JP2960182B2 - 液滴噴射記録装置 - Google Patents

液滴噴射記録装置

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JP2960182B2 JP3045337A JP4533791A JP2960182B2 JP 2960182 B2 JP2960182 B2 JP 2960182B2 JP 3045337 A JP3045337 A JP 3045337A JP 4533791 A JP4533791 A JP 4533791A JP 2960182 B2 JP2960182 B2 JP 2960182B2
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • 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

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

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体を噴射し、飛翔液
滴を形成して記録を行う液滴噴射記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ノンインパクト記録法は、記録時におけ
る騒音の発生が無視し得る程度に小さく、カラー記録が
しやすいという点で最近関心を集めている。その中で、
高速記録が可能であり、しかも普通紙に記録が行える液
体噴射記録法による液体噴射記録装置は、次々と新しい
高性能の機械が発表されており、中でもドロップオンデ
マンド型の液滴噴射記録装置は、必要な液滴のみを噴射
するため廃液回収装置などの機構が不要であるなどか
ら、構造が簡単で価格も安いため、パーソナルコンピュ
ーターの出力装置として多数使用され始めている。
【0003】しかし、液滴噴射記録装置のうち熱機械変
換式(特開昭54ー59936号公報)の場合は、液体
が含有する成分によりヒーター表面にコゲーションを生
じ、経時的に液滴噴射記録装置の効率が低下し、やがて
破壊に至る。このため、使用する液体の含有成分を制限
せざるを得ない。一方電気機械変換式(特開昭47ー2
006号公報)では、その構造上からオリフィスとオリ
フィスの間に0.3mmの間隔が必要であり、熱機械変
換式の約5倍の大きさとなり価格的に不利である。
【0004】これらの問題点を同時に解決し得る装置と
して、せん断型モードによる電歪効果を利用して側壁を
変形させ液滴を噴射する方式による液滴噴射記録装置、
が例えば特開昭63−252750号公報、特開平2ー
150355号公報に示されている。 特開昭63ー2
52750号公報に示されている液滴噴射記録装置を図
12、図13を用いて説明する。図12はこの装置の斜
視図である。液滴1を噴出するオリフィス6を設けたオ
リフィス板5に隣接して、圧電素子20に形成された多
数の流路2を備えており、流路2は液体4で充満してい
る。ここで、側壁11にせん断モードによる変形を起こ
させると流路2の液体がオリフィス6から液滴1として
噴出する。尚16は駆動回路素子である。図13は図1
2の断面図である。底25、天井27で挟まれた、せん
断型モードのエネルギー付与手段の側壁11a、11
b、・・は矢印33、35のように互いに逆方向に分極
された上部壁29、下部壁31から成っており、これら
の側壁を介して流路2a、2b・・がある。電極37、
39、41、43がそれぞれ対応する流路の全内壁を覆
っている。ここで、例えば側壁11b、11c間の流路
2cの電極41に電圧を印加すると、電極41の両側の
流路2b、2dの各電極39、43はアースされている
ので、側壁11b、11cに逆方向の電界が印加され
る。各側壁の上部壁29、下部壁31が逆方向に分極さ
れているので上部壁29、下部壁31は点線47、49
で示すように、その間の流路に向かって変形する。その
結果側壁11b、11c間の流路2c内の液体4に圧力
が加えられ、流路長に沿って音響圧力波が伝えられオリ
フィス6から液滴1を噴射する。液滴1の噴射の結果減
少した流路の液体は、図12のジョイント14に連なる
液室を経て各流路へ新しい液体が流入して補給される。
【0005】圧電効果を利用した別の例が、特開昭63
ー92460号公報に示されている。図14はこの例の
