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JP2010052316A - Image forming apparatus - Google Patents

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JP2010052316A
JP2010052316A JP2008220717A JP2008220717A JP2010052316A JP 2010052316 A JP2010052316 A JP 2010052316A JP 2008220717 A JP2008220717 A JP 2008220717A JP 2008220717 A JP2008220717 A JP 2008220717A JP 2010052316 A JP2010052316 A JP 2010052316A
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JP
Japan
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ink
forming apparatus
image forming
acoustic lens
acoustic
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008220717A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichiro Asako
健一郎 浅古
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.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Publication date
Application filed by Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
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Abstract

【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。
【選択図】 図2
PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an image forming apparatus capable of preventing clogging of nozzles and the like, suppressing the occurrence of printing defects and expanding the ink selection range.
A fluid lens is used as an acoustic lens 13 for ultrasonic focusing in an acoustic ink jet type image forming apparatus using a piezoelectric body 16 and causing ink to fly by ultrasonic waves generated by resonance of the piezoelectric body. . Further, the flying ink size is made variable by changing the focal position of the acoustic lens.
[Selection] Figure 2

Description

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。   The present invention relates to an acoustic ink jet type image forming apparatus in which ink is ejected by ultrasonic waves generated by resonance of a piezoelectric body.

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。   Conventionally, as this type of image forming apparatus, many apparatuses having various structures have been proposed. For example, an apparatus using a piezo method or a thermal ink jet method is known.

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)。   For example, in this type of conventional apparatus, for example, a sound wave is generated from a sound wave generator, and the sound wave is focused by an acoustic lens made of an inorganic material such as glass or an epoxy resin, thereby causing ink droplets to fly. An apparatus having such a configuration is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2007−245632号公報JP 2007-245632 A

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。   By the way, the above-described piezo method and thermal method have a problem that nozzle clogging is likely to occur and the frequency of occurrence of defective printing is high.

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。   Further, in the piezo method, it is necessary to form a complicated orifice structure, which increases the cost. On the other hand, in the thermal method, since heating with a heater in the head portion is necessary, it is necessary to take measures against the heat of the ink, resulting in a problem that the range of ink selection becomes narrow.

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。   Furthermore, in the above-described conventional apparatus, it is impossible to change the ink droplet size.

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。   The present invention has been made in view of such circumstances, and obtains an image forming apparatus capable of preventing clogging of nozzles and the like, suppressing the occurrence of defective printing, and expanding the ink selection range. With the goal.

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。   In order to meet such an object, the image forming apparatus according to the present invention (the invention according to claim 1) uses a piezoelectric body, and an acoustic ink jet type image in which ink is ejected by ultrasonic waves generated by resonance of the piezoelectric body. In the forming apparatus, a fluid lens is used as an acoustic lens for ultrasonic focusing.

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。   The image forming apparatus according to the present invention (the invention described in claim 2) is characterized in that, in claim 1, the flying ink size is made variable by changing the focal position of the acoustic lens.

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。   As described above, according to the image forming apparatus according to the present invention, in the acoustic ink jet system using ultrasonic waves, a fluid lens is used as an acoustic lens for focusing ultrasonic waves, so that a nozzle diameter larger than that in the past is used. This has an excellent effect that nozzle clogging does not occur.

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。   Further, according to the present invention, since the ink is not heated, the selection range of the ink is wide and the required printing performance can be obtained.

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。   Further, according to the present invention, the flying ink size can be changed by changing the focal position of the acoustic lens, and the print quality can be improved.

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。   1 to 5 show a first embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. In these drawings, the image forming apparatus according to the present invention is based on an acoustic ink jet recording method, and ink is selected for recording paper. The recording pattern is created on the recording paper by flying it.

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。
A schematic cross-sectional view thereof is shown in FIG.
This will be briefly described. This image forming apparatus is roughly composed of a paper feeding unit A, a recording unit B, and a paper discharge unit C.
The paper feeding unit A includes a paper feeding cassette 1 and a paper feeding roller 2, and supplies paper P to the recording unit B according to paper feeding data sent from a central processing unit (not shown).

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。   The recording unit B includes a conveyance roller A3, a conveyance roller B7, a platen roller 4, and a recording head 5. The recording head 5 employs a line type. Ink I flies from the recording head 5 toward the paper P in accordance with the print data, and recording is performed.

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。   The paper P that has been recorded by the recording unit B is directed to the paper discharge unit C by the rotation of the transport roller B7. In the paper discharge unit C, the paper P for which recording has been completed is stacked.

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。
The configuration of the recording head 5 is shown in FIGS.
As shown in FIG. 2, the recording head 5 includes an oscillator 14 formed on the glass substrate 9 and an acoustic lens 13 and an upper plate disposed on the ink layer 10 side through the glass substrate 9 corresponding to the oscillator 14. 12 is comprised.

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。   This image forming apparatus is an acoustic ink jet system, and the ultrasonic wave generated by the vibrator 14 propagates through the glass substrate 9 and is focused by the acoustic lens 13, and the ink in the ink layer 10 is discharged from the opening 11 of the upper plate 12. Selectively fly.

