画像形成装置
【課題】 ノズルの目詰まり等を防ぎ、印字不良の発生を抑制するとともに、インクの選択範囲を広げることが可能となる画像形成装置を得る。
【解決手段】 圧電体１６を使用し、圧電体の共振により発生した超音波によりインクを飛翔させる音響インクジェット方式の画像形成装置において、超音波集束のための音響レンズ１３として、流体レンズを使用する。さらに、該音響レンズの焦点位置を可変することにより、飛翔インクサイズを可変にする。
【解決手段】 圧電体１６を使用し、圧電体の共振により発生した超音波によりインクを飛翔させる音響インクジェット方式の画像形成装置において、超音波集束のための音響レンズ１３として、流体レンズを使用する。さらに、該音響レンズの焦点位置を可変することにより、飛翔インクサイズを可変にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体の共振により発生した超音波によりインクを飛翔させる音響インクジェット方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の画像形成装置としては、種々の構造を有するものが多数提案されており、たとえばピエゾ方式やサーマル方式のインクジェット方式によるものが知られている。
【０００３】
その例として、この種の従来装置には、たとえば音波発生装置から音波を発生させて、この音波をガラス等の無機系材料やエポキシ樹脂等からなる音響レンズで集束させてインク液滴を飛翔させるようにした構成による装置が周知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４５６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したピエゾ方式やサーマル方式によるものでは、ノズルの目詰まりが発生しやすく印字不良の発生頻度が高いという問題がある。
【０００６】
また、ピエゾ方式では、複雑なオリフィス構造を形成する必要があり、コストが高くなっていた。一方、サーマル方式では、ヘッド部でのヒーターによる加熱が必要なので、インクの熱対策が必要となり、インク選択の範囲が狭くなる不具合が生じていた。
【０００７】
さらに、上述した従来装置では、インクの液滴サイズを可変することも不可能であった。
【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、ノズルの目詰まり等を防ぎ、印字不良の発生を抑制するとともに、インクの選択範囲を広げることが可能となる画像形成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】
【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）に係る画像形成装置は、圧電体を使用し、圧電体の共振により発生した超音波によりインクを飛翔させる音響インクジェット方式の画像形成装置において、超音波集束のための音響レンズとして、流体レンズを使用することを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項２記載の発明）に係る画像形成装置は、請求項１において、音響レンズの焦点位置を可変することにより、飛翔インクサイズを可変にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明に係る画像形成装置によれば、超音波を使用する音響インクジェット方式において、超音波集束のための音響レンズとして、流体レンズを使用することにより、従来よりも大きなノズル径を使用することが可能で、これによりノズルの目詰まりが発生しないという優れた効果がある。
【００１２】
さらに、本発明によれば、インクを加熱することがないから、インクの選択幅が広く、所要の印字性能を得ることができる。
【００１３】
また、本発明によれば、音響レンズの焦点位置を可変することにより、飛翔インクサイズを可変することが可能であり、印字品質を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】
【００１４】
図１ないし図５は本発明に係る画像形成装置の第１実施形態を示し、これらの図において、本発明の画像形成装置は、音響インクジェット記録方式によるものであって、インクを記録紙へ選択的に飛翔させて記録パターンを記録紙上に作成するようになっている。
【００１５】
その模式的断面図を図１に示す。
これを簡単に説明すると、この画像形成装置は、大きく分けて給紙部Ａ、記録部Ｂ、排紙部Ｃで構成されている。
給紙部Ａは、給紙カセット１、給紙ローラ２で構成され、不図示の中央演算装置から送られて来る給紙データに応じて記録部Ｂへ用紙Ｐを供給する。
【００１６】
記録部Ｂは、搬送ローラＡ３、搬送ローラＢ７、プラテンローラ４、記録ヘッド５で構成されている。記録ヘッド５はライン型を採用する。印字データに応じて記録ヘッド５からインクＩが用紙Ｐへ向けて飛翔し、記録が行われる。
【００１７】
記録部Ｂで記録が完了した用紙Ｐは、搬送ローラＢ７の回転により排紙部Ｃへ向かう。排紙部Ｃでは、記録が完了した用紙Ｐをスタックする。
【００１８】
記録ヘッド５の構成を図２、３、４、５、に示す。
記録ヘッド５は、図２に示すように、ガラス基板９に形成された振動子１４と振動子１４に対応してガラス基板９を介してインク層１０側に配置された音響レンズ１３と上部プレート１２で構成されている。
【００１９】
