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JPH11286104A - Ink recorder and method for ink recording - Google Patents

Ink recorder and method for ink recording

Info

Publication number
JPH11286104A
JPH11286104A JP26213898A JP26213898A JPH11286104A JP H11286104 A JPH11286104 A JP H11286104A JP 26213898 A JP26213898 A JP 26213898A JP 26213898 A JP26213898 A JP 26213898A JP H11286104 A JPH11286104 A JP H11286104A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
liquid column
acoustic transducer
recording medium
printing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP26213898A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiichiro Iijima
喜一郎 飯島
Ichibai Yu
一梅 兪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP26213898A priority Critical patent/JPH11286104A/en
Publication of JPH11286104A publication Critical patent/JPH11286104A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14008Structure of acoustic ink jet print heads

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nozzleless type ink recorder capable of eliminating problems due to mutual interference of waves propagating on a surface of ink and residual vibration remaining on a printed section after the printing is performed. SOLUTION: Ink 1 is supplied on a substrate 2 by having a free surface 1a. When a high frequency voltage (B) is continuously applied to a sound transducer 3, a stable liquid column 1b is formed by an ultrasonic wave emitted into the liquid. When an external force for printing is applied to the liquid column in this condition, a constriction is formed at a top of the liquid column (C), a liquid drop (D) is ejected to be moved on an image recording medium. After the liquid drop 1c is ejected (E), the liquid column maintains its state by the high frequency voltage continuously applied to the sound transducer 3 even when the external force for the printing is not applied.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インク自由表面に
一定の高さを保つ液柱を形成しておいて、その先端のイ
ンクを画像記録媒体上に移動させて画像形成を行なうイ
ンク記録装置およびインク記録方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink recording apparatus for forming an image by forming a liquid column having a predetermined height on an ink free surface and moving the ink at the tip of the liquid column onto an image recording medium. And an ink recording method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より液体インクを液滴化し、画像記
録媒体上に飛翔させて移動させることによってドットを
形成し、画像を記録する装置は、インクジェットプリン
タとして実用化されている。一般的なインクジェット記
録装置は、解像度に応じた細かいノズルよりインク滴を
吐出させるため目詰まりが発生するするという問題があ
る。例えば、発熱素子を利用したバブルによる圧力を用
いる場合、インクとの熱的あるいは化学的な反応による
不溶物がノズルの内壁に付着することによって目詰まり
が発生する。圧電素子による圧力を用いる場合には、イ
ンク流路等の複雑な構造により目詰まりが発生するとい
う問題がある。通常、目詰まりを防止するために様々な
工夫がなされているが、主走査方向にノズルを並べるラ
イン走査型ヘッドでは、目詰まりの頻度が格段に高くな
り、インクジェット装置の信頼性が著しく低下する。ま
た、高精細画像を記録するために高解像度が必要になる
場合には、ノズル径を数10μm程度の微小径に加工す
る必要がある。ライン型ヘッドのような数千ものノズル
を必要とする場合には、この記録ヘッドを加工する技術
が必要となり、ライン型ヘッドで解像度を上げることは
製造上非常に困難である。
2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus for recording an image by forming dots by making liquid ink into liquid droplets and flying and moving the liquid ink on an image recording medium has been put into practical use as an ink jet printer. A general ink jet recording apparatus has a problem that clogging occurs because ink droplets are ejected from fine nozzles corresponding to the resolution. For example, in the case where a pressure generated by a bubble using a heating element is used, clogging occurs due to the insoluble matter due to a thermal or chemical reaction with ink adhering to the inner wall of the nozzle. When the pressure by the piezoelectric element is used, there is a problem that clogging occurs due to a complicated structure such as an ink flow path. Usually, various measures are taken to prevent clogging. However, in a line scanning type head in which nozzles are arranged in the main scanning direction, the frequency of clogging becomes extremely high, and the reliability of the ink jet apparatus is significantly reduced. . Further, when high resolution is required to record a high-definition image, it is necessary to process the nozzle to a minute diameter of about several tens of μm. When thousands of nozzles are required as in the case of a line type head, a technique for processing this recording head is required, and it is extremely difficult in manufacturing to increase the resolution with the line type head.

【0003】これらの問題点を克服するため、ノズルを
不要とする方式として、超音波ビームを用いてインク液
面からインク滴を移動させる装置が、特開昭62−66
943号公報や特開昭63−162253号公報、特開
昭63−166545号公報、特開平8−238764
号公報、特開平8−290587号公報、特開平9−3
9224号公報、特開平9−94957号公報、特開平
2−175157号公報、特開平2−55139号公
報、特開平2−103152号公報、特開平2−164
546号公報、特開平7−276622号公報等に記載
されている。これらの方式は、いずれもノズルレスの構
成であるため上述した目詰まり等の問題は生じにくい。
In order to overcome these problems, an apparatus for moving ink droplets from an ink surface by using an ultrasonic beam has been proposed as a system which does not require a nozzle.
No. 943, JP-A-63-162253, JP-A-63-166545, and JP-A-8-238764.
JP, JP-A-8-290587, JP-A-9-3
No. 9224, JP-A-9-94957, JP-A-2-175157, JP-A-2-55139, JP-A-2-103152, JP-A-2-164
546 and JP-A-7-276622. These methods are nozzle-less configurations, so that the above-described problems such as clogging hardly occur.

【0004】このようなノズルレス方式のインクジェッ
トプリンタは、ノズルタイプのインクジェットプリンタ
と比べ、容易に主走査方向へ印字部を並べることが可能
となり、高速プリントに対し有効である。しかし、ノズ
ルレスであるゆえ、隣接する印字部同士の相互干渉が大
きく発生してしまうという新たな問題がある。例えば、
印字後に生じるインク液面の振動が、他の印字部へ伝播
して、インク滴の飛翔の妨げとなり、突出方向を不安定
化させたり、インク滴が移動しない空打ちが発生したり
するなどの障害が出てしまう。
[0004] Such a nozzleless type ink jet printer can easily arrange the printing sections in the main scanning direction as compared with a nozzle type ink jet printer, and is effective for high speed printing. However, since the nozzles are nozzleless, there is a new problem that mutual interference between adjacent printing units occurs largely. For example,
The vibration of the ink liquid surface that occurs after printing propagates to other printing sections, hinders the flight of ink droplets, destabilizes the protruding direction, and causes blank shots where ink droplets do not move. Obstacles come out.

【0005】これらの障害を防止する構成として、特開
平6−238884号公報がある。この公報に記載され
た印字方式では、インク自由表面上に印字部ごと大口径
を有する多孔カバーを取り付け、自由表面エリアを印字
部の大口径部で仕切り、他の印字部へ伝播する波を防止
できる。しかし、カバーで遮られたインクの波は、カバ
ーで反射することになり、反射波はもとの印字部へ帰っ
てくることになる。そのため、他の印字部へ伝播するこ
とを防止することはできても、印字した印字部へ波が帰
ってくることにより、相互干渉と同様の悪影響をもたら
すことになる。通常、上述した障害の影響がなくなる
か、または低減するのを待ち、印字を行なわせる。その
ため、高速印字に対するデメリットとなりインク記録装
置としての性能を劣化させることとなってしまう。ま
た、カバー等で仕切ることは印字部にインクを供給する
ことに対しても、インクと供給路の接触抵抗が大きくな
るため、高速にインクを補給するという点でもデメリッ
トを負うことになる。
As a configuration for preventing these obstacles, there is JP-A-6-238884. In the printing method described in this publication, a large-diameter porous cover is attached to the free surface of each ink on the free surface of the ink, and the free surface area is partitioned by the large-diameter portion of the printing portion to prevent waves propagating to other printing portions. it can. However, the ink wave blocked by the cover is reflected by the cover, and the reflected wave returns to the original printing section. Therefore, even if it is possible to prevent the propagation to other printing sections, the wave returns to the printing section where printing has been performed, thereby causing the same adverse effect as mutual interference. Normally, printing is performed after the influence of the above-described obstacle is eliminated or reduced. Therefore, it is disadvantageous for high-speed printing, and deteriorates the performance as an ink recording apparatus. In addition, partitioning with a cover or the like has a disadvantage in supplying ink to the printing unit because the contact resistance between the ink and the supply path is increased, so that ink is supplied at high speed.

【0006】インク自由表面からインク滴を移動させる
方式では、インク表面の波に対しては、上述した伝播す
る波の他に、印字後に印字部に残る残留振動がある。残
留振動が発生している期間に再度印字を行なわせようと
すると、相互干渉の時と同様にインク滴移動の妨げとな
り突出方向を不安定化、インク滴が移動しない空打ちの
発生などが生じてしまう。残留振動の影響を低減させる
方式としては、特開平2−175157号公報、特開平
5−338150号公報、特開平5−278218号公
報等に開示されている残留振動を低減させるような圧力
制御や残留振動に同期して印字を行なわせる制御方法が
ある。これら制御方法は一般的にオープンループでコン
トロールするため精度よく振動を抑制したり同期させる
ことは困難である。また、振動を検出してフィードバッ
クする方法を採用する場合には、微小液面のセンシング
技術と高精度なタイミング制御技術が必要であり、現状
の技術では困難である。また、装置の大型化やコストア
ップに繋がりデスクトップ型インクジェットプリンタと
しての利点である低コスト、小型装置が生かせなくなっ
てしまう。
In the method in which ink droplets are moved from the free surface of the ink, there are residual vibrations remaining in the printing section after printing, in addition to the above-described propagated waves, with respect to the waves on the ink surface. If you try to print again while the residual vibration is occurring, the movement of the ink droplets will be hindered, as in the case of mutual interference, and the protruding direction will become unstable. Would. As a method of reducing the influence of residual vibration, pressure control such as disclosed in JP-A-2-175157, JP-A-5-338150, and JP-A-5-278218, which reduces residual vibration, can be used. There is a control method for performing printing in synchronization with residual vibration. Since these control methods are generally controlled in an open loop, it is difficult to accurately suppress and synchronize vibration. In addition, when a method of detecting and feeding back a vibration is adopted, a technology for sensing a minute liquid level and a highly accurate timing control technology are required, and are difficult with the current technology. In addition, this leads to an increase in the size and cost of the apparatus, which makes it impossible to use a low-cost, small-sized apparatus which is an advantage of a desktop type ink jet printer.

【0007】移動させるためのエネルギを小さくする従
来技術として、特開昭62−251153号公報、特開
平7−276622号公報がある。特開平7−2766
22号公報は、孤立波を主走査方向に走査させ、孤立波
が印字部に到達した時に印字を行なわせるものである。
これにより、インク滴を移動させるためのエネルギは小
さくてよいことになるが、他の印字部に伝播する波の影
響を除去できるものではない。特開昭62−25115
3号公報は、主走査方向の自由表面に定在表面波を一面
に作成するものである。これにより、特開平7−276
622号公報と同様に、インク滴を移動させるためのエ
ネルギは小さくてよいことになる。しかし、印字部単位
で独立に定在表面波を形成できない構成であり、インク
自由表面全体を振動させることで表面のバランスを保と
うとして形成される山と谷のうちの山部を利用している
ものである。そのため、局部的に発生する振動がインク
自由表面全体のバランスを崩し、液面全体を不安定にさ
せることもある。また、インク自由表面の主走査方向に
1列に定在表面波を形成することは出来ても、2次元的
な印字配置をとる構成は不可能である。
[0007] As a conventional technique for reducing the energy for moving, there are Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 62-251153 and 7-276622. JP-A-7-2766
Japanese Patent Application Publication No. 22-214400 makes a solitary wave scan in the main scanning direction, and performs printing when the solitary wave reaches a printing unit.
As a result, the energy for moving the ink droplets may be small, but the effect of the wave propagating to other printing units cannot be removed. JP-A-62-25115
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3 (1999) -2003 discloses a method in which a standing surface wave is entirely formed on a free surface in the main scanning direction. Thereby, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-276
As in Japanese Patent No. 622, the energy for moving the ink droplets may be small. However, it is a configuration in which a standing surface wave cannot be formed independently for each printing unit, and by utilizing the peaks and valleys formed to maintain the balance of the surface by vibrating the entire ink free surface. Is what it is. For this reason, the locally generated vibration may cause the balance of the entire ink free surface to be lost, and may cause the entire liquid surface to be unstable. Further, even though standing surface waves can be formed in one line in the main scanning direction of the free surface of the ink, a configuration in which a two-dimensional printing arrangement is not possible is impossible.

