印字装置
【課題】インク自由表面に集束超音波を放射してインクを霧化放出することにより記録媒体に付着させて画像を形成するにあたって、所要の状態での微細インクミストの放出を可能とし、印字品質を向上させる。
【解決手段】インク２の自由表面に集束超音波を放射し、その集束点近傍のインクを霧化放出させて記録媒体に付着させることにより画像を形成するにあたって、集束超音波（１０）によってインク自由表面に安定振動するメニスカス９を励起させる。さらに、該メニスカスの頂部に集束する超音波ビーム（１２）を別に照射することにより、インク液滴の飛散を招くことなく微細インクミスト１１を効率的に発生させる。
【解決手段】インク２の自由表面に集束超音波を放射し、その集束点近傍のインクを霧化放出させて記録媒体に付着させることにより画像を形成するにあたって、集束超音波（１０）によってインク自由表面に安定振動するメニスカス９を励起させる。さらに、該メニスカスの頂部に集束する超音波ビーム（１２）を別に照射することにより、インク液滴の飛散を招くことなく微細インクミスト１１を効率的に発生させる。
【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超音波を放射し、その集束点近傍のインクを霧化放出して記録媒体に移行、付着させる画像形成法を採用してなる印字装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インク自由表面に集束超音波を放射し、その集束点近傍のインクを霧化放出して記録媒体に移行、付着させる画像形成法を採用した印字装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種従来の印字装置のプリンタ印字ヘッド部の概略構成を、図４を用いて説明すると、１は超音波発振素子で、インク２を溜めたインク槽３の底面に配列して設けられている。４は液面保持プレートで、また５は用紙６を搬送する搬送ローラ、７はその背面に設けられた背面電極、８は制御電極である。
【０００４】
このような構成において、４つの超音波発振素子１から同時に駆動周波数ｆ0、駆動波数ｎ0、駆動周期Ｔb、音圧ｐの超音波ビームが放射され、液面保持プレート４開口部のインク自由表面に対して集束径ｄの幅に集束している。
インク自由表面に超音波が集束されると、メニスカス９が励起される。そして、その頂部からインクミストが放出され、これが用紙６上に付着して画像が形成されることになる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２３８７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来装置において、励起されたメニスカス９は、駆動周期Ｔbと同期した振動を繰り返すが、駆動周期ｆbが短すぎると、メニスカスの振動が追従できず、不規則な乱振動が発生し、大粒のインク液滴が周囲に飛散する等の不都合が生じてしまう。そのため、駆動周期Ｔbはインクの粘度、表面張力に因って定まる固有値にマッチングさせておき、安定した振動を維持しておく。
【０００７】
この状態で駆動波数ｎ0を変化させた時の変化を図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）に示す。
すなわち、この図５は、駆動周波数ｆ0＝２ＭＨｚ、駆動周期ｆb＝８ｍｓ、音圧ｐ＝０．８ＭＰａのときにおいて、駆動波数ｎ0〔Ｃｙｃ〕と超音波により励起されるメニスカスの様子とインクミスト放出の様子を示す。ここで、ｎm（インクミスト放出のために最低限必要な波数）＝８５Ｃｙｃ、ｎd（メニスカス励起時の大径のインク滴も同時に飛散してしまう波数）＝１７０Ｃｙｃである。
【０００８】
このような構成において、駆動波数ｎ0が大きくなるにつれて励起されるメニスカスが大きくなり｛図５（ｂ）、図５（ｃ）｝、それがあるエネルギー密度（ｎm≦ｎ0）に達すると、インクミストがメニスカスの頂部から放出され、ｎ0が大きくなるにつれて発生するインクミスト量は増えていく｛図５（ｄ）、図５（ｅ）｝。
【０００９】
しかし、ｎ0≧ｎdとなってしまうと、インクミスト発生量はさらに増えるものの大きなメニスカスが強く励起されるため、メニスカス励起時にメニスカス頂部から粒径の大きなインク滴が情報に高く飛散するようになってしまう｛図５（ｆ）｝。
【００１０】
結局、高精細な画像形成が可能な微細インクミストは駆動波数ｎ0 がｎm≦ｎ0＜ｎdのときに得られることになる。ここで発生したインクミストは制御電極８によって用紙への移行が制御され用紙６上の所定の箇所に付着し画像が形成される。
【００１１】
ところが、ｍ≦ｎ0＜ｎdの条件下ではメニスカス９の頂部から発生するインクミストの量はプリンタに要求される印刷濃度を満足するには十分とはいえない。特に、高濃度の画像を印刷する時は印刷速度を大幅に落とさないと必要濃度を得ることができない。印刷速度を落とさずに印刷を行うにはインクミストの発生量を増やせればよい。