構成を示したものである。圧電プレート80の溝と蓋板
81で構成されたインクキャビティ82の内面に電極8
3が、圧電プレートの裏面の各インクキャビティに対応
する位置に電極84が設けられている。ここで、電極8
3、84の間に駆動用パルス電圧を印加すると、伸縮部
85が伸縮し、インクキャビティ82のインクが吐出さ
れる。図13の例はエネルギー付与手段として側壁の変
形を利用しているのに対し、図14の例は流路の底部を
変形させエネルギー付与手段としている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】液滴噴射記録装置で通
常の印字品質である単位長さ当りの液滴の数を示すdp
i値を400とした場合、上記のような装置では流路の
隔壁の厚さが0.03mmとなり液滴の発射に充分な駆
動力を液滴に伝達することが困難である。本発明の目的
は、該問題点を解決し、高分解能の液滴噴射記録装置を
提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は、液滴を噴射するためのオリフィス
と、矩形板状の圧電素子内に設けられた溝から構成され
オリフィスに通じている液体流路と、該液体流路に液体
を供給する液室とを備え、液体をオリフィスから噴出さ
せるエネルギーを与えるために、液体流路の側壁のせん
断型モードによる変形を用いる液滴噴射記録装置に於
て、圧電素子の厚み方向の液体流路の面を底面とすれ
ば、該底面に電極を設けるとともに、圧電素子の一部を
挟み前記底面の電極に対向する副電極を設け、該電極間
に駆動信号を印加して、該電極間に挟まれた部分を変形
させ、前記側壁の変形と合わせた変形により液滴をオリ
フィスから噴射することを特徴としている。
【0008】
【作用】せん断型モード電歪効果による液滴噴射記録装
置のエネルギー付与手段が、電極膜を付けた隔壁のせん
断型モード電歪変形によるのに対し、本発明における液
滴噴射記録装置は溝の底部に設けられた電極とこれに対
応する副電極により液体流路の底部に直接型モードの変
形を生じさせ、隔壁のせん断型モード変形と同時に底面
の直接型モード変形もエネルギー付与手段として利用す
る。従って、装置のサイズを大きくすることなく、噴射
エネルギーを増大することができる。
【0009】
【実施例】以下図面により本発明の実施例を詳述する。
図1は本発明による第1の実施例の液滴噴射記録装置の
外観を示す実体図である。液滴噴射記録装置60は圧電
素子58と多数のオリフィス6を設けたオリフィス板5
で構成され、液滴1はオリフィス6から発射される。側
面に設けてある液体入口69は図2の断面図に示される
液室61に連なっている。上面には本発明の特徴とする
多数の副電極50がある。図2は図1の液滴噴射記録装
置を厚み方向の中間で切断した断面を示す。各液体流路
2に対応してオリフィス板5に液滴1を噴射するオリフ
ィス6が設けられている。各液体流路2は液室61と導
通している。液体流路2内部の電極41はオリフィス板
5の反対側にのびており配線端子64と一体である。配
線端子64はタブリードによる配線を可能にするために
側壁11の上部にくぼみ62をつけてあり底面の配線端
子64迄の深さが0.03mm以下である。くぼみ62
上に封口材63を接合し液体流路2からの液体の漏れを
防止する。
【0010】図3は図1の液滴噴射記録装置を各流路の
長手方向に直交する断面で切断した断面図である。圧電
素子58は矢印35のように電気分極してあり圧電素子
59は矢印33のように電気分極してある。液体流路2
b、2c、2dの内面には電極39、41、43が設け
てある。更に50で示される副電極が圧電素子58、5
9の表面に各溝2底面に対応して設けてある。図4は図
3の液滴噴射記録装置の液滴噴射時における液体流路内
面の電極の電位の変化を示すグラフである。電極39、
41、43に負の電位を加えておき、図4の液滴噴射時
刻T1で液体流路電極41に急激にグラフのような駆動
電圧を加えると図3の矢印51のように電界が生じ側壁
19、側壁21はせん断型モード変形により点線47、
点線49のように変形し、圧電素子58及び圧電素子5
9の液体流路の底面にあたる部分が直接型モード変形に
より点線52、点線53のように変形し液体流路断面積
の減少を引き起こし液体流路2c内部に充満した液体を
加圧して図2におけるオリフィス6と液室61に押し出
