JPH11245404A - インク滴生成飛翔装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク滴を安定に飛翔させる。 【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、電圧が印加されかつ光ビームが照射される
と第１の電界を発生し、光ビームが照射されないと、第
１の電界より大きさが小さい第２の電界を発生する、第
１電極６Ａを含む電界発生手段１５と、画像信号に応じ
て電界発生手段１５に光ビームを照射する露光装置１７
と、インク３にキャピラリ波が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
滴化したインク滴４が飛翔する方向Ｅに電界が作用する
ように第１電極６Ａに電圧を印加する電界制御回路９
と、を備えている。このように、光ビームを照射してイ
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、電圧が印加されかつ光ビームが照
射されると印加された電圧に応じた大きさの第１の電界
を発生しかつ光ビームが照射されないと該第１の電界よ
り大きさが小さい第２の電界を発生する電界発生手段
と、所定信号に対応して前記電界発生手段に光ビームを
照射する照射手段と、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
に対応して滴化したインク滴が飛翔する方向に電界が作
用するように前記照射手段の光ビームの照射を制御する
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る。ここで、電界発生手段
は、電圧が印加されかつ光ビームが照射されると印加さ
れた電圧に応じた大きさの第１の電界を発生する。な
お、電界発生手段は、光ビームが照射されないと、第１
の電界を発生するための電圧が印加されても、該第１の
電界より大きさが小さい第２の電界（大きさが０の場合
も含む）を発生する。

【００１９】照射手段は、所定信号に対応して電界発生
手段に光ビームを照射する。これにより、電界発生手段
は、印加された電圧に応じた大きさの第１の電界を発生
可能な状態となる。

【００２０】そして、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
信号に対応して滴化したインク滴が飛翔する方向に電界
が作用するように照射手段の光ビームの照射を制御す
る。

【００２１】このように、所定信号に対応して光ビーム
を照射することにより、電界発生手段を、印加された電
圧に応じた大きさの第１の電界が発生可能な状態にし、
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滴化したインク滴
が飛翔する方向に電界が作用するように照射手段の光ビ
ームの照射を制御するので、電界の作用により少なくと
もインク滴の飛翔が補助される。よって、インク滴を安
定に飛翔させることができる。

【００２２】ここで、電界発生手段が上記第１の電界を
発生可能な状態で、制御手段は、次のように制御しても
よい。

【００２３】即ち、制御手段は、インクにキャピラリ波
が発生しかつ該キャピラリ波が発生したインクが所定信
号に対応してインク滴化して飛翔するように振動手段を
制御すると共に該インク滴が飛翔する方向に電界が作用
するように照射手段の光ビームの照射を制御してもよ
い。この場合、電界はインク滴の飛翔を補助する役割を
有する。また、制御手段は、インクにキャピラリ波が発
生するように振動手段を制御すると共に、所定信号に対
応してインク滴化して飛翔するように照射手段の光ビー
ムの照射を制御してもよい。この場合、電界は、インク
滴の生成と、インク滴の飛翔の補助の役割を有する。更
に、制御手段は、インクにキャピラリ波が発生するよう
に振動手段を制御しかつ所定信号に対応してインク滴化
して飛翔するように振動手段及び照射手段の光ビームの
照射を制御すると共に該インク滴が飛翔する方向に電界
が作用するように照射手段の光ビームの照射を制御して
もよい。この場合、電界は、インク滴の生成及び飛翔の
補助の役割を有する。

【００２４】ところで、本発明では、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
しかつ光ビームに対して透過性のある作用電極と該作用
電極を透過した光ビームの照射を受けかつ該照射により
低抵抗化する光導電層とを光ビームの照射方向に順に積
層して構成され、制御手段は、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。

【００２５】このように、振動部材が導体であり、か
つ、振動部材及び作用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電界を発生させることができ
る。よって、構成を簡略化することができる。