【0008】高速印刷を可能とするノズルレス方式のイ
ンクジェット記録装置には、上述したような大きな問題
点が存在する。これを集約すると、下記の2点となる。 印字後のインク表面を伝播する波の影響によるインク
滴移動方向ばらつきと空打ち。 印字後に印字部に残る残留振動の影響によるインク滴
移動方向ばらつきと空打ち。 の問題については、ノズルタイプのインクジェット記
録装置にはない問題点でありノズルレス方式特有の問題
である。の問題は、ノズルタイプのインクジェット記
録装置においても存在するものであり、上述した特開平
5−338150号公報等の制御技術で解決を試みよう
としている。
The nozzleless ink jet recording apparatus capable of high-speed printing has the above-mentioned major problems. These are summarized in the following two points. Fluctuations in the direction of ink droplet movement due to the effect of waves propagating on the ink surface after printing, and blank shots. Fluctuations in the direction of movement of the ink droplets due to the effects of residual vibrations remaining in the printing area after printing, and blank shots. The problem described above is a problem that is not present in the nozzle type ink jet recording apparatus and is a problem peculiar to the nozzleless system. The problem (1) also exists in a nozzle type ink jet recording apparatus, and attempts are being made to solve the problem by the control technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-338150 or the like.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、ノズルレス方式のインク記
録方式において、上記したインク表面を伝播する波によ
る相互干渉、印字後に印字部に残る残留振動、の2点を
解決することを課題として取り上げたものである。これ
らを解決することで、高速印刷に有利なノズルレス方式
を採用し、従来のノズルレス方式ではインク液面の振動
により行なえなかった高速印字を行なうことができるイ
ンク記録装置およびインク記録方法を提供することを目
的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a nozzleless ink recording system, mutual interference due to the waves propagating on the ink surface described above remains in a printing portion after printing. It is an issue to solve two points of residual vibration. By solving these problems, an ink recording apparatus and an ink recording method that employ a nozzleless method that is advantageous for high-speed printing and that can perform high-speed printing that could not be performed by the conventional nozzleless method due to vibration of the ink liquid level are provided. It is intended for.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、インク自由表
面よりインクを移動させ、インク自由表面と対向する位
置にある画像記録媒体に印字を行なわせるインク記録装
置において、前記インク自由表面の印字部に一定の高さ
を保つ液柱を形成させる液柱形成手段と、前記液柱より
インクを液滴化して前記画像記録媒体へ移動させる移動
手段を有することを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided an ink recording apparatus for moving ink from an ink free surface and performing printing on an image recording medium located at a position facing the ink free surface. A liquid column forming means for forming a liquid column maintaining a constant height in the portion; and a moving means for forming ink droplets from the liquid column and moving the ink to the image recording medium.

【0011】また、本発明は、インク自由表面よりイン
クを移動させ、インク自由表面と対向する位置にある画
像記録媒体に印字を行なわせるインク記録方法におい
て、前記インク自由表面の印字部に一定の高さを保つ液
柱を形成させ、該液柱よりインクを液滴化して前記画像
記録媒体へ移動させることを特徴とするものである。
The present invention also relates to an ink recording method for moving ink from an ink free surface and performing printing on an image recording medium located at a position facing the ink free surface. A liquid column maintaining the height is formed, and the ink is formed into droplets from the liquid column and moved to the image recording medium.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の原理的な構成の
説明図である。図中、1はインク、1aはインク自由表
面、1bは液柱、2は基板、3は音響トランスデュー
サ、4は高周波電源、5は音響波である。図1(A)は
高周波電源4がOFFの状態を示すものである。基板2
の上にインクが自由表面1aをもたせて支持されてい
る。基板2に超音波を発生する音響トランスデューサ3
を設け、超音波振動をインク自由表面1aに向けて照射
できるように構成されている。この図では、基板2は、
導電体や、音響トランスデューサ3側の表面に導電層を
設けるなどによって導電性をもたせたものを用いて、ア
ース電位に接続し、複数の音響トランスデューサ3の一
方の電極に共通するように接続した。しかし、必ずし
も、基板2に導電性をもたせる必要はなく、各音響トラ
ンスデューサ3から、リードを引き出すようにしてもよ
い。図1(A)では、上述したように高周波電源4がO
FFであり、したがって、図1(C)に示すように、音
響トランスデューサ3に印加される電圧は0Vである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle configuration of the present invention. In the figure, 1 is an ink, 1a is an ink free surface, 1b is a liquid column, 2 is a substrate, 3 is an acoustic transducer, 4 is a high frequency power supply, and 5 is an acoustic wave. FIG. 1A shows a state in which the high-frequency power supply 4 is off. Substrate 2
Is supported with a free surface 1a thereon. Acoustic transducer 3 for generating ultrasonic waves on substrate 2
So that the ultrasonic vibration can be irradiated toward the ink free surface 1a. In this figure, the substrate 2 is
A conductor or a material having conductivity by providing a conductive layer on the surface on the side of the acoustic transducer 3 was connected to the ground potential, and was connected to one electrode of the plurality of acoustic transducers 3 in common. However, it is not always necessary that the substrate 2 has conductivity, and leads may be drawn from each acoustic transducer 3. In FIG. 1A, as described above, the high-frequency power supply 4 is
FF, and therefore, the voltage applied to the acoustic transducer 3 is 0 V as shown in FIG.

【0013】図1(B)は、高周波電源4をON状態に
した図である。高周波電源4は、図1(D)に示すよう
に、ON状態においては、常時、音響トランスデューサ
3に印加され、音響波5を発生する。音響波によって、
液柱1bが形成される。この液柱からインクを図示しな
い画像記録媒体に移動させて印字を行なう。インクの移
動は、形成された液柱1bに液滴を分離させることがで
きるエネルギを与えることによって行なわれる。
FIG. 1B is a diagram in which the high-frequency power supply 4 is turned on. As shown in FIG. 1D, the high-frequency power supply 4 is constantly applied to the acoustic transducer 3 to generate an acoustic wave 5 in the ON state. By acoustic waves,
The liquid column 1b is formed. Printing is performed by moving ink from the liquid column to an image recording medium (not shown). The movement of the ink is performed by applying energy to the formed liquid column 1b so that the liquid droplet can be separated.

【0014】音響トランスデューサ3としては、圧電素
子や磁歪素子など、印加電圧によって、インク中に音響
波が放射できる適宜の素子を用いることができる。
As the acoustic transducer 3, an appropriate element such as a piezoelectric element or a magnetostrictive element that can emit an acoustic wave into the ink by an applied voltage can be used.

【0015】図2は、液柱の形成の説明図である。図
中、図1と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略
する。なお、高周波電源の図示は省略した。
FIG. 2 is an explanatory view of the formation of the liquid column. In the figure, the same parts as those in FIG. The illustration of the high-frequency power supply is omitted.

【0016】図2(A)は、音響トランスデューサ3に
高周波電源の電圧が印加されていない状態である。な
お、図2の説明では、音響トランスデューサ3として圧
電素子を用いた。
FIG. 2A shows a state in which the voltage of the high frequency power supply is not applied to the acoustic transducer 3. In the description of FIG. 2, a piezoelectric element is used as the acoustic transducer 3.

【0017】図2(B)は、音響トランスデューサ3に
高周波電圧を印加し始めた状態である。高周波電圧は、
一定周期のパルス状の電圧を用いた。音響トランスデュ
ーサ3からインク1中に音響波5が放射され、その放射
圧によって、音響トランスデューサ3の中心部のインク
自由表面1aにはインクの隆起が生じる。しかし、電圧
が低い状態では、インクの隆起した表面はやや不安定で
ある。
FIG. 2B shows a state in which a high-frequency voltage has been applied to the acoustic transducer 3. The high frequency voltage is
A pulse voltage having a constant period was used. Acoustic waves 5 are radiated from the acoustic transducer 3 into the ink 1, and the radiation pressure causes a bulge of the ink on the ink free surface 1 a at the center of the acoustic transducer 3. However, when the voltage is low, the raised surface of the ink is somewhat unstable.

【0018】図2(C)は、電圧を上昇させた状態であ
る。音響波5の放射圧によって生じたインクの隆起は高
くなり、液柱1bは安定し始める。
FIG. 2C shows a state where the voltage is increased. The bulge of the ink caused by the radiation pressure of the acoustic wave 5 becomes high, and the liquid column 1b starts to stabilize.

【0019】図2(D)は、さらに、音響トランスデュ
ーサ3に印加する電圧を上昇させると、液柱1bは完全
に安定する。
FIG. 2D shows that when the voltage applied to the acoustic transducer 3 is further increased, the liquid column 1b is completely stabilized.

【0020】図2(E)は、音響トランスデューサ3に
印加する電圧をより上昇させた状態である。液柱1bは
より高くなり、安定している。電圧に依存した高さで安
定した液柱1bが形成できる電圧領域がある。
FIG. 2E shows a state in which the voltage applied to the acoustic transducer 3 is further increased. The liquid column 1b is higher and stable. There is a voltage region in which a stable liquid column 1b can be formed at a voltage-dependent height.

【0021】図2(F)は、安定領域を越えて音響トラ
ンスデューサ3に印加する電圧を上昇させていった状態
である。液柱1bは、振動するように揺れ出して不安定
となる。
FIG. 2F shows a state in which the voltage applied to the acoustic transducer 3 is increased beyond the stable region. The liquid column 1b starts to oscillate and becomes unstable.

【0022】図2(G)は、さらに音響トランスデュー
サ3に印加する電圧を上昇させた状態である。液柱1b
は変形し始めて、形状はますます不安定になる。
FIG. 2G shows a state in which the voltage applied to the acoustic transducer 3 is further increased. Liquid column 1b
Begins to deform and the shape becomes increasingly unstable.

【0023】図2(H)は、音響トランスデューサ3に
印加する電圧をさらに、上昇させた状態である。図で
は、不安定な液柱1bから、霧化したインクが出てい
る。
FIG. 2H shows a state where the voltage applied to the acoustic transducer 3 is further increased. In the figure, atomized ink comes out from the unstable liquid column 1b.