す。そのようにして液滴1を噴射する。液滴1が一定距
離噴出した後、液体流路電極41の電位が図4のように
下がるにしたがい点線47、49、52及び点線53の
変形が復元し噴出した液滴1の背後の液柱を液体流路2
cに引き込み噴射した液滴1から分離し噴出した液滴の
量に相当する液体が図2の液体入口69から液体流路2
cに流入し再び液体で充満する。
【0011】図5は本発明の第2の実施例をしめすもの
で、図3の実施例とは、2つの圧電素子の分極の方向だ
けが異なる。尚、図5において図3と同じ機能の要素は
同じ番号で示してある。図6は液体流路2cの内面の電
極の電位の変化を示す。液滴噴射時刻の前に電極39、
43に負の電位、電極41に駆動電圧を加えておく。液
体流路2cの中に充満している液体に外乱振動を与えな
いために電極電位は徐々に上昇するようにする。その結
果図5に於て側壁19、21は、せん断型モードによる
変形により点線54、55のように変形し圧電素子5
8、59の底部は点線56、点線57のように変形し液
体流路断面積が拡大し液体が流入する。液体流路2cに
液体が充満した後液滴噴射時刻T1に電極41の電位を
急激に下げると圧電素子58、59は点線の状態から実
線の形状に復元し液体流路断面積が縮小して液体を加圧
して液滴1を噴出する。液滴1の背後にある液柱を分離
するために電極41に再度電圧を加えることがある。こ
のように本実施例の場合に於いても液体に圧力を与える
のは点線54、55に示すせん断型モードの変形と点線
56、57で示す直接モード型変形の和から発生するの
で大きな噴出エネルギーを得ることができる。
【0012】図7は第3の実施例の断面を示す。図3の
実施例に比較して副電極50が1枚の導電膜から成り、
個々の液体流路に対応してパターニングしてないため圧
電素子の変形状態が変わるが、副電極50をパターニン
グする工数が不要なのでより実用的である
【0013】図8は第4の実施例の断面を示す。第3の
実施例とは副電極50が圧電素子58、59の内部に設
けられている点が異なる。図7の実施例に比較して電極
41と副電極50との距離を小さくすることができるの
で低い電圧で所定の電界が得られるため電極41の電圧
を高電圧にしなくてもよいという特長がある。
【0014】図9は第5の実施例の断面を示す。図8の
圧電素子59に変わり絶縁材70を接合して液体流路2
を構成する。第4の実施例に比較して圧電素子が一枚で
あるため製造が簡単である。この構造によれば側壁の上
部をガラスなどの非導電性の板に接合してあるため拘束
され側壁19、21がせん断型モード変形により点線7
1、72のように変形し圧電素子58の底部が点線73
のように変形する。図8の実施例に比べて側壁による液
体の駆動力が低下するので、点線73のような底部の変
形による補助的な駆動力の効果が大きい。
【0015】図10は第6の実施例の断面を示す。40
0dpi程度の分解能の液滴噴射記録装置を得ようとす
るとき図9の構造によれば液体流路の間隔が0.063
5mmとなり側壁19、20の厚さを0.03mm程度
の寸法に作る必要がある。この構造は生産上非現実的な
ので2列に液体流路2を配列することが一般的である。
その場合図10のように圧電素子74の上部を矢印7
6、下部を矢印75のように電気分極して上下面に液体
流路を構成すると圧電素子が1枚で済むために最も製造
が簡単である。補助電極50は上下の電極、例えば電極
41ー1と電極41ー2とで共通に使用することができ
る。
【0016】図11は第7の実施例の断面を示す。この
例では、図10における非導電性の板のかわりに、溝が
形成された圧電素子77、78を溝を合わせて圧電素子
74に重ね合わせ、さらに圧電素子77、78の表面に
副電極50を設けたものである。
【0017】
【発明の効果】上記のごとく本発明によれば、液体を噴
射するためのオリフィスと、該オリフィスに通ずる液体
流路と、該液体流路に液体を供給する液室と、該液体流
路を満たした液体にオリフィスからの噴出エネルギーを
与えるために液体流路に設けたエネルギー付与手段を有
する液滴噴射記録装置に於いて、エネルギー付与手段を
従来の液体流路側壁のせん断型モードの変形とともに、
液体流路の底面部の直接型モードの変形をも加えたた
め、装置を大型化することなく、噴出エネルギーの大き
い液体噴射記録装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1の実施例の液滴噴射記録装置
