ノズルレスプリントヘッド
【課題】 ヘッド部の高密度化を図り、インクを安定して飛翔させ、また記録印字、記録品質を向上させることができるインクジェットプリントヘッドを得る。
【解決手段】 誘電体が電場から受ける力を利用して、絶縁性インクの液面（インクメニスカス９）をＳＡＷ伝搬面まで引き上げ、そこにＳＡＷ３を入射させ微小インク滴を飛翔させる。この時、電場を形成させる電極５を画素ごとの微小電極にすることにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、これにより記録媒体上に記録するように構成する。
【解決手段】 誘電体が電場から受ける力を利用して、絶縁性インクの液面（インクメニスカス９）をＳＡＷ伝搬面まで引き上げ、そこにＳＡＷ３を入射させ微小インク滴を飛翔させる。この時、電場を形成させる電極５を画素ごとの微小電極にすることにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、これにより記録媒体上に記録するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波（ＳＡＷ）を利用してインクを飛翔させるインクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から表面弾性波をインク滴飛翔の駆動源とするインクジェットプリンタヘッドが提案されている。これは、表面弾性波の伝搬面上に液体を付加し、表面弾性波をその液体中に放射させ、その励振出力を大きくすることにより、液体が微小粒子となって飛翔する現象を利用したものである。
【０００３】
このような従来のインクジェットプリントヘッドにおいて、ノズルレス方式は大きく分けて、画素ごとに櫛歯状電極（ＩＤＴ）を１つ設ける場合（例えば、特許文献１参照）と、駆動源として大きな１つのＩＤＴと画素制御用の小さなＩＤＴを設ける場合（例えば、特許文献２参照）とに分類される。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１９３５９２号公報
【特許文献２】特開平４−１８９１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した特許文献１のインクジェットプリントヘッドにおいて、ＩＤＴの交差幅は３波長以上必要といわれており、画素ごとにＩＤＴを１つ持つ場合はこれがネックとなって、高密度化に制限がある。
【０００６】
また、特許文献２のインクジェットプリントヘッドのように、駆動源として大きな１つのＩＤＴと画素制御用の小さなＩＤＴを設ける場合も、画素制御用のＩＤＴの交差幅の最小値に制限があり、これに伴い高密度化に制限が付く。
【０００７】
一般に圧電材として電気機械結合係数の大きなＬｉＮｂ０3 が使用されているが、これの音速は約４０００ｍ/秒であり、５０ＭＨｚの高速で動作させても、波長は８０μｍとなる。よって、交差幅３波長のＩＤＴを考えると２４０μｍピッチ以上となり、これでは１００dpi 相当のプリントヘッドしか実現できない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、可能な限り簡単な構成により、ヘッド部の高密度化を図り、しかもインクを安定して飛翔させ、所要の記録印字を安定して行えるようにするとともに、記録品質を向上させることができるインクジェットプリン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】
【０００９】
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）に係るノズルレスプリントヘッドは、誘電体が電場から受ける力を利用して、液状誘電体である絶縁性インク液面をＳＡＷ伝搬面まで引き上げ、そこにＳＡＷを入射させ微小インク滴を飛翔させるとともに、電場を形成させる電極を画素ごとの微小電極にすることにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項２記載の発明）に係るノズルレスプリントヘッドは、請求項１において、個別電極の形状を千鳥配置の三角形等にし、個別電極の高密度化配置と広面積化を行うように構成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明（請求項３記載の発明）に係るノズルレスプリントヘッドは、請求項１または請求項２において、電場を形成するための制御電源の低電圧化のために焦電体の焦電効果により発現する電位を利用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明に係るノズルレスプリントヘッドによれば、誘電体が電場から受ける力を利用して、液状誘電体である絶縁性インク液面をＳＡＷ伝搬面まで引き上げ、そこにＳＡＷを入射させ微小インク滴を飛翔させるように構成しているから、簡単な構成であるにもかかわらず、ヘッド部の高密度化を図り、しかもインクを安定して飛翔させ、所要の記録印字を行えるようにするとともに、記録品質を向上させることができる。