【００１２】
インクミストの発生量を増やすには、駆動波数ｎを増やす、あるいは駆動周期をＴb短くしてインクミスト発生密度を高めること考えられるが、先に記述したように、駆動波数ｎ0を増やそうとしてもてｎm≦ｎ0となった時点でメニスカス励起時に粒径の大きなインク液滴が放出されてしまうし、また、駆動周期Ｔbを短くしようとしても、メニスカス振動が追従できず不安定となり、やはり大径のインク液滴が周囲に飛散してしまい、プリント画質の低下を招いてしまう。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、インク自由表面に集束超音波を放射してインクを霧化放出することにより記録媒体に付着させて画像を形成するにあたって、所要の状態での微細インクミストの放出を可能とし、印字品質を向上させることができる印字装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的に応えるために本発明に係る印字装置は、インクの自由表面に集束超音波を放射し、その集束点近傍のインクを霧化放出させて記録媒体に付着させることにより画像を形成する印字装置において、予め超音波ビーム照射などの集束超音波によってインク自由表面に安定振動するメニスカスを励起させておき、該メニスカスの頂部に集束する超音波ビームを別に照射することにより、大径のインク液滴の飛散を抑制しながら微細インクミストを多量に効率的に発生させるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る印字装置によれば、予めインク自由表面に超音波ビームを照射してメニスカスを励起しておき、そのメニスカス頂部にインク霧化のための超音波を照射し、微細インクミストを得ているから、簡単な構成であるにもかかわらず、超音波ビームを効率よく収束、照射し、大径インク液滴の飛散を防ぎながら効率よく微細インクミストを多量に発生させることができ、これにより微細インクミストを記録媒体に付着させて画像を形成することが可能で、印字品質を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１および図２は本発明に係る印字装置の印字ヘッド部の一実施形態を示し、これらの図において、前述した図４と同一または相当する部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
【００１７】
さて、本発明によれば、インク２の自由表面に集束超音波を放射し、その集束点近傍のインク２を霧化放出させて記録媒体（用紙６）に付着させることにより画像を形成するにあたって、集束超音波（メニスカス励起のための超音波１０）によってインク自由表面に安定振動するメニスカス９を励起させ、該メニスカス９の頂部に集束する超音波ビーム（インク霧化励起のための超音波１２）を別に照射することにより、大径インク液滴の飛散を抑制しながら微細インクミスト１１を多量に効率的に発生させるように構成している。
【００１８】
このような構成において、印字信号を受信すると、まず、インク槽３の底面に設けられた４つの超音波発振素子１のうち外側の２つ（１a、１d）から駆動周波数ｆ0、駆動波数ｎ1、駆動周期ｆb、駆動音圧ｐの超音波ビームが発振され、液面保持プレート４の開口部のインク自由表面に集束径ｄlの幅で、メニスカス励起のための超音波１０が集束され、メニスカス９が励起する。
【００１９】
駆動周期ｆbはこのメニスカス振動の固有値にマッチングされており、メニスカスの不規則な振動を抑制している。駆動波数ｎ1はある程度の大きさのメニスカス９が励起されるもののインクミストの発生には至らない値に設定されている。
【００２０】
この予め励起させたメニスカス９に対し、内側の残り２つに超音波発振子素子（１c、１d）から、駆動周波数ｆ0、駆動波数ｎ2、駆動周期ｆb、音圧ｐの超音波ビーム（インク霧化励起のための超音波１２）を発振し、メニスカス９頂部に集束径ｄ2（＜ｄl）で集束させると、図２（ｂ）に示すように、微細インクミスト１１が多量に発生する。
【００２１】
従来例では、メニスカスの励起時に多くエネルギーをロスしてしまうためミスト発生の立ち上がりが遅く、また、メニスカスが急激且つ強烈に励起されると大粒のインク液滴が用紙へ飛散してしまうのでエネルギー密度を上げることも難しく、結果として、低濃度で階調性にも乏しい画像しか得られないが、本発明によれば、このような問題は解決される。
【００２２】
すなわち、本発明では、既に励起され安定振動しているメニスカス９に対して、別に霧化のための超音波１２をさらに照射するので、エネルギーロスが少なく、エネルギー密度を上げても大径のインク液滴の飛散は起こりにくいため微細なインクミスト１１のみを効率よく発生することが可能であり、高濃度印字まで対応でき階調性に富んだ画像を得ることができる。
【００２３】