【００２６】また、本発明では、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。

【００２７】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。

【００２８】ところで、振動部材を導体とし、電界発生
手段を、前記振動部材に離間した位置に位置しかつ光ビ
ームに対して透過性のある作用電極と該作用電極を透過
した光ビームの照射を受けかつ該照射により低抵抗化す
る光導電層とを光ビームの照射方向に順に積層して構成
し、振動手段を、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、を含んで構成し、制御手
段は、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、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、適正にインク滴を生成することができな
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。

【００２９】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、適正にインク滴を生成することができ
る。

【００３０】

【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。

【００３１】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、光ビームを変調し、電界発生手段１５の後述す
る光導電層１６に照射する露光装置１７を備えている。
なお、露光祖１７は本発明の照射手段に対応する。露光
装置１７としては、周知のレーザビームプリンタに使用
されている出力数十ミリワット以下程度の半導体レーザ
が使用可能である。なお、その他、ＬＥＤ、ＥＬ、プラ
ズマ発光セル、液晶セルとランプを組み合わせたもの等
の使用も可能である。

【００３２】電界発生手段１５は、後述する振動部材１
に離間し、露光装置１７からの光ビームの照射方向に、
透明基板１８、光ビーム透過性の第１電極６Ａ、及び光
導電層１６が順に配置されて構成されている。なお、第
１電極６Ａが本発明の作用電極に対応する。

【００３３】また、インクジェット記録装置は、記録媒
体５を介して電界発生手段１５に対向するように離間し
て配置され、長手方向が所定方向となるように配置され
た導体性の振動部材１を内部に設けた長尺状の記録ヘッ
ド１４、及び、第１電極６Ａ及び振動部材１にそれぞれ
信号線６Ｅ、６Ｆを介して接続され、画像信号に対応し
て所定の大きさの電界が発生するように、所定の電圧信
号を出力して制御する電界制御回路９を備えている。

【００３４】ここで、所定方向は、記録媒体５の走査方
向に対応する。振動部材１の長手方向の長さは、記録媒
体５の長さに対応する。

【００３５】記録ヘッド１４はインク室壁１１及び支持
部材１２からなるインク室１０を備えている。インク室
１０には図示しないインク供給手段によってインク３が
供給される。

【００３６】振動部材１は、インク室１０内に配置さ
れ、本発明の振動手段としての振動発生手段２が一体化
（固着）され、片持ち梁構造となるように一端側が支持
部材１２により支持され、少なくとも先端部近傍が、イ
ンク３と接触している。

【００３７】振動発生手段２は、振動部材１に固着する
圧電部材（伸縮部材）８と、振動部材１に対して圧電部
材８を挟んだ反対側に圧電部材８に電圧を印加するため
電極（振動電極）２０と、で構成されている。

【００３８】電極２０及び振動部材１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１３が接続さ
れる。駆動回路１３は電界制御回路９に接続されてい
る。なお、振動部材１はアースされている。

【００３９】電界制御回路９及び駆動回路１３により本
発明の制御手段が構成される。前述したように振動部材
１に電圧を印加する構成であるので、振動部材１は導電
性の材料として、例えば、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｆｅ、
Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、ＴｉＷ等、あるいはそれらの
各種合金が採用可能である。

【００４０】図２に示すように、振動部材１は、前述し
た所定方向に配列され、かつ、先端部が先細り形状（例
えば、二等辺三角形状）の複数の短冊状の部材（振動
体）１ａ、１ｂ、１ｃ・・・が基端部側（右側）で一体
化して構成されている。

【００４１】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（Ａ）に示すように、基
準クロックを駆動回路１３に入力する。

【００４２】基準クロックが入力された駆動回路１３
は、図３（Ｄ）に示すように、振動部材１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２０に出力する。即ち、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。振動部材１が該周波数
で励振されると先端部は大きな振幅で振動する。

【００４３】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、振動部材１の表面にキャピラ
リ波２２を生ずると共に、図５に示すように、振動部材
１の先端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。