【0024】このように、液中に放射する超音波エネル
ギを零から徐々に上げていくと、インク自由表面に徐々
に液柱が形成されてくる。エネルギが微少なときは、液
柱はやや不安定であるが、エネルギがある値以上になる
と安定化する。この安定範囲を超えてエネルギを与えて
いくと、また不安定な液柱となり、あるエネルギ以上与
えると液柱各部より微少な液滴があらゆる方向に散乱す
る。
As described above, when the ultrasonic energy radiated into the liquid is gradually increased from zero, a liquid column is gradually formed on the free surface of the ink. When the energy is very small, the liquid column is slightly unstable, but is stabilized when the energy exceeds a certain value. When the energy is applied beyond this stable range, the liquid column becomes unstable again. When a certain energy or more is applied, fine droplets are scattered in all directions from each part of the liquid column.

【0025】不安定域で霧化した微小な液滴が出る状態
を考察したところ、超音波発生手段の駆動周波数が約5
MHz以下の場合に、霧化したインクが出ることが分か
った。駆動周波数が5MHzを超えるものであれば、こ
のような微小液滴が飛散することはない。
Considering the state in which fine droplets atomized in the unstable region come out, the driving frequency of the ultrasonic wave generating means is about 5
It was found that atomized ink was produced when the frequency was lower than MHz. If the driving frequency exceeds 5 MHz, such fine droplets do not scatter.

【0026】図3は、超音波ビームを使用した従来のノ
ズルレス方式のインクジェット記録装置の概略の説明図
である。図中、図2と同様の部分には同じ符号を付して
説明を省略する。1cは液滴である。図3(A)は、音
響トランスデューサ3に電圧が印加されていない状態で
ある。図3(B)に示すように、印字のための所定期間
の高周波電圧が印加される。高周波電圧により、液中に
超音波が放射され、図3(C)に示すように、瞬間的に
液柱1bが形成され、その先端がくびれる。ついで、図
3(D)に示すように、液柱1bの頂部のくびれ部が切
断されることによって液滴1cが飛翔して、図示しない
画像記録媒体に移動する。図3(E)は、液滴1cの飛
翔後の状態である。電圧の印加がなくなり、形成された
液柱が崩れて落下することによって、インク自由表面1
aに瞬間的な凹面が形成され、さらに凹部の部分の液面
が上昇し、インク自由表面1aに振動波が発生する。
FIG. 3 is a schematic explanatory view of a conventional nozzleless type ink jet recording apparatus using an ultrasonic beam. In the figure, the same parts as those in FIG. 1c is a droplet. FIG. 3A shows a state where no voltage is applied to the acoustic transducer 3. As shown in FIG. 3B, a high-frequency voltage for a predetermined period for printing is applied. Ultrasonic waves are radiated into the liquid by the high frequency voltage, and a liquid column 1b is instantaneously formed as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3D, the constriction at the top of the liquid column 1b is cut, so that the droplet 1c flies and moves to an image recording medium (not shown). FIG. 3E shows a state after the droplet 1c flies. When the application of voltage is stopped and the formed liquid column collapses and falls, the ink free surface 1
a, an instantaneous concave surface is formed, the liquid level in the concave portion rises, and a vibration wave is generated on the ink free surface 1a.

【0027】図3と対比して本発明の液滴の形成につい
て図4で説明する。図中、図2,図3と同様の部分には
同じ符号を付して説明を省略する。図4(A)は、音響
トランスデューサ3に常時連続して高周波電圧が印加さ
れている状態である。図4(B)は液柱形成用の高周波
電圧を示す。高周波電圧により、液中に超音波が放射さ
れ、安定した液柱1bが形成されることは図1,図2で
説明したとおりである。液柱1bが安定した状態で形成
されている状態において、液柱1bに印字のための外力
が加えられると、図4(C)に示すように、液柱1bの
頂部にくびれが生じる。ついで、図3(D)に示すよう
に、くびれ部が切断されることによって液滴1cが飛翔
して、図示しない画像記録媒体に移動する。
The formation of the droplet of the present invention will be described with reference to FIG. 4 in comparison with FIG. In the figure, the same parts as those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. FIG. 4A shows a state where a high-frequency voltage is constantly applied to the acoustic transducer 3 continuously. FIG. 4B shows a high-frequency voltage for forming a liquid column. Ultrasonic waves are radiated into the liquid by the high-frequency voltage, and the stable liquid column 1b is formed as described with reference to FIGS. In a state where the liquid column 1b is formed in a stable state, when an external force for printing is applied to the liquid column 1b, a constriction occurs at the top of the liquid column 1b as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3 (D), the droplet 1c flies by cutting the constricted portion and moves to an image recording medium (not shown).

【0028】図4(E)は、液滴1cの飛翔後の状態で
ある。印字のための外力がなくなっても、音響トランス
デューサ3には、継続して高周波電圧が印加されている
から、液柱は形成された状態を継続する。液滴1cの分
離によって、液柱1bは瞬間的には高さが低くなるが、
継続して印加されている高周波電圧によって、液柱1b
は、安定状態に回復する。
FIG. 4E shows a state after the droplet 1c flies. Even when the external force for printing disappears, the liquid column continues to be formed since the high frequency voltage is continuously applied to the acoustic transducer 3. Due to the separation of the droplet 1c, the height of the liquid column 1b is instantaneously reduced,
The liquid column 1b is caused by the continuously applied high frequency voltage.
Recovers to a stable state.

【0029】形成されている液柱1bに対して、印字の
ために与える外力は、バブルによる圧力でも、他の超音
波発生手段による圧力でも構わない。本発明で与える外
力は、図3で説明した液柱のくびれを切断させる場合よ
り少ない力でよい。すなわち、液柱が形成されていない
状態から、インク液滴を飛翔させる外力よりも、本発明
では、あらかじめ液柱が形成されているから、液滴を形
成するための外力は小さくてよい。あらかじめ液柱を形
成しておくと、例えば液面がフラットな状態からインク
液滴を飛翔させるときの約1/3程度のエネルギ(力)
でインク液滴を飛翔させることができる。
The external force applied to the formed liquid column 1b for printing may be a pressure by a bubble or a pressure by another ultrasonic wave generating means. The external force to be applied in the present invention may be smaller than that for cutting the constriction of the liquid column described with reference to FIG. That is, in the present invention, since the liquid column is formed in advance, the external force for forming the liquid droplet may be smaller than the external force for flying the ink droplet from the state where the liquid column is not formed. If the liquid column is formed in advance, for example, about one-third of the energy (force) required to fly an ink droplet from a flat liquid surface
Can cause ink droplets to fly.

【0030】図5は、外力のエネルギと、液面の振動振
幅及び振動時間の関係の一例を示すグラフである。図5
(A)に示すように、インク液滴を飛翔させる際に与え
る外力のエネルギが大きいほど、インク液滴が飛翔した
後の液面の振動振幅が大きくなる。また同様に、図5
(B)に示すように、インク液滴を飛翔させる際に与え
る外力のエネルギが大きいほど、インク液滴が飛翔した
後に液面の振動が収束するまでに要する時間が長くな
る。上述のように、あらかじめ液柱を形成しておくこと
によって、インク液滴を飛翔させるために必要な外力の
エネルギは、液面がフラットな状態からインク液滴を飛
翔させるときの約1/3程度でよい。このように外力の
エネルギを小さくできることによって、図5(A),
(B)に示すようにインク液滴を飛翔させた後の振動振
幅および振動時間も約1/2〜1/3になる。そのた
め、インク液滴を飛翔させた後、次のインク液滴を飛翔
させるまでの待ち時間を大幅に減らすことができる。こ
のため印字後の残留振動や相互干渉による吐出不安定を
懸念することなく、従来のノズルレス方式より高速な印
字を行うことが可能となる。
FIG. 5 is a graph showing an example of the relationship between the energy of the external force and the vibration amplitude and vibration time of the liquid surface. FIG.
As shown in (A), the larger the energy of the external force applied when the ink droplet flies, the larger the vibration amplitude of the liquid surface after the ink droplet flies. Similarly, FIG.
As shown in (B), the greater the energy of the external force applied when the ink droplet flies, the longer the time required for the vibration of the liquid surface to converge after the ink droplet flies. As described above, by forming the liquid column in advance, the energy of the external force required to cause the ink droplet to fly can be reduced to about の of the energy required to cause the ink droplet to fly from a flat liquid surface. Degree is fine. As shown in FIG. 5 (A),
As shown in (B), the vibration amplitude and the vibration time after the ink droplet is caused to fly are also reduced to about 1/2 to 1/3. Therefore, the waiting time from the time when the ink droplet flies to the time when the next ink droplet flies can be significantly reduced. For this reason, it is possible to perform printing at a higher speed than in the conventional nozzleless method, without having to worry about ejection instability due to residual vibration or mutual interference after printing.

【0031】さらに、図3で説明した従来のノズルレス
方式では、印字信号の消滅後に、インク自由表面に生じ
る振動が大きく、この振動が、次の印字や、隣接する印
字部へ与える影響が大きい。これに対して、本発明で
は、くびれ部が切断された後にインク自由表面に生じる
振動は小さく、また、他の印字部から伝播してくる振動
波は、常時形成している液柱より低い高さの波であり、
この伝播する波が液柱を多少揺らすことはあっても、液
柱頂部はかなり安定を維持しており、影響は小さい。し
たがって、液柱がなく印字部がインク自由表面に伝播さ
れる振動波による影響に比べれば、本発明は、振動波に
よる影響は十分小さい。したがって、本発明は、上述し
た2つの課題に対する大きな改善効果を得ることができ
る。
Further, in the conventional nozzleless method described with reference to FIG. 3, the vibration generated on the free ink surface after the disappearance of the print signal is large, and this vibration greatly affects the next printing and the adjacent printing section. On the other hand, in the present invention, the vibration generated on the free surface of the ink after the constriction is cut is small, and the vibration wave propagating from the other printing section is lower than the liquid column which is always formed. The waves of the
Although the propagating wave may slightly shake the liquid column, the top of the liquid column remains fairly stable and the effect is small. Therefore, in the present invention, the influence of the vibration wave is sufficiently small as compared with the influence of the vibration wave propagating in the print portion to the ink free surface without the liquid column. Therefore, the present invention can provide a significant improvement effect on the above two problems.

【0032】図6は、本発明のインク記録装置の実施の
形態の一例の概略構成図である。図中、10,11,1
2,13,14は記録ヘッド、10aは液柱形成手段、
15は画像記録媒体である。また、1bは図1,図2で
説明した液柱であり、液柱形成手段10aにより形成さ
れたものである。液柱形成手段10aには、上述した音
響トランスデューサを用いることができることは勿論で
あり、他に、液面に局部的な力を与えることができるも
のを用いてもよく、静電力を利用してもよい。以下の説
明では、液柱形成手段には、音響トランスデューサを用
いて説明する。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an example of an embodiment of the ink recording apparatus of the present invention. In the figure, 10, 11, 1
2, 13, 14 are recording heads, 10a is a liquid column forming means,
Reference numeral 15 denotes an image recording medium. 1b is the liquid column described with reference to FIGS. 1 and 2, and is formed by the liquid column forming means 10a. As the liquid column forming means 10a, it is needless to say that the above-described acoustic transducer can be used, and in addition, a means that can apply a local force to the liquid surface may be used. Is also good. In the following description, an acoustic transducer will be used as the liquid column forming means.