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。   The opening 11 is sufficiently wider than the flying ink droplet size and does not have a function of controlling the ink droplet size. In the conventional thermal method and piezo-type ink jet, the nozzle diameter is very small as Φ20 μm and easily clogged. However, in the present invention, the opening 11 is about Φ50 μm, which is considerably larger than the conventional one, and the ink clogging occurs. There is no problem.

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。
The configuration of the vibrator 14 and the acoustic lens 13 will be described with reference to FIGS.
The vibrator 14 includes a common electrode 17, a piezoelectric body 16, and a segment electrode 15. The piezoelectric body 16 is made of ZnO, PZT, or the like.

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。   The piezoelectric body 16 vibrates and generates ultrasonic waves by the electric field applied to the common electrode 17 and the segment electrode 15 according to the print data. For example, when a PZT film having a thickness of 6 μm is used for the piezoelectric body 16, the piezoelectric body 16 is driven by an AC electric field of 250 MHz Vpp20V. The generated ultrasonic wave is focused by the acoustic lens 13 through the glass substrate 9.

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。   The acoustic lens 13 is a liquid lens using electrowetting. The acoustic lens 13 has a cylindrical shape, and contains two kinds of solvents, a conductive aqueous solvent and a non-conductive oil, and the interface between the two solvents functions as a lens. Have

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。
FIG. 5 shows a layout diagram of the acoustic lens 14.
FIG. 5 is a view from the vibrator 16 side, and is arranged at the intersection of the segment electrode 15 and the common electrode 17 so as to be the center of the acoustic lens 14.

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。   The acoustic lens 13 includes an electrode A18, an electrode B21, insulators 19 and 20, and a glass plate 22, and is sealed so that ink does not enter the inside. The inside of the acoustic lens 13 is subjected to water repellent treatment except on the glass substrate 9. A power supply device 23 is connected to the electrodes A18 and B21.

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。
When no voltage is applied from the power supply device 23, the liquid state inside the acoustic lens 13 is water-repellent, so when the oil-based solvent 24 wets the wall surface, it is shown in FIG. It becomes a state like this. When a voltage is applied from the power supply device 23, the wettability inside the acoustic lens 13 changes, so that the water-soluble solvent 25 gets wet, and the interface forms a concave lens shape as shown in FIG. 4B.
By adjusting the voltage applied from the power supply device 23, the focal length of the acoustic lens changes.

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。   At the time of a normal print pattern, as shown in FIG. 6, adjustment is made so that ultrasonic waves are focused on the ink surface of the opening 11. A meniscus is formed by focused ultrasonic waves, and ink can be ejected to complete printing.

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。   When the focal position of the acoustic lens is shifted from the ink layer surface, the meniscus becomes larger than that in FIG. 7A when the focal point is aligned with the ink layer surface as shown in FIG. Also grows.

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。   In this manner, the flying ink droplet size can be varied by changing the focal position of the acoustic lens 13. This makes it possible to change the ink droplet size, which was not possible with the conventional piezo method or thermal ink jet method.

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。   In addition, if the viscosity and surface tension of the ink used change, the focal position can be adjusted and adjusted so that an appropriate flying ink droplet size can be obtained. Becomes wider and can be used for various media.

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。   Note that the present invention is not limited to the structure described in the above-described embodiment, and it goes without saying that the shape, structure, and the like of each part constituting the image forming apparatus can be appropriately modified and changed.

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。1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. 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。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing a configuration of a recording head in the image forming apparatus according to the present invention. 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。It is an expanded sectional view for demonstrating the structure of a vibrator | oscillator and an acoustic lens. (A),(B)は図3の構成の動きを説明するための図である。(A), (B) is a figure for demonstrating the motion of the structure of FIG. 図2の概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view of FIG. 2. 音響レンズによる通常状態での動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing in the normal state by an acoustic lens. (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。(A), (B) is a figure for demonstrating the variable state of a flying ink droplet size.

符号の説明Explanation of symbols

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。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Recording head, 6 ... Ink tank, 9 ... Glass substrate, 10 ... Ink layer, 11 ... Opening part, 12 ... Top plate, 13 ... Acoustic lens, 14 ... Vibrator, 15 ... Segment electrode, 16 ... Piezoelectric body, DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Common electrode, 18 ... Electrode A, 19 ... Insulator, 20 ... Insulator, 21 ... Electrode B, 22 ... Glass plate, 23 ... Power supply device, 24 ... Oil-type solvent, 25 ... Aqueous solvent.

Claims (2)

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。
In an acoustic ink jet type image forming apparatus that uses a piezoelectric body and causes ink to fly by ultrasonic waves generated by resonance of the piezoelectric body,
An image forming apparatus using a fluid lens as an acoustic lens for ultrasonic focusing.
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。
The image forming apparatus according to claim 1.
An image forming apparatus, wherein a flying ink size is made variable by changing a focal position of the acoustic lens.
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