JP2001063045A - インク噴射装置およびその製造方法 - Google Patents

インク噴射装置およびその製造方法

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JP2001063045A
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高橋  義和
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    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

Abstract

(57)【要約】 【課題】 射出成形により低コストで製造することがで
きるインク噴射装置およびその製造方法を提供する 【解決手段】 基板部32上に、両端を開放した複数の
筒状アクチュエータ部31、外周壁34a,34bを圧
電材料により一体に突出形成したものを、射出成形によ
り成形する。その成形体の全表面に導電材料層を形成し
て、レーザ光により導電材料層を分割し個別電極41、
導電膜43、接続端子43a,45aを形成する。筒状
アクチュエータ部31の前端面と接続端子43a,45
aをほぼ同一平面上に配置し、これを覆うプレート部材
50に、アクチュエータ部31内のインク室と連通する
インク噴射口51、接続端子43a,45aと接続する
給電線54を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インク噴射装置お
よびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ドロップ・オン・デマンド型のインク噴
射装置として特開平6−218934号公報、特開平8
−244218号公報に開示されている圧電材料を利用
したものがある。
【0003】前者は、圧電材料にインク噴射チャンネル
となる溝を形成し、溝の内面に形成した電極に電圧を印
加することより、溝間の隔壁を変形させて溝内のインク
に噴射圧力を与える構造である。この製造方法は、圧電
材料にインク噴射チャンネルとなる溝をダイヤモンドブ
レードなどによって切削加工したり、溝内面に形成した
電極を制御回路基板にワイヤボンディングによって接続
する。
【0004】また、後者は、円筒状に圧電材料と電極層
を複数重ね、電極層に電圧を印加することより、円筒状
に圧電材料を収縮あるいは膨張させてインクに噴射圧力
を与える構造である。この製造方法は、圧電材料の液に
浸して引き上げる操作と電極層を蒸着する操作を複数回
繰り返してそれらの層を順次重ねて形成する。そしてマ
ルチノズル型にするためには、円筒状に形成したものを
複数個並べて一体化し、各電極層を制御回路基板に接続
する必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のいずれの構造に
おいても、ダイヤモンドブレードなどによって切削加工
したり、圧電材料の液に浸して引き上げる操作を繰り返
したり、また電極を制御回路基板に接続するなど、製作
工数が多く、コストがかかる問題がある。
【0006】本発明は、上述した問題点を解決し、低コ
ストで製造することができるインク噴射装置およびその
製造方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段および発明の効果】この目
的を達成するために、請求項1記載のインク噴射装置
は、基板部上に、両端を開放した圧電材料製の筒状アク
チュエータ部を複数個一体に突出形成し、前記筒状アク
チュエータ部の外周面と内周面とに、前記圧電材料に電
界を生成するための電極を形成し、前記基板部上に前記
各電極と接続して該電極に電圧を印加するための導電部
を形成したことを特徴とする。
【0008】この構成により、導電部を通じてアクチュ
エータ部の外周面と内周面の電極に電圧を印加すること
で、筒状アクチュエータ部の圧電材料を変形させ、その
内部のインクに噴射圧力を与えることができる。また、
基板部と筒状アクチュエータ部を、例えば射出成形によ
り一体成形することが可能で、これに電極、導電部を例
えば蒸着、メッキ等で形成することで、低コストで製造
可能なインク噴射装置を提供することができる。
【0009】上記構成において、前記電極は、前記各筒
状アクチュエータ部の外周面と内周面の一方に形成され
相互に独立した個別電極と、他方に各筒状アクチュエー
タ部にわたって連続して形成された共通電極とから構成
することで、共通電極を共通電位、例えばアースに接続
し、各個別電極に選択的に電圧を印加することで、各筒
状アクチュエータ部を選択的に駆動することができる。
【0010】また、前記個別電極に接続された導電部お
よび共通電極に接続された導電部は、それぞれ端部に有
する接続端子を前記基板部の同一面上に配列しているこ
とで、制御回路から延びる配線部材、例えばフレキシブ
ルなプリント基板を接続端子に容易に接続することがで
きる。
【0011】上記プリント基板は、さらに、前記各筒状
アクチュエータ部の一端の開口と連通する複数のインク
噴射口、および前記接続端子と接続する給電線を有する
プレート部材によって構成することで、一層構造を簡単
にし、低コストで製造することができる。
【0012】さらに好ましくは、前記基板部の、前記接
続端子を配列した一側部を、前記各筒状アクチュエータ
部の一端の開口とほぼ同一平面に配置することで、前記
プレート部材を、インク噴射口がアクチュエータ部の開
口と対向するように筒状アクチュエータ部の一端に固定
すると同時に、給電線を接続端子と容易に接続すること
ができる。
【0013】そして本発明のインク噴射装置の製造方法
は、基板部と、両端を開放した圧電材料製の筒状アクチ
ュエータ部を複数個一体に突出形成する第1の工程と、
前記筒状アクチュエータ部の外周面と内周面とに、前記
圧電材料に電界を生成するための電極を、および前記基
板部状に前記各電極と接続した導電部をそれぞれ形成す
る第2の工程とからなり、基板部と筒状アクチュエータ
部を、例えば射出成形を利用することにより容易に一体
成形することができ、これに電極、導電部を例えば蒸
着、メッキ等で形成することで、低コストで製造するこ
とができる。
【0014】また、上記製造方法において、前記第2の
工程は、前記基板部と前記筒状アクチュエータとの全面
に導線層を形成する工程と、その導電層の一部を除去
し、前記筒状アクチュエータ部の外周面と内周面の一方
および前記基板部の導電層を、個別電極および導電部に
分割する工程とからなることで、一層容易に電極、導電
部を形成することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にしたがって説明する。
【0016】実施の形態のインク噴射装置は、複数のア
クチュエータ部を有するアクチュエータユニット30
と、インク噴射口および給電線を有するプレート部材5