本画像形成装置は、音響インクジェット方式であり、振動子１４で発生した超音波がガラス基板９を伝播し、音響レンズ１３で集束され、インク層１０中のインクを上部プレート１２の開口部１１から選択的に飛翔させる。
【００２０】
開口部１１は、飛翔インク滴サイズよりも十分に広く、インク滴サイズを制御する機能は持っていない。従来のサーマル方式やピエゾ型インクジェットではノズル径がΦ２０μｍ前途と非常に小さく目詰まりしやすかったが、本発明では、開口部１１は、Φ５０μｍ程度と従来よりもかなり大きくなっており、インク目詰まりの問題も発生しない。
【００２１】
図３、４、５で振動子１４と音響レンズ１３の構成を説明する。
振動子１４は、共通電極１７、圧電体１６、セグメント電極１５とで構成される。圧電体１６は、ＺｎＯ，ＰＺＴ等で構成される。
【００２２】
印字データに応じて共通電極１７、セグメント電極１５に印加される電界によって、圧電体１６は振動し超音波を発生する。例えば、圧電体１６に６μｍ厚のＰＺＴ膜を使用した場合、２５０ＭＨｚ Ｖｐｐ２０ＶのＡＣ電界で駆動する。発生した超音波は、ガラス基板９を介して音響レンズ１３で集束される。
【００２３】
音響レンズ１３は、エレクトロウエッティングを使用した液体レンズである。音響レンズ１３は、円筒状の形状をしており、内部には、導電性の水性溶媒と非導電性のオイル２種類の溶媒が入れられており、２種類の溶媒の界面がレンズとしての機能を有する。
【００２４】
図５に音響レンズ１４の配置図を示す。
この図５は、振動子１６側から見た図であるが、セグメント電極１５と共通電極１７の交点部に音響レンズ１４の中心となるように配置される。
【００２５】
音響レンズ１３は、電極Ａ１８，電極Ｂ２１、絶縁体１９，２０、ガラス板２２で構成されており、インクが内部に入らないように密閉されている。音響レンズ１３内部は、ガラス基板９上以外撥水処理されている。電極Ａ１８，電極Ｂ２１には、電源装置２３が接続されている。
【００２６】
電源装置２３から電圧が印加されていないと音響レンズ１３内部の液体の状態は内部が撥水処理をされているので、オイル系溶媒２４が壁面を濡らしていくと、図４（Ａ）に示すような状態になる。電源装置２３から電圧が印加されると、音響レンズ１３内部の濡れ性が変化するので水溶性溶媒２５が濡らして行き、図４（Ｂ）のように界面が凹レンズ形状を形成する。
電源装置２３から印加される電圧を調整することにより、音響レンズの焦点距離が変化する。
【００２７】
通常の印字パターン時には、図６に示すように、開口部１１のインク表面に超音波が集束するように調整されている。集束した超音波によりメニスカスが形成され、インク飛翔を行い、印字を完成させることができる。
【００２８】
また、音響レンズの焦点位置をインク層表面よりずらした位置にすると図７（Ｂ）のように焦点がインク層表面に合わせたとき図７（Ａ）よりもメニスカスが大きくなり、飛翔インク滴サイズも大きくなる。
【００２９】
このようにして、音響レンズ１３の焦点位置を変化させることにより飛翔インク滴サイズを可変することが可能になる。これにより、従来のピエゾ方式やサーマル方式のインクジェット方式ではできなかったインク滴サイズ可変が可能なる。
【００３０】
また、使用するインクの粘度、表面張力が変わった場合には、適切な飛翔インク液滴サイズが得られるように焦点位置を可変して調整することも可能になるので、使用する出来るインクの範囲が広くなり、各種メディアに対応可能になる。
【００３１】
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、画像形成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】
【００３２】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示し、その模式的断面図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置において、記録ヘッドの構成を示す要部断面図である。
【図３】振動子と音響レンズの構成を説明するための拡大断面図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は図３の構成の動きを説明するための図である。
【図５】図２の概略平面図である。
【図６】音響レンズによる通常状態での動作説明図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は飛翔インク滴サイズの可変状態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３３】
５…記録ヘッド、６…インクタンク、９…ガラス基板、１０…インク層、１１…開口部、１２…上部プレート、１３…音響レンズ、１４…振動子、１５…セグメント電極、１６…圧電体、１７…共通電極、１８…電極Ａ、１９…絶縁体、２０…絶縁体、２１…電極Ｂ、２２…ガラス板、２３…電源装置、２４…オイル系溶媒、２５…水系溶媒。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体の共振により発生した超音波によりインクを飛翔させる音響インクジェット方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の画像形成装置としては、種々の構造を有するものが多数提案されており、たとえばピエゾ方式やサーマル方式のインクジェット方式によるものが知られている。
【０００３】