【0033】図6(A)は、内部に液柱形成手段10a
を設けた記録ヘッドの説明図である。液柱形成手段10
aである音響トランスデューサに高周波電圧が印加され
ていることによって、印字の画素に対応した液柱1bが
一列に形成されている。図6(B)は、フルカラー印字
を行なうための概略構成図である。11はY(イエロ
ー)、12はM(マゼンタ)、13はC(シアン)、1
4はK(ブラック)の各ヘッドである。印字ヘッド1
1,12,13,14が、4色分タンデム型に配置され
ている。しかし、本発明は、記録ヘッドの配置に関して
は、図6に固執するわけではなく、様々な装置レイアウ
トに適用されるものである。画像記録媒体15は、図示
しない搬送手段により記録ヘッド部に搬送される。画像
記録媒体15が、記録ヘッド部へ到達する前に、各イン
ク色の記録ヘッドにおいて、各画素ごとに所定の高さを
有する液柱1bを形成させる。画像記録媒体15へイン
クを移動させ、図6(C)に示すように、所望の画像を
画像記録媒体15に形成させるため、各画素を印字する
動作は、図4で説明したインク液滴の飛翔によって行な
う。画像記録が終了したときには、図6(D)に示すよ
うに、液柱1bの形成を止め、元のフラットなインク自
由表面とすることがエネルギロスの観点から好ましい
が、断続的に搬送されてくる画像記録媒体へ画像を形成
する場合には、液柱を形成したまま、次の画像記録媒体
へ画像記録を行なっても差し支えない。画像記録媒体と
して、連続紙のように、常に記録ヘッド部に搬送されて
いる場合は、各色の記録ヘッドに対して、必要な画像記
録領域が通過するときのみ、必要な色の記録ヘッドに液
柱を形成するようにしてもよい。また画像記録領域が断
続的である場合には、継続して液柱を形成させておいて
もよい。
FIG. 6A shows a liquid column forming means 10a inside.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a recording head provided with. Liquid column forming means 10
By applying the high-frequency voltage to the acoustic transducer a, the liquid columns 1b corresponding to the pixels of the print are formed in a line. FIG. 6B is a schematic configuration diagram for performing full-color printing. 11 is Y (yellow), 12 is M (magenta), 13 is C (cyan), 1
Reference numeral 4 denotes K (black) heads. Print head 1
1, 12, 13, and 14 are arranged in tandem for four colors. However, the present invention is not limited to the arrangement of the recording heads in FIG. 6, but is applicable to various device layouts. The image recording medium 15 is transported to a recording head unit by a transport unit (not shown). Before the image recording medium 15 reaches the recording head section, a liquid column 1b having a predetermined height is formed for each pixel in the recording head of each ink color. As shown in FIG. 6C, the operation of printing each pixel in order to move the ink to the image recording medium 15 and form a desired image on the image recording medium 15 is performed by using the ink droplets described with reference to FIG. Performed by flight. When the image recording is completed, as shown in FIG. 6D, it is preferable to stop the formation of the liquid column 1b and make the original flat ink free surface from the viewpoint of energy loss. When an image is formed on an incoming image recording medium, the image may be recorded on the next image recording medium while the liquid column is formed. If the image recording medium is always conveyed to the recording head section, such as continuous paper, the recording heads of the respective colors are supplied to the recording heads of the required colors only when the required image recording area passes. Columns may be formed. When the image recording area is intermittent, the liquid column may be continuously formed.

【0034】図7は、図6で説明した記録ヘッドにおけ
る液柱の形成方法の他の方法の説明図である。図6で
は、それぞれの記録ヘッドについて、すべての記録ヘッ
ドに液柱を形成させる方法と、必要な色の記録ヘッドの
みについて、液柱を形成させることを説明した。したが
って、液柱が形成される記録ヘッドにおいては、すべて
の液柱を形成させる方法を説明した。
FIG. 7 is an explanatory view of another method of forming a liquid column in the recording head described with reference to FIG. FIG. 6 has described the method of forming the liquid columns on all the print heads for each print head and the method of forming the liquid columns only on the print heads of the required colors. Therefore, the method of forming all the liquid columns in the recording head in which the liquid columns are formed has been described.

【0035】しかし、記録画像によっては、1つの色の
記録ヘッドについて、すべての液柱を必ずしも形成させ
ておく必要はない。図7では、画像記録中に全画素に対
応する液柱を常に形成するわけではなく、必要な画素に
対応する液柱だけを選択的に形成させるものである。図
6(B),(C)を参照して説明すると、例えば、画像
記録媒体15の搬送方向(副走査方向)の記録を列とし
た場合、記録画像データを先読みして、ある列にある色
の記録が所定長さ以上ない場合、その列の液柱は、その
間においては形成させないようにする。この方式は、図
6に比べて、エネルギを低減できるほか、インク自由表
面全体の波を自由に制御可能とできるため、発生する振
動波を、液柱を形成することで打ち消すよう制御するこ
とも可能となる。よって、液柱形成を選択的に行なうこ
とにより、隣接する画素に対応する各印字部の相互干渉
を効率的に抑えることも可能にできる利点がある。
However, depending on the print image, it is not necessary to form all the liquid columns for a print head of one color. In FIG. 7, liquid columns corresponding to all pixels are not always formed during image recording, but only liquid columns corresponding to necessary pixels are selectively formed. Explaining with reference to FIGS. 6B and 6C, for example, in the case where the recording in the transport direction (sub-scanning direction) of the image recording medium 15 is set as a column, the recorded image data is read in advance and is in a certain column. If the color record is not longer than a predetermined length, the liquid column in the row is prevented from being formed therebetween. This method can reduce the energy as compared with FIG. 6 and can freely control the wave on the entire free surface of the ink. Therefore, it is also possible to control the generated vibration wave to cancel by forming a liquid column. It becomes possible. Therefore, by selectively forming the liquid column, there is an advantage that it is possible to efficiently suppress mutual interference between the printing units corresponding to adjacent pixels.

【0036】図6,図7では、各記録ヘッドの印字部
は、主走査方向へ1列に並んだ構成を示しているが、2
次元的な印字部の構成を採用してもよい。図8は、2次
元的な配列の一例である。液柱の形成部を○印で示し
た。図8(A)は斜視図であり、主走査方向に並んだ液
柱形成部に列が副走査方向に複数列配置された状態を示
している。図8(B)に平面的に位置関係を図示した。
第1列に対して、第2〜4列は、画素間のピッチPの1
/4ずつ位相がずれるように配置されている。副走査方
向のピッチもPとした。1/4Pずつ画像記録媒体を移
動させることによって、Pの4倍の画素密度での画像記
録が可能である。なお、図8では、4列の配置を例示し
たが、4列に限られるものではなく、2列以上の配置で
2次元配列を行なうことができる。
FIGS. 6 and 7 show a configuration in which the printing sections of each recording head are arranged in a line in the main scanning direction.
A configuration of a dimensional printing unit may be adopted. FIG. 8 is an example of a two-dimensional array. The formation of the liquid column is indicated by a circle. FIG. 8A is a perspective view, and shows a state where a plurality of rows are arranged in the sub-scanning direction in the liquid column forming portions arranged in the main scanning direction. FIG. 8B illustrates the positional relationship in a plan view.
In contrast to the first column, the second to fourth columns have a pitch P of 1 between pixels.
They are arranged so that the phase is shifted by / 4. The pitch in the sub-scanning direction was also set to P. By moving the image recording medium by 1 / 4P, it is possible to record an image at a pixel density four times as large as P. In FIG. 8, the arrangement of four columns is illustrated, but the arrangement is not limited to four columns, and a two-dimensional arrangement can be performed in an arrangement of two or more columns.

【0037】図9は、形成された液柱に外力を付与する
外力付与手段の第1の実施例の説明図である。図中、図
1,図4と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略
する。21はインク支持体、22は天板、23は開口
部、24は圧電素子である。この実施例では、外力付与
手段として圧電素子を駆動することによる圧力変化を利
用した。図9(A)に示すように、インク1は、インク
支持体21に形成されたほぼ円錐状の空間に供給されて
いる。円錐状空間の下部には、円筒状の空間が形成さ
れ、その周囲に円筒状の空間を取り巻くように圧電素子
24が設けられている。この円錐状の空間と円筒状の空
間とによりインク管が形成され、図示しないインク供給
管からインクが供給されている。円筒状の空間の底面部
に該当する位置に音響トランスデューサ3が設けられて
いる。インク支持体21の上面には、精度のよい開口部
23が形成された天板22が取り付けられている。音響
トランスデューサ3に適当な高周波電圧が印加されるこ
とによって、開口部23を通して液柱1bが形成される
とともに、天板22の表面にもインクがあふれた状態で
乗り、インク自由表面が形成される。インク自由表面に
インクを供給するようにしてもよい。
FIG. 9 is an explanatory view of a first embodiment of an external force applying means for applying an external force to the formed liquid column. In the figure, the same parts as those in FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. 21 is an ink support, 22 is a top plate, 23 is an opening, and 24 is a piezoelectric element. In this embodiment, a pressure change caused by driving the piezoelectric element is used as the external force applying means. As shown in FIG. 9A, the ink 1 is supplied to a substantially conical space formed in the ink support 21. A cylindrical space is formed below the conical space, and a piezoelectric element 24 is provided around the cylindrical space so as to surround the cylindrical space. An ink tube is formed by the conical space and the cylindrical space, and ink is supplied from an ink supply tube (not shown). The acoustic transducer 3 is provided at a position corresponding to the bottom of the cylindrical space. On the upper surface of the ink support 21, a top plate 22 having a highly accurate opening 23 is attached. When an appropriate high-frequency voltage is applied to the acoustic transducer 3, the liquid column 1 b is formed through the opening 23, and the surface of the top plate 22 is also overflowed with ink to form an ink free surface. . The ink may be supplied to the free ink surface.

【0038】図9(B)に示すように、圧電素子24
は、印字信号に応じて円筒管内の半径方向に対し振動す
る。これによりインク管内に充填されたインク1は、管
内容積が減少するため円筒半径方向に対して圧縮を受け
インク管内の解放方向に対して膨張する。膨張したイン
ク管内のインクは、円錐形状の空間内で上昇し、断面積
の減少につれて増幅され、開口部23を通してインク自
由表面方向に膨張しようとするため液柱1bをさらに持
ち上げることになる。したがって、液柱1bの頂部は、
少ない外力により液滴化し、飛翔するため、通常の圧電
素子を駆動したときに比べて、小さい力を発生させるだ
けでよい。飛翔した液滴1cは、図示しない画像記録媒
体に付着して、記録が行なわれる。
As shown in FIG. 9B, the piezoelectric element 24
Vibrates in the radial direction in the cylindrical tube according to the print signal. Accordingly, the ink 1 filled in the ink tube is compressed in the radial direction of the cylinder due to the reduced volume in the tube, and expands in the release direction in the ink tube. The ink in the expanded ink tube rises in the conical space, is amplified as the cross-sectional area decreases, and further lifts the liquid column 1b to attempt to expand through the opening 23 toward the ink free surface. Therefore, the top of the liquid column 1b is
Since the droplets are formed and fly by a small external force, only a small force is required as compared with a case where a normal piezoelectric element is driven. The flying droplet 1c adheres to an image recording medium (not shown) and recording is performed.

