とを含んで構成するの
で、上記電界を発生させるための第１及び第２の作用電
極の位置精度を確保し易い、という効果を有する。

【００８４】本発明は、電界発生手段を、振動部材の位
置に位置する第１の作用電極と振動部材に離間した位置
に位置する第２の作用電極とを含んで構成するので、上
記電界を発生させるための第１及び第２の作用電極の位
置精度をより確保し易い。

【００８５】本発明は、電界発生手段を、振動部材の位
置に位置する第１の作用電極と振動部材に離間した位置
に位置する第２の作用電極とを含んで構成し、振動手段
を、第１の作用電極に固着されかつ電圧の印加状態に応
じて伸縮する伸縮部材と、該伸縮部材に電圧を印加する
ための振動電極と、を含んで構成しているので、第１の
作用電極は、電界を発生させるための電極及び振動部材
を振動させるための電極の役割を有する。よって、電界
を発生させるためと振動部材を振動させるために、各々
について電極を備える必要がないので、構成を簡略化す
ることができる、という効果を有する。

【００８６】本発明は、振動部材を導体とし、電界発生
手段を、振動部材に離間した位置に位置する作用電極を
含んで構成するので、振動部材に電界を発生させる役割
をもたせることができ、特別に電極を追加しなくても、
電界を発生させることができ、構成を簡略化することが
できる、という効果を有する。

【００８７】本発明は、振動部材が導体であり、かつ、
振動手段を制御する際、振動部材及び振動電極に電圧を
印加するので、特別に電極を追加しなくても、振動部材
及び振動電極の間に電圧を発生させて伸縮部材の伸縮に
より振動部材を振動させることがでる。よって、構成を
簡略化することができる、という効果を有する。

【００８８】本発明は、振動部材を一定電位に維持すれ
ば、振動部材と作用電極とに印加する電圧と、振動部材
と振動電極とに印加する電圧と、の上記干渉を防止する
ことができ、インク滴を適正に生成することができる、
という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るインクジェット記録装置の
概略図である。

【図２】振動部材の形状を示した図である。

【図３】本実施の形態のタイミングチャートである。

【図４】（Ａ）は、振動部材の先端部の飛翔点の位置を
示した図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）のＸ１−Ｘ２断
面における所定時間における様子を示した図であり、
（Ｃ）は、図４（Ａ）のＸ１−Ｘ２断面における図４
（Ｂ）から更に所定時間経過したときの様子を示した図
である。

【図５】インク滴が生成・飛翔する際の様子を示した図
である。

【図６】振動体の変形例を示した図である。

【図７】振動体の更に他の変形例を示した図である。

【図８】第１実施例に係るインクジェット記録装置の概
略図である。

【図９】第２実施例に係るインクジェット記録装置の概
略図である。

【図１０】第３実施例に係るインクジェット記録装置の
概略図である。

【符号の説明】

１ 振動部材 ２ 振動発生手段（振動手段） １１ 圧電部材（伸縮部材） ２０Ｅ１、２０Ｅ２ 電極 ６０ 電界制御回路（制御手段） ５０ 駆動回路（制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平潟 進 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 大木 靖 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクと接触する振動部材と、 前記振動部材を振動させる振動手段と、 電界を発生させる電界発生手段と、 前記インクにキャピラリー波が発生するように前記振動
   手段を制御すると共に、所定信号に対応して、該キャピ
   ラリー波が発生したインクからインク滴を生成しかつ滴
   化したインク滴が飛翔するための電界が発生するように
   前記電界発生手段を制御する制御手段と、 を備えたインク滴生成飛翔装置。
2. 【請求項２】 前記電界発生手段は、前記インク滴が通
   過するための通過部が設けられかつ該通過部が前記イン
   ク滴の飛翔経路に位置するように配置された第１の作用
   電極と該第１の作用電極から前記インク滴の飛翔方向に
   離間した位置に位置する第２の作用電極とを含んで構成
   され、 前記制御手段は、前記電界発生手段を制御する際、前記
   第１の作用電極と前記第２の作用電極とに電圧を印加す
   る、 ことを特徴とする請求項１記載のインク滴生成飛翔装
   置。
3. 【請求項３】 前記電界発生手段は、前記振動部材の位
   置に位置する第１の作用電極と前記振動部材に離間した
   位置に位置する第２の作用電極とを含んで構成され、 前記制御手段は、前記電界発生手段を制御する際、前記
   第１の作用電極と前記第２の作用電極とに電圧を印加す
   る、 ことを特徴とする請求項１記載のインク滴生成飛翔装
   置。
4. 【請求項４】 前記振動手段は、電圧の印加状態に応
   じて伸縮する伸縮部材と該伸縮部材を挟みかつ該伸縮部
   材に電圧を印加するための第１の振動電極及び第２の振
   動電極とを含んで構成されると共に、該第１の振動電極
   及び該第２の電極の何れか一方が前記振動部材に固着さ
   れ、 前記制御手段は、前記振動手段を制御する際、前記第１
   の振動電極及び前記第２の電極に電圧を印加する、 ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に
   記載の記載のインク滴生成飛翔装置。
5. 【請求項５】 前記電界発生手段は、前記振動部材の位
   置に位置する第１の作用電極と前記振動部材に離間した
   位置に位置する第２の作用電極とを含んで構成され、 前記振動手段は、前記第１の作用電極に固着されかつ電
   圧の印加状態に応じて伸縮する伸縮部材と、該伸縮部材
   に電圧を印加するための振動電極と、を含んで構成さ
   れ、 前記制御手段は、前記電界発生手段及び前記振動手段を
   制御する際、前記第１の電極、前記第２の電極、及び前
   記振動電極に電圧を印加すると共に前記第１の電極を一
   定電位に維持する、 ことを特徴とする請求項１記載のインク滴生成飛翔装
   置。
6. 【請求項６】 前記振動部材は導体であり、 前記電界発生手段は、前記振動部材に離間した位置に位
   置する作用電極を含んで構成され、 前記制御手段は、前記電界発生手段を制御する際、前記
   振動部材及び前記作用電極に電圧を印加する、 ことを特徴とする請求項１記載のインク滴生成飛翔装
   置。
7. 【請求項７】 前記振動部材は導体であり、 前記振動手段は、前記振動部材に固着されかつ電圧の印
   加状態に応じて伸縮する伸縮部材と、該伸縮部材に電圧
   を印加するための振動電極と、を含んで構成され、 前記制御手段は、前記振動手段を制御する際、前記振動
   部材及び前記振動電極に電圧を印加する、 ことを特徴とする請求項１記載のインク滴生成飛翔装
   置。
8. 【請求項８】 前記振動部材は導体であり、 前記電界発生手段は、前記振動部材に離間した位置に位
   置する作用電極を含んで構成され、 前記振動手段は、前記振動部材に固着されかつ電圧の印
   加状態に応じて伸縮する伸縮部材と、該伸縮部材に電圧
   を印加するための振動電極と、を含んで構成され、 前記制御手段は、前記電界発生手段及び前記振動手段を
   制御する際、前記振動部材と前記作用電極及び前記振動
   電極とに電圧を印加すると共に前記振動部材を一定電位
   に維持する、 ことを特徴とする請求項１記載のインク滴生成飛翔装
   置。