【００１３】
特に、本発明によれば、一般のインクジェットプリントヘッドのようなインク吐出ノズル穴を必要としないため、インク詰まりを非常に低減でき、印字不良等を防ぎ、記録品質を高めることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、個別制御電極は印刷工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能であるという利点がある。
【００１５】
さらに、本発明によれば、マイクロヒータと集電膜とを用いることで、電場を形成するための制御電源の低電圧化のために焦電体の焦電効果により発現する電位を利用することが可能であり、しかもこのような焦電効果により所要の電圧を発生させることが容易であり、サーマルプリントヘッドのようなマイクロヒーターを用いることにより、高密度に発生させることができる。そして、この場合において、２０〜３０Ｖ程度の低電圧で所要の記録印字を行うことが可能となるという利点がある。すなわち、制御電源電圧はギャップ距離、インクの誘電率により影響を受けるが、一般的には１００〜２００Ｖ程度の高電圧が必要であり、この電圧に耐える個別制御Ｓｗを総画素数分準備するのはコスト的に困難であるが、本発明ではこのような問題はなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明に係るインクジェットプリントヘッドの一実施形態を示す。
図において、１は伝搬体としての圧電基板（一般的にはＬｉＮｂ０3 が使用される。）で、この圧電基板１上（伝搬面）には、幅広の櫛形交差指電極（ＩＤＴ）２が、１つないしは複数個形成され、ベース金属４に端面を合せて貼り付けて構成されている。なお、このＩＤＴ２には、交流発生装置が接続されている。
【００１７】
また、３は弾性表面波（ＳＡＷ）であり、圧電基板１の伝搬面上を伝搬するようになっている。
【００１８】
この圧電基板１に対向する部材の端面には、画素に対応した個別電極５が形成されている。この個別電極５は画像情報に応じてスイッチングする個別制御Ｓｗ６を経由して制御電源７に接続される。また、ベース金属４は接地されている。
【００１９】
圧電基板１を貼り付けたベース金属４と対向部材の間にはギャップを設け、そこには下に設けたインク室８から毛細管現象でインクが上昇し、ギャップ距離とインクの表面張力に見合った位置で、安定的にメニスカスが９形成される。
【００２０】
このような構成において、個別制御Ｓｗ６が開放され電界が発生していない状態では、図１（ｂ）に示すように、メニスカス９の位置がＳＡＷ伝搬面より下の位置に来るように、ギャップ距離を設計する。
【００２１】
また、画像情報に応じて微小インク滴を飛翔させる場合は、図１（ｃ）に示すように、個別制御Ｓｗ６を短絡してギャップ間に電界を発生させ、インク（インクメニスカス９）をＳＡＷ伝搬面まで上昇させる。
【００２２】
そして、インク液面がＳＡＷ伝搬面と同じ位置に来ることによりＳＡＷ３がインク表面に入射し、インク液内部で縦波に変換され、その縦波がインクを微小液滴としてレーリー角方向に飛翔して、記録媒体に記録されることになる。
【００２３】
このような構成によれば、一般のインクジェットプリントヘッドのようなインク吐出ノズル穴を必要としないため、インク詰まりを非常に低減できる。
また、個別制御電極５は印刷工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能である。
【００２４】
図２は本発明において、個別電極５の形状の変形例を示し、（ａ）は個別電極５を矩形状とした場合、（ｂ）は三角形状とし、さらに千鳥状の配置にした場合である。
すなわち、誘電体が電場から受ける力は面積に比例するため、個別電極５の形状を同図（ｂ）のように千鳥配置の三角形等にし、面積を有効に利用することにより、個別電極５の高密度化配置と広面積化を行うことが可能となる。さらに、このようにすることで、電極５の広面積化により、制御電源の低電圧化が可能となるのである。
【００２５】
図３は本発明の別の実施形態を示すものであり、同図中、前述した図１等と同一または相当する部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
さて、この実施形態では、前述した実施形態での個別制御電極５を、マイクロヒーター１０と焦電膜１１とにより構成している。
【００２６】
すなわち、マイクロヒーター１０を画像情報に応じてオン・オフすることにより、焦電膜１１上に焦電効果により電位が発生し、対向する接地されたベース金属４との間に電場を形成する。そして、この電場により、前述した実施形態と同様に、インク滴の飛翔制御が可能になるのである。
【００２７】