【００４４】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。

【００４５】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５０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。

【００４６】 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。

【００４７】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、時間ｔにおいて、２つの波頭２４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２４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。

【００４８】一方、電界制御回路９は、１００〜１００
０［Ｖ］の範囲の電圧信号（出力信号：Ｖボルト）を第
１電極６Ａに出力している。よって、図６に示すよう
に、第１電極６ＡがＶボルト、振動部材１が０ボルトに
保持される。

【００４９】露光装置は光ビームを所定方向に走査する
が、画像信号が入力されたタイミングに基づいて、露光
装置１７からは、図３（Ｃ）に示すように、駆動回路１
３による駆動信号の印加開始時から所定時間遅れて、光
ビームが照射される。これにより、光ビームは、透明基
板１８、第１電極６Ａを介して、光導電層１６を照射す
る。

【００５０】これにより、光導電層１６は、光ビームの
照射を受けた領域１６Ａの抵抗値が十分小さくなり、そ
の結果、光導電層１６の該領域１６Ａの電位はＶボルト
となる。

【００５１】一方、光ビームが照射されない領域１６Ｂ
は、光導電層１６が十分に高抵抗なので各層の容量イン
ピーダンス分の分圧効果により、光導電層１６の領域１
６Ｂの電位はＶ′（＜Ｖ）ボルトとなる。

【００５２】よって、領域１６Ａと振動体１ｂとの間で
は、大きさがＥの電界が発生し、領域１６Ｂと振動体１
ａ、１ｃとの間の各々では、大きさがＥ′（＜Ｅ）の電
界が発生する。

【００５３】大きさがＥの電界の作用により、振動部材
１（振動体１ａ、１ｂ、１ｃ・・・）の飛翔点５０上に
おいてキャピラリ波が発生しているインク３の波頭２４
に電荷の片寄りが発生し、かつ、波頭２４がちぎれてイ
ンク滴４が生成される。一方、大きさがＥ′（＜Ｅ）の
電界が作用しても、上記インク滴４が生成されない。な
お、このように、本実施の形態では、大きさがＥの電界
の作用によりインク滴４が生成され、大きさがＥ′（＜
Ｅ）の電界が作用しても、上記インク滴４が生成されな
いように、電界の強度およびキャピラリ波形成条件を調
整している。

【００５４】よって、大きさがＥの電界が作用して、イ
ンク滴４が生成され、電界の方向はインク滴４の飛翔方
向であるので、生成されたインク滴４は第１電極６Ａに
向かって飛翔し、記録媒体５上に到達（印字）する。な
お、大きさがＥ′の電界が作用した領域に対応する記録
媒体５上には、インク滴４は到達しない。

【００５５】なお、図４（Ａ）の飛翔点５０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。飛翔点は振動部材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。

【００５６】ところで、前述したように、振動部材１を
アースし、所定の電位（０ボルト（アース電位））に維
持している。そして、電界を発生させる際、第１電極６
Ａの電位を変化させ、かつ、振動部材１を振動させる
際、電極２０の電位を変化させている。これは、振動部
材１の電位を変化させると、この電位変動が圧電部材８
に印加すべき電圧及び発生する電界の大きさに影響を及
ぼすからである。これにより、記録ヘッド１４と記録媒
体１８間の電界は電界制御回路９によって安定に制御さ
れ、圧電部材８に印加される電界は駆動回路１３によっ
て安定に制御される。

【００５７】なお、本実施の形態では、画像信号に応じ
て第１電極６Ａに電圧を印加し、光ビーム否照射時（否
印字時）では、電界が形成されず、光ビーム照射時（印
字時）のみ電界を発生させて、インク滴を生成・飛翔さ
せている。これは、常時、電界Ｅ′を作用させて、光ビ
ームが照射されたときに、電界Ｅが作用させて、インク
滴を生成・飛翔させるより、エネルギ消費上で好ましい
からである。