図３（ａ）は駆動周波数ｆ0＝２ＭＨｚ、駆動周期ｆb＝８ｍｓ、駆動音圧ｐ＝０．８ＭＰａの時の本発明装置における駆動波数ｎ1と印字濃度Ｄの関係を示したグラフである。これに対し、同図（ｂ）に示す従来装置における駆動波数ｎ0 と印字濃度Ｄの関係を示したグラフである。
これらのグラフの対比において、本発明装置の印字ヘッド部によれば、高濃度印刷と階調性が向上していることが理解されよう。
【００２４】
以上のような構成によれば、インク自由表面に集束させた超音波ビーム１０によって、予めメニスカス９を励起させておき、そこに別の超音波発振素子から発振された超音波ビーム１２を集束、照射することによって、大径インク液滴の飛散を防ぎながら効率よく微細インクミスト１１を発生させることができる。
【００２５】
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、印字装置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】
【００２６】
【図１】本発明に係る印字装置の一実施形態を示し、その印字ヘッド部の概略構成を示す概略図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は図１の印字装置における印字ヘッド部において動作原理を説明するための説明図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明装置、従来装置による駆動波数と印字濃度との関係を示すグラフである。
【図４】従来の印字装置の印字ヘッド部を示す概略構成図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は従来の印字ヘッド部での駆動波数と超音波により励起されるメニスカスの様子を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…超音波発振素子、２…インク、３…インク槽、４…液面保持プレート、５…用紙搬送ローラ、６…用紙、７…背面電極、８…制御電極、９…メニスカス、１０…メニスカス励起のための超音波、１１…微細インクミスト、１２…インク霧化励起のための超音波。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク自由表面に集束超音波を放射し、その集束点近傍のインクを霧化放出して記録媒体に移行、付着させる画像形成法を採用してなる印字装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インク自由表面に集束超音波を放射し、その集束点近傍のインクを霧化放出して記録媒体に移行、付着させる画像形成法を採用した印字装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種従来の印字装置のプリンタ印字ヘッド部の概略構成を、図４を用いて説明すると、１は超音波発振素子で、インク２を溜めたインク槽３の底面に配列して設けられている。４は液面保持プレートで、また５は用紙６を搬送する搬送ローラ、７はその背面に設けられた背面電極、８は制御電極である。
【０００４】
このような構成において、４つの超音波発振素子１から同時に駆動周波数ｆ0、駆動波数ｎ0、駆動周期Ｔb、音圧ｐの超音波ビームが放射され、液面保持プレート４開口部のインク自由表面に対して集束径ｄの幅に集束している。
インク自由表面に超音波が集束されると、メニスカス９が励起される。そして、その頂部からインクミストが放出され、これが用紙６上に付着して画像が形成されることになる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２３８７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来装置において、励起されたメニスカス９は、駆動周期Ｔbと同期した振動を繰り返すが、駆動周期ｆbが短すぎると、メニスカスの振動が追従できず、不規則な乱振動が発生し、大粒のインク液滴が周囲に飛散する等の不都合が生じてしまう。そのため、駆動周期Ｔbはインクの粘度、表面張力に因って定まる固有値にマッチングさせておき、安定した振動を維持しておく。
【０００７】
この状態で駆動波数ｎ0を変化させた時の変化を図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）に示す。
すなわち、この図５は、駆動周波数ｆ0＝２ＭＨｚ、駆動周期ｆb＝８ｍｓ、音圧ｐ＝０．８ＭＰａのときにおいて、駆動波数ｎ0〔Ｃｙｃ〕と超音波により励起されるメニスカスの様子とインクミスト放出の様子を示す。ここで、ｎm（インクミスト放出のために最低限必要な波数）＝８５Ｃｙｃ、ｎd（メニスカス励起時の大径のインク滴も同時に飛散してしまう波数）＝１７０Ｃｙｃである。
【０００８】
このような構成において、駆動波数ｎ0が大きくなるにつれて励起されるメニスカスが大きくなり｛図５（ｂ）、図５（ｃ）｝、それがあるエネルギー密度（ｎm≦ｎ0）に達すると、インクミストがメニスカスの頂部から放出され、ｎ0が大きくなるにつれて発生するインクミスト量は増えていく｛図５（ｄ）、図５（ｅ）｝。