このような構成によれば、焦電効果によりこの程度の電圧を発生させることは容易であり、サーマルプリントヘッドのようなマイクロヒーター１０を用いることにより、高密度に発生させることができる。そして、この場合によれば、２０〜３０Ｖ程度の低電圧で可能となるのである。
【００２８】
すなわち、制御電源電圧はギャップ距離、インクの誘電率により影響を受けるが、一般的には１００〜２００Ｖ程度の高電圧が必要であり、この電圧に耐える個別制御Ｓｗを総画素数分準備するのはコスト的に困難であるが、上述した構成とすることで、このような問題はなくなる。
【００２９】
なお、本発明は上述した実施形態で説明した構造には限定されず、ノズルレスプリン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】
【００３０】
【図１】（ａ）は本発明に係るノズルレスプリントヘッドの一実施形態を示す概略斜視図、（ｂ），（ｃ）は個別制御ＳＷが開放、短絡の場合を示す断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は図１における個別電極形状を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明に係るノズルレスプリントヘッドの別の実施形態を示す概略斜視図およびその概略平面図、（ｃ），（ｄ）は個別制御ＳＷが開放、短絡の場合を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…圧電基板（伝搬体）、２…櫛形交差指電極（ＩＤＴ）、３…弾性表面波（ＳＡＷ）、４…ベース金属、５…個別電極、６…個別制御Ｓｗ、７…制御電源、８…インク室、９…インクメニスカス、１０…マイクロヒーター、１１…焦電膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波（ＳＡＷ）を利用してインクを飛翔させるインクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から表面弾性波をインク滴飛翔の駆動源とするインクジェットプリンタヘッドが提案されている。これは、表面弾性波の伝搬面上に液体を付加し、表面弾性波をその液体中に放射させ、その励振出力を大きくすることにより、液体が微小粒子となって飛翔する現象を利用したものである。
【０００３】
このような従来のインクジェットプリントヘッドにおいて、ノズルレス方式は大きく分けて、画素ごとに櫛歯状電極（ＩＤＴ）を１つ設ける場合（例えば、特許文献１参照）と、駆動源として大きな１つのＩＤＴと画素制御用の小さなＩＤＴを設ける場合（例えば、特許文献２参照）とに分類される。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１９３５９２号公報
【特許文献２】特開平４−１８９１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した特許文献１のインクジェットプリントヘッドにおいて、ＩＤＴの交差幅は３波長以上必要といわれており、画素ごとにＩＤＴを１つ持つ場合はこれがネックとなって、高密度化に制限がある。
【０００６】
また、特許文献２のインクジェットプリントヘッドのように、駆動源として大きな１つのＩＤＴと画素制御用の小さなＩＤＴを設ける場合も、画素制御用のＩＤＴの交差幅の最小値に制限があり、これに伴い高密度化に制限が付く。
【０００７】
一般に圧電材として電気機械結合係数の大きなＬｉＮｂ０3 が使用されているが、これの音速は約４０００ｍ/秒であり、５０ＭＨｚの高速で動作させても、波長は８０μｍとなる。よって、交差幅３波長のＩＤＴを考えると２４０μｍピッチ以上となり、これでは１００dpi 相当のプリントヘッドしか実現できない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、可能な限り簡単な構成により、ヘッド部の高密度化を図り、しかもインクを安定して飛翔させ、所要の記録印字を安定して行えるようにするとともに、記録品質を向上させることができるインクジェットプリン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】
【０００９】
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）に係るノズルレスプリントヘッドは、誘電体が電場から受ける力を利用して、液状誘電体である絶縁性インク液面をＳＡＷ伝搬面まで引き上げ、そこにＳＡＷを入射させ微小インク滴を飛翔させるとともに、電場を形成させる電極を画素ごとの微小電極にすることにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項２記載の発明）に係るノズルレスプリントヘッドは、請求項１において、個別電極の形状を千鳥配置の三角形等にし、個別電極の高密度化配置と広面積化を行うように構成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明（請求項３記載の発明）に係るノズルレスプリントヘッドは、請求項１または請求項２において、電場を形成するための制御電源の低電圧化のために焦電体の焦電効果により発現する電位を利用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明に係るノズルレスプリントヘッドによれば、誘電体が電場から受ける力を利用して、液状誘電体である絶縁性インク液面をＳＡＷ伝搬面まで引き上げ、そこにＳＡＷを入射させ微小インク滴を飛翔させるように構成しているから、簡単な構成であるにもかかわらず、ヘッド部の高密度化を図り、しかもインクを安定して飛翔させ、所要の記録印字を行えるようにするとともに、記録品質を向上させることができる。