【００５８】なお、振動発生手段２を励振する周波数は
いかなる値でもよいが、振動発生手段２の共振周波数と
等しいかまたはその整数倍の周波数で駆動すると効率良
く振動させることができる。また、バースト数と電圧は
キャピラリ波を安定に形成するための調整パラメータと
して適宜設定することができる。

【００５９】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を形成してい
るインク３に電界を作用させて、インク滴を生成かつ飛
翔させるので、インク滴の吐出周波数を高めることがで
き、高速かつ安定なインク滴飛翔が実現する。

【００６０】また、前述した実施の形態では、振動部材
が導体であり、かつ、振動部材及び第１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電界を発生さ
せることができる。よって、構成を簡略化することがで
きる。

【００６１】更に、前述した実施の形態では、振動部材
が導体であり、かつ、振動部材及び振動手段を構成する
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圧電
素子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。

【００６２】また、前述した実施の形態では、振動部材
を一定電位に維持しているので、振動部材と電界発生手
段の第１電極とに印加する電圧と振動部材と振動発生手
段の電極とに印加する電圧との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。

【００６３】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。

【００６４】更に、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弾性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、本発明に使用可能なインクの物性範囲も広がる。

【００６５】さらに、記録ヘッドと記録媒体の間の電界
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。

【００６６】また、光ビームによる走査と組み合わせを
可能にしたので、高速でかつ均一性の高い光ビーム照射
が可能となり、高速高画質印字が可能となった。

【００６７】ところで、光導電層１６は少なくとも露光
装置が照射する光ビームに対して光導電性を示す材料よ
り構成され、光照射によって照射面の体積固有抵抗値が
否照射面により３倍以上の導電性を与えるものであり、
２０倍以上の導電性を与える材料がより好ましい。具体
的には、結晶シリコン、他結晶シリコン、微結晶シリコ
ン、非結晶シリコン、及びこれらの複数の材料の混合又
は他物質の添加やドーピングを行ったもの、この他にも
Ｓｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＰｂＳｎＴｅ
等、あるいはＧｅやＳｉに Ａｕ、Ｈｇ、Ｃｕ、Ｚｎ等
をドープしたものを用いても良い。

【００６８】また、前述した実施の形態では、電界発生
手段を、透明基板１８、光ビーム透過性の第１電極６
Ａ、及び光導電層１６を順に配置して構成しているが、
本発明はこれに限定されず、次のように構成してもよ
い。

【００６９】電界発生手段１５の各層間に電気的特性あ
るいは機械的強度を向上させるために、あるいは各層を
選択的にパターニングするなどデバイス作成上の都合に
より適宜中間層及び表面層を設けることができる。

【００７０】ここで、光導電層１６が表面に露出してい
ると、記録媒体５との接触・摺動による磨耗が問題にな
ることがある。また、空気中の水分が光導電層１６中に
入り込み光導電特性を劣化させることがある。従って、
光導電層１６の表面に保護層を設けることは電界発生手
段１５の性能を長期間安定に維持するために重要であ
る。保護層は、耐磨耗・耐水性に優れ、かつ、絶縁性ま
たは高抵抗性の各種樹脂材料およびセラミック材料が適
用可能である。さらに、保護層に異方導電性能を付与す
ることも効果的である。保護層を、光ビームの照射方向
の導電率が光ビームの照射方向と垂直方向の導電率より
も大きくなるようにすることにより、解像度を低下させ
ることなく保護層の薄膜を厚くすることが可能となり、
耐磨耗・耐水性と画質を両立させ易くなる。異方導電性
の保護膜は、各種絶縁性または高抵抗性基材中に、導電
性フィラーまたは導電材を異方導電性を示すように配置
配合することにより実現できる。絶縁性基材としては、
ＡｌＮ、ＳｉＮ₄ 、Ａｌ₂ Ｏ ₃ 、ＭｇＯ、ＶＯ₂ 、Ｓｉ
Ｏ₂ 、ＺｒＯ₄ 、ＭＯ₂ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＴｉＯ₂ 、Ｍｏ
Ｏ₂ 、ＷＯ₂ 、ＮｂＯ₂ 、ＲｅＯ₃ などのセラミック材
料やポリイミド樹脂、ポリアラミド樹脂、ポリエステル
樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリ
フェニレンオキシド樹脂、ポリ−Ｐ−キシリレン樹脂等
またはそれらの誘電体を含む樹脂材料がある。導電性フ
ィラー及び導電剤としては、Ｃ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆ
ｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｐ
ｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｎなどの無機材料が適用可能で
ある。