【０００９】
しかし、ｎ0≧ｎdとなってしまうと、インクミスト発生量はさらに増えるものの大きなメニスカスが強く励起されるため、メニスカス励起時にメニスカス頂部から粒径の大きなインク滴が情報に高く飛散するようになってしまう｛図５（ｆ）｝。
【００１０】
結局、高精細な画像形成が可能な微細インクミストは駆動波数ｎ0 がｎm≦ｎ0＜ｎdのときに得られることになる。ここで発生したインクミストは制御電極８によって用紙への移行が制御され用紙６上の所定の箇所に付着し画像が形成される。
【００１１】
ところが、ｍ≦ｎ0＜ｎdの条件下ではメニスカス９の頂部から発生するインクミストの量はプリンタに要求される印刷濃度を満足するには十分とはいえない。特に、高濃度の画像を印刷する時は印刷速度を大幅に落とさないと必要濃度を得ることができない。印刷速度を落とさずに印刷を行うにはインクミストの発生量を増やせればよい。
【００１２】
インクミストの発生量を増やすには、駆動波数ｎを増やす、あるいは駆動周期をＴb短くしてインクミスト発生密度を高めること考えられるが、先に記述したように、駆動波数ｎ0を増やそうとしてもてｎm≦ｎ0となった時点でメニスカス励起時に粒径の大きなインク液滴が放出されてしまうし、また、駆動周期Ｔbを短くしようとしても、メニスカス振動が追従できず不安定となり、やはり大径のインク液滴が周囲に飛散してしまい、プリント画質の低下を招いてしまう。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、インク自由表面に集束超音波を放射してインクを霧化放出することにより記録媒体に付着させて画像を形成するにあたって、所要の状態での微細インクミストの放出を可能とし、印字品質を向上させることができる印字装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的に応えるために本発明に係る印字装置は、インクの自由表面に集束超音波を放射し、その集束点近傍のインクを霧化放出させて記録媒体に付着させることにより画像を形成する印字装置において、予め超音波ビーム照射などの集束超音波によってインク自由表面に安定振動するメニスカスを励起させておき、該メニスカスの頂部に集束する超音波ビームを別に照射することにより、大径のインク液滴の飛散を抑制しながら微細インクミストを多量に効率的に発生させるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る印字装置によれば、予めインク自由表面に超音波ビームを照射してメニスカスを励起しておき、そのメニスカス頂部にインク霧化のための超音波を照射し、微細インクミストを得ているから、簡単な構成であるにもかかわらず、超音波ビームを効率よく収束、照射し、大径インク液滴の飛散を防ぎながら効率よく微細インクミストを多量に発生させることができ、これにより微細インクミストを記録媒体に付着させて画像を形成することが可能で、印字品質を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１および図２は本発明に係る印字装置の印字ヘッド部の一実施形態を示し、これらの図において、前述した図４と同一または相当する部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
【００１７】
さて、本発明によれば、インク２の自由表面に集束超音波を放射し、その集束点近傍のインク２を霧化放出させて記録媒体（用紙６）に付着させることにより画像を形成するにあたって、集束超音波（メニスカス励起のための超音波１０）によってインク自由表面に安定振動するメニスカス９を励起させ、該メニスカス９の頂部に集束する超音波ビーム（インク霧化励起のための超音波１２）を別に照射することにより、大径インク液滴の飛散を抑制しながら微細インクミスト１１を多量に効率的に発生させるように構成している。
【００１８】
このような構成において、印字信号を受信すると、まず、インク槽３の底面に設けられた４つの超音波発振素子１のうち外側の２つ（１a、１d）から駆動周波数ｆ0、駆動波数ｎ1、駆動周期ｆb、駆動音圧ｐの超音波ビームが発振され、液面保持プレート４の開口部のインク自由表面に集束径ｄlの幅で、メニスカス励起のための超音波１０が集束され、メニスカス９が励起する。
【００１９】
駆動周期ｆbはこのメニスカス振動の固有値にマッチングされており、メニスカスの不規則な振動を抑制している。駆動波数ｎ1はある程度の大きさのメニスカス９が励起されるもののインクミストの発生には至らない値に設定されている。
【００２０】
この予め励起させたメニスカス９に対し、内側の残り２つに超音波発振子素子（１c、１d）から、駆動周波数ｆ0、駆動波数ｎ2、駆動周期ｆb、音圧ｐの超音波ビーム（インク霧化励起のための超音波１２）を発振し、メニスカス９頂部に集束径ｄ2（＜ｄl）で集束させると、図２（ｂ）に示すように、微細インクミスト１１が多量に発生する。