【００１３】
特に、本発明によれば、一般のインクジェットプリントヘッドのようなインク吐出ノズル穴を必要としないため、インク詰まりを非常に低減でき、印字不良等を防ぎ、記録品質を高めることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、個別制御電極は印刷工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能であるという利点がある。
【００１５】
さらに、本発明によれば、マイクロヒータと集電膜とを用いることで、電場を形成するための制御電源の低電圧化のために焦電体の焦電効果により発現する電位を利用することが可能であり、しかもこのような焦電効果により所要の電圧を発生させることが容易であり、サーマルプリントヘッドのようなマイクロヒーターを用いることにより、高密度に発生させることができる。そして、この場合において、２０〜３０Ｖ程度の低電圧で所要の記録印字を行うことが可能となるという利点がある。すなわち、制御電源電圧はギャップ距離、インクの誘電率により影響を受けるが、一般的には１００〜２００Ｖ程度の高電圧が必要であり、この電圧に耐える個別制御Ｓｗを総画素数分準備するのはコスト的に困難であるが、本発明ではこのような問題はなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明に係るインクジェットプリントヘッドの一実施形態を示す。
図において、１は伝搬体としての圧電基板（一般的にはＬｉＮｂ０3 が使用される。）で、この圧電基板１上（伝搬面）には、幅広の櫛形交差指電極（ＩＤＴ）２が、１つないしは複数個形成され、ベース金属４に端面を合せて貼り付けて構成されている。なお、このＩＤＴ２には、交流発生装置が接続されている。
【００１７】
また、３は弾性表面波（ＳＡＷ）であり、圧電基板１の伝搬面上を伝搬するようになっている。
【００１８】
この圧電基板１に対向する部材の端面には、画素に対応した個別電極５が形成されている。この個別電極５は画像情報に応じてスイッチングする個別制御Ｓｗ６を経由して制御電源７に接続される。また、ベース金属４は接地されている。
【００１９】
圧電基板１を貼り付けたベース金属４と対向部材の間にはギャップを設け、そこには下に設けたインク室８から毛細管現象でインクが上昇し、ギャップ距離とインクの表面張力に見合った位置で、安定的にメニスカスが９形成される。
【００２０】
このような構成において、個別制御Ｓｗ６が開放され電界が発生していない状態では、図１（ｂ）に示すように、メニスカス９の位置がＳＡＷ伝搬面より下の位置に来るように、ギャップ距離を設計する。
【００２１】
また、画像情報に応じて微小インク滴を飛翔させる場合は、図１（ｃ）に示すように、個別制御Ｓｗ６を短絡してギャップ間に電界を発生させ、インク（インクメニスカス９）をＳＡＷ伝搬面まで上昇させる。
【００２２】
そして、インク液面がＳＡＷ伝搬面と同じ位置に来ることによりＳＡＷ３がインク表面に入射し、インク液内部で縦波に変換され、その縦波がインクを微小液滴としてレーリー角方向に飛翔して、記録媒体に記録されることになる。
【００２３】
このような構成によれば、一般のインクジェットプリントヘッドのようなインク吐出ノズル穴を必要としないため、インク詰まりを非常に低減できる。
また、個別制御電極５は印刷工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能である。
【００２４】
図２は本発明において、個別電極５の形状の変形例を示し、（ａ）は個別電極５を矩形状とした場合、（ｂ）は三角形状とし、さらに千鳥状の配置にした場合である。
すなわち、誘電体が電場から受ける力は面積に比例するため、個別電極５の形状を同図（ｂ）のように千鳥配置の三角形等にし、面積を有効に利用することにより、個別電極５の高密度化配置と広面積化を行うことが可能となる。さらに、このようにすることで、電極５の広面積化により、制御電源の低電圧化が可能となるのである。
【００２５】
図３は本発明の別の実施形態を示すものであり、同図中、前述した図１等と同一または相当する部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