【0039】図9(C)は、図9(A)に示した1ドッ
ト分の印字部を、主走査方向に対し1列に配置した例を
示す。基本的には、円筒状のインク管は画像記録を行な
うために必要な解像度に応じて各々の間隔を決定する必
要があるが、図8で説明したように、2次元的な配置を
千鳥配列状に並べることで、各列については、画像記録
に必要な解像度より広いピッチで1列に配置されてもよ
い。
FIG. 9C shows an example in which the printing portions for one dot shown in FIG. 9A are arranged in one line in the main scanning direction. Basically, it is necessary to determine the interval between the cylindrical ink tubes according to the resolution required for performing image recording. However, as described with reference to FIG. By arranging them in a row, each row may be arranged in one row at a pitch wider than the resolution required for image recording.

【0040】図10は、図9で説明した第1の実施例の
変形例である。図中、図9と同様の部分には同じ符号を
付して説明を省略する。第1の実施例では、圧電素子を
円筒状に巻き付けたが、この変形例では、管内の一部の
壁面に梁状に取り付けた。すなわち、図10(A)に示
すように、インク支持体21に、断面四角形状のインク
管を形成し、その底部に音響トランスデューサ3を設
け、側壁に圧電素子24を設けた。圧電素子24は、側
壁の4面に設けても、一部、例えば1面の側壁に設けて
もよい。図10では、1面だけに圧電素子24を設け
た。この場合も、音響トランスデューサ3を駆動して液
柱1bが形成された状態で、圧電素子24に印字信号を
与えることによって、図10(B)に示すように、イン
ク管内の容積を減少させ、インク管内にあるインクをイ
ンク自由表面方向に膨張させる。その結果、液柱頂部を
液滴化し、液滴1cを図示しない画像記録媒体に飛翔さ
せることができる。
FIG. 10 is a modification of the first embodiment described with reference to FIG. In the figure, the same parts as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the first embodiment, the piezoelectric element is wound in a cylindrical shape. In this modified example, the piezoelectric element is mounted in a beam shape on a part of the wall surface in the tube. That is, as shown in FIG. 10A, an ink tube having a rectangular cross section was formed on the ink support 21, the acoustic transducer 3 was provided at the bottom thereof, and the piezoelectric element 24 was provided on the side wall. The piezoelectric elements 24 may be provided on four side walls, or may be provided partially, for example, on one side wall. In FIG. 10, the piezoelectric element 24 is provided only on one surface. Also in this case, by supplying a print signal to the piezoelectric element 24 in a state where the liquid column 1b is formed by driving the acoustic transducer 3, the volume in the ink tube is reduced as shown in FIG. The ink in the ink tube expands toward the free surface of the ink. As a result, the liquid column top can be made into a droplet, and the droplet 1c can be made to fly to an image recording medium (not shown).

【0041】図11は、形成された液柱に外力を付与す
る外力付与手段の第2の実施例の説明図である。図中、
図9と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略す
る。25は発熱素子、26は方向規制部材、27はバブ
ル、28はインク管である。この実施例では、外力手段
として発熱素子25を駆動することによって生じるバブ
ルを利用して、バブル成長による圧力変化を利用してい
る。発熱素子25は、電気信号を与えられることにより
熱を発生するものであり、バブルジェット方式のインク
ジェット記録ヘッドと同様の原理に基づくものである。
FIG. 11 is an explanatory view of a second embodiment of the external force applying means for applying an external force to the formed liquid column. In the figure,
Parts similar to those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. 25 is a heating element, 26 is a direction regulating member, 27 is a bubble, and 28 is an ink tube. In this embodiment, a bubble generated by driving the heating element 25 as an external force means is used, and a pressure change due to bubble growth is used. The heating element 25 generates heat by receiving an electric signal, and is based on the same principle as a bubble jet type ink jet recording head.

【0042】図11(A)に示すように、インク支持体
21に設けられた空間にインク管28が形成され、その
底部に音響トランスデューサ3が設けられている。イン
ク管28の上部の側方にインク管28を取り巻くように
リング状の発熱素子25が設けられ、その上方に発生す
るバブルの成長方向を規制する方向規制部材26が設け
られており、バブル成長による圧力変化によって液柱1
bに外力を与えるようにされている。
As shown in FIG. 11A, an ink tube 28 is formed in a space provided in the ink support 21, and an acoustic transducer 3 is provided at the bottom thereof. A ring-shaped heating element 25 is provided on the side of the upper part of the ink tube 28 so as to surround the ink tube 28, and a direction regulating member 26 for regulating the growth direction of bubbles generated above the ring-shaped heating element 25 is provided. Column 1 by pressure change due to
An external force is applied to b.

【0043】図11(B)に示すように、発熱素子25
に印字信号が与えられると、発熱素子25の表面に接触
しているインクが気化されて、バブル(気泡)27が発
生する。この現象は、一般的なバブルジェット方式のイ
ンクジェット記録ヘッドに応用されている現象と同じで
ある。なお、この実施例では、円筒状のインク管28が
設けられ、その底部に音響トランスデューサ3が設けら
れているが、インク管28は超音波をインク自由表面に
照射するために設けているだけであり、特に必要な構成
ではない。発熱素子25に印字信号が与えられ、発生す
るバブル27の成長方向を方向規制部材26により液柱
1bの頂部に向けて、効率よく液柱1bの頂部より液滴
化が行なわれる。液滴1cを図示しない画像記録媒体に
向けて飛翔させ、画像を形成することができる。発熱素
子25は、図11に図示したように、インク管28の上
部にリング状に取り付ける構造に限られるものではな
く、インク管28上面の一部に取り付けるようにしても
よい。
As shown in FIG. 11B, the heating element 25
Is supplied with a print signal, the ink in contact with the surface of the heating element 25 is vaporized, and a bubble (bubble) 27 is generated. This phenomenon is the same as the phenomenon applied to a general bubble jet type ink jet recording head. In this embodiment, the cylindrical ink tube 28 is provided, and the acoustic transducer 3 is provided at the bottom. However, the ink tube 28 is provided only for irradiating the ultrasonic wave to the ink free surface. Yes, not a particularly required configuration. A print signal is given to the heating element 25, and the growth direction of the generated bubble 27 is directed to the top of the liquid column 1b by the direction regulating member 26, so that the droplet is efficiently formed from the top of the liquid column 1b. The droplet 1c can be made to fly toward an image recording medium (not shown) to form an image. The heating element 25 is not limited to a structure attached to the upper part of the ink tube 28 in a ring shape as shown in FIG. 11, but may be attached to a part of the upper surface of the ink tube 28.

【0044】図12は、形成された液柱に外力を付与す
る外力付与手段の第3の実施例の説明図である。図中、
図9,図11と同様の部分には同じ符号を付して説明を
省略する。29は光熱変換層である。この実施例でも、
熱により発生するバブルを利用して外力を付与するよう
にしている。図12(A)に示すように、角管状のイン
ク管28の側壁に接するように、光熱変換層29が設け
られている。また、光電変換層28側のインク支持体2
1は、光を透過できるよう、透明材料で形成されてい
る。この実施例で用いる光熱変換層29は、例えば数μ
m〜10数μmの薄いアルミ層で形成されているが、受
光した部分が光を吸収して発熱する材料であればよい。
FIG. 12 is an explanatory view of a third embodiment of the external force applying means for applying an external force to the formed liquid column. In the figure,
9 and 11 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. 29 is a photothermal conversion layer. In this example,
An external force is applied using bubbles generated by heat. As shown in FIG. 12A, a light-to-heat conversion layer 29 is provided so as to be in contact with the side wall of the rectangular tubular ink tube 28. In addition, the ink support 2 on the photoelectric conversion layer 28 side
1 is formed of a transparent material so as to transmit light. The light-to-heat conversion layer 29 used in this embodiment is, for example, several μm.
Although it is formed of a thin aluminum layer having a thickness of m to several tens of μm, any material may be used as long as the light receiving portion absorbs light and generates heat.

【0045】図12(B)に示すように、外部より光照
射された光熱変換層29のポイントは光を吸収して急激
に発熱する。発熱によって光熱変換層29とインクの界
面に図11に示したと同様にバブル27が発生する。こ
れによりインク管内にあるインクをインク自由表面方向
に移動させる。その結果、液柱1bの頂部を液滴化し、
液滴1cを図示しない画像記録媒体に飛翔させることが
できる。
As shown in FIG. 12B, the point of the photothermal conversion layer 29 irradiated with light from the outside absorbs light and rapidly generates heat. Due to the heat generation, bubbles 27 are generated at the interface between the light-to-heat conversion layer 29 and the ink as shown in FIG. This causes the ink in the ink tube to move toward the free ink surface. As a result, the top of the liquid column 1b is turned into droplets,
The droplet 1c can be caused to fly onto an image recording medium (not shown).

【0046】図13は、形成された液柱に外力を付与す
る外力付与手段の第4の実施例の説明図である。図中、
図10と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略す
る。30は音響トランスデューサである。この実施例で
は、図13(A)に示すように、2種類の音響トランス
デューサを用いた。2種類の音響トランスデューサのう
ち音響トランスデューサ3は液柱形成用であり、音響ト
ランスデューサ30は外力付与手段として用いられるも
のである。図示の構成では、上側が外力付与手段であ
り、下側が液柱形成用であるが、上下逆の構成であって
も構わない。液柱形成用の音響トランスデューサ3を駆
動させる周波数は、外力付与手段として使用する音響ト
ランスデューサ30の周波数に一致させる必要はなく、
通常、外力付与手段として使用する音響トランスデュー
サの周波数より低い。外力付与手段に使用する音響トラ
ンスデューサ30は、高周波のパルスを何パルスか使用
して1回の印字を行なうため、外力付与手段の音響トラ
ンスデューサ30を駆動する周波数は、印字信号の印加
時間に対して十分に短い周期とする必要があり、数MH
z〜数10MHzの高い周波数で使用する。常時液柱形
成する音響トランスデューサ3を駆動する高周波電源の
周波数と、外力付与のために駆動される音響トランスデ
ューサ30を駆動する印字信号の周波数とを同じ周波数
にしようとすると、液柱形成用の音響トランスデューサ
3を駆動する高周波電源の周波数も高い周波数となる。
もちろん、このような駆動を行なってもよいが、電力消
費が大きくなってしまう。したがって、エネルギ効率の
観点からは、外力付与手段の音響トランスデューサ3
は、高周波数で駆動し、液柱形成用の音響トランスデュ
ーサは低周波数側に設定しておくことが望ましい。
FIG. 13 is an explanatory view of a fourth embodiment of the external force applying means for applying an external force to the formed liquid column. In the figure,
The same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. 30 is an acoustic transducer. In this example, as shown in FIG. 13A, two types of acoustic transducers were used. Among the two types of acoustic transducers, the acoustic transducer 3 is for forming a liquid column, and the acoustic transducer 30 is used as an external force applying means. In the illustrated configuration, the upper side is an external force applying unit, and the lower side is for forming a liquid column. However, the configuration may be upside down. The frequency at which the acoustic transducer 3 for forming the liquid column is driven does not need to match the frequency of the acoustic transducer 30 used as external force applying means.
Usually, the frequency is lower than the frequency of the acoustic transducer used as the external force applying means. Since the acoustic transducer 30 used for the external force applying means performs printing once using several high frequency pulses, the frequency at which the acoustic transducer 30 of the external force applying means is driven with respect to the application time of the print signal It is necessary to set the period to be sufficiently short, and several MH
Used at high frequencies from z to several tens of MHz. If the frequency of the high-frequency power source that drives the acoustic transducer 3 that always forms a liquid column and the frequency of the print signal that drives the acoustic transducer 30 that is driven to apply an external force are set to be the same frequency, the sound for forming the liquid column The frequency of the high frequency power supply for driving the transducer 3 is also high.
Of course, such driving may be performed, but power consumption is increased. Therefore, from the viewpoint of energy efficiency, the acoustic transducer 3 as the external force applying means
It is desirable to drive at a high frequency and set the acoustic transducer for forming the liquid column to the low frequency side.