0と、複数のアクチュエータ部にインクを供給するマニ
ホールド部材60とからなる。
【0017】アクチュエータユニット30は、複数の円
筒状アクチュエータ部31と、それらアクチュエータ部
31を複数列に配置して支持する基板部32とを、チタ
ン酸ジルコン酸鉛系(PZT)等の圧電セラミックス材
料により一体成形して有する。各円筒状アクチュエータ
部31は両端を開放した筒状をなし、その内部にインク
室33を形成し、筒状の側壁を半径方向Pに分極してい
る。複数のアクチュエータ部31の各インク室33は、
相互に平行に延び、アクチュエータ部31の前端にそれ
ぞれ開口している。
【0018】基板部32は、複数のアクチュエータ部3
1の他端に一体に連続してアクチュエータ部31と直角
に平面状に延びている。つまり、複数のアクチュエータ
部31が基板部32からそれぞれ突出した状態にある。
また、基板部32は、外周に複数のアクチュエータ部3
1を囲むように立ち上がった外周壁34a,34bを有
する。その外周壁34a,34bの前端面は、アクチュ
エータ部31の前端面とほぼ同一平面上にある。
【0019】各円筒状アクチュエータ部31は、外周面
と内周面とに電極41、42を有する。基板部32は、
アクチュエータ部31が突出している前面側に外周面の
各電極41と接続した導電膜43を有し、各導電膜43
間に間隔44をあけ各導電膜43を相互に電気絶縁して
いる。基板面32の後面側は、図4に示すようにすべて
の内周面の電極42と接続した1つの導電膜45を有す
る。つまり、外周面の各電極41を、各アクチュエータ
部31ごとに独立した個別電極とし、内周面の電極42
を共通電位の電極としている。
【0020】個別電極41に接続した各導電膜43は、
アクチュエータ部31の列と平行な外周壁34aの内面
を経て前端面に延び、その前端面に接続端子43aを有
する。共通電極42に接続した導電膜45は、基板部3
2左右両端の外周壁34bの外面を経て前端面に延び、
その前端面に接続端子45aを有する。接続端子45a
と接続端子43aとの間も間隔をあけ、電気絶縁してい
る。アクチュエータ部31の前端面と接続端子45a,
43aとはほぼ同一平面上に位置している。
【0021】上記アクチュエータユニット30は、射出
成形により成形される。例えば、圧電材料を低温度(後
述する焼結よりも低温度)で仮焼成して結晶化する。こ
れを粉砕機を用いて粉砕し平均粒径6μm程度の粉末と
する。さらに、ポリカーボネート、ポリアセタール、ナ
イロン等の樹脂材料、可塑剤、滑剤と乾式混合した後、
加圧ニーダーを用いて加熱混練しペレタイザーを用いて
ペレット化した。上記のペレット化した複合圧電材料を
用いて射出成形を行う。ペレット化した複合圧電材料は
公知の射出成形機に供給し溶融する。溶融した複合圧電
材料は設定された射出圧力によって、円筒状アクチュエ
ータ部31、基板部32に対応するキャビティを有する
成形型に注入する。成形されたアクチュエータユニット
30は、このまま電極および導電膜を形成することもで
きるが、成形体中の樹脂成分のみを熱処理によって脱脂
し、得られた脱脂体を原料として用いた圧電セラミック
ス粉末材料の焼結条件にて焼結するようにしてもよい。
【0022】成形されたアクチュエータユニット30の
全表面に、図5に示すように、電極および導電膜となる
導電材料層46を、無電解メッキ、蒸着等の方法により
形成する。その後、図6に示すように、レーザ光の照射
等により導電材料層46を選択的に除去して、電極およ
び導電膜を分離形成する。なお、筒状アクチュエータ部
31の前端面31aおよび外周壁34aの外面34a−
1は、研磨機により平面状に研磨することにより導電材
料層46を除去することができる。導電膜43間、およ
び接続端子43a,45a間の導電材料層46を除去す
る、すなわち間隔44を形成するのは、レーザ光の照射
が好適である。
【0023】形成された導電膜43,45を通して電極
41,42に通常のインク噴射時よりも高い電圧を印加
することにより、アクチュエータ部31の側壁に半径方
向の電界を生成し、その圧電材料を分極することで、ア
クチュエータユニット30が完成する。
【0024】プレート部材50は、ポリイミド樹脂等の
フレキシブルなシート材料からなり、アクチュエータ部
31前端面の開口と対向する位置にインク噴射口51
と、接続端子45a,43aと対向する位置に接続端子
52,53と、接続端子52,53から延びる複数の給
電線54とを有する。給電線54は接続端子52,53
と反対側の端部をプレート部材50の一側に配列してお
り、図示しない制御回路のコネクタに着脱可能に接続さ
れる。給電線54および接続端子52,53は、プレー
ト部材50の上に公知の印刷法等により形成する。プレ
ート部材50上に制御回路を構成する素子の一部あるい
は全部を配置することもできる。
【0025】プレート部材50はインク噴射口51の周
囲においては、アクチュエータ部31前端面に接着剤に
より固定され、接続端子52,53は接続端子45a,
43aとハンダ等による導電性のろう付けがなされる。
【0026】マニホールド部材60は、一面を開放した
箱状をなし、その開放面を複数のアクチュエータ部31
の後端開口を覆って基板部32に接着剤により固着され
る。マニホールド部材60は、一側の開口61から供給
されたインクを内部の空間を経て複数のアクチュエータ
部31のインク室33に供給する。なお、マニホールド
部材60内を仕切り壁62により分割することで、複数
のアクチュエータ部31の列ごとに異なる色のインクを
供給することができる。
【0027】上記のように構成されたインク噴射装置に
おいて、共通電極42に接続された給電線54を共通電
位、例えばアースに接続し、他の給電線54に選択的に
電圧を印加すると、選択されたアクチュエータ部31の
側壁に分極方向と平行な電界が生成され、その側壁が半
径方向に伸縮され、インク室33内部のインクに噴射圧
力が与えられ、インク噴射口51からインク滴が噴射さ
れる。
【0028】上記の実施の形態では、筒状アクチュエー
タ部31の外周面に個別電極、内周面に共通電極を設け
ているが、この逆に、外周面に共通電極、内周面に個別
電極を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のインク噴射装置の分解斜
視図である。
【図2】図1のインク噴射装置を組み立てた状態の断面
図である。
【図3】図1のインク噴射装置のアクチュエータユニッ
トの前面図である。
【図4】図3のアクチュエータユニットの後面図であ
る。
【図5】アクチュエータユニットの製造過程を示す斜視
図である。
【図6】アクチュエータユニットの製造過程を示す斜視
図である。
【符号の説明】
30 アクチュエータユニット 31 筒状アクチュエータ部 32 基板部 41 個別電極 42 共通電極 43,45 導電膜 43a,45a 接続端子 50 プレート部材 51 インク噴射口 54 給電線