の外観を示す実体図である。
【図2】第1の実施例の装置を厚み方向の中間部で切断
した断面図である。
【図3】第1の実施例の装置を長手方向の中間部で切断
した断面図である。
【図4】第1の実施例の駆動電圧の波形を示す図であ
る。
【図5】本発明による第2の実施例を示す断面図であ
る。
【図6】第2の実施例の駆動電圧の波形を示す図であ
る。
【図7】本発明による第3の実施例を示す断面図であ
る。
【図8】本発明による第4の実施例を示す断面図であ
る。
【図9】本発明による第5の実施例を示す断面図であ
る。
【図10】本発明による第6の実施例を示す断面図であ
る。
【図11】本発明による第7の実施例を示す断面図であ
る。
【図12】従来技術による液滴噴射記録装置の斜視図で
ある。
【図13】図12の装置の断面図である。
【図14】従来技術の別の例の断面図である。
【符号の説明】
1 液滴 2 液体流路 5 オリフィス板 6 オリフィス 11 側壁 17 側壁 19 側壁 21 側壁 23 側壁 33 電気分極方向を示す矢印 35 電気分極方向を示す矢印 39 電極 41 電極 43 電極 47 せん断モード変形を示す点線 49 せん断モード変形を示す点線 54 せん断モード変形を示す点線 55 せん断モード変形を示す点線 50 副電極 51 電界方向を示す矢印 52 直接モード変形を示す点線 53 直接モード変形を示す点線 56 直接モード変形を示す点線 57 直接モード変形を示す点線 58 圧電素子 59 圧電素子 60 液滴噴射記録装置 61 液室 62 くぼみ 63 封口材 64 配線端子 69 液体入口 70 絶縁材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 H01L 41/09

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 矩形板状の圧電素子内に形成された溝を
    構成要素とする液体流路の、前記溝の内面に設けられた
    電極に駆動信号を印加して、液体流路の側壁を変形させ
    て、液滴を噴射する液滴噴射装置において、前記圧電素
    子の厚み方向の前記液体流路の面を底面とすれば、該底
    面に電極を設けるとともに、前記圧電素子の一部を挟み
    前記底面の電極に対向する副電極を設け、該電極間に駆
    動信号を印加して、該電極間に挟まれた部分を変形さ
    せ、前記側壁の変形と合わせて前記液滴を噴射すること
    を特徴とする液滴噴射記録装置。
  2. 【請求項2】 副電極が圧電素子内の各流路の底面毎に
    設けられた導電膜であることを特徴とする請求項1に記
    載の液滴噴射記録装置。
  3. 【請求項3】 副電極が圧電素子内の各流路の底面に対
    向する1枚の導電膜であることを特徴とする請求項1に
    記載の液滴噴射記録装置。
  4. 【請求項4】 溝が形成され、該溝側に向かって同方向
    に分極された2つの圧電素子の各溝を向い合わせて液体
    流路を形成し、両圧電素子に副電極を設けたことを特徴
    とする請求項1に記載の液滴噴射記録装置。
  5. 【請求項5】 溝が形成された圧電素子に各溝を覆う非
    導電性の板をかぶせて液体流路を形成したことを特徴と
    する請求項1に記載の液滴噴射記録装置。
  6. 【請求項6】 圧電素子の厚み方向の中間部に副電極と
    なる導電膜を設け、該圧電素子の厚み方向の各表面側を
    互いに逆方向に分極するとともに該各表面に溝を形成
    し、該溝に非導電性の板をかぶせて液体流路を構成した
    ことを特徴とする請求項1に記載の液滴噴射記録装置。
  7. 【請求項7】 圧電素子の厚み方向の中間部に副電極と
    なる導電膜を設け、該圧電素子の厚み方向の各表面側を
    互いに逆方向に分極するとともに各表面に溝を形成し、
    溝が形成され、前記圧電素子の各表面の溝方向の分極と
    同じ方向に溝方向に分極され、溝の底面の電極に対向す
    る副電極を備えた圧電素子を、溝を合わせて重ねあわ
    せ、液体流路を構成したことを特徴とする請求項1に記
    載の液滴噴射記録装置。
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