【0047】図13(B)に示すように、音響トランス
デューサ30に印字信号を与えることによって、音響ト
ランスデューサ3によってインク管内に放射される音響
波に対して、音響トランスデューサ30によって放射さ
れる音響波が加えられて、液柱1bの先端から液滴1c
を図示しない画像記録媒体に飛翔させることができる。
As shown in FIG. 13B, by giving a print signal to the acoustic transducer 30, the acoustic wave radiated by the acoustic transducer 30 is different from the acoustic wave radiated into the ink tube by the acoustic transducer 3. In addition, the liquid drop 1c extends from the tip of the liquid column 1b.
Can be caused to fly to an image recording medium (not shown).

【0048】図14は、形成された液柱に外力を付与す
る外力付与手段の第5の実施例の説明図である。図中、
図10と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略す
る。この実施例では、図14(A)に示すように、1種
類の音響トランスデューサを用いた。これは、図13で
説明した2種類の音響トランスデューサを1つの音響ト
ランスデューサにしたものに相当する。1つの音響トラ
ンスデューサ3には、液柱形成用の駆動信号と、印字信
号に基づく駆動信号が重畳して与えられるが、両駆動信
号の周波数を異なるものとする。すなわち、1つの音響
トランスデューサ3が2種類の周波数で駆動されること
になる。図14(C)に示すように、音響トランスデュ
ーサ3は、液柱形成用の駆動信号により常時駆動されて
いる。印字信号は、図14(D)に示すように、液柱形
成用の駆動信号に重畳され、図14(B)に示すよう
に、液滴1cを図示しない画像記録媒体に飛翔させる。
FIG. 14 is an explanatory view of a fifth embodiment of the external force applying means for applying an external force to the formed liquid column. In the figure,
The same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this example, as shown in FIG. 14A, one type of acoustic transducer was used. This corresponds to a case where the two types of acoustic transducers described in FIG. 13 are combined into one acoustic transducer. A drive signal for forming a liquid column and a drive signal based on a print signal are superimposed and given to one acoustic transducer 3, but the two drive signals have different frequencies. That is, one acoustic transducer 3 is driven at two different frequencies. As shown in FIG. 14C, the acoustic transducer 3 is constantly driven by a driving signal for forming a liquid column. The print signal is superimposed on the driving signal for forming the liquid column as shown in FIG. 14D, and causes the droplet 1c to fly onto an image recording medium (not shown) as shown in FIG.

【0049】このように、2つの周波数を使用するため
に、音響トランスデューサ3は、インピーダンス特性で
2つの共振ピーク周波数を有するものを使用するのがよ
い。この共振周波数に合致した周波数の駆動信号を用い
ることによって、音響トランスデューサ3から効率よく
超音波を発生させることができる。2つの共振ピーク周
波数のうち、低周波数側を液柱形成用に使用し、高周波
数側を外力付与手段用として使用する。これにより、ほ
ぼ図13で説明した第4の実施例と同様の結果をもたら
すことが可能となる。
As described above, in order to use two frequencies, it is preferable to use the acoustic transducer 3 having two resonance peak frequencies in impedance characteristics. By using a drive signal having a frequency that matches the resonance frequency, the acoustic transducer 3 can efficiently generate ultrasonic waves. Of the two resonance peak frequencies, the lower frequency side is used for forming a liquid column, and the higher frequency side is used for external force applying means. Thereby, it is possible to obtain substantially the same result as that of the fourth embodiment described with reference to FIG.

【0050】図15は、形成された液柱に外力を付与す
る外力付与手段の第6の実施例の説明図である。図中、
図10と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略す
る。15は画像記録媒体、31,32は電極、33は印
字信号である。この実施例では、外力付与手段として静
電吸引力を利用した。図15(A)に示すように、イン
クを支持する天板22の表面と同一表面となるように、
インク支持体21の上に一方の電極31を配置し、イン
ク自由表面1aと対向する位置に搬送された記録媒体1
5の裏面側に他方の電極32を配置し、両電極間に印字
信号33を与えて電界を形成することによって、インク
自由表面に形成されている液柱1bに電荷を与えるよう
に構成されている。ここで使用するインク支持体21側
の電極31は、リング状であっても左右対称に分離して
配置されたものであってもよい。画像記録媒体15の裏
面側に配置した電極32は、印字部ごとに独立に配置さ
れ、インク支持体21側の電極31と対となるように配
置されている。一方の電極は複数の印字部に共通して設
けてもよい。
FIG. 15 is an explanatory view of a sixth embodiment of the external force applying means for applying an external force to the formed liquid column. In the figure,
The same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. 15 is an image recording medium, 31 and 32 are electrodes, and 33 is a print signal. In this embodiment, an electrostatic attraction force is used as the external force applying means. As shown in FIG. 15A, the surface of the top plate 22 supporting the ink is flush with the surface of the top plate 22.
One electrode 31 is arranged on the ink support 21 and the recording medium 1 conveyed to a position facing the free ink surface 1a.
5, the other electrode 32 is arranged on the back surface side, and a print signal 33 is applied between the two electrodes to form an electric field, thereby giving an electric charge to the liquid column 1b formed on the free ink surface. I have. The electrode 31 on the ink support 21 side used here may be ring-shaped or may be separated symmetrically. The electrodes 32 arranged on the back side of the image recording medium 15 are arranged independently for each printing section, and are arranged so as to be paired with the electrodes 31 on the ink support 21 side. One electrode may be provided commonly to a plurality of printing units.

【0051】図15(B)に示すように、印字信号33
が電極31,32間に印加されると、インク支持体21
側の電極31が−電極であったとすると、この−電極と
接するインクの下部には+電荷が溜まる。逆にインク自
由表面側には−電荷が溜り、液柱1bの頂部の−電荷
は、画像記録媒体15の裏面側に配置された+電極に向
けて吸引され、液柱1bの頂部のインクは、画像形成媒
体15上に飛翔する。印字信号が消滅して、両電極間の
電界が解消し、画像記録媒体方向へ外力によって伸びた
液柱1bは、インク表面張力により、音響トランスデュ
ーサ3によって形成される元の高さの液柱に戻る。
As shown in FIG. 15B, the print signal 33
Is applied between the electrodes 31, 32, the ink support 21
If the electrode 31 on the side is a negative electrode, a positive charge accumulates below the ink in contact with the negative electrode. Conversely,-charges accumulate on the ink free surface side, and-charges on the top of the liquid column 1b are sucked toward the + electrode disposed on the back side of the image recording medium 15, and the ink on the top of the liquid column 1b is Fly over the image forming medium 15. The print signal disappears, the electric field between the two electrodes is eliminated, and the liquid column 1b extended by the external force toward the image recording medium becomes a liquid column of the original height formed by the acoustic transducer 3 due to the ink surface tension. Return.

【0052】図16は、形成された液柱に外力を付与す
る外力付与手段の第7の実施例の説明図である。図中、
図15と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略す
る。この実施例では、図16(A)に示す基本的な構成
は、図15で説明した第6の実施例と同様である。
FIG. 16 is an explanatory view of a seventh embodiment of the external force applying means for applying an external force to the formed liquid column. In the figure,
Parts similar to those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this embodiment, the basic configuration shown in FIG. 16A is the same as that of the sixth embodiment described with reference to FIG.

【0053】図16(B)に示す印字信号の印加時に
は、静電吸引力によって液柱1bの頂部が延びるが、液
滴化せずに液柱のまま画像記録媒体15に付着させるよ
うにした。これは、音響トランスデューサ3によって常
時形成される液柱1bの高さや画像記録媒体15の高さ
等を調整することによって実現できる。
When the print signal shown in FIG. 16B is applied, the top of the liquid column 1b is extended by the electrostatic attraction force, but is adhered to the image recording medium 15 as a liquid column without forming a liquid droplet. . This can be realized by adjusting the height of the liquid column 1b constantly formed by the acoustic transducer 3, the height of the image recording medium 15, and the like.

【0054】印字信号が消滅して、両電極間の電界が解
消すると、図16(C)に示すように、画像記録媒体1
5の方向へ外力によって伸びた液柱1bは、インク表面
張力により戻り、この戻る力を利用して画像記録媒体1
5上に付着したインクと液柱1bを切断させる。切断さ
れた液柱1bは、音響トランスデューサ3によって形成
される元の高さの液柱1bに戻る。
When the print signal is extinguished and the electric field between both electrodes is eliminated, as shown in FIG.
The liquid column 1b extended by the external force in the direction of 5 returns due to the surface tension of the ink.
5 and the liquid column 1b is cut off. The cut liquid column 1b returns to the original liquid column 1b formed by the acoustic transducer 3.

【0055】この実施例のように、液柱の先端を液滴化
することなく画像記録媒体に付加させる方法は、第7の
実施例に限られず、上述した各実施例に適用できる。し
たがって、特許請求の範囲における「移動」とは、液柱
の先端部を液滴化して、画像記録媒体に付着させるもの
や、液柱の先端部を画像記録媒体に付着させた後切断す
るものを含むものである。
The method of adding the leading end of the liquid column to the image recording medium without forming droplets as in this embodiment is not limited to the seventh embodiment, but can be applied to the above-described embodiments. Therefore, "moving" in the claims means that the tip of the liquid column is formed into droplets and attached to the image recording medium, or that the tip of the liquid column is attached to the image recording medium and then cut. Is included.

【0056】一般的な超音波ビームを使用したノズルレ
ス方式のインクジェット記録装置は、1回のインク噴射
において、図3に示すように、音響トランスデューサに
より短い継続時間で自由液面に超音波を照射し、瞬間的
に液柱を形成させたときにできる液柱頂部のくびれ部の
切断によって液滴を飛翔させる。この場合、液滴を飛翔
させるためには、ある一定以上の超音波パワーを与えな
ければならない。そうでないときは、液柱は形成される
が、液滴は飛翔しない。
In a general nozzleless ink jet recording apparatus using an ultrasonic beam, as shown in FIG. 3, an ultrasonic transducer irradiates a free liquid surface with a short duration by an acoustic transducer in one ink ejection, as shown in FIG. The droplet is caused to fly by cutting off a constricted portion at the top of the liquid column when the liquid column is instantaneously formed. In this case, in order to make the droplet fly, it is necessary to give a certain or more ultrasonic power. Otherwise, a liquid column is formed, but the droplet does not fly.