その例として、この種の従来装置には、たとえば音波発生装置から音波を発生させて、この音波をガラス等の無機系材料やエポキシ樹脂等からなる音響レンズで集束させてインク液滴を飛翔させるようにした構成による装置が周知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４５６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したピエゾ方式やサーマル方式によるものでは、ノズルの目詰まりが発生しやすく印字不良の発生頻度が高いという問題がある。
【０００６】
また、ピエゾ方式では、複雑なオリフィス構造を形成する必要があり、コストが高くなっていた。一方、サーマル方式では、ヘッド部でのヒーターによる加熱が必要なので、インクの熱対策が必要となり、インク選択の範囲が狭くなる不具合が生じていた。
【０００７】
さらに、上述した従来装置では、インクの液滴サイズを可変することも不可能であった。
【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、ノズルの目詰まり等を防ぎ、印字不良の発生を抑制するとともに、インクの選択範囲を広げることが可能となる画像形成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】
【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）に係る画像形成装置は、圧電体を使用し、圧電体の共振により発生した超音波によりインクを飛翔させる音響インクジェット方式の画像形成装置において、超音波集束のための音響レンズとして、流体レンズを使用することを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項２記載の発明）に係る画像形成装置は、請求項１において、音響レンズの焦点位置を可変することにより、飛翔インクサイズを可変にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明に係る画像形成装置によれば、超音波を使用する音響インクジェット方式において、超音波集束のための音響レンズとして、流体レンズを使用することにより、従来よりも大きなノズル径を使用することが可能で、これによりノズルの目詰まりが発生しないという優れた効果がある。
【００１２】
さらに、本発明によれば、インクを加熱することがないから、インクの選択幅が広く、所要の印字性能を得ることができる。
【００１３】
また、本発明によれば、音響レンズの焦点位置を可変することにより、飛翔インクサイズを可変することが可能であり、印字品質を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】
【００１４】
図１ないし図５は本発明に係る画像形成装置の第１実施形態を示し、これらの図において、本発明の画像形成装置は、音響インクジェット記録方式によるものであって、インクを記録紙へ選択的に飛翔させて記録パターンを記録紙上に作成するようになっている。
【００１５】
その模式的断面図を図１に示す。
これを簡単に説明すると、この画像形成装置は、大きく分けて給紙部Ａ、記録部Ｂ、排紙部Ｃで構成されている。
給紙部Ａは、給紙カセット１、給紙ローラ２で構成され、不図示の中央演算装置から送られて来る給紙データに応じて記録部Ｂへ用紙Ｐを供給する。
【００１６】
記録部Ｂは、搬送ローラＡ３、搬送ローラＢ７、プラテンローラ４、記録ヘッド５で構成されている。記録ヘッド５はライン型を採用する。印字データに応じて記録ヘッド５からインクＩが用紙Ｐへ向けて飛翔し、記録が行われる。
【００１７】
記録部Ｂで記録が完了した用紙Ｐは、搬送ローラＢ７の回転により排紙部Ｃへ向かう。排紙部Ｃでは、記録が完了した用紙Ｐをスタックする。
【００１８】
記録ヘッド５の構成を図２、３、４、５、に示す。
記録ヘッド５は、図２に示すように、ガラス基板９に形成された振動子１４と振動子１４に対応してガラス基板９を介してインク層１０側に配置された音響レンズ１３と上部プレート１２で構成されている。
【００１９】
本画像形成装置は、音響インクジェット方式であり、振動子１４で発生した超音波がガラス基板９を伝播し、音響レンズ１３で集束され、インク層１０中のインクを上部プレート１２の開口部１１から選択的に飛翔させる。
【００２０】
開口部１１は、飛翔インク滴サイズよりも十分に広く、インク滴サイズを制御する機能は持っていない。従来のサーマル方式やピエゾ型インクジェットではノズル径がΦ２０μｍ前途と非常に小さく目詰まりしやすかったが、本発明では、開口部１１は、Φ５０μｍ程度と従来よりもかなり大きくなっており、インク目詰まりの問題も発生しない。
【００２１】
図３、４、５で振動子１４と音響レンズ１３の構成を説明する。
振動子１４は、共通電極１７、圧電体１６、セグメント電極１５とで構成される。圧電体１６は、ＺｎＯ，ＰＺＴ等で構成される。
【００２２】
印字データに応じて共通電極１７、セグメント電極１５に印加される電界によって、圧電体１６は振動し超音波を発生する。例えば、圧電体１６に６μｍ厚のＰＺＴ膜を使用した場合、２５０ＭＨｚ Ｖｐｐ２０ＶのＡＣ電界で駆動する。発生した超音波は、ガラス基板９を介して音響レンズ１３で集束される。
【００２３】
音響レンズ１３は、エレクトロウエッティングを使用した液体レンズである。音響レンズ１３は、円筒状の形状をしており、内部には、導電性の水性溶媒と非導電性のオイル２種類の溶媒が入れられており、２種類の溶媒の界面がレンズとしての機能を有する。
【００２４】