【００７１】なお、透明基板１８としてはガラス基板の
他に透明プラスチックフィルムも使用可能である。ただ
し、第１電極６、光導電層１６、必要な場合の異方導電
層の作成条件にあった基板を選択しなければならない。

【００７２】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い
ので、ＳｉＯ₂ 、ＳｉＯＮ、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。これら良導体でない材質を採用する
場合は、別途圧電部材８を扶持する電極を設ける必要が
ある。

【００７３】振動部材１に非良導体の材質を採用する場
合は前述の振動発生手段と同様に別途第２電極を設ける
必要がある。その場合は第１電極６Ａと第２電極７によ
る電界が振動部材１の先端部のキャピラリ波に効果的に
作用するよう配置されればよい。

【００７４】なお、振動発生手段２は圧電部材以外にも
駆動回路１３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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】なお、振動部材１の振動体１ｎ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７
（Ａ）に示すように、上記幅Ｗの振動体、図７（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
に細くなる形状の振動体、図７（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
状の振動体を採用してもよい。

【００７９】また、図８（Ａ）〜図８（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）の振動体を採用してもよい。

【００８０】なお、複数の振動体は基端側で一体となっ
ているが、本発明はこれに限定されず、別途独立した構
成でもよい。 〔実施例１〕次に、本発明の第１実施例を説明する。基
本的な構成は図１と同じである。弾性部材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。振動発生手段２は、ジルコン酸チタン
酸鉛（ＰＺＴ）からなる薄膜圧電部材８と、これに電圧
を印加するための電極からなり、圧電部材８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１２に支持される。Ｐ
ＺＴからなる薄膜圧電部材８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。本実施例は、振動部材１が第
２電極と振動発生手段２の電極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
なる圧電部材８を形成し、さらに圧電部材８を励振する
ための電極を形成した。第２電極７は安定な電界を形成
しかつ圧電部材８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。

【００８１】電界制御回路９が第１電極６、振動部材１
の間に印加した信号は、直流電圧＝１０００ボルトであ
る。

【００８２】露光装置１７は発振波長７８０ｎｍ、出力
３０ｍＷの半導体レーザ光源、ポリゴンミラー走査系及
びｆ・θレンズ等の光学系を備えたレーザビーム走査手
段であり、透明基板１８側から光導電層１６に露光し
た。

【００８３】オフラインで確認したところレーザビーム
を照射した直後の光導電層１６の記録媒体５と接する側
の表面電位は９８５ポルトであった。一方、レーザビー
ムを照射しない状態での同じ位置の表面電位は７３０ボ
ルトであった。この状態で印字試験を行った。