【0057】図17は、液柱を形成させるために周期的
に超音波を照射する場合の音響トランスデューサの駆動
方法の概念図である。音響トランスデューサを図17
(A)に示すように間欠的に駆動し、液滴化しない程度
の超音波をインク自由表面の印字部に周期的に照射す
る。すなわち、図17(B)に示すような周期TA なる
パルス状の電圧を、図17(A)に示すように期間Ton
だけ印加し、その後、期間Toff はパルス状の電圧を印
加しない。このような期間Tonにおける音響トランスデ
ューサの駆動と期間Toff における駆動停止の繰り返し
により、周期的に超音波を発生させる。すると、図17
(C)に示すように、放射圧が期間Ton、T off に応じ
て周期的にインク自由表面の印字部に与えられる。ここ
で、超音波を周期的に発生する周波数をfとすれば、周
波数fはf=1/(Ton+Toff )で与えられる。ま
た、超音波を生成するための駆動電圧周波数をfA とす
れば、この駆動電圧周波数fA は、fA =1/TA で与
えられる。
FIG. 17 shows a periodic view for forming a liquid column.
Of Acoustic Transducer when Ultrasonic Wave Is Irradiated
It is a conceptual diagram of a method. Fig. 17 shows an acoustic transducer
(A) As intermittently driven as shown in FIG.
Periodically irradiates the printed portion on the free surface of the ink
You. That is, the period T as shown in FIG.ABecome
As shown in FIG. 17A, the pulse voltage is applied for a period T.on
Only for the period ToffIndicates pulse-like voltage
Do not add. Such a period TonAcoustic transformer
Drive and period ToffDrive stop repeatedly in
As a result, ultrasonic waves are periodically generated. Then, FIG.
As shown in (C), the radiation pressure is equal to the period T.on, T offAccording to
To the printing portion of the ink free surface periodically. here
If the frequency at which ultrasonic waves are periodically generated is f, the frequency
The wave number f is f = 1 / (Ton+ Toff). Ma
Further, the drive voltage frequency for generating ultrasonic waves is fAToss
Then, the driving voltage frequency fAIs fA= 1 / TAWith
available.

【0058】図18ないし図20は、周期的に超音波を
照射する際の周波数fと液面の状態との関係の概略を示
す説明図である。図18ないし図20では、上述の超音
波を周期的に発生する周波数fをそれぞれ異なる値にし
たときの印字部における液面の挙動を示している。まず
図18において周波数fが小さいときの液面の挙動を考
察する。このとき音響トランスデューサに与える電圧波
形を図18(A)に示している。周波数fが小さい場合
には、超音波をonにしたとき図18(B)に示すよう
に液柱が一旦安定した高さに形成される。しかしこの状
態で超音波をoffにすると、表面張力および重力の働
きで液面が静止状態の高さに戻ろうとする。さらに慣性
力のため、図18(C)に示すように液面に窪みが一旦
形成され、最後に静止状態に戻る。超音波のon/of
fを繰り返すと、図18(B)に示す液柱と、図18
(C)に示す窪みが繰り返して形成される。そのため、
図18(D)に実線および破線で示すように、印字部の
液面が2つの高さの間で振動してしまう。
FIGS. 18 to 20 are explanatory views schematically showing the relationship between the frequency f and the state of the liquid surface when irradiating ultrasonic waves periodically. FIGS. 18 to 20 show the behavior of the liquid level in the printing unit when the frequency f at which the above-described ultrasonic waves are periodically generated is set to different values. First, the behavior of the liquid surface when the frequency f is small is considered in FIG. The voltage waveform applied to the acoustic transducer at this time is shown in FIG. When the frequency f is small, when the ultrasonic wave is turned on, the liquid column is once formed at a stable height as shown in FIG. However, when the ultrasonic wave is turned off in this state, the liquid surface tries to return to the height of the stationary state by the action of surface tension and gravity. Further, due to the inertial force, a depression is once formed on the liquid surface as shown in FIG. Ultrasonic on / off
When f is repeated, the liquid column shown in FIG.
The depression shown in FIG. 3C is formed repeatedly. for that reason,
As shown by a solid line and a broken line in FIG. 18D, the liquid level of the printing portion vibrates between two heights.

【0059】図19(A)に示すように周波数fをある
程度上げると、超音波がonになる時、液柱が形成し始
めるが、十分の高さに形成される前に超音波がoffの
状態になり、液柱が下がり始める。そのため、図19
(B)に示すように超音波がonのときの液柱の高さは
図18(B)の場合に比べて多少低くなる。さらに、超
音波がoffとなることにより液柱は下がるが、液柱の
高さが十分下がる前に再びonの状態となり、液柱の高
さが上がり始める。これにより図19(C)に示すよう
に超音波がoffの時でも多少の液柱が形成された状態
となる。そのため、液柱は常時形成されていることには
なるが、安定せず、図19(D)に実線および破線で示
すように、一定の振幅で振動してしまう。
As shown in FIG. 19A, when the frequency f is increased to some extent, when the ultrasonic wave is turned on, the liquid column starts to form, but before the ultrasonic wave is formed to a sufficient height, the ultrasonic wave is turned off. State, and the liquid column starts to fall. Therefore, FIG.
As shown in (B), the height of the liquid column when the ultrasonic wave is on is slightly lower than in the case of FIG. 18 (B). Further, although the liquid column is lowered by the ultrasonic wave being turned off, the liquid column is turned on again before the height of the liquid column is sufficiently lowered, and the height of the liquid column starts to increase. As a result, as shown in FIG. 19C, even when the ultrasonic waves are off, some liquid columns are formed. Therefore, the liquid column is always formed, but is not stable, and vibrates at a constant amplitude as shown by a solid line and a broken line in FIG.

【0060】図20(A)に示すようにさらに周波数f
を徐々に上げてゆくと、液柱の振動の振幅が徐々に小さ
くなり、周波数fがあるレベル(1000Hz位)以上
になると、図20(B)、(C)に示すように超音波が
onの時とoffの時で高さの変わらない液柱が形成さ
れる。そのため、図20(D)に示すように液柱が一定
の高さで安定化する。このように、音響トランスデュー
サから周期的に超音波をインク自由表面の印字部に照射
することによっても、一定の高さを保った液柱を形成す
ることができる。
As shown in FIG. 20A, the frequency f
Is gradually increased, the amplitude of the vibration of the liquid column gradually decreases, and when the frequency f exceeds a certain level (about 1000 Hz), the ultrasonic wave is turned on as shown in FIGS. A liquid column whose height does not change between the time of the off and the time of the off is formed. Therefore, the liquid column is stabilized at a constant height as shown in FIG. In this manner, the liquid column having a constant height can be formed by irradiating the printing portion on the free surface of the ink periodically with the ultrasonic wave from the acoustic transducer.

【0061】上述の図17(A)に示した周期的に超音
波を照射する方式により液柱を形成させるための音響ト
ランスデューサを駆動する方法としては、超音波を生成
するための駆動電圧周波数をfA に設定するとともに、
駆動電圧振幅は、液柱が形成でき、かつ液滴化しない程
度の値に設定すればよい。また、超音波を周期的に発生
する周波数fを安定した液柱が形成できる値に設定す
る。通常、周波数fと駆動電圧周波数fA はf<<fA
の関係を持つ。1つの周期中の超音波をonにする時間
on及びoffにする時間Toff は、同じ長さにしても
よいし、違う長さにしてもかまわない。さらに、時間T
onとToff の比率を調整することで、安定した液柱の高
さを変えることもできる。
As a method of driving an acoustic transducer for forming a liquid column by the method of periodically irradiating ultrasonic waves shown in FIG. 17A, a driving voltage frequency for generating ultrasonic waves is used. f A and
The drive voltage amplitude may be set to such a value that a liquid column can be formed and droplets are not formed. In addition, the frequency f at which ultrasonic waves are periodically generated is set to a value at which a stable liquid column can be formed. Usually, the frequency f and the drive voltage frequency f A are f << f A
Have a relationship. Time T off of the ultrasonic wave in one period of time T on and off to on may be the same length, but may be in a different length. Further, time T
By adjusting the ratio of on and Toff , the height of the stable liquid column can be changed.

【0062】図21は、インク自由表面を伝播する波の
影響と液柱高さとの関係を示す線図である。これは伝播
する波が液柱をどの程度振動させるかを示すもので、縦
軸に印字部の液面の揺らぎ量をとり、横軸に常時形成さ
れる液柱の高さをとっている。液柱高さが0であること
は、液柱が常時形成されない従来のものである。液柱が
高くなるにつれて揺らぎ量は小さくなる。しかし、ある
高さを越えるとゆらぎ量が大きくなるが、これは図2で
説明したように、あまり液柱を高くするために、高エネ
ルギを与えると逆に不安定になることを示している。
FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the influence of the wave propagating on the free surface of the ink and the height of the liquid column. This indicates how much the propagating wave oscillates the liquid column. The vertical axis indicates the fluctuation amount of the liquid surface of the printing unit, and the horizontal axis indicates the height of the liquid column that is always formed. The case where the liquid column height is 0 is a conventional one in which the liquid column is not always formed. The fluctuation amount becomes smaller as the liquid column becomes higher. However, when the height exceeds a certain height, the fluctuation amount becomes large, which indicates that when the liquid column is made too high and high energy is applied, the fluctuation becomes unstable as described with reference to FIG. .

【0063】このように本発明では、常時液柱を形成さ
せる液柱形成手段を用いている。液柱形成手段の一例で
は、液中よりインク自由表面に超音波放射圧を与えるこ
とでインク自由表面に液柱なる盛り上がりを設け、この
液柱より印字信号に応じてインクを画像記録媒体に移動
させる構成としている。超音波放射圧は各印字部に対し
て独立に与えられる構成としている。よって、インク自
由表面に形成する液柱は1つの超音波発生源から与えら
れる放射圧によって形成されることになり、他の印字部
から押し寄せる波の影響が液中からの放射圧と液面の盛
り上がりによって低減する。また、液柱からインクを画
像記録媒体に移動させるために必要な力(エネルギ)
は、放射圧によってあらかじめ与えているため従来より
少なくてよい。そのため、他の印字部から押し寄せてく
る波の力も従来より弱いものとなり、さらに印字部の相
互干渉が低減されることになる。印字データに応じてイ
ンクを移動させる力が従来より少なくてよいということ
は、印字後に印字部に残る残留振動も弱めることにもな
るため、上述した2つの課題を一挙に解決することがで
きる。本発明に従来の残留振動制御方式を組み合わせる
ことでより高い効果を生むことも可能である。
As described above, in the present invention, the liquid column forming means for constantly forming the liquid column is used. In an example of the liquid column forming means, a bulge as a liquid column is provided on the free ink surface by applying an ultrasonic radiation pressure to the free ink surface from within the liquid, and the ink is moved from the liquid column to the image recording medium according to a print signal. The configuration is such that The ultrasonic radiation pressure is applied independently to each printing unit. Therefore, the liquid column formed on the free surface of the ink is formed by the radiation pressure given from one ultrasonic generation source, and the influence of the wave rushing from the other printing part is affected by the radiation pressure from the liquid and the liquid surface. Reduced by swelling. Also, the force (energy) required to move the ink from the liquid column to the image recording medium
May be smaller than before because it is given in advance by radiation pressure. Therefore, the force of the waves coming from the other printing units is weaker than before, and the mutual interference of the printing units is further reduced. The fact that the force for moving the ink in accordance with the print data may be smaller than in the prior art means that the residual vibration remaining in the printing unit after printing is also weakened, so that the above two problems can be solved at once. It is also possible to produce higher effects by combining the present invention with a conventional residual vibration control method.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ノズルレス構成のインクジェットプリンタ等
で印字を行なう際、隣接する印字部間で生じる相互干渉
の問題と印字後の残留振動を抑制するという効果があ
り、印字ごとにタイムディレイを設けることなく、か
つ、安定な印字を行なうことができる高速インク記録装
置を提供することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, when printing is performed by an ink jet printer or the like having a nozzleless configuration, the problem of mutual interference occurring between adjacent printing units and the residual vibration after printing are reduced. It is possible to provide a high-speed ink recording apparatus that has the effect of suppressing the printing, does not provide a time delay for each printing, and can perform stable printing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の原理的な構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.