さて、この実施形態では、前述した実施形態での個別制御電極５を、マイクロヒーター１０と焦電膜１１とにより構成している。
【００２６】
すなわち、マイクロヒーター１０を画像情報に応じてオン・オフすることにより、焦電膜１１上に焦電効果により電位が発生し、対向する接地されたベース金属４との間に電場を形成する。そして、この電場により、前述した実施形態と同様に、インク滴の飛翔制御が可能になるのである。
【００２７】
このような構成によれば、焦電効果によりこの程度の電圧を発生させることは容易であり、サーマルプリントヘッドのようなマイクロヒーター１０を用いることにより、高密度に発生させることができる。そして、この場合によれば、２０〜３０Ｖ程度の低電圧で可能となるのである。
【００２８】
すなわち、制御電源電圧はギャップ距離、インクの誘電率により影響を受けるが、一般的には１００〜２００Ｖ程度の高電圧が必要であり、この電圧に耐える個別制御Ｓｗを総画素数分準備するのはコスト的に困難であるが、上述した構成とすることで、このような問題はなくなる。
【００２９】
なお、本発明は上述した実施形態で説明した構造には限定されず、ノズルレスプリン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】
【００３０】
【図１】（ａ）は本発明に係るノズルレスプリントヘッドの一実施形態を示す概略斜視図、（ｂ），（ｃ）は個別制御ＳＷが開放、短絡の場合を示す断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は図１における個別電極形状を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明に係るノズルレスプリントヘッドの別の実施形態を示す概略斜視図およびその概略平面図、（ｃ），（ｄ）は個別制御ＳＷが開放、短絡の場合を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…圧電基板（伝搬体）、２…櫛形交差指電極（ＩＤＴ）、３…弾性表面波（ＳＡＷ）、４…ベース金属、５…個別電極、６…個別制御Ｓｗ、７…制御電源、８…インク室、９…インクメニスカス、１０…マイクロヒーター、１１…焦電膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体が電場から受ける力を利用して、液状誘電体である絶縁性インク液面をＳＡＷ伝搬面まで引き上げ、そこにＳＡＷを入射させ微小インク滴を飛翔させるとともに、
電場を形成させる電極を画素ごとの微小電極にすることにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成したことを特徴とするノズルレスプリントヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のノズルレスプリントヘッドにおいて、
個別電極の形状を千鳥配置の三角形等にし、個別電極の高密度化配置と広面積化を行うように構成したことを特徴とするノズルレスプリントヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のノズルレスプリントヘッドにおいて、
電場を形成するための制御電源の低電圧化のために焦電体の焦電効果により発現する電位を利用することを特徴とするノズルレスプリントヘッド。
【請求項１】
誘電体が電場から受ける力を利用して、液状誘電体である絶縁性インク液面をＳＡＷ伝搬面まで引き上げ、そこにＳＡＷを入射させ微小インク滴を飛翔させるとともに、
電場を形成させる電極を画素ごとの微小電極にすることにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成したことを特徴とするノズルレスプリントヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のノズルレスプリントヘッドにおいて、
個別電極の形状を千鳥配置の三角形等にし、個別電極の高密度化配置と広面積化を行うように構成したことを特徴とするノズルレスプリントヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のノズルレスプリントヘッドにおいて、
電場を形成するための制御電源の低電圧化のために焦電体の焦電効果により発現する電位を利用することを特徴とするノズルレスプリントヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２２６８０６（Ｐ２００９−２２６８０６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７６４８２（Ｐ２００８−７６４８２）
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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