【００８４】インク３は、市販の水性インクを用いた。
表面張力＝３５ｍＮ／ｍ、密度＝１．１０ｇ／ｃｍ³ 、
粘度＝２．０ｍＰａ・Ｓである。

【００８５】振動発生手段２に印加した信号は、周波数
＝３５０ｋＨｚ、バースト数＝１２、励振電圧＝１２Ｖ
ｐ−ｐ（最高最低振幅）、波形＝サイン波、である。

【００８６】レーザビーム照射位置のみから安定なイン
ク滴４の飛翔が実現し高画質の印字サンプルが得られ
た。飛翔したインク滴４の直径は１９μｍで、記録媒体
５上の平均ドット径は３８μｍであった。 〔実施例２〕図９に、本発明の第２実施例の構成を示
す。振動部材１を１２μｍ厚のポリイミドフィルムで形
成し、記録媒体５と対向する表面に金属薄膜を蒸着形成
して第２電極７とした。振動発生手段２は電請部材１の
インク室側の表面に電極２Ｅ１を形成した上にＰＺＴか
らなる圧電部材８を形成し、更に電極２Ｅ２を形成し
た。第２電極７は安定な電界を形成しかつ圧電部材８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。

【００８７】電界制御回路９が第１電極６、第２電極７
の間に印加した信号は、直流電圧＝５００ボルトであ
る。

【００８８】露光装置１７は発振波長７８０ｎｍ、出力
３０ｍＷの半導体レーザ光源、ポリゴンミラー走査系及
びｆ・θレンズ等の光学系を備えたレーザビーム走査手
段であり、透明基板１８側から光導電層１６に露光して
印字試験を行った。

【００８９】インク３は、市販の水性インクを用いた。
表面張力＝３０ｍＮ／ｍ、密度＝１．１５ｇ／ｃｍ³ 、
粘度＝２．２ｍＰａ・Ｓである。

【００９０】振動発生手段２に印加した信号は、周波数
＝１９２ｋＨｚ、バースト数＝７、励振電圧＝８Ｖｐ−
ｐ（最高最低振幅）、波形＝サイン波、である。

【００９１】この結果、レーザビーム照射位置のみから
安定なインク滴４の飛翔が実現し高画質の印字サンプル
が得られた。飛翔したインク滴４の直径は２５μｍで、
記録媒体５上の平均ドット径は４６μｍであった。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、所定信号
に対応して光ビームを照射することにより、電界発生手
段を、印加された電圧に応じた大きさの第１の電界が発
生可能な状態にし、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
て滴化したインク滴が飛翔する方向に電界が作用するよ
うに照射手段の光ビームの照射を制御するので、少なく
ともインク滴の飛翔を補助することができ、インク滴を
安定に飛翔させることができる、という効果を有する。

【００９３】本発明は、振動部材及び作用電極に電圧を
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。

【００９４】本発明は、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き、構成を簡略化す
ることができる、という効果を有する。

【００９５】本発明は、振動部材を一定電位に維持して
いるので、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】光ビームが照射された領域と照射されない領域
の電界の大きさを示した図である。

【図７】振動体の変形例を示した図である。

【図８】振動体の更に他の変形例を示した図である。

【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。

【符号の説明】

１ 振動部材 ２ 振動発生手段（振動手段） ６Ａ 第１電極（作用電極） １６ 光導電層 １１ 圧電部材（伸縮部材） １５ 電界発生手段 １７ 露光装置（照射手段） ２０ 電極（振動電極） ６０ 電界制御回路（制御手段） ５０ 駆動回路（制御手段）

Claims (4)

【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、 電圧が印加されかつ光ビームが照射されると印加された
   電圧に応じた大きさの第１の電界を発生しかつ光ビーム
   が照射されないと該第１の電界より大きさが小さい第２
   の電界を発生する電界発生手段と、 所定信号に対応して前記電界発生手段に光ビームを照射
   する照射手段と、 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滴化したイ
   ンク滴が飛翔する方向に電界が作用するように前記照射
   手段の光ビームの照射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
   置しかつ光ビームに対して透過性のある作用電極と該作
   用電極を透過した光ビームの照射を受けかつ該照射によ
   り低抵抗化する光導電層とを光ビームの照射方向に順に
   積層して構成され、 前記制御手段は、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。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 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
   置しかつ光ビームに対して透過性のある作用電極と該作
   用電極を透過した光ビームの照射を受けかつ該照射によ
   り低抵抗化する光導電層とを光ビームの照射方向に順に
   積層して構成され、 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。