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板部上に、両端を開放した圧電材料製
    の筒状アクチュエータ部を複数個一体に突出形成し、 前記筒状アクチュエータ部の外周面と内周面とに、前記
    圧電材料に電界を生成するための電極を形成し、 前記基板部上に前記各電極と接続して該電極に電圧を印
    加するための導電部を形成したことを特徴とするインク
    噴射装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のインク噴射装置におい
    て、 前記電極は、前記各筒状アクチュエータ部の外周面と内
    周面の一方に形成され相互に独立した個別電極と、他方
    に各筒状アクチュエータ部にわたって連続して形成され
    た共通電極とからなることを特徴とするインク噴射装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載のインク噴射装置におい
    て、 前記個別電極に接続された導電部および共通電極に接続
    された導電部は、それぞれ端部に有する接続端子を前記
    基板部の同一面上に配列していることを特徴とするイン
    ク噴射装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載のインク噴射装置におい
    て、 前記各筒状アクチュエータ部の一端の開口と連通する複
    数のインク噴射口、および前記接続端子と接続する給電
    線を有するプレート部材をさらに備えることを特徴とす
    るインク噴射装置。
  5. 【請求項5】 請求項5に記載のインク噴射装置におい
    て、 前記基板部の、前記接続端子を配列した一側部を、前記
    各筒状アクチュエータ部の一端の開口とほぼ同一平面に
    配置したことを特徴とするインク噴射装置。
  6. 【請求項6】 基板部と、両端を開放した圧電材料製の
    筒状アクチュエータ部を複数個一体に突出形成する第1
    の工程と、 前記筒状アクチュエータ部の外周面と内周面とに、前記
    圧電材料に電界を生成するための電極を、および前記基
    板部状に前記各電極と接続した導電部をそれぞれ形成す
    る第2の工程とからなることを特徴とするインク噴射装
    置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載のインク噴射装置の製造
    方法において、 前記第2の工程は、前記基板部と前記筒状アクチュエー
    タとの全面に導線層を形成する工程と、その導電層の一
    部を除去し、前記筒状アクチュエータ部の外周面と内周
    面の一方および前記基板部の導電層を、個別電極および
    導電部に分割する工程とからなることを特徴とするイン
    ク噴射装置の製造方法。
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