【００２１】
従来例では、メニスカスの励起時に多くエネルギーをロスしてしまうためミスト発生の立ち上がりが遅く、また、メニスカスが急激且つ強烈に励起されると大粒のインク液滴が用紙へ飛散してしまうのでエネルギー密度を上げることも難しく、結果として、低濃度で階調性にも乏しい画像しか得られないが、本発明によれば、このような問題は解決される。
【００２２】
すなわち、本発明では、既に励起され安定振動しているメニスカス９に対して、別に霧化のための超音波１２をさらに照射するので、エネルギーロスが少なく、エネルギー密度を上げても大径のインク液滴の飛散は起こりにくいため微細なインクミスト１１のみを効率よく発生することが可能であり、高濃度印字まで対応でき階調性に富んだ画像を得ることができる。
【００２３】
図３（ａ）は駆動周波数ｆ0＝２ＭＨｚ、駆動周期ｆb＝８ｍｓ、駆動音圧ｐ＝０．８ＭＰａの時の本発明装置における駆動波数ｎ1と印字濃度Ｄの関係を示したグラフである。これに対し、同図（ｂ）に示す従来装置における駆動波数ｎ0 と印字濃度Ｄの関係を示したグラフである。
これらのグラフの対比において、本発明装置の印字ヘッド部によれば、高濃度印刷と階調性が向上していることが理解されよう。
【００２４】
以上のような構成によれば、インク自由表面に集束させた超音波ビーム１０によって、予めメニスカス９を励起させておき、そこに別の超音波発振素子から発振された超音波ビーム１２を集束、照射することによって、大径インク液滴の飛散を防ぎながら効率よく微細インクミスト１１を発生させることができる。
【００２５】
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、印字装置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】
【００２６】
【図１】本発明に係る印字装置の一実施形態を示し、その印字ヘッド部の概略構成を示す概略図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は図１の印字装置における印字ヘッド部において動作原理を説明するための説明図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明装置、従来装置による駆動波数と印字濃度との関係を示すグラフである。
【図４】従来の印字装置の印字ヘッド部を示す概略構成図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は従来の印字ヘッド部での駆動波数と超音波により励起されるメニスカスの様子を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…超音波発振素子、２…インク、３…インク槽、４…液面保持プレート、５…用紙搬送ローラ、６…用紙、７…背面電極、８…制御電極、９…メニスカス、１０…メニスカス励起のための超音波、１１…微細インクミスト、１２…インク霧化励起のための超音波。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクの自由表面に集束超音波を放射し、その集束点近傍のインクを霧化放出させて記録媒体に付着させることにより画像を形成する印字装置において、
集束超音波によってインク自由表面に安定振動するメニスカスを励起させ、
該メニスカスの頂部に集束する超音波ビームを別に照射することにより、インク液滴の飛散を招くことなくインクミストを効率的に発生させるように構成したことを特徴とする印字装置。
【請求項１】
インクの自由表面に集束超音波を放射し、その集束点近傍のインクを霧化放出させて記録媒体に付着させることにより画像を形成する印字装置において、
集束超音波によってインク自由表面に安定振動するメニスカスを励起させ、
該メニスカスの頂部に集束する超音波ビームを別に照射することにより、インク液滴の飛散を招くことなくインクミストを効率的に発生させるように構成したことを特徴とする印字装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２４１４５０（Ｐ２００９−２４１４５０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９１５４０（Ｐ２００８−９１５４０）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【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２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【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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