【図2】 液柱の形成の説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of formation of a liquid column.

【図3】 超音波ビームを使用した従来のノズルレス方
式のインクジェット記録装置の概略の説明図である。
FIG. 3 is a schematic explanatory view of a conventional nozzleless type ink jet recording apparatus using an ultrasonic beam.

【図4】 超音波ビームを使用した本発明のノズルレス
方式のインク記録装置の概略の説明図である。
FIG. 4 is a schematic explanatory view of a nozzleless ink recording apparatus of the present invention using an ultrasonic beam.

【図5】 外力のエネルギと、液面の振動振幅及び振動
時間の関係の一例を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing an example of the relationship between the energy of external force and the vibration amplitude and vibration time of the liquid surface.

【図6】 本発明のインク記録装置の実施の形態の一例
の概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an embodiment of an ink recording apparatus according to the invention.

【図7】 図6で説明した記録ヘッドにおける液柱の形
成方法の他の方法の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of another method of forming a liquid column in the recording head described in FIG.

【図8】 本発明の印字部の構成の一例の説明図であ
る。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the configuration of a printing unit according to the present invention.

【図9】 形成された液柱に外力を付与する外力付与手
段の第1の実施例の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory view of a first embodiment of an external force applying means for applying an external force to the formed liquid column.

【図10】 図9で説明した第1の実施例の変形例であ
る。
FIG. 10 is a modification of the first embodiment described with reference to FIG.

【図11】 形成された液柱に外力を付与する外力付与
手段の第2の実施例の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory view of a second embodiment of the external force applying means for applying an external force to the formed liquid column.

【図12】 形成された液柱に外力を付与する外力付与
手段の第3の実施例の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory view of a third embodiment of an external force applying means for applying an external force to the formed liquid column.

【図13】 形成された液柱に外力を付与する外力付与
手段の第4の実施例の説明図である。
FIG. 13 is an explanatory view of a fourth embodiment of an external force applying means for applying an external force to the formed liquid column.

【図14】 形成された液柱に外力を付与する外力付与
手段の第5の実施例の説明図である。
FIG. 14 is an explanatory view of a fifth embodiment of the external force applying means for applying an external force to the formed liquid column.

【図15】 形成された液柱に外力を付与する外力付与
手段の第6の実施例の説明図である。
FIG. 15 is an explanatory view of a sixth embodiment of the external force applying means for applying an external force to the formed liquid column.

【図16】 形成された液柱に外力を付与する外力付与
手段の第7の実施例の説明図である。
FIG. 16 is an explanatory view of a seventh embodiment of the external force applying means for applying an external force to the formed liquid column.

【図17】 液柱を形成させるために周期的に超音波を
照射する場合の音響トランスデューサの駆動方法の概念
図である。
FIG. 17 is a conceptual diagram of a method of driving an acoustic transducer when periodically irradiating ultrasonic waves to form a liquid column.

【図18】 周期的に超音波を照射する際の周波数fが
小さい場合の電圧波形と液面の状態の概略を示す説明図
である。
FIG. 18 is an explanatory view schematically showing a voltage waveform and a state of a liquid level when a frequency f when periodically irradiating an ultrasonic wave is small.

【図19】 周期的に超音波を照射する際の周波数fが
図18より高い場合の電圧波形と液面の状態の概略を示
す説明図である。
FIG. 19 is an explanatory view schematically showing a voltage waveform and a state of a liquid level when a frequency f when periodically irradiating an ultrasonic wave is higher than that in FIG. 18;

【図20】 周期的に超音波を照射する際の周波数fが
図19よりもさらに高い場合の電圧波形と液面の状態の
概略を示す説明図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram schematically showing a voltage waveform and a state of a liquid level when a frequency f when periodically irradiating an ultrasonic wave is higher than that in FIG. 19;

【図21】 インク自由表面を伝播する波の影響と液柱
高さとの関係を示す線図である。
FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the effect of waves propagating on the free surface of the ink and the height of the liquid column.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…インク、1a…インク自由表面、1b…液柱、1c
…液滴、2…基板、3…音響トランスデューサ、4…高
周波電源、5…音響波、10,11,12,13,14
…記録ヘッド、10a…液柱形成手段、15…画像記録
媒体、21…インク支持体、22…天板、23…開口
部、24…圧電素子、25…発熱素子、26…方向規制
部材、27…バブル、28…インク管、29…光熱変換
層、30…音響トランスデューサ、31,32…電極、
33…印字信号。
1 ... ink, 1a ... ink free surface, 1b ... liquid column, 1c
... droplets, 2 ... substrates, 3 ... acoustic transducers, 4 ... high-frequency power supplies, 5 ... acoustic waves, 10, 11, 12, 13, 14
... recording head, 10a ... liquid column forming means, 15 ... image recording medium, 21 ... ink support, 22 ... top plate, 23 ... opening, 24 ... piezoelectric element, 25 ... heating element, 26 ... direction regulating member, 27 ... bubbles, 28 ... ink tubes, 29 ... photothermal conversion layers, 30 ... acoustic transducers, 31, 32 ... electrodes,
33 ... Print signal.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インク自由表面よりインクを移動させ、
インク自由表面と対向する位置にある画像記録媒体に印
字を行なわせるインク記録装置において、前記インク自
由表面の印字部に一定の高さを保つ液柱を形成させる液
柱形成手段と、前記液柱よりインクを前記画像記録媒体
へ移動させる移動手段を有することを特徴とするインク
記録装置。
(1) moving ink from an ink free surface;
In an ink recording apparatus for performing printing on an image recording medium located at a position opposed to an ink free surface, a liquid column forming means for forming a liquid column maintaining a constant height in a printing portion of the ink free surface, and the liquid column An ink recording apparatus, further comprising a moving unit for moving ink to the image recording medium.
【請求項2】 前記液柱形成手段として、各印字部に対
して独立に設けられた音響トランスデューサを用いるこ
とを特徴とする請求項1に記載のインク記録装置。
2. The ink recording apparatus according to claim 1, wherein an acoustic transducer provided independently for each printing unit is used as the liquid column forming unit.
【請求項3】 前記移動手段として、前記液柱形成手段
とは別に設けられた圧電素子と、該圧電素子の駆動手段
を用いることを特徴とする請求項1または2に記載のイ
ンク記録装置。
3. The ink recording apparatus according to claim 1, wherein a piezoelectric element provided separately from the liquid column forming means and a driving means for driving the piezoelectric element are used as the moving means.
【請求項4】 前記移動手段として、前記液柱形成手段
とは別に設けられた発熱素子と、該発熱素子の駆動手段
を用いることを特徴とする請求項1または2に記載のイ
ンク記録装置。
4. The ink recording apparatus according to claim 1, wherein a heating element provided separately from the liquid column forming means and a driving means for driving the heating element are used as the moving means.
【請求項5】 前記移動手段として、前記液柱形成手段
とは別に設けられた音響トランスデューサと、該音響ト
ランスデューサの駆動手段を用いることを特徴とする請
求項1または2に記載のインク記録装置。
5. The ink recording apparatus according to claim 1, wherein an acoustic transducer provided separately from the liquid column forming means and a driving means for the acoustic transducer are used as the moving means.
【請求項6】 前記移動手段として、前記液柱形成手段
として用いる音響トランスデューサと同一の音響トラン
スデューサを用いて、液柱を形成するための駆動信号に
対し、画像記録信号を重畳させて前記音響トランスデュ
ーサを駆動するものであることを特徴とする請求項2に
記載のインク記録装置。
6. An acoustic transducer in which an image recording signal is superimposed on a drive signal for forming a liquid column, using the same acoustic transducer as the liquid column forming means as the moving unit. 3. The ink recording apparatus according to claim 2, wherein the ink recording apparatus drives the image recording apparatus.
【請求項7】 前記移動手段として、前記画像記録媒体
に向けて静電吸引力を及ぼす静電力発生手段と、該静電
力発生手段の駆動手段を用いることを特徴とする請求項
1または2に記載のインク記録装置。
7. The method according to claim 1, wherein the moving means includes an electrostatic force generating means for applying an electrostatic attraction force to the image recording medium, and a driving means for driving the electrostatic force generating means. The ink recording device according to claim 1.
【請求項8】 インク自由表面よりインクを移動させ、
インク自由表面と対向する位置にある画像記録媒体に印
字を行なわせるインク記録方法において、前記インク自
由表面の印字部に一定の高さを保つ液柱を形成させ、該
液柱よりインクを前記画像記録媒体へ移動させることを
特徴とするインク記録方法。
8. Moving ink from the free ink surface,
In an ink recording method for performing printing on an image recording medium located at a position opposed to an ink free surface, a liquid column that maintains a constant height is formed in a printing portion of the ink free surface, and ink is applied to the image from the liquid column. An ink recording method characterized by moving the recording medium to a recording medium.
【請求項9】 前記液柱を形成させるための音響トラン
スデューサを各印字部に対して独立に設けことを特徴と
する請求項8に記載のインク記録方法。
9. The ink recording method according to claim 8, wherein an acoustic transducer for forming the liquid column is provided independently for each printing unit.
【請求項10】 圧電素子を駆動することにより発生す
る圧力変化を利用して、前記液柱よりインクを前記画像
記録媒体へ移動させることを特徴とする請求項8または
9に記載のインク記録方法。
10. The ink recording method according to claim 8, wherein the ink is moved from the liquid column to the image recording medium by utilizing a pressure change generated by driving a piezoelectric element. .
【請求項11】 発熱機構を配置し、インク液中に発生
するバブルから受ける圧力を利用して、前記液柱よりイ
ンクを前記画像記録媒体へ移動させることを特徴とする
請求項8または9に記載のインク記録方法。
11. The image forming apparatus according to claim 8, wherein a heat generating mechanism is disposed, and the ink is moved from the liquid column to the image recording medium by using a pressure received from a bubble generated in the ink liquid. The ink recording method described in the above.
【請求項12】 前記音響トランスデューサとは別の音
響トランスデューサを駆動することにより、前記液柱よ
りインクを前記画像記録媒体へ移動させることを特徴と
する請求項9に記載のインク記録方法。
12. The ink recording method according to claim 9, wherein the ink is moved from the liquid column to the image recording medium by driving an acoustic transducer different from the acoustic transducer.
【請求項13】 前記音響トランスデューサに与えられ
る液柱を形成するための駆動信号に対し、別の画像記録
信号を重畳させることにより、前記液柱よりインクを前
記画像記録媒体へ移動させることを特徴とする請求項9
に記載のインク記録方法。
13. The method according to claim 13, wherein another image recording signal is superimposed on a driving signal for forming a liquid column applied to the acoustic transducer, thereby moving ink from the liquid column to the image recording medium. Claim 9
3. The ink recording method according to item 1.
【請求項14】 静電吸引力を発生させ、前記液柱より
インクを前記画像記録媒体へ移動させることを特徴とす
る請求項8または9に記載のインク記録方法。
14. The ink recording method according to claim 8, wherein an electrostatic attraction force is generated to move the ink from the liquid column to the image recording medium.
JP26213898A 1998-02-09 1998-09-16 Ink recorder and method for ink recording Pending JPH11286104A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003011409A (en) * 2001-06-29 2003-01-15 Ricoh Co Ltd Image recording method and image recording apparatus

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