図５に音響レンズ１４の配置図を示す。
この図５は、振動子１６側から見た図であるが、セグメント電極１５と共通電極１７の交点部に音響レンズ１４の中心となるように配置される。
【００２５】
音響レンズ１３は、電極Ａ１８，電極Ｂ２１、絶縁体１９，２０、ガラス板２２で構成されており、インクが内部に入らないように密閉されている。音響レンズ１３内部は、ガラス基板９上以外撥水処理されている。電極Ａ１８，電極Ｂ２１には、電源装置２３が接続されている。
【００２６】
電源装置２３から電圧が印加されていないと音響レンズ１３内部の液体の状態は内部が撥水処理をされているので、オイル系溶媒２４が壁面を濡らしていくと、図４（Ａ）に示すような状態になる。電源装置２３から電圧が印加されると、音響レンズ１３内部の濡れ性が変化するので水溶性溶媒２５が濡らして行き、図４（Ｂ）のように界面が凹レンズ形状を形成する。
電源装置２３から印加される電圧を調整することにより、音響レンズの焦点距離が変化する。
【００２７】
通常の印字パターン時には、図６に示すように、開口部１１のインク表面に超音波が集束するように調整されている。集束した超音波によりメニスカスが形成され、インク飛翔を行い、印字を完成させることができる。
【００２８】
また、音響レンズの焦点位置をインク層表面よりずらした位置にすると図７（Ｂ）のように焦点がインク層表面に合わせたとき図７（Ａ）よりもメニスカスが大きくなり、飛翔インク滴サイズも大きくなる。
【００２９】
このようにして、音響レンズ１３の焦点位置を変化させることにより飛翔インク滴サイズを可変することが可能になる。これにより、従来のピエゾ方式やサーマル方式のインクジェット方式ではできなかったインク滴サイズ可変が可能なる。
【００３０】
また、使用するインクの粘度、表面張力が変わった場合には、適切な飛翔インク液滴サイズが得られるように焦点位置を可変して調整することも可能になるので、使用する出来るインクの範囲が広くなり、各種メディアに対応可能になる。
【００３１】
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、画像形成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】
【００３２】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示し、その模式的断面図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置において、記録ヘッドの構成を示す要部断面図である。
【図３】振動子と音響レンズの構成を説明するための拡大断面図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は図３の構成の動きを説明するための図である。
【図５】図２の概略平面図である。
【図６】音響レンズによる通常状態での動作説明図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は飛翔インク滴サイズの可変状態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３３】
５…記録ヘッド、６…インクタンク、９…ガラス基板、１０…インク層、１１…開口部、１２…上部プレート、１３…音響レンズ、１４…振動子、１５…セグメント電極、１６…圧電体、１７…共通電極、１８…電極Ａ、１９…絶縁体、２０…絶縁体、２１…電極Ｂ、２２…ガラス板、２３…電源装置、２４…オイル系溶媒、２５…水系溶媒。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体を使用し、圧電体の共振により発生した超音波によりインクを飛翔させる音響インクジェット方式の画像形成装置において、
超音波集束のための音響レンズとして、流体レンズを使用することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記音響レンズの焦点位置を可変することにより、飛翔インクサイズを可変にすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
圧電体を使用し、圧電体の共振により発生した超音波によりインクを飛翔させる音響インクジェット方式の画像形成装置において、
超音波集束のための音響レンズとして、流体レンズを使用することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記音響レンズの焦点位置を可変することにより、飛翔インクサイズを可変にすることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−５２３１６（Ｐ２０１０−５２３１６Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２０７１７（Ｐ２００８−２２０７１７）
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【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２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【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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